Великий переход

На протяжении XIX века водно-энергетические системы становились все более сложными по мере развития и укрупнения компаний. Инженеры-гидравлики работали над повышением эффективности водяных колес, предложив ряд конструктивных усовершенствований. Они разработали гидравлические турбины – мощные веерообразные колеса, которые также получили широкое распространение. Быстрый прогресс наблюдался и в области строительства плотин, шлюзов и каналов, создаваемых для точного регулирования потока воды, необходимого для работы сложной и чувствительной техники.

Когда-то использовать водную энергию было просто. Владелец фабрики заключал с местным плотником договор на создание простого деревянного колеса с приводным валом, которое затем помещалось в быстро движущийся водный поток. Производство электроэнергии было намного сложнее и дороже. Фабрикантам приходилось либо самим изучать гидравлику, либо нанимать специалистов. Они должны были инвестировать значительные средства в строительство и содержание своих водно-энергетических систем и принимать трудные решения относительно выбора типа колеса и системы управления водными потоками. От этого зависела судьба компании: будет ли она развиваться или же придет в упадок.

Дело осложнилось с появлением парового двигателя. Это была вторая великая технология энергетической промышленности. Изобретенные в XVIII веке паровые двигатели преобразовывали тепловую энергию в механическую путем кипячения воды для создания пара, который по мере расширения приводил в движение поршень или турбину. Огромным преимуществом паровых двигателей было то, что для работы им не требовалась проточная вода: они освободили производителей от необходимости строить заводы рядом с ручьями и реками. А большим недостатком стало то, что по сравнению с водяными колесами они были еще более дорогими в эксплуатации. Для кипячения воды паровые двигатели требовали огромного количества топлива в виде угля или дерева.

Как и гидравлические системы, паровые технологии быстро развивались по мере того, как изобретатели и инженеры по всему миру соревновались в создании более эффективных и надежных двигателей. Наряду с достижениями в области выработки электроэнергии были достигнуты успехи в области ее передачи. С возникновением промышленного производства мало оказалось просто подключить водяное колесо или паровой двигатель непосредственно к одной машине. Энергия должна была распределяться среди большого количества различных устройств, расположенных на фабрике или даже в нескольких зданиях. Это потребовало создания системы для передачи и регулирования мощности.

По мере роста заводов и усложнения производственных процессов системы передачи мощности также усложнялись. Фабрикантам приходилось нанимать архитекторов для разработки систем и квалифицированных специалистов для поддержания их работы. Посетитель британского завода в 1870-х годах сообщил, что изнутри завод «представлял удивительное зрелище» с «бесчисленным количеством шкивов и ремней, вращающихся во всех направлениях, что для несведущего человека казалось безнадежной путаницей». Мало того что они были дорогостоящими, легко выходили из строя и часто приводили к несчастным случаям – такие системы передачи мощности были неэффективными. Шкивы и ремни обычно поглощали до трети и более энергии, производимой водяным колесом или двигателем.

В такой мир и пришел электрический генератор в качестве третьего величайшего источника энергии. Электричество обладало важным преимуществом: оно не требовало громоздкой системы передачи мощности. Каждая машина получала питание независимо от других, что обеспечило фабрикантам новую степень гибкости в организации рабочих процессов и увеличении масштабов операций. Они больше не ограничивались сложной системой ремней и шкивов, которую трудно было изменить. Кроме того, электричество было чище и проще поддавалось контролю, чем водная или паровая энергия.