Козьма Фролов превратил водяной двигатель в центральный мотор, соединенный системой приводов с рабочими и транспортными механизмами.
Вододействующий рудоподъемный механизм, построенный на Алтае талантливым русским мастером К. Фроловым
Позднее, в 80-х годах, Фролов построил еще более сложную подземную гидросиловую установку. На реке Змеевке была сооружена плотина длиной 158 метров и высотой 18 метров. По более чем 2-километровому каналу вода подводилась сначала к водяному колесу лесопильной мельницы, а затем по подземной штольне к огромным рудоподъемным и водоподъемным колесам. Насколько совершенна эта плотина, можно судить уже по тому, что, построенная более полутора веков назад, она работает поныне. И теперь гидротехники все еще поражаются смелости, оригинальности замысла, техническому совершенству сооружения.
На русских реках были построены тысячи водяных колес, среди которых немало колес-великанов. Уже фроловские водяные двигатели поражали своими размерами. Позднее на реке Нарове на Кренгольмской мануфактуре были установлены циклопические колеса мощностью 500 лошадиных сил каждое. Но и они не могли удовлетворить требования быстро развивающейся промышленности. Недаром нарвские установки называют «лебединой песней водяных колес».
Жизнь требовала более совершенного двигателя. На смену водяному колесу пришла водяная турбина.
Первую водяную турбину в России построил в 1837 году уральский плотинный мастер Игнатий Сафонов. Она была установлена на Нейво-Алапаевском заводе. При равном количестве воды турбина Игнатия Сафонова развивала вдвое большую мощность, нежели водяное колесо. Водяной двигатель Игнатия Сафонова быстро завоевал признание.
В 1839 году уральский плотинный мастер Игнатий Сафонов построил «вододействуемое горизонтальное колесо», являющееся прообразом современной гидротурбины
Но и после изобретения турбины возможности использования гидроэнергии оставались ограниченными. Механическая энергия воды могла использоваться только на месте. Заводы были «привязаны» к рекам.
Новую эпоху в развитии гидроэнергетики открыла электрическая энергия.
Немногим более ста лет назад, в начале 1850 года, в Лондоне на Риджен-стрит была выставлена модель электрической машины. За стеклом по рельсам бегал крошечный локомотив с вагончиками. Среди зрителей, обступивших поразительную машину, был Карл Маркс. Рассказывая о выставке, он говорил друзьям о том, что на смену «его величеству» пару пришла «неизмеримо более революционная сила — электрическая искра».
Но пока электрическая искра была «неподвижна». Как же эту новую энергию передавать на расстояние?
1874 год ознаменовался событием исторической важности. Русский электротехник Ф. А. Пироцкий заставил электрическую энергию пробежать 1 километр. Это произошло за 8 лет до того, как подобный же опыт на Мюнхенской выставке продемонстрировал француз Депре. Стало возможным в одном месте получать энергию, а в другом ее использовать.
Это открытие вносило переворот и в гидроэнергетику. Механическую энергию воды, превращенную в электрическую энергию, можно передавать на расстояние и, следовательно, строить заводы вдали от рек, а «водяную силу» передавать по проводам.
Энергия воды становилась крылатой.
Ф. А. Пироцкий понимал, какое большое значение имеет его открытие для судеб гидроэнергетики. Вскоре после своего знаменитого опыта он написал статью о передаче силы воды на расстояние. «Ввиду громадных издержек, необходимых на содержание паровых движителей больших заводов и фабрик, — нам пришла мысль о возможности передачи работы воды как самого дешевого движителя на известное расстояние посредством гальванического тока, полученного какою-либо гальваническою машиною». Эти строки были написаны русским изобретателем за несколько лет до того, как на Западе был произведен впервые опыт передачи электрической энергии на расстояние.
Вслед за первым километром Ф. А. Пироцкого последовали 175 километров М. О. Доливо-Добровольского. Русский инженер и политический эмигрант Доливо-Добровольский построил на реке Неккар в Германии гидроэлектростанцию мощностью 200 киловатт. Водяную энергию, превращенную в электрический ток, он передавал во Франкфурт-на-Майне. Так стало возможным, говоря словами Ф. Энгельса, «использование самой отдаленной водяной энергии». Электрическая энергия получила широкое распространение.
Преимущества этого вида энергии огромны. Она почти мгновенно передается на большие расстояния. Ее можно «дробить», используя как для приведения в движение мощных двигателей, так и для включения маленькой электролампочки. Она легко превращается в другие виды энергии.
Первая электрическая станция в России была построена в 1885 году. Она снабжала энергией царский дворец. Мощность ее — 505 киловатт.
В 1913 году мощность всех электрических станций России составляла 1098 тысяч киловатт. Даже в крупных городах электростанции были мелкие. Владельцы их конкурировали между собой. В Петербурге перед мировой войной было 105 небольших станций, принадлежавших разным компаниям — русским и иностранным: «Гелиосу», «Бельгийской», «Трамвайной», «1886 года» и др. Нередко два расположенных по соседству дома имели различные напряжения и частоты переменного электрического тока.
Владельцы электростанций имели «своих» абонентов, свою сеть, свои кабели. Высоковольтных линий электропередач в царской России почти не существовало. На всю страну было две небольшие энергосистемы — в Москве и Баку. Чтобы проложить электролинию, надо было получить согласие землевладельцев. Некоторые помещики требовали «возмещения» за каждый поставленный на их земле столб.
Частная собственность на землю, воды, недра душила и развитие гидроэнергетики. Владельцы земли запрещали создавать в их владениях водохранилища, затапливать принадлежащие им угодья. Это было равносильно запрещению использования энергии рек.
Несколько гидроэлектростанций общей мощностью 8392 киловатта — вот все гидроэнергетическое «наследство», оставленное царской Россией.
Самой мощной гидростанцией, созданной до революции (1350 киловатт), была Мургабская, построенная в 1910 году у Гиндукушской плотины. Она снабжала электроэнергией «государево имение». У нас сейчас немало сельских электростанций, превосходящих по мощности эту «крупнейшую» гидростанцию дореволюционной России.
Грандиозные запасы дешевой энергии, таящиеся в русских реках, оставались неиспользованными, хотя передовые русские инженеры выдвигали множество проектов энергетического использования рек.
В декабре 1899 года состоялся первый всероссийский электротехнический съезд. Инженер-механик В. Ф. Добротворский выступил с докладом об «электропередаче сил порогов Волхова, Наровы, Вуоксы в Петербург».
«Выгодным окажется, — сказал В. Ф. Добротворский с трибуны съезда, — сконцентрировать посредством плотин и водоприводных каналов большие падения воды для работы турбин и вырабатываемую энергию по превращении ее в электрическую посылать по проводникам в разные пункты потребления. Эта цель, невзирая ни на какие препятствия и затруднения, и должна быть ближайшей первейшей задачей России для того, чтобы на широких началах развить пользование механической силой…».
Но подобные призывы встречались равнодушно, а иногда и враждебно в царских департаментах.
Тот же В. Ф. Добротворский на себе испытал косность и тупость чиновников. Еще в 1894 году этот способный инженер разработал проект гидроэлектрической станции на реке Волхове мощностью 22 500 киловатт. Разрабатывались и другие проекты энергетического использования Волхова. Слух об «опасных» проектах дошел до петербургских электрических компаний, в частности «Общества 1886 года» и его берлинских директоров. Дешевая энергия Волхова могла явиться конкурентом для тепловых станций, дававших большую прибыль. Чтобы в корне пресечь угрозу, иностранные концессионеры скупили приволховские земли и таким образом похоронили проект сооружения гидростанции.