В первой части я покажу, почему электричество означает современность. Для этого я устрою вам краткий курс «Электричество 101»^[36], чтобы вы научились отличать свои ватты от ватт-часов. Затем я объясню, почему электричество оказывает такой преобразующий эффект на человечество и, в частности, на девушек и женщин. Я совершу путешествие во времени к началу эры электричества и покажу, как электричество изменило географию и высоту наших городов, а также жизнь фермеров. Я познакомлю вас с небольшой группой проводников «Нового курса», которые освободили электричество от владычества крупных монополий, преследовавших эгоистические интересы, приняли законы, обеспечивающие электрификацию провинции, и тем самым дали толчок экономическому буму, который привел к формированию Америки как экономической сверхдержавы.

Во второй части я буду говорить о гигантском неравенстве в использовании электричества по всему миру и объясню, почему так много людей прозябает в энергетической нищете, и это сказывается на соблюдении прав человека, экономическом и культурном развитии, военной стратегии и геополитике. Затем я покажу, что делают различные общества и страны для того, чтобы получить необходимую им электроэнергию, и поведаю о суровой реальности электрификации. Потребители и политики, сталкиваясь с выбором между энергетической бедностью и доступом к электричеству, всегда делают выбор в пользу электричества и всегда стараются сделать его максимально дешевым, чтобы обеспечить максимально большому количеству людей доступ к нему, несмотря на его негативное влияние на окружающую среду.

В третьей части я сосредоточу внимание на электрическом богатстве, чтобы показать, как и почему продолжает расти потребность в электроэнергии, а также расскажу о растущей взаимозависимости электричества, информации, денег и экономики. Я постараюсь проанализировать и негативную сторону этого развития: растущую опасность перебоев в снабжении электричеством, неважно, из-за белок, хакеров или ядерных устройств.

Наконец, я хочу представить будущее электричества и поговорить о том, как удовлетворить потребности в электроэнергии и в богатых, и в бедных странах. В ближайшие несколько десятилетий выработка электроэнергии в глобальных масштабах удвоится. Электросети, которые будут созданы в ближайшие 20–30 лет, окажут существенное влияние на благосостояние человечества и на усилия по решению проблемы изменения климата. Я объясню, почему возобновляемые источники энергии сами по себе не смогут удовлетворить потребность в электричестве в глобальном масштабе. Мы рассмотрим наиболее перспективные технологии, связанные с атомной энергией, обсудим, почему солнце, природный газ и атом будут играть заметную роль, и я объясню, почему продолжаю быть идиотски оптимистичен по поводу будущего нашего высокоэнергетичного мира.

В энергетической политике есть свои кланы, у которых имеются свои предпочтения. Одни говорят, что нужно использовать больше угля, другие выступают за геотермальные, водные, ветровые и солнечные источники. Лично я сторонник так называемой политики N2N – перехода от использования природного газа к атому. Суровая реальность заключается в том, что быстрых или простых решений нет. Переход от одних источников энергии к другим требует десятилетий^[37]. Конечно, мы можем желать решительных действий в отношении изменения климата. Мы можем хотеть предоставления больших прав женщинам и стремиться положить конец бедности в мировом масштабе. Но приходится вникать в суть. Надеюсь, что эта книга, показывая, как выглядит мир сквозь призму электричества, поможет вам увидеть энергетические системы как есть, и понять, какими вы хотели бы их видеть. Нужно отделять благовидную риторику, которая доминирует во многих современных дискуссиях по энергетике, от реальности. Только в этом случае мы сможем понять цену и последствия той или иной политики в области энергетики, а также оценить источники энергии и технологии, которые помогут вывести больше людей из мрака на яркий свет современности.

Впрочем, прежде чем погрузиться во все эти проблемы, имеет смысл уделить несколько минут пониманию того, что такое электричество, почему обеспечение им представляет столько сложностей и почему оно оказывает такое преобразующее влияние на нашу жизнь.

Часть I
Электричество значит «современность»

1
Электричество 101

Я так много узнал про электричество, что уже ничего не понимаю и ничего не могу объяснить.

Питер ван Мушенбрук, голландский ученый

Электрический жаргон вошел в повседневный язык. Сталкиваясь с чем-то неожиданным, мы говорим «меня как током ударило». В тревожной ситуации мы ощущаем наэлектризованную атмосферу. Чтобы выложиться на полную мощность, мы аккумулируем энергию. Мы сохраняем напряжение на работе, пока не вышибет пробки. После этого отключаемся и перезаряжаем батарейки.

Переход слов из области узкоспециальной терминологии в обыденную речь не случаен. Всю историю человечества можно разделить на две эпохи: эпоху электричества и ту, что была до нее. Да, Возрождение дало нам Микеланджело. Электричество дало нам Элвиса.

Электричество значит «современность».

По мере того как мы привыкали к тому, что на мобильные телефоны можно снимать видео с высоким разрешением, было легко забыть, насколько коротка эпоха электричества по сравнению со всей остальной историей человечества. Археологические изыскания показывают, что человек (точнее, наши человекоподобные предки) впервые использовал огонь около миллиона лет назад, но широкое распространение он получил лишь около 400 тысяч лет назад^[38]. А пользоваться электричеством мы начали с 1880‐х годов. Соответственно, если сжать те 400 тысяч лет, которые человечество пользуется огнем, до 24 часов, то эра электричества составит всего 30 последних секунд этих суток.

Электричество значит «современность» потому, что мы овладели силой, которую не можем увидеть или ощутить. На протяжении тысячелетий мы могли добывать энергию только из навоза, древесины, угля, нефти, рек, ветра, солнца, пользоваться силой лошадей и быков. При электричестве мы используем силу невидимой глазу энергии с потрясающей точностью и все возрастающей эффективностью. За последние 150 лет мы прошли путь от эксплуатации животных (смиряясь со всем дерьмом, которое от них исходит) до подчинения субатомного движения электронов. Чем лучше мы контролируем потоки электронов, тем больше работы можем совершать. Чем больше работы мы совершаем, тем больше хотим совершать еще. И это поистине хорошая новость: мы все лучше учимся пристраивать к работе все эти электроны.

Для получения представления о том, какое ошеломительное количество электронов мы используем, приведу один пример: чтобы в электрическом чайнике вскипятить воду для одной чашки чая, требуется примерно 4,9 секстильона электронов^[39]. В математической нотации это выглядит так: 4,9 × 1021. В простой записи – так: 4 900 000 000 000 000 000 000. Учтите, это всего для одной чашки чая. Для работы домашнего кондиционера и холодильника придется добавить к этому числу хозяйственную сумку, полную нулей. А если вы собираетесь обеспечить энергией небоскреб или использовать дуговую электропечь, чтобы выплавить сталь для двутавровой балки, вам потребуется парочка морских контейнеров, заполненных нулями, которые придется написать для изображения числа используемых электронов.

Можно рассчитать количество электронов, необходимое для приготовления чашки чая, но это не приближает нас к пониманию сущности электричества. Это сила, движущая нашу жизнь, вездесущая и невидимая.

Бенджамин Франклин, политический деятель, издатель, писатель, рассказчик и дипломат, одним из первых приблизился к пониманию электричества. В 1752 году он провел знаменитый эксперимент с воздушным змеем. К змею был прикреплен металлический штырь, соединенный бечевкой с металлическим ключом на земле. Ключ, в свою очередь, был присоединен к лейденской банке – примитивному конденсатору. Франклин контролировал змея сухой тонкой шелковой нитью, что изолировало его от удара электрическим разрядом. Эксперимент Франклина доказал, что молния в небе – то же самое, что статическое электричество, которое можно получить при трении янтаря о ткань. Работа Франклина заложила основу для деятельности других великих испытателей и предпринимателей в области электричества. Один из отцов-основателей Соединенных Штатов придумал целый ряд электрических терминов, в том числе батарея, заряд, проводник и конденсатор. Он был также одним из авторов и подписантов Декларации независимости. Электричество он называл «электрическим огнем» и считал его «общим элементом»^[40]. Он также думал, что электричество – это жидкость, перетекающая от одного тела к другому.

Электричество – не жидкость. Но с учетом невыразимости и сложности его природы такое описание помогает составить хотя бы приблизительное представление. Подход Франклина к электричеству стал известен как «теория единой жидкости». Он полагал, что предметы, имеющие отрицательный заряд, теряют электрическую жидкость, а имеющие положительный, – приобретают ее. Если предмет теряет или приобретает электрическую жидкость и тем самым выходит из состояния равновесия, он становится заряженным. Предметы с одинаковым зарядом отталкиваются друг от друга. Держа в голове эту аналогию электричества с жидкостью, представьте, что электричество в ваш дом поступает через садовый шланг. Аналогия становится яснее, если понять простое уравнение:

Мощность (Ватты) = Ток (Амперы) × Напряжение (Вольты).

Электрическая мощность, или количество поступивших к вам ватт, – это сила тока (количество амперов), умноженная на напряжение (число вольт). Теперь представьте, что электричество в ваш дом поступает по тому самому садовому шлангу. Количество электрической мощности измерим вместо ватт в литрах. Скорость потока будет заменять силу тока, а давление воды – напряжение^[41]. Чем больше давления оказывается на воду в садовом шланге, тем больше скорость потока, с которым она проходит по этому шлангу. Чем больше давление и скорость потока, тем больше литров воды доставляется в дом.

Чтобы аналогия сработала, предположим, что в доме пожар. Вы немедленно вызываете пожарную службу, потому что хотите спасти картины Сезанна и коллекцию мягких игрушек, которые дороги вам как память. Но вместо того чтобы использовать пожарные гидранты, мощные водяные помпы и шланги большого диаметра, пожарные пытаются погасить огонь парочкой дырявых садовых шлангов, которые они подсоединили к кранам дома вашего соседа. У пожарных будет немного шансов справиться с пожаром. Почему? Количество литров воды (мощность в ваттах), которое они смогут вылить на бушующий огонь, будет ограничено низким давлением в садовом шланге (напряжением в вольтах), по которому вода поступает с низкой скоростью (силой тока в амперах)^[42].

Аналогия с водой помогает понять, как происходит выработка электричества. Так же, как местные компании водоснабжения используют водяные помпы для доставки под высоким давлением и в больших объемах воды своим потребителям, компании энергоснабжения используют генераторы – электронные помпы, – чтобы гнать огромные объемы электронов под высоким напряжением в локальную электросеть. Ключевое различие между водной и электрической сетью в том, что первая гораздо проще. Например, если в системе водоснабжения падает давление, это всего лишь означает, что потребителям придется потратить немного больше времени, чтобы наполнить свой кофейник или плавательный бассейн. В электрической сети напряжение (еще раз вспомните давление воды) должно оставаться стабильным вне зависимости от того, сколько потребителей пользуется электроэнергией. Более того, напряжение должно быть стабильным днем и ночью, 24/7, и неважно, потребляет ли клиент несколько ватт для работы электролампочек или мегаватты для выплавки алюминия из бокситовой руды. Сеть должна быть постоянно настроена так, чтобы производство и потребление электричества совпадали. Совпадение производства и потребления дает уверенность в том, что напряжение в сети остается почти на постоянном уровне. Если происходят сильные скачки напряжения, возможны сбои в работе электросети.