За прошедшие сто лет в мировом энергопотреблении твердое топливо — уголь и дрова — решительно уступило позиции нефти и нефтепродуктам. Предпосылок для изменения ситуации пока нет
Двадцатый век Российская империя встретила с паровыми машинами в качестве основных поставщиков механической энергии. Паровые одно- и многоцилиндровые машины производились российскими заводами с конца 1870-х годов. За 40 лет в стране был освоен выпуск агрегатов мощностью от 80 до 2500 л. с. В частности, машины для речных и морских судов изготовляли 12 заводов России, средняя мощность двигателя достигала 600–900 л. с., но попадались и монстры в 2400 «лошадей».
Первые котлы в середине XIX века изготовлялись из медных и железных листов с помощью заклепок, что допускало использование пара очень низкого давления — около 0,5 кг/кв. см. Тем не менее взрыв парового котла долго оставался одной из главных причин катастроф на море. Первоначально топливом служили дрова, замененные примерно в 1830-х углем, а в 1905–1915 годах — сырой нефтью.
Ездил на пару и наземный транспорт — причем не только рельсовый. Первым в империи начал производить локомобили — эдакие трактора на паровой тяге — Людиновский завод в Московской губернии (ныне Людиновский тепловозостроительный завод) еще в 1874 году. Локомобиль был оснащен паровым двигателем мощностью десять лошадиных сил, весил восемь тонн и был способен тянуть до десятка колесных прицепов-платформ с грузом. В основном такие локомобили использовались в сельском хозяйстве.
Применение же паровых машин в производстве выглядело так. В торце или вне цеха был установлен один мощный мотор, от которого под потолком тянулся вращающийся вал с насаженными на него приводными колесами-шкивами. А уже с них сбегали к станкам плоские кожаные ремни. Именно поэтому старые производственные здания такие длинные и узкие. Цех был словно опутан паутиной, причем весьма опасной: ремни обычно не закрывались никакими кожухами, и рабочий легко мог стать жертвой несчастного случая.
Но в целом такая одноваловая энергетика была прорывом. Раньше в производстве использовались ветряные и водяные мельницы (не только в мукомольном деле — все старые металлургические заводы России строились около воды, а в Голландии первые промышленные лесопилки работали на энергии ветра). Однако подходящих мест для строительства заводов по принципу «рядом с мощной рекой» не так много. Переход на пар дал возможность для промышленного рывка. Так, выпуск сахара в Украине с 1861-го по 1897 год возрос в 15 раз. К середине 90-х годов позапрошлого века 153 сахарных завода Украины производили 23,9 млн пудов сахара (примерно 0,4 млн тонн; сегодняшние объемы — около 2 млн тонн).
Переход же на электричество позволил поместить станок на одном основании с электродвигателем, что означало настоящую революцию. Если раньше производственная логистика отталкивалась от энергетики (станок устанавливался поближе к общему валу), то теперь ее можно было строить, отталкиваясь от процесса изготовления. Путь обрабатываемой детали от черновой заготовки до готового изделия стал короче и рациональнее. Повысилась и безопасность труда. Словом, в производстве произошел плавный переход от коллективного к индивидуальному энергопотреблению. Но массово это случилось уже в 1920–30-е годы.
Век электричества
Двадцатый век считается веком электричества. На самом деле история украинской, да и всей мировой промышленной электроэнергетики берет начало в 1891 году, когда выдающийся ученый Михаил Доливо-Добровольский осуществил практическую передачу электрической мощности около 220 кВт на расстояние 175 км. Результирующий КПД линии электропередачи, равный 77,4%, оказался сенсационно высоким для такой сложной многоэлементной конструкции.
В Российской империи мощность всех электростанций составляла лишь 1,1 млн кВт, а годовая выработка электроэнергии равнялась 1,9 млрд кВт•ч. Для сравнения: в Украине на конец 2011 года Объединенная энергосистема включала электростанции суммарной установленной мощностью 53,3 млн кВт.
В деревнях электричество было в диковинку — крупные землевладельцы устанавливали небольшие электростанции, но их было очень мало.
Но после революции 1917 года был развернут знаменитый план ГОЭЛРО (Государственная комиссия по электрификации России). Он предусматривал возведение 30 электростанций суммарной мощностью 1,5 млн кВт, что и было реализовано к 1931 году, а к 1935-му план был перевыполнен в три раза. Реализация ГОЭЛРО была частично привязана и к развитию промышленности. Например, в рамках этого проекта был построен в 1927 году Сталинский тракторный завод (ныне Волгоградский тракторный завод), началось освоение Кузнецкого угольного бассейна, вокруг которого возник новый промышленный район. По некоторым данным, отцами ГОЭЛРО были отнюдь не большевики. Подготовка проекта масштабной электрификации России велась еще до революции немецкими инженерами, работавшими на Петербургскую электрическую компанию.
Твердое против жидкого
На рубеже веков в Российской империи начали также производство двигателей внутреннего сгорания, нарастив их выпуск с 1909-го по 1913 год на 283,5%. Но, несмотря на это и на проникновение электричества в производство и быт, паровые двигатели долго продолжали служить цивилизации. На паровой тяге крупные суда ходили еще во Вторую мировую (отчасти по инерции, отчасти потому, что строить крупные дизельные двигатели человечество научилось сравнительно поздно, хотя первые теплоходы появились в Российской империи в 1903 году). Да и основу всех железнодорожных сообщений вплоть до середины прошлого века составляли паровозы. Частично это объясняется тем, что паровой двигатель куда менее требователен к качеству и даже к виду топлива. Условно говоря, котел можно греть хоть дровами, хоть углем, хоть нефтью, хоть ядерным реактором (последнее, кстати, и происходит на современных атомных станциях, только полученный пар направляется не в цилиндр паровой машины, а на лопатки турбины).
Однако жидкое топливо постепенно, шаг за шагом вытесняло твердое. Его удобнее перегружать, и подавать в топку (не нужен кочегар, достаточно насоса). Да и теплотворная способность у нефтепродуктов выше. К примеру, построенная в 1904 году «Товариществом братьев Нобель» самоходная баржа «Сармат» на дизельном ходу в сутки потребляла 1,15 тонны сырой нефти, солярового масла или мазута, в то время как пароход аналогичных размеров и мощности сжигал 6,5 тонны угля.
И всё же решающую роль в переходе энергетики и транспорта на жидкое топливо сыграло массовое распространение автомобилей. Правда, в царской России до 1916 года единственным заводом, выпускавшим «самодвижущиеся повозки», был Русско-Балтийский вагонный завод, и объемы производства были более чем скромными — от 60 до 200 единиц в год. Причем речь шла об отверточной сборке из заграничных деталей. В 1913 году автопарк империи составлял около девяти тысяч автомобилей, в основном привозных. Для сравнения: в США в 1913–1914 годах производилось ежегодно 569 тыс., в Англии — примерно 34 тыс., в Германии — 20 тыс. машин. Массовая автомобилизация СССР началась сравнительно поздно, в 1932 году, после введения в строй Горьковского автозавода, который наладил крупносерийный выпуск автомобилей (в 1940 году страна произвела 145,4 тыс. авто).
Кроме того, у жидкого топлива появились новые потребители — развивалась авиация. Так, в последние три года Великой Отечественной войны советская авиационная промышленность выпускала около 40 тыс. самолетов в год.
В итоге в ХХ веке среднегодовой темп прироста потребления угля составил 1,8%, нефти — 5,7%, газа — 6,6%. Всего энергопотребление за весь ХХ век увеличилось примерно в 20 раз. При этом доля угля сократилась в мировом топливно-энергетическом балансе с 89 до 29%, а доля нефти увеличилась с 3,5 до 33% (по другим оценкам — до 40%), газа — с одного до 24%. Уголь быстрее уступил бы позиции, но многие электростанции работали как раз на нём. Тем не менее с начала 1960-х годов по настоящее время ведущую роль в энергоснабжении цивилизации занимает нефть.
Примерно с того же времени на пятки углеродному топливу наступает атомное. Первая в мире промышленная атомная электростанция была построена в СССР в 1954 году в подмосковном Обнинске. В Украине атомная энергетика началась с печально знаменитой Чернобыльской АЭС (строительство стартовало в 1970-м). Сегодня доля «Энергоатома» в общей структуре производства украинского электричества — примерно 45%.
С тех пор мало что изменилось. Нефть и газ по-прежнему являются основным топливом как в мире, так и в Украине. Последнее десятилетие, о чем «Эксперт» неоднократно писал (см. «Большой ветер с Востока»), наметилась тенденция к развитию альтернативных видов производства энергии, но пока существенных сдвигов в изменении структуры энергопотребления не наблюдается.
