Содержание
Новые источники энергии в конце XIX — начале XX века реферат по физике | Сочинения Физика
Скачай Новые источники энергии в конце XIX — начале XX века реферат по физике и еще Сочинения в формате PDF Физика только на Docsity! РЕФЕРАТ ПО ИСТОРИИ НА ТЕМУ: «НОВЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ В КОНЦЕ XIX – НАЧАЛЕ XX ВЕКА». Выполнила: Ученица 9 –«А» класса Гимназии № 1 Моркова Ольга Источник: В.С. Виргинский, В.Ф. Хотеенков «Очерки истории науки и техники 1870-1917 г.г.», стр. 44 -59. Севастополь 2003 Промышленное применение электроэнергии. Одной из крупнейших проблем, решенных в рассматриваемый нами период, было получение и использование электроэнергии — новой энергетической основы промышленности и транспорта. Переход к массовому, непрерывному и автоматизированному производству требовал перевода системы машин на новый двигатель. Им стал электропривод, (электромотор), обеспеченный соответствующей передачей электроэнергии от генератора. Предпосылкой для решения этой технической проблемы стало изобретение итальянским физиком А.
Пачинотти (1841 —1912) в I 1860 г. и независимо от него бельгийским мастером 3. Т. Граммом t (1826—1901) в 0 0 1 F1869—1870 гг. динамо-машины, т. е. самовоз буждающегося генератора постоянного тока. Именно благодаря конструкции, предложенной Граммом, изобретение получило распространение на практике. Первые электрогенераторы были машинами небольшой мощности и разнообразной конструкции (генераторы Ф. Хельнера — Альтене-ка—1873 г., 0 0 1 FТ. А. Эдисона—1878 г. и др.). Коэффициент полез ного действия (КПД) этих машин был невелик. В начале 70-х гг. принцип обратимости электрических машин был уже хорошо известен. Эти машины могли использоваться и в качестве генератора, и в качестве двигателя. В 70—80-х гг. генераторы постоянного тока были настолько 0 0 1 Fусовершенствованы, что, по сути дела, приобрели основные чер ты современных машин. Другой предпосылкой стало осуществление передачи 0 0 1 Fэлектро энергии по проводам на значительные расстояния. Первую 0 0 1 Fпередачу электроэнергии на расстояние 1 км демонстрировал фран цуз И.
Фонтен в 1873 г. Однако практического применения этот опыт не получил. Более того, сам Фонтен считал, что подобная передача энергии возможна только для незначительных мощностей и на небольшое расстояние. Теоретические обоснования и основы расчета электропередач были сделаны в 1880 г. в работах Д. А. Лачинова (1842—1902) и французского ученого М. Депрё (1843—1918). Лачинов и Депре независимо друг от друга 0 0 1 Fпришли к выводу о возможности и эко номической целесообразности 0 0 1 Fпередачи электроэнергии на боль шие расстояния при условии повышения напряжения. В 1882 г. Депре осуществил передачу электроэнергии по 0 0 1 Fпроводам на рас стояние 57 км между Мюнхеном и Мисбахом. Получив финансовую поддержку банкира Ротшильда, Депре построил несколько постройки гидроэлектростанций на Неве мощностью «в десяток-другой тысяч сил». 1 В последующие годы в России были разработаны проекты комплексного использования рек Волхова (проект Г. О. Графтио — 1910 г.) и Волги (проект Г. М. Кржижановского—1913 г.
) и сооружения на них гидроэлектростанций. Эти проекты были осуществлены только при Советской власти. 1 Первая промышленная гидроэлектростанция в России мощностью 300 кВт была построена в 1895—1896 гг. под руководством инженеров В. Н. 0 0 1 FЧиколева и Р. Э. Классона (1868—1926) для электро снабжения Охтинского порохового завода в Петербурге. В 1899 г. были введены в эксплуатацию гидроэлектростанции на Бакинских нефтяных камнях и на кавказском 0 0 1 Fкурорте Боржоме. В 1903 г. бы ла пущена электростанция «Белый уголь» в Ессентуках. В 1909 г. закончилось строительство крупнейшей в дореволюционной России Гиндукушской ГЭС мощностью 1350 кВт на реке 0 0 1 FМургаб (ныне тер ритория Туркменской ССР). В 1914 г. для электроснабжения Москвы в Богородске (ныне Ногинск) была построена самая крупная в мире теплоэлектростанция «Электропередача», работавшая на торфе. В результате сооружения районных электростанций промышленные 0 0 1 Fпредприятия были избавлены от необходимости строить собст венные мелкие электростанции или устанавливать свои электрогенераторы.
Электроэнергия производилась на государственных, городских 0 0 1 F(муниципальных), а также на частных электростанциях, причем ко личество частных электростанций значительно превышало число государственных и 0 0 1 Fгородских. Так, по сведениям Русского техни ческого общества в 1913 г. из 20 крупных были электростанций 16 были частными. Электростанции производили электрический ток специально для 0 0 1 Fпродажи потребителям. Заводам и фабрикам стало выгоднее поку пать электроэнергию и направлять ее к рабочим машинам, снабженным 0 0 1 Fэлектроприводом, нежели производить ее на собственном пред приятии. 0 0 1 FПретерпел изменения и электродвигатель. Вместо синхрон ного двигателя 0 0 1 Fсо специальным возбудителем (или однофазного дви гателя с дополнительным двигателем для разгона) был изобретен асинхронный трехфазный электродвигатель, который начинал вращаться сразу при 0 0 1 Fвключении напряжения. Заслуга в создании та кого двигателя (1889 г.) принадлежит М. О.Доливо-Добровольскому. В начале 90-х гг.
XIX в. широкое распространение получили 0 0 1 Fэлектрифицированные машины в горнодобывающей промышлен ности, на металлургических заводах для производства проката и для загрузки мартеновских и доменных печей. 0 0 1 FСтали создаваться электрометаллургическое и электрохимиче ское производства, основанные на использовании электронагрева. В области производства цветных металлов большое значение имела постройка в США в 1884 г. братьями Коульс электрической печи промышленного значения для 0 0 1 Fвосстановления алюминия и полу чения его сплавов. Наряду с превращением электроэнергии в механическую для промышленных целей развитие энергетики позволило осуществить во 0 0 1 Fвсерастущих масштабах ее превращение в световую, звуковую, теп ловую и, наконец, химическую энергию. В США в результате концентрации и централизации монопольное значение приобрела фирма «Дженерал Электрик», которая основала ряд дочерних фирм в Европе. В 1907 г. американский и германский гиганты электричества заключили договор о разделе сфер деятельности в глобальном масштабе.
В частности, 0 0 1 Fбыл установлен взаимный обмен изобре тениями и опытами. Заводы обоих концернов вырабатывали самые различные электротехнические и иные товары: «…от кабелей и изолятора до автомобилей и летательных аппаратов». 0 0 1 FПрименение электроэнергии в различных областях промышлен ности 0 0 1 Fи в сфере быта произвело на современников такое же силь ное впечатление, 0 0 1 Fкак освоение паровых машин в период промыш ленного переворота. Совершенствование паровых двигателей и котельных установок. Поршневая паровая машина выступает в рассматриваемый период и в прежней своей роли как двигатель, непосредственно приводящий в действие рабочие машины посредством механической передачи, и в новой 0 0 1 Fроли первичного двигателя, приводящего в действие электро генератор 0 0 1 F(динамо-машину), энергия которого передавалась мо тору. В наиболее 0 0 1 Fразвитых странах это новое применение паро вых машин становится решающим. 0 0 1 FОднако и сам паровой двигатель, и обслуживающая его ко тельная установка оказалась теперь не в состоянии полностью удовлетворить предъявляемые к ним требования.
Для увеличения выработки электроэнергии и выполнения новых задач, поставленных промышленностью, требовалось увеличение мощности 0 0 1 Fпервичных двигателей, приводивших в действие электро генераторы. 0 0 1 FМашиностроители добились повышения КПД и увеличе ния мощности паровых машин. Компаунд-машины двойного и тройного расширения достигали теперь мощности от 6 до 8 тыс. л. с. Строились паровые машины с числом оборотов 0 0 1 Fот 200 до 600 в минуту, предназначенные спе циально для электростанций. 0 0 1 FВсе большее распространение полу чало применение перегретого пара. В конце XIX 0 01 F в. немецкий ин женер В. Шмидт изобрел новый паровой котел с 0 0 1 Fпароперегревате лем (температура перегрева пара в этом котле достигала 350°) и соответствующую паровую машину. В 1908 г. инженер Штумпф в Германии сконструировал 0 01 Fпрямо точную паровую машину. Большие успехи отмечались и в области котлостроения. Производительность паровых котлов была значительно увеличена, повышено рабочее давление пара.
Особенно удачными оказались конструкции секционных водотрубных котлов, сконструированный фирмой «Бабкок и Вилькокс» в Англии, Стирлингом в США и Гарбе в Германии. Большой вклад в создание котлов внес В. Г. Шухова, разработав надежный котел малой металлоемкости и обладающий хорошей транспортабельностью. Котел конструкции Шухова собирался на месте из отдельных секций. Поверхность нагрева наиболее крупных котлов этого времени достигала 1— 2 тыс. м2 Однако силовые установки с поршневыми паровыми машинам имели значительные недостатки: оставались относительно тихоходными, тогда как промышленность и транспорт ощущали растущую потребность в быстроходных двигателях. На изготовление поршневых машин расходовалось много металла, а неоднократные попытки снижения их веса не давали должного эффекта, хотя это представлялось особенно важным для зарождавшихся автомобильного транспорта и авиации. Не удавалось преодолеть и громоздкость двигателей. Так, при мощностью 80 л. с. разработал в России О. С. Костович (1851 —1916), предложив применять этот двигатель для дирижабля («аэроскафа»).
В 1896—1897 гг. немецкий инженер Р. Дизель (1858—1913) создал 0 0 1 Fновый тип двигателя внутреннего сгорания с самовоспла менением от сжатия, рассчитанный на тяжелое жидкое топливо и получивший имя изобретателя. В 1913 г. дизель-моторы стали производиться на рынок. В том же году 0 0 1 Fдля ведения переговоров Дизель, взяв с собой наи более секретные документы по изготовлению двигателя, отплыл в Англию. Однако до Англии он не добрался, а бесследно исчез с палубы корабля при неизвестных обстоятельствах. Высказывались подозрения, что он погиб от рук агентов немецкой разведки, опасавшейся продажи Дизелем его секретов англичанам. 0 0 1 FБольшой вклад в усовершенствование дизельных двигателей вне сли русские изобретатели. Б. Г. Луцкой проектировал и строил многоцилиндровые двигатели различного назначения — автомобильные, авиационные, судовые, лодочные. В 1896 г. Г. В. Тринклер (1876—1957) построил бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания. В 1910 г. Р. А. Корейво (1852—1920) сконструировал дизельный двигатель с противоположно движущимися поршнями и передачей на два вала.
А. Г. Уфимцев (1880—1936) разработал двухцилиндровый, а в 1910 г. шестицилиндровый карбюраторный двигатель для самолетов. 0 0 1 FВ России дизельные двигатели получили широкое распростра нение. 0 0 1 FПеред первой мировой войной они производились в Петер бурге, Москве, 0 0 1 FСормове, Риге, Ревеле, Воронеже и других горо дах. Водяные турбины. Наряду с использованием паровых турбин в качестве наиболее 0 0 1 Fсовершенного двигателя на тепловых и гидро электростанциях применяются и усовершенствованные водяные (гидравлические) турбины. Большинство типов таких двигателей было создано еще в предыдущий период1. В рассматриваемый период гидротурбины подверглись усовершенствованию. После внедрения в практику линий электропередачи были разработаны более быстроходные и мощные турбины, 0 0 1 Fнепосред ственно соединяемые с электрогенератором. В 1880 г. американский изобретатель Л. А. Пёльтон (1829— 1908) сконструировал водяную турбину, рассчитанную на работу при больших напорах воды. Ковшеобразные лопатки-колеса этой турбины позволяли с большей эффективностью использовать силу струи воды, поступавшей под большим давлением по трубе.
Водяная турбина Л. А. Пельтона нашла широкое признание уже в 80-е гг. XIX в. Наряду с ней получила распространение усовершенствованная турбина Жонваля. Мощность турбин Жонваля к 1900 г. достигла 1200 кВт в одном агрегате и продолжала расти. В 1910 г. уже изготовлялись радиально-осевые турбины мощностью 8—10 тыс. кВт. 0 0 1 FВажным этапом в развитии гидротурбин стали работы чешско го 0 0 1 Fинженера В. Каплана (1876—1934). Им, в частности, были вве дены поворотно-лопастные турбины (1912—1916), которые в дальнейшем применялись на большей части вновь сооружаемых ГЭС. Опыты с газовыми турбинами. 0 0 1 FМысль о создании газовой тур бины относится к концу XVIII в., но ее 0 0 1 Fдолго не удавалось осу ществить. В 1872 г. инженер Штольд запатентовал в Германии газовую турбину, но из-за низкого КПД турбины проект не был реализован. Первую попытку создания и практического применения газовой 0 0 1 Fтурбины предпринял инженер-механик русского флота П. Д. Кузь минский 0 0 1 F(1840—Г900). В 1897 г. он построил небольшую радиаль ную газовую турбину.
Однако смерть изобретателя в 1900 г. не позволила закончить начатую работу. В 1906 г. французские инженеры Арманго и Лемаль, русский 0 0 1 Fизобретатель В. В. Каравардин изобрели целый ряд газовых тур бин, однако их КПД был невелик. 0 0 1 FБольшую работу в области создания и усовершенствования га зовых турбин проделал немецкий инженер ГбльцвальД. В 1914— 1920 гг. он сконструировал несколько газовых турбин мощностью до 2 тыс. л. с. с КПД 13—14%. Все разработанные в тот период газовые турбины не нашли широкого применения. Идея использования атомной энергии. Одной из важнейших составных частей переворота в естествознании конца XIX 0 01 F— нача ла XX в. явились успехи атомной физики после открытия в 1898 г. супругами П. и М. Кюри явлений радиоактивного распада и 0 0 1 Fраз работки Э. Резерфордом и Ф. Содди в 1903 г: общей теории 0 0 1 Fра диоактивности. 0 0 1 FУ колыбели нового учения о строении атома и его превраще ниях 0 0 1 Fстояли крупнейшие ученые. Теоретические результаты их ис следований имели поистине революционный характер.
Однако очень долго обнаружение колоссальной энергии, кроющейся в атомах, не приводило ученых к мысли о 0 0 1 Fпрактических возможностях ее ис пользования. Отчасти это было связано с тем, что тогда был известен лишь естественный распад радиоактивных веществ, а установок для осуществления искусственной радиоактивности не существовало. Следует отметить, что и значительно позже, после постройки первого циклотрона (1932), после доклада Ф. и И. Жолио-Кюри об открытии искусственной 0 0 1 Fрадиоактивности (1934), Э. Резерфорд высказы вал сомнения, что получение 0 0 1 Fядерной энергии в количествах, доста точных для практического 0 0 1 Fиспользования, когда-либо будет возмож ным1. Не была ли такая позиция знаменитых ученых вызвана предчувствием того, что капиталистический мир 0 0 1 Fиспользует эту энер гию прежде всего в военных, а не в созидательных 0 0 1 Fцелях? Не хо телось ли им задержать атомного джинна в лабораторных стенах, чтобы он дольше не угрожал человечеству? Так или иначе, но картину использования атомной энергии в мирных и в военных условиях впервые дал не физик, а известный писатель-фантаст Г.
Уэллс в романе «Освобожденный мир» (1913): «…Только через двадцать лет 0 0 1 Fискусственно вызванная радиоак тивность обрела свое практическое воплощение»,— пишет Уэллс, относя начало применения атомной энергии к 50-м гг. XX 0 01 F в. Пи сатель ошибся лишь на десятилетие. Осуществление Э. Ферми первой цепной реакции в уранографитовом реакторе (к сожалению, не в мирных целях) произошло в 1942 г. Уэллс не представлял себе всю опасность для живого организма результатов атомного распада и показал в
Вступив в эпоху электричества… | Наука и жизнь
В природе нет ничего бесполезного.
Мишель Монтень
Фото Натальи Домриной.
Ветрогенераторы стали привычной деталью ландшафта многих стран. Фото Натальи Домриной.
Аэрофотоснимок системы солнечных электростанций, входящих в комплекс Solucar (Испания). На переднем плане солнечные электростанции параболического типа Solnova I (справа), III (слева спереди) и IV (слева сзади).
В глубине расположены первая коммерческая солнечная электростанция башенного типа PS10, а за ней PS20. Фото: Abengoa Solar/Wikimedia Commons/CC BY 1.0.
Преобразователь волновой энергии «Oyster» («Устрица») в сборочном цеху. Электроэнергия вырабатывается за счёт качания верхней «створки». Фото: new.abb.com.
Испытание прототипа преобразователя волновой энергии «Pelamis Wave Power» у берегов Шотландии. Электроэнергия вырабатывается за счёт изгибания системы из нескольких секций под действием волн. Фото: P123/ Wikimedia Commons/PD.
‹
›
Открыть в полном размере
Символично, что первая статья самого первого номера журнала «Наука и жизнь» посвящена проблеме утилизации сил природы, которая остаётся актуальной и через 130 лет, в XXI веке. Журнал впоследствии ещё не раз возвращался к ней. Человеческая цивилизация с древности использовала то, что предоставляла ей природа: силу ветра, энергию текущей воды и солнечное тепло. Затем к ним добавилась сила пара. Однако научные открытия первой половины XIX века дали людям возможность использовать ещё одну могучую силу — электричество.
Именно проблема преобразования сил природы в электроэнергию, что позволит не только по-новому их использовать, но и передавать на большие расстояния, — основная тема статьи.
Автор отмечает, что за менее чем полстолетия пар радикально изменил все условия жизни, и ожидает, что и новые открытия продолжат этот процесс. Разумеется, сейчас акценты сместились, появились новые источники энергии и новые способы использования старых источников, но некоторые из них обсуждались уже в конце XIX века.
Нашему современнику, наверное, покажется удивительным, что людей того времени приходилось уговаривать использовать электрическую энергию для освещения и других нужд. Особенно в общественных местах. В ход шли даже гигиенические аргументы: лучшее качество спектра излучения для зрения и то, что электрические лампы не потребляют кислород и, соответственно, не выделяют углекислый газ, способный вызвать отравление («Наука и жизнь» № 49, 1890 г.). Всё дело в том, что электроэнергия тогда стоила дорого, а лампы были очень недолговечны.
До изобретения Александром Николаевичем Лодыгиным лампы накаливания современного типа с долговечной вольфрамовой спиральной нитью оставалось ещё три года.
«Эдисоновский свет», как его тогда называли по самой популярной конструкции электрических ламп американского изобретателя, использовавшего в них угольную нить, стоил в три раза дороже, чем освещение фотогеновой лампой, и в полтора раза дороже, чем светильным газом, хотя и в 9 раз дешевле стеариновых свечей. Зато тепла они выделяли почти в 20 раз меньше, чем газовые, и в 14 раз меньше, чем керосиновые. Срок службы ламп Эдисона был всего 40 часов. Самое дешёвое сырьё — фотоген — минеральное масло, подобное керосину, но получаемое не из нефти, а из бурого угля. Фотоген производился в России и некоторое время назывался керосином, возможно, поэтому автор не разделяет фотогеновые и собственно керосиновые лампы, тогда быстро набиравшие популярность. Светильный газ — это смесь водорода (50%) с метаном (34%) и другими газами, получаемая из каменного угля.
Природный газ ещё не нашёл широкого применения и не добывался в значительных масштабах.
Высокая цена на электричество в первую очередь была связана с тем, что в то время ещё не были изобретены высоковольтные линии электропередачи переменного тока, имеющие малые потери энергии. Поэтому электроэнергия тогда передавалась только на очень короткие расстояния, как правило, не превышавшие 10—15 км, но и тогда потери доходили до 60% и выше. Так на упомянутом в статье руднике в Аризоне расстояние составило 12,5 км, а в городе Silver City — 6,5 км. На 1890 год в России имелся всего один пример использования гидроэлектростанции для питания станков — фабрика Козьмы Прохорова, на которую электроэнергия передавалась по линии в 6 верст.
Французский инженер Марсель Депре в 1882 году сумел передать электроэнергию на рекордные 57 км, используя напряжение до 2000 В. Однако тогда его оборудование было слишком громоздко для практического использования. Позднее, он решил эту проблему и, подняв напряжение до 6000 В, снизил потери на линии постоянного тока Крей — Париж длиной 56 км до 45%.
Но автор статьи оптимистичен, верит в науку и уже предсказывает передачу электроэнергии за тысячи вёрст.
Заметим, что говоря о заслугах Депре, автору следовало бы упомянуть и о нашем соотечественнике Дмитрии Александровиче Лачинове, который много сделал для теоретического исследования вопроса о передаче электроэнергии на большие расстояния, в том числе первым в 1880 году сформулировал условия для этого.
Проблему передачи электроэнергии на большое расстояние в 1891 году решил российский физик-электротехник Михаил Осипович Доливо-Добровольский, один из основоположников создания техники трёхфазного тока. Построенная по его проекту линия электропередачи с повышающим и понижающим трансформаторами доставила электроэнергию на невиданные тогда 170 км на международную выставку во Франкфурте-на-Майне. Там с этим изобретением познакомилось большое количество специалистов. Пожалуй, именно с этого момента и началась современная электрификация.
Но это ещё предстоит, а пока, в 1890 году, «Наука и жизнь» обсуждает идею приобретать электричество на складах или фабриках, а затем переносить домой в аккумуляторах, храня его, словно керосин в банках.
Эта идея не покажется удивительной, если вспомнить, что электромобиль появился раньше, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. В какой-то степени эта идея реализована в современном мире. Нет, мы не ходим на специальные фабрики заряжать аккумуляторы, не храним их в кладовых и не используем для освещения. Но аккумуляторы использует различная мобильная аппаратура и техника, широко распространённая в наше время.
Вообще первый номер журнала вышел в переломное время: совсем недавно, в 1870 году, бельгийский изобретатель Зеноб Грамм, работавший во Франции, создал электрогенератор, позволивший вырабатывать электроэнергию в промышленных масштабах. Первые его машины осветили в 1878 году Париж. Тогда же появились и первые ГЭС. В 1879 электричество добралось до Санкт-Петербурга, где первым был освещён Литейный мост, а в 1881 году — до Москвы.
Современные линии электропередачи имеют потери всего 2—3%, но и их можно сократить, используя высокотемпературные сверхпроводники. Несколько таких линий уже действуют в Германии, США, Южной Корее и Японии.
Правда, все они имеют довольно малую длину из-за сложности поддержания низких температур и дороговизны. Их достоинство в том, что на них можно подавать электроэнергию с тем напряжением, которое получают на электростанциях (6—20 киловольт) без повышения. Его так и называют — генераторным. При этом отпадает необходимость в сложных и дорогих трансформаторных подстанциях высокого напряжения.
Самая длинная из сверхпроводящих линий электропередачи запущена в 2014 году в Германии. Она имеет длину один километр и использует напряжение 10 киловольт, придя на замену обычной линии с напряжением 110 киловольт.
В России в 2020 году собираются запустить сверхпроводящую кабельную линию длиной 2,5 километра. Предполагается, что эта линия, рассчитанная на ток 2500 Ампер и напряжение 20 киловольт, соединит две подстанции в Санкт-Петербурге. В ней будет использован высокотемпературный сверхпроводник Bi2Sr2Ca2Cu3O10+x с критической температурой 108 Кельвинов (-165 градусов Цельсия).
До такой «высокой» температуры сверхпроводящего состояния проводник можно охлаждать просто жидким азотом. Система охлаждения будет забирать 0,5% передаваемой мощности.
Другой упомянутый в статье способ утилизации природной, а именно солнечной энергии, запатентованный американским химиком и изобретателем Эдвардом Вестоном (в статье Уестон), — предшественник солнечной электроэнергетики. Использованные Вестоном термоэлектрические батареи основаны на открытом в 1821 году немецким физиком Томасом Иоганном Зеебеком термоэлектрическом эффекте. Он заключается в том, что если две проволоки из разных металлов в одном месте соединить, то между двумя другими концами возникнет разность потенциалов, если эти концы и место соединения имеют разную температуру. Такое соединение двух металлов (термопара) в этом случае ведёт себя как гальванический элемент и может использоваться как источник тока.
Первую термобатарею для исследования эффекта создали в 1823 году Xанс Эрстед и Жан-Батист Фурье.
Она содержала спаянные друг с другом в чередующемся порядке висмутовые и сурьмяные пластины. Один ряд спаев нагревался пламенем свечи, другой охлаждался льдом. Одним из первых применил термобатарею в качестве источника тока Георг Ом в 1826 году. К концу XIX века было изобретено большое число различных термобатарей, работавших от различных источников тепла. Заслуга Вестона в том, что он предложил в качестве источника солнечное тепло и использовал для запасания электроэнергии аккумуляторы.
В настоящее время подобные устройства называют термоэлектрическими генераторами (термоэлектрогенераторами). Они нашли своё применение, как правило, для работы в труднодоступных местах, где не требуется большая мощность. В частности, ими оснащают космические аппараты («Кассини», «Новые горизонты» и др.), уходящие в дальний космос, где нельзя использовать солнечные батареи. Они использую тепло радиоактивного распада (радиоизотопные источники).
Термоэлектрогенераторы на основе тепловой энергии Солнца в настоящее время распространения не получили и серийно их не производят.
Все построенные за много лет исследований установки так и остались всего лишь экспериментальными образцами. Работа над ними активно шла до конца 1960-х годов, в том числе и в СССР. Но сначала не было необходимости в использовании солнечной энергии, а затем появились более выгодные фотоэлектрические солнечные батареи.
Впрочем, исследования продолжаются, так что, возможно, мы ещё увидим солнечные термоэлектрогенераторы в деле. Особенно, если новые материалы позволят поднять долю превращаемой в электричество солнечной энергии до 25%. Пока она значительно ниже.
Зато ветряные электростанции сейчас распространены широко. В настоящее время они лидируют среди так называемых возобновляемых источников энергии, к которым относятся и солнечная, и ветровая энергия. Во всём мире, по данным British Petroleum, на них приходится 51% от всей электроэнергии от возобновляемых источников (1270 тераватт-часов или мощность 591 гигаватт). К слову, доля солнечных электростанций составляет около 24% (584,6 ТВт·ч).
Ветроэнергетика в настоящее время поставляет 14% всей электроэнергии в странах ЕС. Самая высокая доля «ветра» в 2018 году у Дании (41%), затем следуют Ирландия (28%) и Португалия (24%). Мировым же лидером по производству ветроэлектричества является Китай (237 ТВт·ч за 2016 год), далее следуют США (227 ТВт·ч) и Германия (78,9 ТВт·ч).
Упомянутая в статье «мельница» Блита (в статье — Блис) диаметром почти 9 метров на его даче в Мэрикирке, построенная в 1887 году, считается первой ветряной электростанцией в мире. Любопытно, что Блит предложил избыточную электроэнергию жителям Мэрикирка для освещения главной улицы, однако те отклонили предложение, посчитав, что электроэнергия — это «работа дьявола». Хотя позднее он построил ветряную турбину для подачи аварийного питания в местную больницу, сумасшедший дом и амбулаторию, изобретение так и не завоевало популярность, поскольку эту технологию посчитали экономически нежизнеспособной. Так что следующая ветроэлектростанция появилась в Великобритании только в 1951 году.
Мощность ветрогенератора зависит от размера лопастей и высоты над поверхностью. Поэтому, если первая автоматически управляемая ветряная установка американского изобретателя Чарльза Браша (1888) имела диаметр ротора 17 метров, то рекордный генератор V164 мощностью 9,5 МВт производства датской фирмы Vestas (2014) имеет общую высоту 220 метров, а диаметр круга, ометаемого лопастями, 164 метра.
К недостаткам ветрогенераторов в первую очередь относятся их шум и вибрация почвы, а также дефицит подходящей для установки территории. Поэтому наиболее перспективными местами для их размещения считаются прибрежные зоны. На расстоянии 10—12 км от берега и дальше, где глубина не превышает 30 м, строятся так называемые офшорные ветряные электростанции (от английского offshore — в открытом море, дословно вне берега). Как правило, они образуют целые парки из нескольких десятков генераторов. Для больших глубин разрабатывают плавучие генераторы. Дания, Нидерланды и Германия даже собираются насыпать искусственный остров в Северном море для установки на нём ветрогенераторов.
Надо сказать, что в нашей стране ветряная и солнечная энергетика пока не играют существенной роли. В 2018 году они произвели 0,2 и 0,6 ТВт·ч электроэнергии, что значительно уступает и гидроэнергетике (190 ТВт·ч), и ядерным электростанциям (204 ТВт·ч), и тем более тепловым электростанциям (710 ТВт·ч).
В статье 1890 года неоднократно упоминаются аккумуляторы, в которых запасается электроэнергия. Связано это с двумя факторами. С одной стороны, первые гидроэлектростанции имели малую мощность и аккумуляторы позволяли в течение той части суток, когда электроэнергия не используется, накопить её для последующего применения. С другой стороны, одна из главных проблем использования энергии солнца и ветра — невозможность генерировать электроэнергию постоянно. Аккумуляторы решали и её.
Эти проблемы приходится решать и современным разработчикам энергетических систем. Выработанную электрическую энергию надо потреблять сразу, иначе возникнет проблема — куда её девать? А что делать, если потребление падает, например, ночью, а тепловые и атомные электростанции в отличие от гидроэлектростанций не способны быстро снизить производство энергии?
Основным устройством накопления энергии в мире стали гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), на них приходится 96% общей мощности аккумулирующих установок (на 2017 год — это 327 проектов мощностью 169 ГВт).
Принцип их работы основан на том, что в случае избытка электроэнергии установка вместо производства энергии, наоборот, закачивает воду с нижнего уровня на верхний, чтобы потом при необходимости использовать её для вращения генераторов. Несмотря на то что первая подобная установка появилась ещё в 1882 году, активное строительство ГАЭС началось с 1970-х годов, параллельно с распространением атомной энергетики. В нашей стране в 2003 году запущена Загорская ГАЭС (Московская область) мощностью 1,2 ГВт.
Мощность аккумуляторных накопителей в 2016 году составила 3,4 ГВт (из них 41% приходится на литий-ионные батареи) и постепенно растёт, особенно в США. Их преимущество — высокая плотность хранения энергии. По очень оптимистичным оценкам Международного агентства по возобновляемой энергии IRENA, к 2030 году их мощность может вырасти до 250 ГВт.
Ещё два примера из статьи, казалось бы, не связанные с производством электроэнергии, тоже в итоге приводят к ней. Описанный опыт в Париже по использованию солнечной теплоты, в котором лучами солнца нагревался паровой котёл, а полученный пар применялся для приведения в действие машин, стал одной из предтеч современной гелиоэнергетики.
В наши дни машины, непосредственно приводимые в движение паром, уже редкость, а вот использование энергии пара для генерации электроэнергии распространено широко.
Сейчас используются солнечные теплоэлектростанции трёх типов, различающихся способом собирания солнечной энергии. В теплоэлектростанциях башенного типа солнечное излучение собирается плоскими зеркалами-гелиостатами в центральном приёмнике-парогенераторе, находящемся на вершине башни. При использовании зеркал в виде длинных лотков, имеющих в разрезе параболическую форму, солнечный свет фокусируется на трубах с теплоносителем. И наконец, можно использовать тарелочное зеркало, похожее на спутниковую антенну, в фокусе которого размещается приёмник солнечной энергии с рабочей жидкостью.
Из зеркал создаются целые поля, где каждое из них ориентируется в пространстве индивидуально, следя за Солнцем. Благодаря этому на вершине башни, например, можно получить температуру до 1500°С и электрическую мощность до 200 МВт. Возможности системы ограничивает то, что эффективность доставки света к башне быстро падает с удалением зеркала от неё.
Поэтому обычно размеры поля не делают большими. Это уменьшает вырабатываемую мощность, но увеличивает эффективность.
Так, построенная в 2007 году вблизи Севильи (Испания) первая в мире коммерческая солнечная теплоэлектростанция PS10 (от испанского Planta Solar — солнечный завод) использует 624 больших подвижных зеркала. Площадь каждого — 120 квадратных метров. Они фокусируют солнечный свет на вершине башни высотой 115 метров и диаметром 40 метров, где расположены приёмник и паровая турбина, приводящая в движение электрический генератор. Температура создаваемого пара 275°С, а вырабатываемая мощность — 11 МВт.
Крупнейшая в мере теплоэлектростанция Ivanpah Solar Electric Generating System (пустыня Мохаве, Калифорния, США), построенная в 2014 году, использует 173 500 гелиостатов площадью 14 квадратных метров каждый, фокусирующих солнечную энергию на трёх башнях. Они занимают площадь 1400 гектаров. Общая мощность системы около 400 МВт.
Солнечные теплоэлектростанции параболического типа несколько проще, поскольку находятся в одной плоскости и не требуют общей фокусировки в одну точку.
Температура жидкости до 400°С. Таковы, например, установки серии Solnova Solar Power Station мощностью 50 МВт, входящие вместе с PS10 в Solucar Complex. Тарельчатые электростанции отличаются тем, что каждая тарелка может использоваться индивидуально. Однако их размер не превышает 20 метров, поскольку увеличение приводит к деформации зеркала и нарушению фокусировки. Мощность до 25 кВт. С помощью тарелочных зеркал можно создавать бытовые системы мощностью до 3 кВт.
Энергия морских волн использовалась в 1890 году в Оушен-Гров только для закачки воды, однако уже автор статьи предвидит, что её в будущем можно превратить в электрическую. Сейчас подобные установки называются волновыми гидроэлектростанциями (об этом можно прочитать в статье «Вода зажигает свет», «Наука и жизнь» № 2, 2015 г.). На сегодняшний день — это наименее используемый из возобновляемых источников энергии, хотя, по оценкам экспертов, общий потенциал волновой энергетики во всём мире около 2 ТВт.
В настоящее время волновая энергетика находится на этапе разработки, тестирования и изучения её влияния на окружающую среду.
Подобные исследования ведутся в Финляндии, Швеции, Норвегии, Великобритании, Австралии, США, Китае и других странах с протяжённой береговой линией. В России работы в этом направлении проводит Уральский федеральный университет. Разработанная там мобильная волновая электростанция даже включена в список ста лучших изобретений России 2016 года. Пока что суммарная ожидаемая мощность волновой энергетики не превышает 20 МВт.
Двадцатый век принёс нам новые силы природы, о которых ещё даже не подозревали в далёком 1890-м году. Это, прежде всего, энергия ядерного распада, которую мы успешно освоили, и термоядерная энергия, которую ещё предстоит «утилизировать», ведь, по мнению большинства экспертов, именно за ней будущее. Кроме того, появились геотермальная, приливная, биотопливная и другие виды энергетики. Так что процесс утилизации сил природы продолжается и будет продолжаться, пока существует наша цивилизация.
Власть сквозь века
Кредит: Себастьян Тибо
Когда король Генрих VIII развелся с первой из своих шести жен в 1533 году, он спровоцировал события, которые коренным образом изменили ход британской истории.
Но, отказавшись от своей королевы и оторвавшись от католической церкви, он также начал то, что изменит общество так, как никто тогда не мог себе представить. Его конфискация церковной собственности передала богатые углем земли северной Англии людям, стремящимся к прибыли, которые превратили мелкую добычу в процветающую промышленность. В течение следующих двух столетий уголь заменил древесину в качестве основного источника энергии в стране, способствуя росту промышленности и городского населения. «Переход от древесины к углю был, пожалуй, самым важным событием в истории энергетики», — говорит Роджер Фуке, исследователь энергетики из Лондонской школы экономики и политических наук. «Воздействие на общество было огромным».
История человеческого прогресса — от кочевника-охотника-собирателя до горожанина со смартфоном — это история энергии (см. «Высокоскоростная история энергии»). Использование альтернативных источников энергии привело к распространению технологий, обеспечивающих лучшее отопление, освещение, электроэнергию и транспорт, и в конечном итоге привело к современному миру высоких энергий.
Изменения, как правило, были медленными, иногда обусловленными предложением, иногда спросом, а иногда и случайными событиями, такими как пристрастие короля к новой жене. «Каждый случай индивидуален, — говорит Фуке. «В некоторых случаях новые источники энергии стали доминирующими. В других они были скорее временной заменой с эпизодической ролью в истории энергетики».
Высокоскоростная история энергии
~100 до н.э.
Китай использует природный газ, выделяемый во время глубокого бурения для добычи рассола, транспортируя газ по бамбуковым трубопроводам к печам.
~AD 900
Персидский ученый Абу Бакр Мухаммад ибн Закария ар-Рази описывает процесс перегонки нефти для производства керосина в своем Kitāb al-Asrār ( The Book of Secrets ).
1086
В «Книге судного дня», содержащей «большой обзор» Вильгельмом Завоевателем своего нового королевства, перечислены 5624 водяных мельницы в Англии — одна на 350–400 человек.
1534
Реформация Генриха VIII привела к продаже церковных земель и буму добычи угля. К 1620 году половина энергии в Англии приходится на уголь. Фото: Peter Barritt/Getty
1712
Британский инженер Томас Ньюкомен строит первую практическую паровую машину для привода насоса в шахте. Предоставлено: Библиотека изображений Де Агостини/Getty 9.0003
1858-59
Эдвин Дрейк бурит первую коммерческую нефтяную скважину в Титусвилле, штат Пенсильвания. Скважина имеет глубину 21 метр и производит около 1500 литров нефти в день. Предоставлено: Х. Армстронг Робертс / ClassicStock / Getty
.
1882
В Лондоне Томас Эдисон открывает первую угольную электростанцию, обеспечивающую электричеством освещение, а несколько месяцев спустя за ней следует электростанция на Перл-стрит в Нью-Йорке, мощность которой составляет 7200 ламп.
1886
Работая по отдельности, Карл Бенц и Готлиб Даймлер строят первые в мире автомобили: простые автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине.
Фото: Daimler AG
1904
В Лардерелло в Италии компания Пьеро Джинори Конти производит электроэнергию, используя геотермальную энергию. В 1911 году в Лардерелло строится первая в мире геотермальная электростанция, которая снабжает электроэнергией железные дороги Италии.
1954
Bell Labs разрабатывает первый практичный кремниевый фотоэлектрический элемент, который производит электричество из солнечного света. The New York Times говорит, что это может ознаменовать новую эру, в которой мы в конечном итоге будем использовать «почти безграничную энергию солнца». Предоставлено: повторно использовано с разрешения Nokia Corporation
Экспериментальный реактор в Обнинске, Россия, является первым ядерным реактором для подачи электроэнергии в энергосистему. Колдер-холл, первый реактор промышленного масштаба, открывается двумя годами позже в северной Англии.
1975
Бразилия запускает программу Pró-Alcool по переработке сахарного тростника в этанол для автомобилей.
К 1981 году 90% новых автомобилей, продаваемых в Бразилии, могли работать на этаноле.
1980
Первая в мире ветряная электростанция с 20 ветряными турбинами построена на горе Крочед в Нью-Гемпшире. Одиннадцать лет спустя Дания строит первую морскую ветряную электростанцию. Фото: Mogens Carreby/Ørsted
2009
Благодаря быстрому экономическому росту Китай обгоняет США по энергопотреблению. К 2015 году он использовал на 32% больше, чем в Соединенных Штатах, хотя его потребление на душу населения составляло всего одну треть от этого показателя.
Пока общество приступает к следующему важному энергетическому сдвигу, прошлое преподносит важные уроки. «Крайне важно, чтобы мы совершили переход от нынешней глобальной энергетической системы, которая в подавляющем большинстве зависит от ископаемого топлива», — говорит Бенджамин Совакул, исследователь энергетической политики из Университета Сассекса в Брайтоне, Великобритания. «Благодаря знаниям о прошлых переходах мы можем ускорить процесс и сформировать другое будущее».
Пылающие амбиции
На протяжении большей части истории человечества люди полагались на силу собственных мышц, подпитываемую пищей, а огонь обеспечивал тепло и свет. Даже когда возникло сельское хозяйство, а за ним последовали города и поселки, человеческие мышцы — и мышцы домашних животных — по-прежнему оставались основным источником энергии. Инновационные инструменты и технологии пошли дальше: при правильном контроле огонь мог превращать глину в горшки и кирпичи, а также плавить металлы для изготовления инструментов.
К третьему веку до нашей эры люди использовали более мощный источник энергии: воду. Древние греки использовали простые водяные мельницы для вращения точильных камней. В первом веке нашей эры китайские металлурги топили свои печи с помощью водяных мехов. К концу одиннадцатого века энергия воды использовалась по всей Западной Европе для измельчения зерна, обработки ткани, дубления кожи, распиловки древесины и дробления руды. Дополнительная мощность повышала производительность: одна мельница и горстка людей могли перемолоть достаточно муки, чтобы накормить город, освобождая других для развития более широкого круга ремесел.
Себестоимость производства муки и хлеба упала. У многих стало улучшаться качество жизни. Однако с водяными мельницами «люди, которым принадлежали права на воду, контролировали подачу энергии», — говорит Арнульф Грюблер, исследователь из Международного института прикладного системного анализа в Лаксенбурге, Австрия. Ветряные мельницы были впервые замечены в Персии седьмого века. Когда они достигли Европы примерно в 1150 году, они дали большему количеству людей доступ к власти, хотя и в зависимости от капризов погоды. «Ветряные мельницы были более демократичной технологией, — говорит Граблер.
По мере роста населения средневековой Европы росла и традиционная мелкая промышленность, что подготовило почву для первой энергетической революции: перехода от древесины к углю. На протяжении тысячелетий везде, где были видны, легко копаемые обнажения угля, люди эксплуатировали их. Древний Китай подпитывал большую часть своей ранней промышленной деятельности углем. Но большие перемены начались в Англии в шестнадцатом веке, во многом вызванные потребностями столицы страны — Лондона.
Город импортировал небольшое количество угля с севера Англии с тринадцатого века, в основном для использования в печах для обжига извести и кузницах, но его неприятный запах и черный дым означали, что лондонцы придерживались дров и древесного угля для домашнего использования. Однако к шестнадцатому веку английские леса подверглись чрезмерной эксплуатации, а транспортировка древесины на все более дальние расстояния в Лондон делала ее дорогой. Когда северные угленосные земли были отняты у церкви, горнодобывающая промышленность росла, и вскоре флотилии лодок доставляли то, что лондонцы называли морским углем.
Восходящий уголь
Сначала уголь сжигали только бедняки, но вскоре из-за нехватки древесины его стали использовать даже более состоятельные жители. Технологические инновации, такие как улучшенный дизайн каминов, дымоходов и дымоходов, привели к более широкому распространению. Промышленность, от пивоварения и мыловарения до окраски и производства кирпича, присоединилась к сжигателям извести и кузнецам в сжигании угля.
Его поглощение было таким, что к 1661 году английский автор дневников Джон Эвелин сравнил Лондон с «пригородами ада», окутанными «облаками дыма и серы, полными вони и мрака». Одной ключевой отрасли, черной металлургии, потребовалось больше времени, чтобы изменить ситуацию: уголь выделяет сернистые соединения, которые делают железо хрупким, и эта проблема не была решена до начала восемнадцатого века, когда был открыт способ плавки железа с использованием кокса и угля. «приготовлено» для получения почти чистого углерода.
Часть Nature Outlook: Энергетические переходы
Уголь произвел огромные изменения в обществе. «Это уменьшило давление на землю, потому что энергию можно было найти под землей», — говорит Фуке. Уголь сделал отопление домов менее дорогим и снизил цены на металлические товары, для производства которых требовалось тепло. «А поскольку уголь был таким дешевым, изобретатели нашли новые способы использования тепла для производства электроэнергии, что, в свою очередь, еще больше изменило нашу жизнь».
Чтобы удовлетворить растущий спрос, в других регионах Британии появились угольные шахты. Более глубокие шахты были подвержены затоплению, поэтому паровые двигатели были разработаны для приведения в действие водяных насосов. Были прорыты каналы для перевозки угля в города. И то, и другое сыграло ключевую роль в последовавшей промышленной революции. «Достижения в области инженерии, технологий и культуры — все вместе положило начало промышленной революции», — говорит Фуке. «Но он бы не взлетел без угля».
К 1770-м годам новое поколение более эффективных и менее требовательных к топливу паровых двигателей вызвало всплеск экономического роста. Избавившись от необходимости находиться рядом с шахтами, паровые машины можно было использовать практически где угодно. Это привело к появлению новых промышленных центров и более крупных заводов с более специализированными машинами. Спрос на рабочую силу стимулировал миграцию из сельской местности в города. К концу века сеть каналов, а через несколько десятилетий и железная дорога, позволяла перевозить уголь, продукты питания и промышленные товары.
Хотя Великобритания стала первой страной, перешедшей на уголь, это был медленный процесс. «Только в 1800-х годах он широко использовался для энергетики и транспорта», — говорит Фуке. «К 1880 году во всех сферах услуг преобладал уголь». Другие страны продолжали полагаться на древесину, пока требования их растущей промышленности не заставили их последовать примеру Великобритании. В Германии и Франции, которые были менее густонаселены и имели обширные леса, древесина оставалась основным источником энергии до 1850-х годов. В Соединенных Штатах уголь обогнал древесину только в 1880-х годах.
Для индустриального мира переход на уголь принес огромные выгоды. Чем больше людей жили лучше и имели доступ к более широкому ассортименту товаров. Расширение железнодорожных сетей и пароходов изменило торговлю и предоставило обычным людям большую мобильность. Но были и недостатки. «Обратной стороной были более перенаселенные, загрязненные города, нищета жилья и проблемы с чистой водой и канализацией», — говорит Грублер.
«Но с большим количеством денег эти проблемы можно было бы преодолеть — и по мере того, как экономический рост давал больше богатства, дела шли лучше».
Несмотря на то, что уголь был в господстве, новые источники энергии начали привлекать внимание. Городской газ (полученный из угля) стал доступен для освещения и отопления в начале девятнадцатого века, первоначально в Лондоне. Но подключение к газоснабжению было дорогостоящим, и его использование ограничивалось городскими районами. Газовые фонари сделали городские улицы более безопасными и изменили методы работы и досуга, включая режим сна. Позже в том же столетии парафин (керосин) — первый продукт недавно эксплуатируемых нефтяных месторождений в Пенсильвании — стал более дешевой альтернативой китовому жиру для освещения бедных домов и сельских районов.
Мы электрические
К концу девятнадцатого века был готов дебютировать еще один тип энергии: электричество. Угольные электростанции появились в Европе и США в 1880-х годах, сначала для освещения, а затем для питания трамваев и поездов.
Промышленность последовала в первой половине двадцатого века. «Электрификация заводов сделала производственные системы более гибкими и надежными, — говорит Фуке. Сила теперь пришла по щелчку выключателя. Улучшились условия труда: фабрики стали чище и безопаснее, а производительность намного выше.
Электрификация преобразила и дом: утюги, вентиляторы и водонагреватели появились до 1900 года, позже к ним присоединились плиты, холодильники, стиральные машины и всевозможные приспособления для экономии труда. «Электричество произвело революцию в средствах связи, от телеграфа и телефона до радио, телевидения и Интернета», — говорит Граблер. «Благодаря электричеству у большинства из нас в развитых странах есть предметы роскоши, которых не было даже в самых роскошных домах викторианской эпохи».
Примерно в это же время казалось, что нефть может играть лишь незначительную роль в истории энергетики. Ситуация изменилась с изобретением двигателя внутреннего сгорания и появлением дешевого серийного автомобиля.
Спрос на нефть резко возрос, и по мере расширения нефтяной промышленности были найдены новые области применения нефти, в том числе для производства электроэнергии.
Доступность дешевого и надежного электричества изменила мир, но за это пришлось заплатить. К середине двадцатого века росли опасения по поводу того, как долго могут хватить запасов ископаемого топлива. Шок цен на нефть в 1973 году, когда цены выросли в пять раз, побудил многие страны искать альтернативные источники энергии и разрабатывать более эффективные технологии. Некоторые страны, например Великобритания, отдавали предпочтение природному газу. Те, кто мог, особенно Норвегия, использовали гидроэнергетику. Другие, такие как Франция и США, обратились к ядерной энергии.
В течение столетия становилось все более очевидным, что мировая зависимость от ископаемого топлива таит в себе и другие опасности. Ухудшение качества воздуха, в основном вызванное выбросами электростанций и выхлопными газами автомобилей, в настоящее время является одной из самых серьезных проблем общественного здравоохранения.
«Электростанции, автомобили и бытовые кухонные плиты — одни из самых больших убийц на планете», — говорит Совакул. Эти же выбросы также в значительной степени ответственны за изменение климата.
Сегодня происходит новая революция, движимая необходимостью удовлетворить постоянно растущий спрос на энергию — особенно в развивающихся странах — без усугубления проблем, созданных теми, кто первым освоил индустриализацию. «Если мы не осуществим переход от нашей нынешней глобальной энергетической системы в ближайшее время, может быть слишком поздно», — говорит Совакул.
Если прошлое нас чему-то и научило, так это тому, что на этот раз мы должны действовать по-другому. «Прошлые переходы были в основном хаотичными и непредсказуемыми, — говорит Совакул. «На этот раз мы можем активно планировать переход и управлять им». Нынешнее изменение энергии вызвано не удобством или новым открытием, а обществом. «Людям нужны новые и более чистые услуги, которые могут быть предоставлены с гораздо меньшими затратами энергии», — говорит Граблер.
Он утверждает, что потребители будут стимулировать спрос на новые технологии и новые услуги, а изменения в поведении и предпочтениях будут определять новые способы их предоставления. «Будущее, — добавляет он, — может сильно отличаться от сегодняшнего дня».
Источники энергии 1800-х годов
••• Jupiterimages/liquidlibrary/Getty Images
Обновлено 25 апреля 2017 г. Увеличение источников энергии в 19 веке. Требовались новые виды энергии для питания паровых двигателей и заводов, и люди искали менее затратные способы готовить и обогревать свои дома. К концу века источники энергии использовались для выработки электроэнергии, а не непосредственно для потребителей. Источники энергии 1800-х годов варьировались от ископаемого топлива до природных возобновляемых источников.
Природный газ
Уильям Харт пробурил первую газовую скважину в Нью-Йорке в 1821 году. После этого природный газ был основным источником топлива для ламп на протяжении большей части 19 века.
Газопроводов, которые вели к отдельным домам, тогда не существовало, поэтому большая часть топлива использовалась для уличных фонарей. Роберт Бунзен изобрел свою горелку Бунзена в 1885 году; это развитие проложило путь к использованию газа для приготовления пищи и отопления в домах и других зданиях. В конце 1800-х годов было построено несколько трубопроводов для доставки природного газа на новые рынки.
Уголь
Уголь стал основным источником энергии во время промышленной революции 1700-х и 1800-х годов. В этот период паровые машины с угольными котлами использовались для приведения в движение кораблей и поездов. Начало Гражданской войны в США привело к тому, что уголь заменил древесный уголь в качестве источника топлива для сталелитейных печей. Уголь также использовался для топлива печей и печей в домах. В 1880-х годах уголь использовался для выработки электроэнергии, которая использовалась как в домах, так и на фабриках.
Нефть
В середине 1800-х годов нефть стала заменять уголь в качестве источника энергии.
В 1859 году была вырыта первая нефтяная скважина. Нефть добывали из колодцев, перегоняли в керосин и использовали в лампах вместо китового жира. В 1861 году Николаус Август Отто разработал двигатель внутреннего сгорания, работавший на масле. Бензин не использовался до 1892 года, когда был построен первый бензиновый автомобиль.
Ветер и вода
Природные источники энергии также использовались в 1800-х годах. Энергия ветряных мельниц в основном использовалась для перекачивания воды и измельчения зерна. Водяные колеса производили энергию от движения воды и использовались для тех же целей, что и ветряные мельницы. После изобретения коленчатого и распределительного валов водяные колеса использовались для привода лесопильных и чугунолитейных заводов, а затем и хлопчатобумажных фабрик середины 1800-х годов. В конце 1880-х годов гидроэлектростанции использовались, помимо угольных, для производства электроэнергии.
Статьи по теме
Ссылки
- Министерство энергетики: Ископаемые источники энергии: Краткая история природного газа
- Министерство энергетики: Ископаемые источники энергии: Краткая история использования угля в США
- NDSU: Источники энергии: История , выбор и переходы
Об авторе
Элли Гэмбрел живет в г.