Любимая присказка нашего сайта: «Плясать нужно всегда от печки». «Печка» для нас – это энергетика, причем печка такая замысловатая: в разное время ее топили дровами, углем, нефтью, газом, ураном и плутонием, а теперь вот всем сразу, да еще и с ветерком да под солнышком.
Что нам приходит в голову, когда мы вспоминаем минувший ХХ век? Войны и революции? Верно. А еще? А еще мы вспоминаем удивительную, непохожую ни на одну другую страну – СССР. Страну, дерзко противопоставившую себя всему прочему, цивилизованному и не очень миру. Миру рынка, миру капитализма, миру рыночной стихии Советская власть противопоставила план. Нет, не так – Его Величество План.
Сейчас можно сколько угодно пытаться высмеивать это «явление», вспоминая позднесоветскую эпоху, когда планы создавались будто специально для того, чтобы было удобно делать приписки, перевыполнять намеченное ради получения премий и прочих поощрений, ради того, чтобы под шумок заниматься хищениями да спекуляцией «дефицитными» товарами. Но не стоит забывать о том, что любая идея становится плоха, когда люди перестают понимать первоначальный смысл, в нее заложенный. «Научи дурака богу молиться – он себе лоб расшибет». План ради плана брежневской эпохи радикальнейшим образом отличался от планов первых пятилеток. Именно эти, самые первые пятилетние планы помогли юному СССР с невероятной скоростью залечить раны Первой мировой и Гражданской войн, в сжатые, сказочные по стремительности годы создать совершенно новые отрасли промышленности, инженерные, конструкторские, научные школы. Именно планы первых пятилеток во многом создали ту «архитектуру» и века нынешнего, XXI по счету, выведя СССР в число самых передовых государств своего времени. Можно ругать или хвалить тогдашний Госплан, но факт остается фактом: План обеспечил возможность творить, дерзать, догонять и перегонять, обеспечил возможность выстоять и победить в самой страшной из войн, обеспечил невиданной красоты и мощи прорывы – в космос и вовнутрь атомных ядер.
Фото: http://propagandahistory.ru/
А причем тут, собственно говоря, энергетика? А она не просто «причем» — она во главе стола. План ГОЭЛРО был перваым в истории Советской России – первые успехи, неудачи, опыт. Практически весь состав штаба ГОЭЛРО вошел в новый орган – Госплан. И энергетики были одними из тех, кто составлял планы первых пятилеток – они уже были практиками, а не теоретиками, они уже понимали, что такое комплексное развитие регионов. ГОЭЛРО – «отец» всех наших планов, энергетика – основа промышленной, а значит, и военной, политической мощи Советского Союза. Впрочем, почему только Советского Союза? Откройте газеты, включите телевизор: если мир говорит о России, то он говорит о ее энергетических запасах, энергетической мощи, энергетических технологиях. Мы – Север, а на Севере могут выжить только хозяева, покорители энергии.
«Отсель светить мы будем миру» — пока этот лозунг незримо с нами, все у России будет в полном порядке.
Плановая электрификация Советской России не начиналась на пустом месте – был опыт, были наработки, просто не было воли объединить всех профессионалов в одну команду, придать их проекту общегосударственный масштаб. А специалистов в энергетике, в электрификации в России уже было немало, и не просто специалистов, а всемирно признанных профессионалов, ученых, изобретателей. Грандиозное здание ГОЭЛРО не возникло из воздуха, не понимать и не помнить об этом – бескультурно. Потому и начнем именно с «фундамента»: как и кем он создавался, по каким таким причинам среди многочисленных эмигрантов из ставшей социалистической России энергетиков просто не было…
Фото: http://energymuseum.ru/
Юный, нарождавшийся ХХ век был веком освоения электричества – невиданной ранее силы, способной обеспечить массовое производство всего, чего так не хватало людям в предыдущие века: продуктов питания и одежды, новых видов транспорта, новых предметов повседневного быта, избавлявших от монотонных и многочасовых затрат времени и сил. Пешком или на конке на работу из одного конца города в другой? Нет, спасибо – проеду на трамвае. Лучина, свеча, масляный или газовый фонарь, чтобы не ломать ноги и не сидеть в домах и квартирах в темноте? Зачем, проще щелкнуть выключателем – и загорится электрическая лампочка. Новости родителям, друзьям и близким – почтой, которая идет несколько недель? Да вот же телефон, вот телеграф! Изобретения, большие и маленькие, сыпались, как из рога изобилия: постоянный и переменный ток, передача электроэнергии по кабелям и по воздушным линиям электропередач, электростанции на нефти, электростанции на мазуте, на бензине, на угле, первые плотины ГЭС, новые и новые средства производства – станки, прессы, плавильные печи. Романтичное время, когда профессия инженера была едва ли не самой престижной.
Царская Россия старалась не стоять в стороне от «столбовой дороги прогресса», советская школа энергетики имела серьезные основы, хороший фундамент. Именно в то время получали образование, набирались практического опыта будущие творцы ГОЭЛРО. Первые электростанции – Баку, Петербург, Москва, первые линии электропередач, электрификация городских лиц и заводских цехов. Россия не была в самых первых рядах – слишком огромна она была, слишком низок был уровень развития экономики, слишком мало было образованных людей. Но и это отставание русские инженеры сумели обратить себе и нам на пользу: они имели возможность анализировать и успехи, и неудачи стран Европы и набиравших мощь США, они имели возможность без спешки размышлять, что будет полезнее всего именно для России, а что пойдет во вред. Из собственного опыта и анализа постепенно складывались определенные наработки, воплощенные в ГОЭЛРО.
План ГОЭЛРО, Фото: http://energymuseum.ru/
Что вспоминается, когда мы слышим это удивительное слово? Аббревиатура замысловата, но вполне логична: план Государственной ЭЛектрификации РОссии, ГОЭЛРО. За этим названием – события и люди, во многом определившие развитие СССР, обеспечившие возможность подготовки крестьянской страны к индустриализации, сделавшей Красную Империю одной из ведущих держав мира. Не было бы плана ГОЭЛРО, не окажись он настолько удачным, не сумей Советская страна его выполнить – не было бы и пятилетних планов, не было бы и самой индустриализации. ГОЭЛРО дал старт системе планирования, поскольку все начиналось именно им. Советская власть, СССР «плясали от печки», начав именно с «покорения» энергетики.
И когда писать о нем, как не в канун Дня энергетика? Если кто-то не в курсе, с удовольствием напомним: Россия отмечает его 22 декабря, начиная с теперь уже далекого 1966 года. Так что в этом году юбилей не только у одного из авторов нашего сайта, но и у этого замечательного праздника. Ничего случайного в дате 22 декабря нет – в этот день в 1920 году на VIII Всероссийском съезде Советов был принят план ГОЭЛРО. С момента Октябрьской Революции минуло всего 3 года, только-только закончилась Гражданская война, по окраинам еще шалили недобитые банды бандитов разных мастей, а новая власть уже планировала совершенно новый этап в жизни юного государства.
Но, поскольку запас времени до праздника имеется, торопиться не будем: давайте попробуем припомнить, как выглядело развитие производства электроэнергии к началу ХХ века. Тогда будет понятнее, какими путями шло становление электроэнергетики в России, что предопределило создание плана ГОЭЛРО.
Фото: http://cs5.pikabu.ru/
Электричество, электроэнергия удивительны и вот с какой еще стороны. Электричество в быту, в промышленности появилось чуть больше века тому назад, но оно уже стало настолько привычно нам с вами, что столбы с проводами кажутся неотъемлемыми частями повседневного пейзажа, а полчаса без электроэнергии в наших с вами домах и на улицах городов – какой-то невероятной трагедией, замешанной на чувстве здорового недоумения: что такое, как же так, куда делся ток в розетке?! Привычно, удобно, комфортно, открытый огонь в камине и свечи на столе – уже экзотика, вызывающая ностальгию по «старым добрым временам». Мы настолько привыкли к этому удобству, что давным давно перестали задумываться над «детскими вопросами». Почему ток в розетке переменный, а не постоянный? Почему напряжение 220 вольт, а не 333 или 77? Почему частота тока в розетках квартир 50 герц, а не 138? Почему напряжение на столбах, которые вон вдоль дорог понатыканы – тысячи и даже десятки тысяч вольт, куда эти вольты умудряются пропасть по пути к зарядке айфона и зачем они прячутся? Почему два пальца в розетку – бо-бо, а ток стукает или нет в зависимости от того, стоишь ты босыми пятками на мать сырой земле или обут в красивые туфли? Почему, если провода друг на друга – где-то в коридоре «щелк» и сразу темно, но достаточно отщелкнуть пластмассовую штучку вон в том шкафчике наверх – и опять светло? Что, вспомнили детство голоштанное и блондинок в офисе? То-то! Вопросов таких десятки, а каждый ответ на них – целая история. История становления электроэнергетики, история нашей с вами цивилизации, которая не сводится только и исключительно к кипению идей, революциям, войнам и новым направлениям в искусстве. Это еще и то, как наука и техника от гальванических батарей прошагали до атомных реакторов, как электричество из «восьмого чуда света» стало явлением привычным и обыденным.
Разве не странно: про войны с революциями мы осведомлены, про коммунизм с фашизмом в курсе, танк от самолета отличаем, а вот зачем нужен трансформатор и чем он отличается от аккумулятора знает один человек из десятка. Не отличать фуэте от фуагра – дикость и бескультурье, а постоянный ток от переменного не отличать – пустяки, дело житейское. Нет, ну разве это справделиво?! «Ни в коем случае!» — отвечает «Геоэнергетика», и предлагает, прежде чем вспоминать об электрификации, коротко припомнить, «кто» у нас живет в розетках, откуда «он» там взялся, почему «он» вот такой, а не какой-то другой.
Благодаря школьному образованию и повседневной работе журналистов, СМИ многие из нас прекрасно знают имена тех, кем по праву гордится русская культура. Согласитесь, что имена Льва Толстого, Николая Гоголя, Владимира Маяковского, Максима Горького известны всем – и это, безусловно, здорово. Но развитие России, всей нашей цивилизации – это не только писатели и поэты, это еще и те, кто своими изобретениями, своим умом и трудом менял облик наших городов и сел, чьими трудами планета Земля стала «маленькой» — вон, на книжку «»Вокруг света за 80 дней» мы уже смотрим, как на нечто давнее, наивное. Сегодня нам и 2-3 дней хватит, чтобы облететь планету столь привычными нам самолетами, а путешествие из Петербурга в Москву занимает и вовсе считанные часы. А переход от лучин да масляных горелок к лампочкам, а освещение наших городов и дорог не газовыми горелками, а свечами Яблочкова – разве это не самая настоящая техническая революция? Но при этом что мы знаем-помним о творцах этого чуда? Ну-ка, попробуйте навскидку назвать тех, чьими стараниями это стало возможным – получится назвать хоть кого-то, кроме Теслы, Яблочкова да Эдисона? Воленс-ноленс помним тех, с кем «постоянно сталкиваемся»: Георга Ома, Генриха Герца, Андре-Мари Ампера, Алессандро Вольта, Джеймса Ватта. Что, имена не помнили? Ну, ничего – зато фамилии-то точно знаете…
Но, шутки шутить – дело хорошее, а ведь грустно, господа и дамы. Надо просвещаться – раз уж мы имеем возможность читать, сидя в освещенных помещениях. Надо знать имена Фарадея, Якоби, Ленца, Грамма, Фонтена, Лодыгина, Депрё, Доливо-Добровольского – эти славные люди сделали мир таким, каким мы привыкли его видеть. Видеть, а не блуждать в потемках – в самом что ни на есть буквальном смысле этого слова. А потому, прежде чем рассказывать о ГОЭЛРО, мы попробуем отнять чуточку вашего времени для того, чтобы поведать, с кого и как начиналась, благодаря кому стала возможна электрификация не только России, но и всей нашей третьей по счету от Солнца. Хотя бы несколько слов.
Линия электропередач
При этом школьную программу пересказывать нет никакого смысла – нам интереснее практика, чем теории ученых с подробным изложением формул и схем их опытов-экспериментов. Давайте-ка не по учебникам, а другим способом: вот что вокруг себя видим, о том и говорим. Из того, что связано с электроэнергией, самое заметное – провода на столбах, потому, что их много и везде торчат. По большому секрету: они не сами выросли, их люди сделали и поставили. Еще один секрет: все столбы идут от электростанций. Электростанции бывают разные, но суть их работы проста: разными путями генерировать электроэнергию и обеспечивать ее передачу потребителям – нам с вами.
Давайте коротко вспомним, как возникла идея электростанций – «фабрик по производству электроэнергии». Зачем они вообще потребовались? Дело было и в «свечах Яблочкова» с лампочками Эдисона, но не менее важной причиной была необходимость массового, непрерывного и автоматизированного производства – такой запрос был сформулирован промышленностью второй половины XIX века. Освещение же – это не только красота наших улиц и комфорт при перемещении по ним, но еще и освещение производственных цехов предприятий, становившихся все более крупными. Масляные лампы уже в самом начале XIX века стали уходить в прошлое, их сменили газовые горелки – газ был намного дешевле, позволял организовать центральную подачу на все горелки разом. Да вот только света каждая такая горелка давала не так, чтобы очень уж много, потому, при тогдашнем 12-14 часовом рабочем дне, производительность труда была так себе. И вторая проблема – газ был слишком огнеопасен, частые пожары приводили к трагическим последствиям. Нет, речь не о человеческих жизнях: молодому, поджарому, энергичному и хищному капитализму было глубоко наплевать на эту проблему, но пожары сжигали прибыль, вынуждали вкладывать деньги и тратить время на восстановление уничтоженных огнем оборудования и капитальных строений. Нужны были новые источники света и, одновременно — заводам и фабрикам нужен был новый тип двигателей для повышения производительности используемых механизмов. В общем, спрос был, причем был он насущным и повсеместным.
Советский автоконвейер, Фото: https://c-a.d-cd.net
И, как это обычно бывает – на спрос стало появляться и предложение. Вот только есть одна интересная чисто техническая деталь: все предложения электрических двигателей и генераторов лет так 40-50 были сделаны только и исключительно для постоянного тока. Почему начало эры электричества было царством постоянного тока – давайте попробуем понять. Момент важный, поскольку резкий рост развития электроэнергетики начался только после «победы» тока переменного над током постоянным. В чем между ними отличие с утилитарной точки зрения, собственно говоря? Всего два момента:
- переменный ток передается по проводникам (проводам и кабелям) на значительные расстояния почти без потери мощности
- переменный ток легко преобразуется – от высокого напряжения в линиях электропередач с их десятками тысяч вольт до привычных нам 220 вольт в домашних сетях, до единичек вольт тока постоянного в наших компьютерах и ноутбуках.
Но почему начали-то тогда именно с постоянного тока? Разрабатывали генераторы, двигатели, мучались в попытках передать электроэнергию хоть на мало-мальски приличное расстояние, чтобы потом «героически преодолеть» все эти заморочки и перейти на ток переменный?
Ничего секретного – ученые – они ведь тоже человеки, а потому инерционность мышления и им преодолевать далеко не просто. Как люди смогли впервые получить ток, помните? Гальванические элементы, химические элементы там всякие. Давайте даже не будем подробности вспоминать: ток, получаемый при помощи химических элементов – всегда постоянный. Вот и начали с него, вот им и продолжали заниматься лучшие из лучших электриков-энергетиков того времени. И на этом направлении были свои достижения и прорывы, менявшие облик привычного мира. А первоначальная идея, захватившая умы ученых, была как раз на уровне детского наива: смотри, какая штука! Давай к ней чего-нибудь подсоединим – вдруг этого «чего-нибудь» сможет делать что-то полезное? Именно эта, «детская» логика привела к тому, что сначала стали заниматься разработкой электрических двигателей: получить питание из гальванической батареи и заставить хоть какой-то механизм за счет электроэнергии выполнять механическую работу.
Вот, к примеру, жил да был в России такой замечательный человек, как Мориц Герман Якоби. Ну, это он в Германии был и Германом, и Морицем, а у нас этот мальчик из хорошей еврейской семьи стал Борисом Семеновичем. В Россию Борис Семенович Якоби прибыл в 1835 году, 34 лет от роду, по приглашению выдающегося русского астронома, создателя Пулковской обсерватории, носящей его имя – Василия Яковлевича Струве. Правда, при рождении будущий Василий Яковлевич именовался Фридрих Георг Вильгельм, но это мелочи – он русский астроном, и этим все сказано. Борис Семенович Якоби в 1835 году, как и Струве, стал работать профессором Дерптского унивеситета – так назывался тогда славный город Юрьев, ныне ласкающий наши уши названием Тарту. Впрочем, не про историю статья. В Дерпте Якоби трудился профессором … архитектуры – именно такое образование он получил в Геттингене. С 1837 Якоби жил и работал в Петербурге, а дорога к открытию им гальванопластики началась с … морского минного дела. Электрический взрыватель для них был разработан чуть раньше Павлом Львовичем Шиллингом (да, Шиллинг – еще один русский военный инженер и дипломат), а Якоби продолжил усовершенствовать гальванические батареи, первым догадался в качестве второго проводника использовать морскую воду, добился значительного уменьшения габаритов и веса гальванических батарей. Помните «классическое» изображение морской мины: шар с металлическими «шишечками»? Это она и есть – гальваноударная морская мина Якоби.
Выполнив эту нужную работу для военно-морского флота, Борис Семенович продолжал работать с гальваническими источниками постоянного тока, проявляя чудеса изобретательности. Вершиной его творчества в этом направлении было создание едва ли не первого в истории электрического двигателя, способного совершать нечто большее лабораторного уровня: в 1837 году всего за 7 часов 12-местный ялик прошел против течения Невы целых 14 километров. Но это был и взлет, и падение электродвигателей, запитывавшихся от гальванических батарей: добиться большой мощности было просто технически невозможно. В 1842 году специальная комиссия приняла решение прекратить финансирование разработок с формулировкой «впредь до открытия какого-либо нового пути, могущего вести к усовершенствованию приложения магнитной силы к движению судов». Перевод на современный русский язык прост: развитие транспорта диктовало необходимость создания нового источника электродвижущей силы. Практика поставила перед учеными и инженерами «простую, незатейливую задачу»: создать генератор тока, который был бы достаточно компактен, достаточно дешев, надежен, экономичен.
Разумеется, «заказ» «заказом», а ученые начали размышлять на эту тему чуть раньше – иначе какие же они ученые. Старт гонке генераторов дал Майкл Фарадей в 1831 году, создав первый в истории генератор – разумеется, все того же постоянного тока. Вот он, на картинке, к которой даже объяснения не требуется:
Фото: sites.googlegroups.com
Ну, разве что на дальнем от нас, сереньком окончании оси не хватает нарисованной рукояти – приспособления, которое позволяло вращать диск. Постоянный магнит, между полюсами – медный диск, крутим рукоять – получаем ток, который снимают два вот этих нарисованных контакта. «Дистанция» до генераторов, стоящих на современных АЭС – очевидна, но в дороге важен первый шаг. И совершенно логично, что шаг этот был сделан именно Майклом Фарадеем – человеком, который открыл закон электромагнитной индукции. Нет, опять обойдемся без формул, все можно представить наглядно. Если через некий замкнутоый проводящий контур пропустить магнитный поток, а потом заставить этот магнитный поток меняться – в контуре возникнет ток. Вот на рисунке – постоянный магнит, между полюсами которого вращается медный диск. Следовательно, магнитный поток, проходящий через диск, меняется, что и обеспечивает появление тока. Ничего хитрого, но стоит держать в уме один нюанс. Если человека со школьным образованием попросить ответить на вопрос «Что такое электрический ток?», ответ наверняка будет кратким и точным: «Направленное движение электронов». Однако электрический ток «открыли» и стали исследовать в начале XIX века, а открытие электрона состоялось в 1897 году.
Фиксируем: генераторы и двигатели, электромагниты, изоляторы, теория электрических цепей, важнейшие законы (Ома, Ампера, Фарадея) – все это развивалось без знания о том, что именно переносит электромагнитное взаимодействие, без наличия в головах ученых знаний об элементарных частицах. Тем не менее, все открытые тогда законы – действуют, никаких обшибок ученые позапрошлого века не допустили.
Неказистая с виду конструкция генератора Фарадея, искрившая, трещавшая короткими замыканиями во время работы, будто вскрыла плотину – новые и новые разработки генераторов посыпались, как из рога изобилия. Генератор братьев Пикси был создан уже в 1832 году, в 1834 году все тот же Борис Семенович Якоби сам и приступил к выполению задачи, им сформулированной – разработал генератор, который назвал «магнито-электрической батареей». А в 1833 году масла в огонь подлил еще один русский физик – Эмилий Христианович Ленц, опять же профессор Дерптского университета. Он сформулировал правило обратимости электрических машин: электродвигатель может использоваться в качестве электрогенератора и наоборот.
Можно еще подробнее: если для производства электроэнергии к генератору приложили ту или иную механическую работу, то электричество, созданное этим генератором, будучи переданным на точно такое же устройство, способно заставить этот «приемник» совершить точно такую же механическую работу. Вот раскрутила тонна воды, упавшая с высоты 10 метров, ротор генератора, в результате чего мы получили «порцию электричества», которую тем или иным способом передали на «приемник», сконструированный ровно так же, как генератор — и этот «приемник» сможет поднять ту же тонну воды на те же 10 метров. Эта «мелочь» еще на несколько десятилетий закрепила приоритет постоянного тока: раз уж ученые взялись разрабатывать генераторы постоянного тока, то и электродвигатели у них тоже получались на постоянном токе. А электродвигатели, по мере их усовершенствования, стали использоваться в различных отраслях промышленности – так появлялась уже традиция, отказаться от которой становилось все сложнее.
1856 — генератор «Альянс», 1863 – генератор Уайльда, 1867 – генератор Сименса, 1870 – генератор Грамма. Вот последний некоторое время был вершиной творчества, поскольку бельгиец Зеноб Теофилл Грамм сумел собрать в своем генераторе все новейшие достижения науки и техники того времени: генератор работал уже на электромагнитах и был самовозбуждающимся (сам же и давал ток для своих электромагнитов), в нем стоял кольцевой якорь с намоткой, сделанной по системе, которую много лет называли «граммовской». Сложные слова? Да не обращайте внимание, давайте коротко: генератор Грамма, созданный полтора столетия назад, по внешнему виду и по конструкции уже очень мало отличался от генераторов современных. Дальнейшие усовершенствования генератора Грамма продолжались, но это была уже, что называется, «тонкая доводка». 1873 – генератор Альтенека, 1880 – генератор Максима (да-да, того самого, который пулемет имени себя создал) и в том же году – генератор Эдисона. Дальнейшая эволюция генераторов постоянного тока пошла и идет куда медленнее – человечество вступило в эру тока переменного.
В те же годы активно разрабатывалась, усовершенствовалась конфигурация магнитной системы электрических машин – техники учились делать все более совершенные электромагниты, учились использовать разные материалы для намагничивания в разных режимах; синхронно шли наработки термостойких электроизоляционных материалов. И даже отсутствие экономичных и мощных генераторов не служило безнадежным препятствием для использования электричества там, где не требовалось огромное его количество – давайте назовем это «не энергетическим применением электричества». О чем речь? О телеграфе, телефоне, различных видов сигнализаций, дистанционное управление, открытая Б. С. Якоби гальванопластика, создание все более точных измерительных приборов – всего того, к чему мы теперь так привыкли. Мир активно привыкал к электричеству, с каждым годом придумывая все новые способы его использования. Ученые разрабатывали теорию электрических цепей, Максвелл в 1864 закончил создание теории электромагнитного поля, проводил свои опыты и расчеты Кирхгоф, но электричество – тот не частый случай, когда опыты, эксперименты, практика «подтягивали» теорию, порой имевшую только эмпирические обоснования…
Продолжение следует.