Первая в мире гидроэлектростанция была построена во Франции в 1878 году и использовала гидрогенераторы для выработки электроэнергии. До сих пор производство гидрогенераторов считалось «короной» французского производства. Но предварительная конструкция гидрогенератора существовала еще в 1878 году. В 1856 году появился коммерческий генератор постоянного тока марки Lianlian Alliance. В 1865 году француз Кассевен и итальянец Марко предложили объединить генератор постоянного тока и водяную турбину для выработки электроэнергии. В 1874 году Пироски из России также предложил конструкцию для преобразования энергии воды в электрическую энергию. В 1878 году первые в мире гидроэлектростанции были построены в поместье Грагсайд в Англии и Сирмите недалеко от Парижа, Франция, и появилась первая партия гидрогенераторов постоянного тока. В 1891 году в компании Ruitu Olican появился первый современный гидрогенератор (гидрогенератор Laufen). С 1891 года по настоящее время в технологии гидроэлектрогенераторов достигнут огромный прогресс, продолжающийся уже более 100 лет.
Начальный этап (1891-1920)
На начальном этапе развития гидрогенераторов люди подключали обычный генератор постоянного тока или альтернатор к водяной турбине, образуя таким образом комплект гидрогенераторов. В то время не существовало специально разработанных гидрогенераторов. Когда в 1891 году была построена гидроэлектростанция Лауффен, появился специально разработанный гидрогенератор. Поскольку ранние гидроэлектростанции были небольшими, изолированными электростанциями с небольшим диапазоном электроснабжения, параметры генераторов были очень хаотичными, с различными напряжениями и частотами. Конструктивно гидрогенераторы в основном имели горизонтальную форму. Кроме того, большинство гидрогенераторов на начальном этапе были генераторами постоянного тока, а позже появились однофазные, трехфазные и двухфазные гидрогенераторы переменного тока.
К числу наиболее известных компаний-производителей гидрогенераторов на начальном этапе относятся BBC, Oelikon, Siemens, Westinghouse (WH), Edison и General Motors (GE) и др., а также представительные гидротурбинные электростанции, в том числе трехфазный турбогенератор переменного тока мощностью 300 л.с. на гидроэлектростанции Лауфен (1891 г.), трехфазный генератор переменного тока мощностью 750 кВт на гидроэлектростанции Фолсом в США (производства GE Corporation, 1893 г.), двухфазный гидрогенератор переменного тока мощностью 5000 л.с. (1894 г.) на гидроэлектростанции Адамс на американской стороне Ниагарского водопада (Ниагарский водопад), горизонтальные гидрогенераторы мощностью 12 МНВ·А и 16 МВ·А (1904-1912 гг.) на электростанции Онтарио на канадской стороне Ниагарского водопада, а также гидрогенератор типа 40 МВ·А, изготовленный компанией GE в 1920 году. Гидроэлектростанция Хеллшён в Швеции была построена в 1893 году. Электростанция была оборудована четырьмя горизонтальными гидрогенераторными установками трехфазного переменного тока напряжением 344 кВ·А. Генераторы были изготовлены шведской компанией General Electric (ASEA).
В 1891 году во Франкфурте-на-Майне состоялась Всемирная выставка. Для демонстрации передачи и применения переменного тока на этом мероприятии организаторы установили комплект гидротурбинных генераторов на цементном заводе в Ларфене, Германия, расположенном в 175 км от Франкфурта. Генератор использовался для освещения выставки и привода трехфазного асинхронного двигателя мощностью 100 л.с. Гидрогенератор электростанции в Ларфене был спроектирован Брауном, главным инженером компании Ruitu Oerlikon, и изготовлен компанией Oerlikon. Генератор представляет собой трехфазный горизонтальный генератор мощностью 300 л.с., частотой вращения 150 об/мин, 32 полюсами, частотой 40 Гц и фазным напряжением 55–65 В. Внешний диаметр генератора составляет 1752 мм, а длина железного сердечника — 380 мм. Количество пазов статора генератора составляет 96, пазы закрытые (в то время называвшиеся отверстиями), каждый полюс и каждая фаза представляют собой медный стержень, паз проволочного стержня изолирован асбестовой пластиной толщиной 2 мм, а конец представляет собой оголенный медный стержень; ротор представляет собой встроенное кольцо с полюсами обмотки возбуждения. Генератор приводится в движение вертикальной гидравлической турбиной через пару конических зубчатых передач и возбуждается другим небольшим гидравлическим генератором постоянного тока. КПД генератора достигает 96,5%.
Успешная эксплуатация и передача электроэнергии от гидрогенераторов электростанции Лауфен во Франкфурт — это первое в истории человечества промышленное испытание передачи трехфазного тока. Это прорыв в практическом применении переменного тока, особенно трехфазного. Генератор также является первым в мире трехфазным гидрогенератором.
Выше описаны проектирование и разработка гидроэлектрогенераторов за первые тридцать лет. На самом деле, если рассматривать процесс развития технологии гидроэлектрогенераторов, то, как правило, каждые 30 лет происходит этап развития. То есть, период с 1891 по 1920 год был начальным этапом, период с 1921 по 1950 год — этапом технологического роста, период с 1951 по 1984 год — этапом быстрого развития, а период с 1985 по 2010 год — этапом устойчивого развития.
Дата публикации: 09.09.2021
