Энергия и цивилизация

Перевозка СПГ по морю, начавшаяся в 1960-х годах, обходилась очень дорого, и в последующие три десятилетия этот способ торговли использовали только страны Восточной Азии (Япония, Тайвань, Южная Корея), не имевшие своих запасов газа. Открытие новых запасов и постройка более крупных танкеров для СПГ привели к сравнительно быстрому расширению этой торговли, и к 2015 году почти треть экспортируемого газа перевозилась танкерами (ВР 2016). Япония по-прежнему является крупнейшим импортером, но в ближайшее время Китай станет самым важным потребителем. США, традиционно импортировавшие газ по трубам из Канады, построили множество установок по производству СПГ, надеясь стать ведущим экспортером, возможно, даже конкурентом Катара, маленькой богатой страны, продающей СПГ из крупнейшего в мире газового месторождения в Персидском заливе (Smil 2015а).

Электричество

Прогресс в электрификации потребовал экспоненциального роста показателей во всех компонентах энергетических систем. Первые, сравнительно маленькие котлы, топили кусками угля, загружаемыми на движущиеся решетки. С 1920-х годов их начали заменять многоуровневыми системами, работающими на измельченном топливе, оно впрыскивалось в камеру сгорания и нагревало воду, которая циркулировала в трубах из стали, проходящих вдоль стенок котла. Нефть и природный газ также стали обычным топливом для больших электростанций, но использование нефти (кроме как в России и Саудовской Аравии) было прекращено после того, как ОПЕК вторично подняла цены (1979–1980). Природный газ для получения электричества сейчас сжигается большей частью в газовых турбинах не только в богатых газом странах, но и в тех, которые вынуждены экспортировать дорогой СПГ. В США доля электричества, полученного с помощью газа, поднялась с 12 % в 1990 году до 33 % в 2014-м; в Японии с 28 % в 2010 году до 44 % в 2012-м из-за закрытия АЭС после катастрофы в Фукусиме (The Shift Projext 2015).

Большие котлы обеспечивали паром турбогенераторы на три порядка более мощные, чем использовавшиеся в 1900 году (крупнейший, во Франции на АЭС Фламанвиль, дает 1,75 ГВт), а их рабочее давление и температура позволили поднять пик эффективности с менее 10 % в 1900 году до свыше 40 % (рис. 5.15). Становится возможной даже более высокая эффективность, порядка 60 %, при использовании комбинации газовых турбин (крупнейшие дают свыше 400 МВт) и паровых турбин (горячий газ, покидающий газовую турбину, уходит на производство пара). Ничего удивительного, что турбины комбинированного цикла стали предпочитаемым способом генерации электричества, особенно чтобы закрыть потребности в пиковые периоды спроса (Smil 2015b). Большие дизельные генераторы были наиболее экономным выбором для производства электричества в отдаленных местностях и для обеспечения непрерывной подачи тока в случае экстремальных обстоятельств.

Рисунок 5.15.

Максимальные мощности паровых турбогенераторов и эффективности лучших тепловых электростанций, 1900–2000 годы. Основано на данных из Dalby (1920), Termuehlen (2001) и Smil (2008а)

Расширение городских систем электроснабжения до национального масштаба началось после Первой мировой и ускорилось после Второй мировой войны. Оно преследовало следующие цели (Hughes 1983): достижение масштабной экономии, постройка более крупных станций рядом с большими городами или прямо в них, создание высоковольтных линий, чтобы передавать энергию от удаленных электростанций, продвижение массового потребления, объединение систем меньшего размера, чтобы обеспечить стабильную подачу энергии и более низкие номинальную и резервную мощности. После 1950 года забота о загрязнении воздуха привела к появлению новых крупных электростанций, расположенных рядом с источниками топлива. Переход к таким электростанциям повысил спрос на высоковольтную передачу.

Вследствие этого мощность крупнейших трансформаторов выросла в 500 раз, и самое высокое напряжение передачи увеличилось более чем в 100 раз по сравнению с 1890-ми годами. Передача начиналась с деревянных столбов и медных проводов, и постепенно дошла до вышек из стали, несущих усиленные сталью алюминиевые кабели, заряженные до 765 кВ; высочайшее напряжение постоянного тока сейчас ±800 кВ, несущих 6,4 ГВт между ГЭС Сянцзяба и Шанхаем. Внутридомовые системы выросли от нескольких розеток до разветвленных структур с десятками переключателей и выводов. Повышение мощности и рост генерации сопровождались увеличением надежности, особенно важной в мире, наполненном электронными устройствами и средствами контроля (примечание 5.14).