Файл: Обухов В.И. Человек и автоматика рассказ о больших системах.pdf

60 километров, который, где-то начинаясь, идет по направлению к центру одного из наших го­ родов, как к финишу.

Большая часть 60-километрового расстоя­ ния пролегает по весьма трудному пути — через рощи и девственные леса, — мы об этом ничего не знаем, ибо только в самом конце, на 58— 59-м километре бега, мы находим наряду с первобытным орудием пещерные рисунки, как первые признаки культуры, и только на по­ следнем километре пути появляется все больше признаков земледелия. За двести метров до финиша дорога, покрытая каменными плита­ ми, ведет мимо римских укреплений. За сто метров наших бегунов обступают средневеко­ вые городские строения.

До финиша остается еще пятьдесят метров; там стоит человек, умными и понимающими глазами следящий за бегом, — это Леонардо да Винчи.

Осталось только десять метров. Они начи­ наются при свете факелов и скудном освеще­ нии маленьких ламп. Но при броске на послед­ них пяти метрах происходит ошеломляющее чудо: свет заливает ночную дорогу, повозки без тяглового скота мчатся мимо, машины шу­ мят в воздухе, и пораженный бегун ослеплен светом прожекторов фото- и телекорреспонден­ тов...»

Продолжая аналогию автора до последних дней, можно сказать, что, пробегая последние сантиметры, бегун узнал, что человек вырвался в космос, а на земле начал использовать атом­ ную энергию, быстродействующие электронные вычислительные машины и т. д. Человек все

11

больше стал сталкиваться со сложностью ми­ ра, проявляющейся в непрерывном количест­ венном росте и качественных изменениях всего окружающего.

Описанная Г. Эйхельбергом динамика раз­ вития общества может быть распространена на многие области деятельности человека. Энер­ гетика, транспорт, связь, различные производ­ ства — всюду можно видеть картину, анало­ гичную описанному. Бурный рост всех сторон жизни и деятельности человека сопровожда­ ется все возрастающим увеличением темпов развития автоматизации процессов физическо­ го и умственного труда. Особенно ярко это проявляется в области энергетики — наиболее важной, древнейшей и в то же время молодой отрасли хозяйства, связанной с получением, пе­ редачей, распределением и потреблением энер­ гии. Энергетика настоящего — это могучие раз­ ветвленные реки, а всего несколько десятков лет назад это были слабые ручейки.

В далеком прошлом основой энергетики или проще основой любой двигательной силы была мускульная энергия человека, которая спустя много лет была заменена мускульной энергией домашних животных. Прошло много веков, прежде чем человек начал использовать энергию ветра и водных потоков. Наконец, с XVIII века началось использование энергии па­ ровых машин. Однако даже такие энергетиче­ ские установки, как паровые машины, не созда­ вали еще энергетики как самостоятельной от­ расли, так как они были неразрывно связаны с рабочими машинами, а энергия пара—в основ­ ном с процессом его потребления. Эти установ­

12

ки не имели таких преимуществ, какие появи­ лись у нового вида энергии — электрической. Электроэнергия позволила концентрировать ее в огромном количестве в одном месте (несколь­ ко миллионов киловатт); передавать на дале­ кие расстояния (свыше 1000 километров); дро­ бить на минимальные количества и легко пре­ образовывать в любую форму энергии (тепло­ вую, световую, механическую, электрохимиче­ скую, электромагнитную). Возникновение элек­ троэнергетики как отрасли хозяйства можно отнести к концу прошлого века, когда появи­ лись электрические станции. Однако ее .начало, видимо, следует вести с момента построения в 1800 году итальянским физиком Алессандро Вольта (1745—1827) первого источника тока в виде гальванической батареи. Появление галь­ ванической батареи будоражило умы инжене­ ров и техников. Были предприняты многочис­ ленные попытки использовать подобные бата­ реи для практических целей. Но этот источник тока ввиду незначительной мощности, громозд­ кости и ряда других недостатков не мог удов­ летворить практических нужд. С попыткой при­ менить батареи для практических нужд связа­ но много интересных историй. В Париже в 1859 году для нового кафе решили устроить электрическое освещение и установить 300 ис­ точников электрического света. После подсче­ тов выяснилось, что для питания всех источни­ ков света электрическим током потребуется та­ кая гальваническая батарея, для размещения которой необходимо было построить такое же по площади помещение, какое имело само осве­ щаемое кафе.

13

Применить гальванические элементы для практических нужд пытались еще долгое время. Так, в Москве в 1892 году для Верхних тор­ говых рядов (ныне ГУМ) была построена под­ станция, имеющая 250 аккумуляторов, которые питали 2000 ламп накаливания. '

В первой половине XIX века наряду с галь­ ваническими батареями начали строить элек­ трические двигатели и генераторы, однако на­ дежный и практически приемлемый генератор был сконструирован лишь в 1869 году француз­ ским изобретателем (бельгийцем по происхож­ дению) 3. Т. Граммом (1826—1901). С этого момента начинается бурное развитие электро­ энергетики.

В 1881 году в Нью-Йорке была уже постро­ ена первая центральная электростанция мощ­ ностью 550 киловатт, снабжающая электро­ энергией район площадью 2,5 квадратного ки­ лометра. В начале электростанции имели не­ большие генераторы постоянного тока с малым радиусом передачи энергии. Вскоре появились станции переменного тока, вначале однофазно­ го, а потом трехфазного.

Первая центральная электростанция одно­ фазного переменного тока была построена в предместье Лондона в Дептфорде в 1885 году, питающая лондонское Сити, а в 1887 году электростанция однофазного тока была постро­ ена в Одессе. В 1891 году великий русский электротехник М. О. Доливо-Добровольский (1862—1919) осуществил в Лауфене первую в мире передачу электрической энергии трехфаз­ ным током, а в 1893 году в Новороссийске и Калифорнии начали работать установки трех­

14

фазного тока. С 1892 года на базе трехфазного тока началась электрификация крупных горо­ дов России — Москвы, Петербурга и Киева. Начиная с первых лет развития промыш­ ленной энергетики, инженеры и ученые мно­ го внимания уделяли повышению напряже­ ния. Если первые электропередачи трехфазно­ го тока были напряжением 10, 15 киловольт, то в 1901 году в США напряжение было увеличе­ но до 50 киловольт, в 1909—1912 — до 100, в 1922 году в СССР была введена в строй линия электропередачи НО киловольт протяжен­ ностью 120 километров между Каширой, и Мо­ сквой. В 1959 году введена линия напряжения 500 киловольт между Волгоградской ГЭС и Москвой. Напряжение передаваемой энергии

продолжает расти.

В 1891 году в Петербурге на электростанции была установлена одна паровая турбина и с этого же периода в энергетике намечается ук­ рупнение агрегатов и централизация выработки электроэнергии. Если в дореволюционной Рос­ сии единичная мощность турбогенератора до­ стигала 5 тысяч киловатт, а котлы имели дав­ ление 8—14 атмосфер и максимальную темпе­ ратуру 300—350°, то уже в 1925 году на Шатурской станции был пущен турбогенера­ тор мощностью 16 тысяч киловатт, в 1955 на Череповецкой ГРЭС—генератор 150 тысяч ки­ ловатт, в 1958 году—турбогенератор 200 тысяч киловатт. В настоящее время в большом коли­ честве строятся турбогенераторы мощностью 300 тысяч киловатт и котлы производитель­ ностью 850 тонн в час с давлением 300 атмосфер и температурой 650°, а также будут строиться

15

Млрд.кбт-ч

МлрдкЬт-ч

то то то то то то то то гоооп

Все больше становится энерговооруженность в нашей стране

турбогенераторы мощностью 500 тысяч кило­ ватт. Кроме того, строятся турбогенераторы на 800 тысяч киловатт, которые будут вырабаты­ вать в год электроэнергии в 3 с лишним раза больше, чем все электростанции России в 1913 году. Ставится задача разработать турбогене­ ратор на 1 миллион киловатт. Такими же тем­ пами увеличиваются мощности гидротурбин.

Гидротурбина на Волховской ГЭС имела мощность 16 тысяч киловатт, на Днепровской ГЭС — 72 тысячи, на Волжской — 105 тысяч, а

16

Красноярская ГЭС будет иметь гидроагрегаты мощностью 500 тысяч киловатт.

Во всех странах мира непрерывно увеличи­ вается выработка электроэнергии. Если в 1913 году в России мощность всех станций доходила до 1 миллиона киловатт при выработке элек­ троэнергии около 2 миллиардов киловатт-часов, а в США к этому времени 6 миллионов кило­ ватт при выработке 24 миллиарда киловатт-ча­ сов, то в 1962 году выработка электроэнергии в СССР, несмотря на огромные разрушения в годы Великой Отечественной войны, составила 369 миллиардов киловатт-часов, а в 1966 году достигла более 545 миллиардов киловатт-ча­ сов. Сегодня нам известны предварительные расчеты по выработке электроэнергии в Со­ ветском Союзе на перспективу. Уже в 1970 году

СССР будет произведено около 840 миллиар­ дов киловатт-часов.

Это не является предельным в выработке электроэнергии, и нет сомнений, что в этот пе­ риод будут сделаны такие открытия, которые по­ зволят увеличить ее в еще больших масштабах.

Характерная особенность производства электроэнергии, заключающаяся в непрерыв­ ности процесса на всех этапах, начиная от вы­ работки электроэнергии и кончая ее распреде­ лением, заставила максимально автоматизиро­ вать ее с первых лет своего развития.

В 1914 году в США впервые появилась ав­ томатическая тяговая подстанция, а в 1917 го­ ду — первая автоматическая ГЭС. В СССР

первая автоматическая ГЭС была пущена в 1932 году в Армении, близ Еревана, мощно­ стью 2 тысячи киловатт. В 1952 году на всех

18

действующих ГЭС была закончена автомати­ зация управления агрегатами, а новые ГЭС с 1950 года вводились в действие уже с авто­ матическим управлением. В результате автома­ тизации резко сократилось количество обслу­ живающего персонала на электростанциях: до 4—5 человек на крупных и до 2—3 человек на средних. Такая быстрая автоматизация ГЭС стала возможной благодаря не только непре­ рывности технологического процесса, но также относительной простоте устройств управления гидроагрегатами.

Управление агрегатом гидростанции в ос­ новном включает пуск, остановку и перевод с одного режима на другой.

С помощью регуляторов и системы реле уп­ равление гидротурбин полностью автоматизи­ ровано, и сейчас имеются реальные возмож­ ности в ближайшее время ликвидировать обслуживающий персонал на всех ГЭС Совет­ ского Союза, что, несомненно, будет содейство­ вать уменьшению себестоимости электроэнер­ гии и безаварийности их работы.

Автоматизация 12 ГЭС, проведенная в Уз­ бекистане в 1946—1950 годах, позволила высво­ бодить 634 человека, а к 1956 году там же на 17 ГЭС было высвобождено еще 1300 человек, а в масштабе всей страны это уже тысячи лю­ дей. В области автоматизации ГЭС в настоя­ щее время ведется работа по совершенствова­ нию аппаратуры. Например, внедряются авто­ операторы, которые перераспределяют актив­ ные и реактивные нагрузки, а также, учитывая состояние ГЭС и суммарную нагрузку, вводят в работу такое количество гидроагрегатов, что­

19

бы ГЭС имела максимальный коэффициент по­ лезного действия.

На тепловых станциях автоматизация полу­ чила значительное развитие в электрической части, и в последнее время, несмотря на слож­ ность и многообразие технологического про­ цесса тепловой части, решается вопрос обслу­ живания котлов, турбогенераторов и всего вспомогательного оборудования с одного щита.

Большое количество разнообразных стан­ ций (гидро-, тепловых, атомных) и требование надежности снабжения электроэнергией по­ требителей уже сравнительно давно привели к объединению их в энергосистемы. Но процесс объединения растет. Уже становится реальным вопрос об объединении энергосистем страны в одну систему Европейской части, а затем, види­ мо, и всего Советского Союза. Кроме того, создается основа и получает претворение проб­ лема объединения энергосистем ряда социали­ стических стран. Например, Центральным дис­ петчерским управлением Объединенной энер­ госистемы социалистических стран уже в 1965 году между Болгарией, ЧССР, Венгрией, ГДР, Польшей, Румынией и Советским Союзом бы­ ло распределено около 6 миллиардов киловаттчасов электроэнергии. Естественно, что подоб­ ные проекты ставят много серьезных научных и инженерных задач. Так, в результате слож­ ности все отчетливее вырисовываются контуры таких систем, которые, получив название боль­ ших, являются предметом дальнейшего рас­ смотрения.

Подобная динамика развития наблюдается и в других областях деятельности человека.

20