Энергия и цивилизация

Мобильное использование двигателя привело к революции (здесь эта оценка совершенно опревданна, в отличие от обычного гиперболического утверждения) в транспорте, как наземном, так и водном, к быстрому развитию железных дорог и появлению пароходов. Другие способы мобильного применения, облегчавшие труд, включали паровые краны, молоты для забивки свай и экскаваторы (первое устройство такого типа, «паровая лопата», была запатентовано еще в 1839 году). Панамский канал не удалось бы построить так быстро (1904–1914) без использования примерно сотни «паровых лопат» Bucyrus и Marion (Mills 1913; Brodhead 2012), пар нашел путь даже на американские поля посредством канатных плугов.

Но паровые двигатели стали жертвами собственного успеха: по мере того как росла их эффективность, а ее пиковое значение достигало беспрецедентного уровня (на порядки выше, чем у любого традиционного первичного движителя), они начали сталкиваться с сущностными ограничениями, изначально заложенными в конструкции (Smil 2005). Даже после столетия усовершенствований широко используемые паровые машины оставались малоэффективными: к 1900 году типичный паровой локомотив тратил впустую 92 % угля, загруженного в котел. И они оставались тяжелыми, что ограничивало их мобильность за пределами рельсов и воды, которые могли поддерживать значительную массу (примечание 5.5).

Примечание 5.5. Соотношение масса/мощность паровых машин и «мегатерия»

Лошадь среднего размера, весящая 750 кг и дающая одну лошадиную силу (745 Вт), будет иметь соотношение масса/мощность почти в 1000 г/Вт, как и человек в 80 кг, постоянно работающий с мощностью в 80 Вт. Первые паровые двигатели XVIII века были очень массивными и давали соотношения (600–700 г/Вт) почти столь же высокие, как у людей и тягловых животных. К 1800 году соотношение упало до 500 г/Вт, и к 1900 году лучшие паровые локомотивы добрались до 60 г/Вт. Но это было все равно слишком много для того, чтобы приводить в движение наземные средства транспорта или вращать динамо на электростанциях.

В 1894 году новый бензиновый двигатель «Даймлер-Майбах», установленный на автомобиле, который выиграл гонку Париж-Бордо, имел показатель менее 30 г/Вт (Beaumont 1902), и он не оставил паровым машинам места в дорожном транспорте. Даже первый коммерческий вариант малых паровых турбин Чарльза Парсонса – мощностью в 100 кВт, построена в 1891 году – выдавал лишь 40 г/Вт, и перед Первой мировой соотношение упало ниже 10 г/Вт, а эффективность превзошла 25 %, много выше 11–17 % для лучших паровых двигателей (Smil 2005). Вследствие этого 16 больших паровых машин «Вестингауз-Корлисс», установленных на нью-йоркской электростанции Эдисона в 1902 году, уже устарели, и все же тремя годами позже лондонский городской совет по трамваям поставил на станции Гринвич «мегатерия мира машин» (Dickinson 1939, 152), первый из 3,5-мегаватных паровых компаунд-двигателей, для чего потребовалось пространство размером с собор. Массивные машины Гринвича были почти столь же высокими (14,5 м), как и широкими, а генератор Парсонса той же самой мощности имел бы только 3,35 метра в ширину и 4,45 метра в высоту.