Энергия и цивилизация

Как уже отмечалось, трансформаторы работают благодаря электромагнитной индукции, процессу, открытому Фарадеем, и их развитие было не результатом прорывного изобретения, а следствием неспешных усовершенствований, которые базировались на фундаментальных исследованиях английского физика. Ранняя конструкция Люсьена Голара (1850–1888) и Джона Гиббса была представлена в 1883 году, и позже три венгерских инженера усовершенствовали ее, используя железные сердечники. Но только Уильям Стэнли (1858–1916), молодой инженер, работавший на «Вестингауз», в 1885 году создал прототип устройства, которое мы используем сейчас и которое дает возможность передавать высоковольтный переменный ток с электростанций со сравнительно небольшими потерями и распределять его уже при низком напряжении по потребителям (Coltman 1988).

Как и в случае с другими компонентами новой электрической системы, мощность трансформаторов быстро выросла за конец XIX века и отрезок времени перед Первой мировой войной. Я не могу предложить лучшей оценки этого простого, но хитроумного устройства, чем высказывание Стэнли, адресованное в 1912 году Американскому институту инженеров-электриков:

«Это простое и полное решение сложнейшей проблемы. Оно заставляет устыдиться за все попытки механической регуляции, оно работает с легкостью, уверенностью и экономией, позволяя преобразовывать колоссальное количество энергии, которое мгновенно передается или получается с его помощью. Оно очень надежно, нерушимо и определенно. В этой смеси стали и меди экстраординарные силы столь изящно сбалансированы, что их почти и не видно» (Stanley 1912, 573).

Трансформаторы стали основой для выбора переменного тока как рабочего для новых электросетей. Постоянный ток был логичным выбором для первых сетей локального масштаба, а кроме того, тогда существовали некоторые сомнения по поводу безопасности высоковольтного переменного тока. Но они не оправдывают ни запущенной Эдисоном агрессивной кампании, начатой в 1887 году и включавшей убийство бродячих собак и кошек с помощью листа металла, заряженного до 1 кВ от генератора переменного тока (чтобы продемонстрировать, насколько рискованно его применение), ни персональных выпадов в сторону Джорджа Вестингауза (1846–1914), ведущего промышленника той эпохи, работодателя Стэнли и сторонника переменного тока.

Даже в 1889 году Эдисон писал: «Я бы лично хотел совершенно запретить использование переменного тока. Он столь же опасен, сколь и не нужен… и я поэтому не вижу оправдания для введения системы, в которой нет элемента постоянства, зато есть элемент опасности для жизни и собственности» (Edison 1889, 632). В этой борьбе Эдисон нашел неожиданного союзника в Великобритании, лорда Кельвина, ведущего физика. Но уже годом позже Эдисон выступил в качестве защитника переменного тока, и эту перемену объясняют иногда (David 1991) тем, что кажущаяся иррациональной оппозиция была на самом деле рациональным выбором, сделанным из необходимости поддержать рыночную ценность предприятий Эдисона, которые продолжали производить компоненты для систем на постоянном токе, и тем самым улучшить условия для продажи его собственных акций. Как только инвестиции прекратились, конфликт резко исчез.

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.