Большие котлы обеспечивали паром турбогенераторы на три порядка более мощные, чем использовавшиеся в 1900 году (крупнейший, во Франции на АЭС Фламанвиль, дает 1,75 ГВт), а их рабочее давление и температура позволили поднять пик эффективности с менее 10 % в 1900 году до свыше 40 % (рис. 5.15). Становится возможной даже более высокая эффективность, порядка 60 %, при использовании комбинации газовых турбин (крупнейшие дают свыше 400 МВт) и паровых турбин (горячий газ, покидающий газовую турбину, уходит на производство пара). Ничего удивительного, что турбины комбинированного цикла стали предпочитаемым способом генерации электричества, особенно чтобы закрыть потребности в пиковые периоды спроса (Smil 2015b). Большие дизельные генераторы были наиболее экономным выбором для производства электричества в отдаленных местностях и для обеспечения непрерывной подачи тока в случае экстремальных обстоятельств.

Рисунок 5.15. Максимальные мощности паровых турбогенераторов и эффективности лучших тепловых электростанций, 1900–2000 годы. Основано на данных из Dalby (1920), Termuehlen (2001) и Smil (2008а)

Расширение городских систем электроснабжения до национального масштаба началось после Первой мировой и ускорилось после Второй мировой войны. Оно преследовало следующие цели (Hughes 1983): достижение масштабной экономии, постройка более крупных станций рядом с большими городами или прямо в них, создание высоковольтных линий, чтобы передавать энергию от удаленных электростанций, продвижение массового потребления, объединение систем меньшего размера, чтобы обеспечить стабильную подачу энергии и более низкие номинальную и резервную мощности. После 1950 года забота о загрязнении воздуха привела к появлению новых крупных электростанций, расположенных рядом с источниками топлива. Переход к таким электростанциям повысил спрос на высоковольтную передачу.

Вследствие этого мощность крупнейших трансформаторов выросла в 500 раз, и самое высокое напряжение передачи увеличилось более чем в 100 раз по сравнению с 1890-ми годами. Передача начиналась с деревянных столбов и медных проводов, и постепенно дошла до вышек из стали, несущих усиленные сталью алюминиевые кабели, заряженные до 765 кВ; высочайшее напряжение постоянного тока сейчас ±800 кВ, несущих 6,4 ГВт между ГЭС Сянцзяба и Шанхаем. Внутридомовые системы выросли от нескольких розеток до разветвленных структур с десятками переключателей и выводов. Повышение мощности и рост генерации сопровождались увеличением надежности, особенно важной в мире, наполненном электронными устройствами и средствами контроля (примечание 5.14).

Ядерный распад стал другим важным способом получения пара для тепловой генерации энергии после Второй мировой войны. За первой демонстрацией феномена Лизой Мейтнер и Отто Фришем в декабре 1938 года последовала первая цепная реакция, ее запустили в университете Чикаго 2 декабря 1942-го. Первую ядерную бомбу испытали в июле 1945 года, и две бомбы были сброшены с разницей в три дня в августе 1945-го (Kesaris 1977; Atkins 2000). Если не учитывать продолжительную разработку более мощного ядерного оружия (см. раздел об оружии и войне в следующей главе), то первой послевоенной ядерной программой в США стали ядерные реакторы для подводных лодок. Nautilus спустили на воду в 1955 году, и почти немедленно Хайман Риковер (1900–1986), военный руководитель программы, получил задание перестроить реактор для коммерческого производства энергии (Polmar and Allen 1982). Первая АЭС в США, Шиппингпорт в Пенсильвании, начала работу в декабре 1957-го, более чем на год позже, чем (в октябре 1956-го) заработала британская Колдер-Холл.

В ретроспективе видно, что это была не лучшая конструкция реактора из всех возможных, но она стала доминирующей во всем мире. И пусть он не был превосходным, его ранее внедрение открыло дорогу другим реакторам, которые разработали достаточно быстро (Cowan 1990). В середине 2015 года 277 из 437 работающих в мире ядерных реакторов являлись герметичными реакторами с водяным охлаждением, и большая часть их находилась в США и Франции. Изучив почти полвека коммерческой ядерной энергетики, я назвал ядерное электричество «успешным провалом» (Smil 2003), и этот вердикт только подкрепляют новые исследования. Проект был успешным, поскольку в 2015 году давал 10,7 % мирового электричества, и до недавнего прорыва Китая в области угольных электростанций эта доля составляла около 17 %. Во многих странах цифры еще выше, среди них почти 20 % в США, 30 % в Южной Корее (и в Японии до 2011 года), и 77 % во Франции. Но провалился проект по той причине, что громадные надежды, которые он вызвал (в 1970-х годах практически все ожидали, что к концу века АЭС станут доминировать в генерации энергии) остались по большому счету неоправданными.

Технические слабости доминирующей конструкции, высокие затраты на постройку АЭС и хронические задержки при введении в эксплуатацию, нерешенная проблема долгосрочного хранения радиоактивных отходов и широко распространенная тревога по поводу безопасности (ее подогревают, даже после 60 лет коммерческого использования, преувеличенные мнения о негативном влиянии на здоровье) ограничили дальнейший рост ядерной индустрии. Проблема безопасности и негативные оценки риска выросли после аварии на АЭС Три-Майл-Айленд (1979), а затем после катастрофы 1986 года в Чернобыле и взрыва реактора в Фукусиме в 2011 году, который последовал за землетрясением и цунами (Elliott 2013).