Я — энергетик: откуда появились и как развивались профессии энергетической отрасли
Первыми нефтяниками можно считать жителей Ближнего Востока, которые собирали нефть с поверхности водоемов. Первыми газовиками стали племена, поклонявшиеся «вечному огню», а первыми гидроэнергетиками были греки, придумавшие водяное колесо. Несколько тысячелетий спустя с развитием технологий и изменением способов добычи эти открытия стали самостоятельными мощными отраслями мировой экономики. «Энергия+» показывает удивительную трансформацию профессий с древних времен и до наших дней.
Нефть
«Что будет, если поджечь эту маслянистую лужу?» Возможно, именно с этого вопроса началось развитие нефтяной промышленности. Восемь тысяч лет назад шумеры на Ближнем Востоке заинтересовались черной масляной жидкостью, выступавшей на поверхности воды и почвы. Оказалось, она неплохо горит и подходит для светильников, а битум — «нефтяная смола» — отлично скрепляет кирпичи.
На территории современной России нефть впервые обнаружили на Севере, на реке Ухте, где она била ключами со дна и из-под земли. В середине XVIII века Архангельский купец Федор Прядников построил в этих краях первый нефтяной промысел. Примерно век спустя русские крепостные крестьяне братья Дубинины открыли на Кавказе первый завод по перегонке нефти в керосин, а к концу XIX века братья Нобели из Петербурга создали настоящую нефтяную империю — с буровыми установками, нефтепроводами, лабораториями, первыми танкерами и вагонами-цистернами.
Впрочем, до начала XX века объемы добычи нефти как в России, так и во всем мире были скромными: она применялась в основном в керосиновых лампах, для смазки колес, как краска или лекарственный компонент. Масштабное развитие нефтяной промышленности началось с изобретения двигателя внутреннего сгорания и начала массового производства автомобилей.
Быстро растущей индустрии потребовалось много рабочих рук и светлых голов — геологоразведчики, геологи-нефтяники, бурильщики, химики, аналитики. До революции и в первые годы советской власти таких специалистов выпускал Горный университет в Санкт-Петербурге и нефтяной факультет Московской горной академии, а в 1930 году в столице появился первый профильный вуз — Московский нефтяной институт.
Сегодня в нефтяной промышленности России задействованы тысячи специалистов, которых готовят университеты по всей стране. Теперь нефтяник — это не только геолог или бурильщик, а еще и программист, дизайнер, да и традиционные профессии по большей части трансформировались и «оцифровались».
Газ
У современного человека газовая конфорка вызывает сильные эмоции, разве что когда ломается. Древние люди, заметившие газовый факел на поверхности земли, испытывали священный трепет, поклонялись ему как божеству и строили рядом храмы. Такие постройки можно найти на территории древней Месопотамии (современный Ирак), в Иране, Индии, Китае и у подножия Кавказского хребта.
Применять «священный» огонь в хозяйстве люди научились гораздо позже. В записках венецианского купца и путешественника Марко Поло (1254–1324) говорится, что в некоторых районах Китая газ использовали для отопления и освещения помещений. Другой известный путешественник Энгельберт Кемпфер в конце XVII века рассказывал что жители Апшеронского полуострова (современный Азербайджан) обжигают горючим газом известняк и готовят на нем еду.
В середине XIX века немецкий химик Роберт Бунзен изобрел горелку, которая работала на газе, полученном после переработки каменного угля и других углеводородов. На улицах крупнейших городов мира зажглись газовые фонари. В России первый такой фонарь появился на Аптекарском острове в Санкт-Петербурге.
В промышленных масштабах газ стал востребован лишь в 1920–30-х годах. Этот вид энергии нередко делит место в недрах земли с нефтью. Такое соседство стало основной причиной для развития газовой промышленности. В 1925 году на кубанском месторождении нефти начался сбор попутного газа. Через пять лет в открывшемся Московском нефтяном институте появилась первая профильная кафедра — разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных месторождений.
Примерно до конца 1930-х годов добыча газа была придатком к нефтяной промышленности. Разведка самостоятельных газовых месторождений в России началась лишь в 1939 году в Саратовской области. В 1940-м году там обнаружили газ, а через год пробурили первую скважину. В послевоенное время были открыты крупные месторождения газа в Ставропольском крае, в Сибири и на севере страны.
Ко второй половине XX века газ широко применялся не только в домашних хозяйствах, но и в промышленности — как топливо и сырье для химических продуктов. Сегодня Россия остается мировым лидером по запасам и добыче газа. В индустрии задействовано огромное количество специалистов: геологи-разведчики, землеустроители, инженеры, техники, бурильщики, лаборанты, экологи и другие профессионалы.
Уголь
Угольная промышленность — еще один «старожил» энергетики. Импульсом для ее развития стала нехватка леса в Европе. В Средние века практически вся экономика Старого света держалась на древесине: из дерева строили мосты и дома, помещения отапливались дровами, древесный уголь бросали в топку пивоварен, кузен и железоплавильных заводов, но главное — древесина в огромном количестве использовалась для строительства кораблей. Население тем временем росло, как и аппетиты флота и промышленности. Когда леса в округе Лондона к концу XVI века вырубили до последнего пня, британцы начали поглядывать в сторону каменного угля.
Восторга в этих взглядах не было: каменный уголь давал едкий дым и пах серой. Суеверные горожане считали его отравой. Но выбора не было, и англичане обратились к опыту Шотландии, которая исчерпала свои леса на 100 лет раньше и к тому моменту потребляла уголь активно.
Каменный уголь — это спрессованные и обуглившиеся останки древних растений, которые залегают слоями под землей. Чтобы добыть каменный уголь, нужно было прежде всего найти подходящий пласт. Где-то такие пласты выходили прямо на поверхность земли, но эти легкодоступные месторождения быстро кончались. Пришлось уходить в недра — делать проходки (рыть шахты около двух метров в поперечнике), сражаясь с грунтовыми водами, песком, скальными породами и угарным газом, а потом, если повезло, кирками отрубать уголь от пласта и тащить его на поверхность. Профессию шахтера и сегодня не назовешь легкой, хотя технологии заметно облегчили и обезопасили труд рабочих. Сейчас в угольной промышленности трудятся горнорабочие очистного забоя, машинисты подземных установок и горных выемочных машин, проходчики, слесари и другие профи.
В Россию идею добывать каменный уголь привез Петр I. В 1658 году царь провел зиму в Англии, где тогда потребляли почти три миллиона тонн угля ежегодно, а в декабре 1722 года Петр I именным указом велел искать каменный уголь на юге Российской империи. Экономике страны уголь тогда был не особо нужен, зато в XIX веке, с развитием горнозаводской промышленности, потенциал этого топлива раскрылся в полной мере. В 1900 году добыча угля в России превысила 11 миллионов тонн.
Сейчас уголь в основном используют коксохимические заводы и тепловые электростанции. Пусть его доля в мировой энергетике падает, уголь по-прежнему играет важнейшую роль в энергопотреблении. Например, в Китае на уголь приходится около 70% потребляемой энергии. А Россия входит в число ведущих стран мира по добыче горючего камня.
Вода
Первой машиной, использовавшей энергию текущей воды, была поливальная машина — чадуфон. Она состояла из черпаков, которые закреплялись на ободе крупного колеса. При вращении колеса нижние черпаки погружались в воду, а наполненные поднимались и опрокидывались в специальный желоб. Там, где течение реки было бурным, люди придумали ставить колеса со специальными лопатками, которые без участия человека вращали колесо под напором воды. Так появился первый водяной двигатель. Подробное описание этого механизма встречается в трактатах знаменитого римского архитектора и техника Витрувия.
Земледельцы быстро поняли, что водяное колесо можно использовать не только для поливки, но и для других целей, например для помола муки. В Средние века с помощью мельниц производили бумагу, ковали железо, пилили бревна и варили пиво. В Англии и Франции в свое время приходилось по одной мельнице на 250 жителей.
Следующей ступенью в зарождающейся гидроэнергетике стала водяная турбина. Это устройство придумал французский инженер Бенуа Фурнерон в 1834 году. Примерно в то же время (с разницей в три года, но независимо от Фурнерона) турбину сконструировал Игнатий Сафонов, русский умелец-самоучка. Конструкцию поставили на Нижне-Алапаевском заводе (Свердловская область), за счет симметричных аэродинамических лопаток она оказалась вдвое эффективнее водяного колеса. В 1878 году англичанин Уильям Армстронг пошел еще дальше и разработал первую гидроэлектрическую схему электропитания, с помощью которой освещал свою картинную галерею.
Одной из первых современных гидроэлектростанций считается ГЭС на Ниагарском водопаде. В 1882 году бизнесмен Якоб Шоелкоппф присоединил там к водяному колесу электрогенератор и запитал 16 осветительных ламп. Десять лет спустя первая гидроэлектростанция мощностью 200 киловатт появится и в России — на реке Березовка в Алтайском крае. Практически следом в Иркутской губернии построили Ныгринскую ГЭС, которая обеспечивала электричеством два прииска (горнодобывающих предприятия).
Настоящий гидроэнергетический бум в мире пришелся на 1930-е годы. ГЭС строили повсеместно. В нашей стране с 1930 по 1990-е годы появились такие гиганты, как Саяно-Шушенская, Братская, Усть-Илимская, Красноярская и Волжская ГЭС. СССР (а затем и Россия) занял лидирующие позиции по установленной мощности гидроэлектростанций в мире. Сегодня в стране действует 15 ГЭС мощностью выше 1000 мегаватт. Еще один «фанат» гидроэнергетики — Норвегия. Это государство более чем на 90% закрывает свои потребности в электроэнергии за счет гидроэлектростанций.
Для гидроэнергетики учебные заведения сегодня массово готовят инженеров-механиков, инженеров-электриков, специалистов по гидравлическим машинам, приводам и гидропневмоавтоматике.
Уран
История атомной энергетики началась холодным декабрьским днем 1942 года на заброшенной корте для игры в сквош, под трибунами стадиона Чикагского университета. Там физик Энрико Ферми, лауреат Нобелевской премии, сбежавший из фашистской Италии в США, запустил управляемую цепную реакцию деления атомного ядра.
Для ядерного реактора нужны два основных компонента: делящийся элемент, например уран, и замедлитель для нейтронов, вылетающих из расщепленных атомов. Замедление нейтрона увеличивает вероятность его столкновения с другим атомом, от такого удара начинается очередное деление (эффект домино). Если упростить, атомный реактор работает следующим образом: замедленные нейтроны разбивают атомы на осколки, при этом выделяется огромное количество тепловой энергии, способное нагреть воду. Пар от нагретой воды вращает турбину, турбина — генератор, а генератор производит электроэнергию.
Энрико Ферми использовал в качестве замедлителя нейтронов графит, в большинстве реакторов современных атомных электростанций для этого используют воду.
Новое перспективное направление физики и энергетики быстро заинтересовало многие страны мира. В конце 1942 года правительство СССР распорядились создать на базе Академии наук Лабораторию №2, которая исследовала цепную реакцию деления атомных ядер. Возглавил лабораторию доктор физико-математических наук Игорь Курчатов. В декабре 1946 года под его руководством в Москве будет собран и запущен первый в Европе ядерный реактор — установка Ф-1. В августе 1949 года Советский Союз испытает собственную атомную бомбу.
Параллельно шла практически штучная подготовка кадров. В 1940-м году в МГУ появилась первая в СССР кафедра для подготовки студентов по экспериментальной ядерной физике — кафедра радиоактивности и атомного ядра под руководством профессора Дмитрия Скобельцына. Первый выпуск кафедры насчитывал всего 8 человек. Из-за войны подготовку специалистов прервали, но восстановили в октябре 1943-го.
Довольно быстро ядерную энергию приручили для мирных нужд. 9 мая 1954 года специалисты в Обнинске (Калужская область) добились устойчивой цепной ядерной реакции, и энергия станции начала поступать в потребительскую электросеть Мосэнерго.
Как новое направление ядерную энергетику признали на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии в Женеве в 1955-м году. Событие положило начало международному сотрудничеству в области мирного использования атома.
Атомная энергетика наиболее популярна в странах, которым не хватает природных ресурсов — во Франции, Бельгии, Финляндии, Швеции и других государствах Европы. Россия, несмотря на обеспеченность нефтью и газом, входит в «пятерку» лидеров по производству ядерной электроэнергии.
Альтернативная энергия
В последние десятилетия активно развивается альтернативная энергетика. В разных странах мира работают ветряные, приливные, геотермальные и солнечные электростанции. Они используют разные технологии: солнечные станции могут работать за счет полупроводниковых пластин, которые «переводят» свет в электричество, а могут использовать систему зеркал, которые направляют отраженный свет на резервуар с водой, нагревают его, а образовавшийся пар крутит турбину.
Развивающаяся отрасль породила новые профессии — многие мировые вузы выпускают специалистов по альтернативной энергетике. Ученым и инженерам предстоит решить серьезные проблемы: как передавать энергию от станции к потребителю, утилизировать солнечные батареи без вреда для окружающей среды, хранить энергию на случай безветренной погоды или в пасмурные дни.
Энергетик — профессия будущего
Современную энергетику невозможно представить без специалистов в IT, логистике, геологии, экологии, математике. Они применяют новые технологии и повышают эффективность работы.
Несмотря на то, что традиционная энергетика (добыча нефти и газа) зародилась достаточно давно, сегодня здесь используются самые современные технологии: дополненная реальность для оценки новой инфраструктуры на месторождениях, дроны для инвентаризации грузов и поиска углеводородов, дистанционно в разных точках земного шара бурятся скважины. Нефтяные компании в сотрудничестве с крупнейшими вузами России создают центры развития искусственного интеллекта в промышленности и работают над нейросетями, моделирующими нефтяные месторождения.
Энергетику ждет интересное и насыщенное будущее. Будем за ним наблюдать, а лучше — участвовать.
