На берегах крупных рек зародились первые цивилизации — древнеиндийская, шумеро-аккадская и китайская. Они научились укрощать водную стихию и использовать ее энергию для развития государств. Как им это удалось и почему древняя конструкция водяных мельниц стала популярной в XXI веке?
Египтяне верили, что благодаря Нилу появилась их цивилизация. Дождь называли «Нилом неба», а сельскохозяйственные циклы — посевы и жатва — зависели от периодов разлива реки. Чтобы точно знать, когда они наступают, древние ученые создали один из первых звездных календарей.
Задолго до начала новой эры человек начал использовать энергию рек напрямую с помощью водяного колеса. Устройство превращало кинетическую энергию потока в механическую: вода падала на лопатки или черпаки на ободе колеса и вращала его. Когда древние греки соединили механизм с жерновами, появились водяные мельницы — первый источник энергии, не требующий сил человека или животного.
Особенно в укрощении воды преуспели римские инженеры. Во II веке нашей эры в городе Барбегаль на юге нынешней Франции работал масштабный комплекс водяных мельниц. Конструкция из 16 колес перемалывала 25 тонн муки в день. Такое производство могло прокормить население в 27 тысяч человек.
В Cредневековье водяное колесо использовали на различных мануфактурах — предприятиях, где мастера разных ремесел изготавливали один товар. Устройство приводило в движение механизмы для кузниц, лесопилок, шерстобоен и ткацких станков. Его применяли в металлургии, машиностроении, переработке руды и для откачки воды на рудниках.
Масштабы использования энергии воды в Европе стремительно увеличивались. В конце XI века в Англии насчитывается в среднем по одной мельнице на 50 хозяйств.
Новая эра в развитии гидроэнергетики началась в конце XIX века с появлением электрогенераторов. В 1878 году вода «зажгла» первую в мире дуговую лампочку. Затем английский изобретатель и бизнесмен Уильям Армстронг построил в своем поместье гидроэнергетическую установку. В 1895 году в Нью-Йорке запустили первую промышленную ГЭС мощностью 500 кВт, которая обеспечила энергией более 2000 домохозяйств.
Начало XX века стало эпохой строительства гидроэлектростанций, которые поддерживали работу крупных производств и жизнь целых городов. Сегодня ГЭС вырабатывают 15% всей мировой энергии.
Всего через полтора столетия после появления первой гидроустановки выросли такие гиганты, как ГЭС «Три ущелья» в Китае или Саяно-Шушенская ГЭС в России.
ГЭС «Три ущелья» расположена на реке Янцзы в Китае. Она стала абсолютным мировым рекордсменом по количеству вырабатываемой энергии и по своим размерам. Станция питает десять густонаселенных провинций. Длина плотины — 2,3 километра, а высота — 185 метров. Выше лишь самая крупная в России Саяно-Шушенская ГЭС на Енисее — 245 метров при длине более километра.
На крупных ГЭС плотина поднимает уровень воды в реке и образует водохранилище. Вода через отверстия поступает к турбинам, давит на ее лопасти большим напором, заставляя вращаться, и сбрасывается в русло. Движение передается генератору, который вырабатывает электричество.
Небольшие гидроэлектростанции на малых реках напоминают древние мельницы. Существуют и такие, где вместо колеса используются архимедовы винты, что повышает КПД. Для их работы нужны не плотины и искусственные водохранилища, а естественные перепады высот реки.
Мини-ГЭС могут обеспечить электричеством компактное поселение. Они просто устроены и экологичны, поэтому их часто возводят в удаленных и высокогорных районах.
Декан факультета энергетики Новосибирского государственного технического университета
— В России потенциал рек использован на 20%, а ГЭС распределены неравномерно. Есть изолированные труднодоступные территории, там люди до сих пор получают электричество ограничено. В таких населенных пунктах, где традиционные источники энергии использовать дороже из-за трат на транспортировку и инфраструктуру, растет запрос на развитие малых гидроэлектростанций, — заключила эксперт.
