Энергия и цивилизация

Рисунок 5.4. Знаменитые машины эпохи паровозов. Rocket Стефенсона 1829 года, первая коммерческая машина, в которой появились две инновации, сохранившиеся во всех последующих конструкциях: отдельные цилиндры на каждой стороне, приводящие колеса в движение короткими соединительными стержнями, и эффективный многотрубочный котел. Стандартная американская конструкция, которая господствовала на железных дорогах США с середины 1950-х годов. Обтекаемый дизайн немецкого паровоза Borsig, разогнавшегося до 191,7 км/ч в 1935 году. Основано на Вут (1900) и Ellis (1983)

Начавшиеся с первой междугородней ветки в 56 км (Ливерпуль – Манчестер) в 1830 году, британские железные дороги протянулись до 30 тысяч километров к 1900 году, в Европе их общая длина составила 250 тысяч км. По всему миру наиболее мощная экспансия железных дорог наблюдалась в три последних десятилетия XIX века. К 1900 году сеть в России достигла 53 тысяч километров (но Транссибирскую магистраль до Тихого океана достроили только в 1917-м), в США на тот же момент было более 190 тысяч километров (включая три трансконтинентальных ветки), а всего в мире (с большей частью из оставшегося в Британской Индии) насчитывалось 775 тысяч километров (Williams 2006). В результате расширение железнодорожной сети стало главной причиной не имевшего прецедентов спроса на сталь во второй половине столетия.

Конечно, металл требовался в еще больших количествах для многих новых промышленных рынков: самой по себе стальной индустрии (чтобы обеспечивать металл для новых мощностей по производству железа и стали), электрической индустрии (для котлов и паровых турбогенераторов, трансформаторов и проводов), в добыче нефти и газа (для буровых труб, буровых головок, креплений, трубопроводов и цистерн), в кораблестроении (для новых кораблей со стальными корпусами), в производстве (для машин, инструментов и комплектующих), и в традиционной текстильной и пищеобрабатывающей промышленности. Но рельсы (ранее их изготавливали из железа) оказались самым важным конечным продуктом из доступной бессемеровской стали (подробости см. в главе 6), появившимся в 1860-х годах и остававшимся таковым до конца столетия (Smil 2016).

Апогей популярности парового двигателя наступил более чем через столетие после того, как Уатт получил усовершенствованный патент: к началу 1880-х годов широкое распространение паровых машин заложило энергетические основы современной индустриализации, и доступность высококонцентрированной мощности преобразовала как производительность промышленности, так и транспорт дальнего следования, и морской, и наземный. В свою очередь, эти изменения привели к обширной урбанизации, росту благосостояния людей, расширению международной торговли и сдвигам в положении стран на международной арене. Кумулятивный технический прогресс оказался значительным: крупнейшие машины, сконструированные в 1890-х годах, были примерно в 30 раз более мощными, чем их предки в 1800-м (3 МВт против 100 кВт), эффективность в лучших случаях повысилась в 10 раз, с 2,5 до 25 % (рис. 5.5). Этот огромный выигрыш в эффективности, со значительной экономией топлива и уменьшением загрязнения воздуха, случился благодаря в первую очередь более чем стократному росту рабочего давления, от 14 кПа до 1,4 МПа.

Рисунок 5.5.

Растущая мощность и улучшение эффективности лучших паровых машин, 1700–1930 годы. Основано на данных из Dickinson (1939) и von Tunzelmann (1978)

Быстрый прогресс и пригодность двигателя для выполнения многих производственных, строительных и транспортных задач (благодаря прочности и надежности) превратил паровую машину в неодушевленный первичный движитель индустриализации XIX века. Его стационарное использование варьировалось от работ, которые ранее выполняли одушевленные первичные движители, водяные колеса или ветряные мельницы (откачка воды, распил древесины или обмолот зерна) до новых задач, которые появились на растущих фабриках (приводные ремни позволяли осуществлять сверление, полировку и другие операции с помощью механизмов, а также получать сжатый воздух). Кроме того, отдельные самые крупные из когда-либо построенных паровых двигателей использовались для того, чтобы вращать динамо первых электростанций в 1880-90-х годах (Smil 2005).