Однако хотя малым предприятиям хватало мускульной силы, ее было недостаточно для более крупных. По мере развития централизованного фабричного производства товаров требовались надежные и управляемые источники энергии. Первым таким источником стала проточная вода. Производители начали строить заводы рядом с ручьями и реками, чтобы с помощью водяных колес превращать силу течения в механическую энергию. Использовать воду в качестве источника энергии люди начали в далеком прошлом, задолго до промышленной революции. У греков и римлян были водяные колеса, а европейские фермеры на протяжении веков строили простейшие водяные зерновые мельницы. Когда Вильгельм Завоеватель в 1066 году производил в Англии перепись для своей «Книги Страшного суда»[13] , он обнаружил в сельской местности тысячи таких мельниц.
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.
Однако переход к использованию электроэнергии требовал не только пожертвовать большей частью своих прошлых инвестиций в водяные или паровые системы, а также в системы передачи мощности, но и установить динамо-машины, сделать проводку на всем заводе и, что еще сложнее, модернизировать машины так, чтобы они могли работать на электрических двигателях. Это было очень дорого и рискованно, поскольку электроэнергия была новой и еще не проверенной технологией. Поначалу переход происходил медленно. В 1900 году, в конце первого десятилетия применения электрических систем в качестве альтернативного источника энергии, на долю электричества приходилось менее 5 % энергии, используемой на заводах. Однако технологические достижения таких поставщиков, как General Electric и Westinghouse, делали электрические системы и электродвигатели все более доступными и надежными, а интенсивные маркетинговые программы этих поставщиков ускорили принятие новой технологии. Дальнейшее ускорение было обусловлено быстрым ростом количества квалифицированных инженеров-электриков, обладающих знаниями, необходимыми для установки и обслуживания новых систем. В 1905 году репортер журнала Engineering написал, что «никто сегодня при планировании строительства нового завода не будет рассматривать какую-либо другую систему энергоснабжения, кроме электрической». За очень короткий срок электроэнергия превратилась из экзотического явления в обыденное.
Не менялось лишь одно. Фабриканты продолжали строить свои системы электроснабжения на территории собственных заводов. Немногие производители рассматривали возможность покупки электроэнергии у небольших центральных станций вроде станции Эдисона на Перл-стрит, которые строились по всей стране. Предназначенные для обслуживания местных домов и магазинов, центральные станции не обладали ресурсами для удовлетворения потребностей крупных фабрик и заводов. В то же время владельцы заводов, которые всегда имели собственный источник энергии, не желали доверять такую важную функцию постороннему поставщику. Они знали, что сбой в энергоснабжении привел бы к остановке деятельности, а несколько сбоев вполне могли привести к банкротству. Как пишет Луис Хантер, «в первые годы предполагалось, что для снабжения своих машин электричеством производитель будет делать собственную электростанцию». Это предположение нашло отражение в статистических данных. Согласно переписи, проведенной в начале нового столетия, на тот момент существовало уже 50 000 частных электростанций (для сравнения: число центральных станций составляло всего 3600).
С увеличением количества частных систем быстро развивались отрасли, связанные с производством комплектующих и подготовкой специалистов для строительства и управления этими системами. Компании General Electric и Westinghouse стали настоящими гигантами, окруженными созвездием мелких поставщиков. Торговцы и банкиры, которые вкладывали в них средства, были заинтересованы в обеспечении дальнейшего распространения частных систем энергоснабжения. На тот момент, когда Инсулл стал президентом компании Chicago Edison, мысль о том, что фабриканту следует производить электроэнергию самостоятельно, не только глубоко укоренилась в производственной традиции – она представляла собой основу крупной и растущей отрасли электроэнергетики, обслуживающей производителей и получающей огромную прибыль от их бизнеса. А в самом центре этой отрасли стоял герой и бывший начальник Инсулла.
По мере того как фабриканты строили и расширяли собственные электростанции, разрабатывались технологии, которые вели к их устареванию. В начале 1880-х годов английский инженер Чарльз Парсонс изобрел мощную паровую турбину, которая вырабатывала электроэнергию гораздо эффективнее, чем традиционные поршневые паровые двигатели. Примерно в то же время сербский изобретатель Никола Тесла совершенствовал систему передачи электроэнергии в виде переменного, а не постоянного тока. Эти два достижения в корне изменили экономику электроэнергетики. Паровая турбина позволила центральным станциям добиться гораздо большего эффекта масштаба, соответственно, понизить затраты на производство каждого киловатта. Применение переменного тока позволило станциям передавать электроэнергию на бо?льшие расстояния и обслуживать большее количество клиентов.
