Энергия и цивилизация - читать онлайн книгу. Автор: Вацлав Смил cтр.№ 82

Но эта знаменитая «война токов» имела далеко идущие последствия: фундаментальные физики предпочитали переменный ток, и после 1890 года новые системы базировались на нем (переходу помогло появление точного и дешевого счетчика переменного тока в 1889 году), а существующие системы постоянного тока, которые к 1891 году давали более половины городского освещения в США, можно было перевести на переменный благодаря изобретению вращающегося преобразователя. Он был запатентован Чарльзом Брэдли, бывшим работником Эдисона, в 1888 году, и сделал возможным использование оборудования существующих генераторов постоянного тока при передаче полифазного высоковольтного переменного тока на большие расстояния. Распространение переменного тока ускорилось благодаря масштабным проектам 1890-х годов, в число которых входила Большая Депфордская станция в Лондоне, обслуживавшая более 200 тысяч ламп, и крупнейшая в мире линия переменного тока от электростанции на Ниагарском водопаде до Буффало (Hunter and Bryant 1991). В 1900 году появилась первая публичная сеть, использующая трехфазный ток, максимальное напряжение передачи увеличилось до 60 кВ в этом же году и до 150 кВ в 1913-м. Таким образом, все компоненты современной сети генерации и передачи энергии уже работали до Первой мировой войны.

Тремя годами позже трансформатора Стэнли Никола Тесла запатентовал первый практичный полифазный индукционный мотор на переменном напряжении (Cheney 1981; рис. 5.11). Как и лампы накаливания, это изобретение появилось после десятилетий экспериментов и испытаний, и даже коммерческого использования моторов постоянного тока, работающих от батарей, которое началось в 1830-х годах, и от динамо в 1870-х (Hunter and Bryant 1991). Высокие операционные издержки и ограниченная емкость батарей привели к тому, что небольшие моторы на постоянном токе были худшими первичными движителями, чем паровые машины.

Рисунок 5.11. Никола Тесло в 1890 году. Фотография Napoleon Sarony

Первый небольшой электромотор на постоянном токе (а их были проданы тысячи) также получал энергию от громоздкой батареи, и его запатентовал Эдисон в 1876 году; он монтировался на верхушке стилуса, чтобы приводить в движение изготавливающую шаблоны ручку, которая использовалась для механического копирования памятников (Pessaroff 2002). Как только появились большие динамо, тут же начались попытки устанавливать малые электромоторы на трамваях (сначала в Германии) и решать с их помощью производственные задачи (в основном в США). Перспективы изменились, по большому счету, только после изобретения Никола Тесла (1857–1943): концепция была придумана в Европе и воплотилась в работающую машину после того, как молодой сербский инженер эмигрировал в США.

Тесла утверждал, что исходная идея пришла к нему в 1882 году, но после переезда в США он поступил на работу к Эдисону, а тот мало интересовался переменным током. Тесла легко нашел финансирование, он открыл собственную компанию в 1887 году и оформил все необходимые патенты – 40 штук между 1887 и 1891 годами. Создавая свой полифазный мотор, серб нацеливался на то, чтобы «получить большую экономию при конверсии энергии, чем достигнута на данный момент, более дешевый, надежный и простой аппарат, которым можно было бы без труда управлять, чтобы избежать любой опасности при передаче экономически оправданных объемов тока высокого напряжения» (Tesla 1888, 1).

Вестингауз купил все патенты Теслы в области переменного тока в июле 1888 года, и в 1889-м компания получила первое электрическое устройство с мотором Теслы: маленький вентилятор (125 Вт) с мотором переменного тока равной мощности; к 1900 году было продано почти 100 тысяч единиц (Hunter and Bryant 1991). Первый патент серба был выдан на двухфазную машину, а первую трехфазную конструкцию создал Михаил Осипович Доливо-Домбровский (1862–1919), русский инженер, работавший на AEG. Трехфазные моторы (каждая фаза отстоит от другой на 120°) обеспечивают, чтобы одна из фаз всегда была на пике или рядом с ним, результатом становится более равномерный выход мощности, чем у двухфазной конструкции, и при этом они немногим хуже четырехфазных, которым требуется дополнительный провод. Трехфазные моторы быстро завоевали рынок, и это привело, как я расскажу в следующей главе, к большим изменениям в производстве.

Великий переход от растительного топлива к ископаемому и от одушевленных первичных движителей к механическим повлек за собой беспрецедентные изменения, касающиеся появления новых, по-настоящему эпохальных черт цивилизации, а также скорости их принятия. В 1800 году обитатели Парижа, Нью-Йорка или Токио жили в мире, чьи энергетические основы почти не отличались не только от мира 1700 года, но и от мира 1300-го: дерево, древесный уголь, тяжелый труд и тягловые животные приводили в движение все общество. Но к 1900 году многие люди в крупных городах Запада жили в обществах, чьи технические параметры почти полностью отличались от тех, что доминировали в мире век назад, и были в своей основе ближе к нашему миру, к году 2000-му. Как сказал по этому поводу историк Льюис Мамфорд (Mumford 1967, 294): «Мощь, скорость, движение, стандартизация, массовое производство, систематизация, количественные параметры, однообразие, астрономическая регулярность, контроль, свыше всего контроль – вот что стало паролями для прохода в современное общество западного стиля».

Примеров таких изменений много, из них я выбрал несколько глобальных достижений, чтобы продемонстрировать величину стремительных инноваций той эпохи. На фундаментальном уровне в 1800 году мир потреблял около 20 ЭДж энергии (эквивалент менее чем 500 Мт сырой нефти), из которых 98 % приходилось на фитомассу, большей частью на древесину и древесный уголь; к 1900 году общая первичная выработка энергии более чем удвоилась (до около 43 ЭДж, эквивалента 1 Гт сырой нефти), и половина этой величины происходила от ископаемого топлива, в первую очередь – угля. В 1800 году самый сильный (ну я не лез ранее в собственно текст, но сильный движитель – это ерунда, он может быть только мощным) неодушевленный первичный движитель, паровая машина Уатта, имел мощность чуть выше 100 кВт; в 1900-м паровой двигатель мог выдать 3 МВт, или в 30 раз больше. В 1800 году сталь была редкостью, к 1850-му даже в Великобритании она «была известна в коммерции только в сравнительно малых количествах» (Bell 1884, 435), и лишь несколько сотен тонн ее производили по всему миру, но к 1900 году общее производство выросло до 28 Мт (Smil 2016).

Но заметьте мою осторожность, слова «почти» и «на фундаментальном уровне», когда я описываю мир в 1900 году. Достигнутый сдвиг, как в качественном, так и в количественном отношении был глубок, и его скорость часто выглядит ошеломительной; но мир ископаемого топлива и неодушевленных первичных движителей был молодым, далеким от зрелости и очень неэффективным, и ассоциировался с сильным негативным воздействием на окружающую среду. К 1900 году США и Франция были большей частью обществами, жившими за счет ископаемого топлива, но мир в целом все еще получал половину первичной энергии от дерева, древесного угля и пожнивных остатков, и даже в США пик общего количества тягловых лошадей наступил только через 17 лет. И хотя лампы накаливания, электрические моторы и телефоны распространялись очень быстро, электричество, используемое большей частью семей в США или Германии, уходило на работу лишь нескольких ламп.