История энергетики

Во многом человеческая цивилизация приобрела свой современный вид благодаря умению людей извлекать энергию из окружающего мира. Сегодня, когда солнечные электростанции встречаются буквально на каждом шагу, этот процесс кажется чем-то совершенно обыденным. Однако так было не всегда, и человечеству пришлось преодолеть долгий и тернистый путь, о котором и пойдет речь ниже.

Эпоха воды

Изначально люди пытались получить энергию, используя исключительно физическую силу, свою или домашних животных. Настоящий прорыв произошел в тот момент, когда человек научился использовать энергию, получаемую путем перемещения воды. Главным изобретением того времени стало вертикальное колесо. Его устанавливали около реки, что позволяло приводить в действие, к примеру, жернова мельниц. Чуть позже ту же технологию получения энергии стали использовать и в других сферах деятельности, таких как выделка кожи, ковка железа, деревообработка и так далее. В итоге существенно выросла производительность труда, появилось множество новых промышленных центров.

Многие историки считают, что именно развитие водной энергетики стало одним из определяющих факторов формирования всей западноевропейской цивилизации. К пятнадцатому столетию широчайшее распространение получили плотины, позволяющие не только получать энергию, но и направлять по специальным каналам к месту использования. С появлением распределительных коленчатых валов использование водной энергии стало возможным и в сферах, требующих осуществления постоянных возвратно-поступательных движений, к примеру, дутье кузнечных мехов.

Развивалась также и ветряная энергетика. Самую важную роль она сыграла в судостроении. Именно использование потоков воздуха позволило совершать морские путешествия на очень дальние расстояния и колонизировать новый свет, привнося туда собственные технологии.

Эпоха пара

Часто можно столкнуться с мнением, что современная эпоха началась именно с появлением двигателя Джеймса Ватта, использующего для своей работы паровую энергию. Случилось это в восемнадцатом веке. Впервые новая технология было применена на угольных шахтах промышленников Ньюкомена и Сейвери. Главным преимуществом новых двигателей стала их полная независимость от географического расположения предприятия, на котором они использовались. Кроме того, на работу паровых установок не влияли погодные условия, такие как штиль, засуха, замерзание рек или наводнения, чего нельзя сказать о водяных и ветровых мельницах.

Впрочем, несмотря на свои очевидные преимущества, паровые двигатели еще порядка ста лет использовались только вместе с водяными. Очередной скачок произошел приблизительно в середине девятнадцатого века, когда изобретатель из Филадельфии Оливер Эванс представил новую модель парового двигателя высокого давления. Постепенно его детище приобрело широкую популярность и стало использоваться на железнодорожном транспорте и речных судах. Это и стало началом транспортной революции в США, а позже и во всем мире.

Распространение паровой энергетики положило начало разработке месторождений ископаемых ресурсов и общей индустриализации. Уже к 1800-м годам стало очевидно, что уголь гораздо более выгоден, чем древесина. Однако и это топливо не долго господствовало на энергетическом рынке. Уже очень скоро его практически повсеместно вытеснила нефть, добыча которой была несравнимо более дешевой и безопасной.

Эпоха электричества

Развитие паровых установок не решало одну из основных проблем, а именно передачу энергии на большие расстояния. До сих пор около любого завода или фабрики нужно было устанавливать отдельную энергетическую установку, будь то водяная мельница или паровой двигатель. Естественно, это существенно усложняло производство, увеличивало себестоимость продукции.

Открытие такого явления, как электромагнитная индукция в корне изменило ситуацию. Теперь стало возможным передавать энергию на большие расстояния с помощью медных проводов. Развитие электричества изменило не только внешний вид и характер работы заводов начала двадцатого века, но также повлияло на транспортную инфраструктуру, повозки были вытеснены троллейбусами, и быт простых людей. Электроэнергия стала использоваться для отопления и освещения помещений, приготовлении еды и так далее.

Центральную роль в развитии описанной отрасли сыграл, естественно, Томас Эдисон. Изобретенная им лампа накаливания произвела настоящую промышленную революцию. А его манхэттенская электростанция стала эталоном подобных предприятий на долгие годы вперед. Нельзя также не отметить вклад таких личностей, как Никола Теслу, изобретателя генератора переменного тока, и Фрэнка Спарга. Последний был предпринимателем, который в 1887 году в Ричмонде запустил первый успешный с коммерческой точки зрения электрический трамвай.

При всех своих неоспоримых преимуществах система Эдисона имела один важный недостаток. Она была основана на постоянном токе, а значит не позволяла передавать энергию на действительно большие расстояния. В связи с этим, конкуренцию компании Эдисона составила фирма Вестингауза, использовавшая переменный ток. Одним из наиболее известных и запоминающихся проектов указанной компании стала установка генерирующей станции на Ниагарском водопаде, центральную роль в которой играла многофазная система Теслы. Именно Вестингауз смог первым доставить электроэнергию от генерирующих объектов в Калифорнии к таким отдаленным городам, как Лос-Анжелес и Сан-Франциско.

Очень скоро описанный тип энергии стал наиболее популярным и востребованным, причем как на крупных промышленных объектах, так и в быту. Ведущие компании данной отрасли, в частности General Electric, затрачивали огромное количество ресурсов на изобретение новых методов добычи электричества, а также способов его передачи и аккумуляции. Это, в свою очередь, привело к стремительному развитию науки и технологий.

Эпоха атома

К середине прошлого столетия использование электричества стало повсеместным. Разработка и модернизация паротурбинных установок давало возможность получать все больше энергии из меньшего количество исходных ресурсов. Как следствие, падала стоимость конечного продукта и еще больше возрастал спрос на него.

Однако уже к 1960-м годам человечество столкнулось с рядом серьезных проблем. Во-первых, мест для построек гидроэлектростанций, которые на то время были наиболее востребованными и эффективными, становилось все меньше. Во-вторых, модернизация установок достигла своего пика, что привело к некоторому росту цен на электричество. В-третьих, активное использование не восполняемых природных ресурсов, таких как нефть и уголь, стало причиной резкого ухудшения экологической ситуации на планете. Все описанные факторы и послужили причинами постепенного развития атомной энергетики.

Исследования в данной области начались еще в девятнадцатом веке с ряда успешных исследований свойств урана Марии Складовской-Кюри. Именно ее работы послужили отправной точкой к дальнейшему изучению атома и его структуры. К началу 1940-х годов ведущие европейские и американские физики заметили, что расщепление атома урана приводит к цепной реакции и высвобождению огромного объема энергии.

Указанный процесс имел огромный потенциал, как в мирной, так и в военной сферах. Именно поэтому ученым Колумбийского университета во главе с Альбертом Эйнштейном и Энрико Ферми смогли получить разрешение на исследования, а также финансирование от правительства США. Уже в 1942 году ученым из, так называемого, «проекта Манхэттен» удалось получить первую контролируемую ядерную реакцию.

Несмотря на то, что в свое время описанные исследования смогли решить глобальную энергетическую проблему, сегодня данная отрасль подвергается постоянной критике. Одним из наиболее ощутимых ударов по ней нанесла авария на Чернобыльской АЭС в 1986 году, последствия которой ощутили на себе, практически, все европейские страны.

Сегодня все больше людей и компаний отдают предпочтение восполняемым источникам энергии, включая воду и ветер. Современные технологии дают возможность крайне эффективно использовать их потенциал. В продаже можно встретить полноценные солнечная электростанция для дома, а также другие решения, делающие энергию доступной и безопасной.