Это достигается с помощью гидротурбин и генераторов. Проследим за потоком воды, ринувшимся в гидротурбину. Прежде всего он встретит на своем пути решетку, которая задержит посторонние предметы — обломки дерева, куски льда, камни, влекомые водой. Далее вода попадает через спиральную камеру на лопасти рабочего колеса. Рабочее колесо турбины и вал, на котором оно сидит, вращаются под действием проходящего водного потока, создают механическую энергию. С валом турбины соединен вал электрического генератора. Генератор состоит из вращающейся части — ротора и неподвижной части — статора. При вращении ротора создаваемое в нем магнитное поле пересекает провода обмотки статора и возбуждает в них электродвижущую силу. Генератор и превращает механическую энергию падающей воды в электрическую, то есть производит электрический ток.

Что же касается потока воды, то он, отдав турбине свою энергию, отводится через всасывающую трубу в реку ниже плотины.

Для вращения турбины нужны большие массы воды. Только одна турбина Днепрогэса, например, ежесекундно пропускает 200 кубических метров воды, то есть втрое больше, чем протекает в секунду по каналу им. Москвы.

10–15 тысяч вольт — таково напряжение электрической энергии, вырабатываемой генераторами на гидростанции. Чтобы передать энергию на расстояние, надо значительно повысить напряжение. В трансформаторах, установленных на гидростанциях, напряжение электрического тока повышается, и затем уже он начинает свой путь к потребителям по высоковольтным линиям электропередачи.

Таким образом, гидроэлектростанции — это фабрики, перерабатывающие «сырье» — механическую энергию воды в электрическую. Особенностью этой «фабрики электричества» является и то, что она не знает складов готовой продукции. Произведенная энергия мгновенно поступает к потребителям.

Гидростанцию питает вода. Недостаток ее сразу же отражается на выработке электроэнергии. Запасы воды в реке резко колеблются в различные времена года. И если во время весеннего половодья станция задыхается от изобилия воды и нередко открывает специальные щиты для пропуска ее излишков, то в летнее время воды может не хватить. Еще труднее приходится турбинам в зимние месяцы, когда воды в реке мало, а требования к электростанциям значительно повышаются: ведь зимой городам необходимо гораздо больше энергии, нежели в любое другое время года.

Вот тут-то и приходит на помощь водохранилище. Оно и дает возможность, говоря языком гидротехников, «зарегулировать речной сток», то есть подчинить реку такому режиму, который обеспечивает более или менее равномерное распределение запасов воды в течение всего года. Водохранилища — это огромные «водные склады», образующиеся после того, как река перегораживается плотиной. Чем выше плотина, тем шире разливается река, тем больше объем чаши водохранилища.

Огромны просторы Рыбинского моря! Если бы не существовало этого искусственного водоема, вся масса воды давно, в период весеннего паводка, умчалась бы в Каспийское море. Создав водохранилище, человек задержал миллиарды кубометров паводковых вод. Теперь можно месяц за месяцем планово, по установленному режиму расходовать эту воду: для вращения гидротурбин, водоснабжения городов, создания судоходных глубин в периоды обмеления. Зона затопления и емкость водохранилища заранее точно рассчитываются.

Средняя глубина водохранилищ на равнинных реках колеблется от 10 до 20 метров. Глубина горных водохранилищ достигает десятков и даже сотен метров.

После наполнения водохранилища большие перемены происходят в фауне и флоре затопленных земель. Почти все наземные растения погибают. Появляются водные растения. Рыбы, предпочитающие быстрое течение, — голавль, жерех, елец, уходят в реки, зато усиленно размножаются такие виды рыб, как лещ, щука, плотва, окунь, карп. В водохранилищах хорошо себя чувствуют также судак, налим, сом, сазан.

Крупные водохранилища оказывают влияние на влагооборот и на климат близлежащих районов. После создания Рыбинского водохранилища, например, вегетационный период в некоторых районах Вологодской области стал на несколько дней короче. Увеличилась абсолютная влажность воздуха, изменились в зоне водохранилища сила и направление воздушных течений — ветров.

Сооружение на реках плотин и водохранилищ обеспечивает нормальную работу гидроэлектростанции. Но как быть судам, на пути которых возникает водопад, высотой в десятиэтажный дом? Как пароходу опуститься с верхнего бьефа в нижний или, наоборот, подняться на 20–40 метров? Этот водный барьер пароходы преодолевают при помощи судоходных шлюзов.

Пароход идет сверху. Через ворота, расположенные в верхнем бьефе, он входит в шлюзовую камеру, наполненную доверху водой. Ворота наглухо закрываются. При помощи специальных устройств вода из камеры шлюза начинает выпускаться в нижний бьеф. Вместе с понижающейся водой опускается и шлюзующийся пароход. Когда вода снизится до уровня нижнего бьефа, открываются нижние ворота шлюза и судно продолжает путь по реке.

Пароход, плывущий снизу вверх, попадает через нижние ворота в шлюзовую камеру. Ворота плотно запираются. В камеру поступает вода из верхнего бьефа. Вместе с водой «набирает высоту» и судно. Когда вода в камере окажется на уровне верхнего бьефа, верхние ворота откроются и пароход поплывет дальше, вверх по водохранилищу.

В зависимости от высоты «водопада», образованного плотиной, и масштаба грузопотоков судоходные шлюзы строят однокамерные и многокамерные, расположенные в одну или две и даже три «нитки».

Если шлюз имеет одну «нитку», пароходы поочередно шлюзуются или вверх или вниз. При двух и трех «нитках» одновременно одни суда поднимаются, другие опускаются. Это ускоряет движение судов и плотов.

Современный шлюз — это совершенное автоматически действующее сооружение, обеспечивающее быстрое преодоление судами перегороженного плотиной участка реки.

Продолжительность шлюзования парохода колеблется от 5–10 до 30–45 минут, в зависимости от высоты перепада, созданного плотиной, а высота эта имеет значительные колебания. На канале им. Москвы суда поднимаются на 8 метров, на Щербаковском гидроузле преодолевают 16-метровую высоту. На одном из строящихся в нашей стране гидроузлов шлюзы будут поднимать пароходы на 41 метр, то есть на высоту двенадцатиэтажного дома. Имеются и более высокие судоходные шлюзы.

Глухие и водосливные плотины, водохранилища, судоходные шлюзы, здания гидростанции, головные водозаборы — таковы основные элементы гидроузла, сложного сооружения, при помощи которого человек вторгается в жизнь реки.

Три верхневолжских гидроузла, положивших начало коренной реконструкции Волги, заставили реку на протяжении от верховьев до Горького жить по-новому.

До вмешательства гидротехников в жизнь Верхней Волги здесь уже в апреле резко повышался уровень воды. Высота весеннего подъема в некоторые годы достигала 12 метров. Река нередко затопляла прибрежные пространства, вызывая наводнения. В июне начинался резкий спад воды. Летом река суживалась, мелела. Осенью уровень реки за счет дождевой влаги несколько поднимался. А весной — вновь скопление талых вод, которые угрожали наводнениями и, не принося пользы человеку, уносились в далекий Каспий.

Теперь верхневолжский режим изменился. Нет бурного подъема воды весной, нет опасных разливов. Талые воды сосредоточиваются в чашах водохранилищ. Иным стал и летний режим реки. Значительными постоянными глубинами обладают водохранилища. Покончено с резким обмелением реки, этим бичом волжского судоходства. Если нужно пополнить запасы воды в русле Волги ниже плотины, достаточно открыть щиты Рыбинского водохранилища, и река получает необходимое подкрепление. Режим Верхней Волги ныне регулируется тремя искусственными морями — Иваньковским, Угличским, Рыбинским.