Energetika

Elektřina se stala předmětem vědeckého zájmu koncem 17. století. Během následujících dvou století byla učiněna řada významných objevů, včetně žárovky a voltaické kupy. Pravděpodobně největší objev s ohledem na energetiku učinil Michael Faraday, který v roce 1831 zjistil, že změna magnetického toku vyvolá ve smyčce vodiče elektromotorickou sílu – princip známý jako elektromagnetická indukce, který pomáhá vysvětlit fungování generátorů a transformátorů.

V roce 1881 postavili dva elektrikáři v anglickém Godalmingu první elektrárnu na světě. Stanice využívala dvě vodní kola k výrobě střídavého proudu, který se používal k napájení sedmi Siemensových obloukových lamp s napětím 250 V a třiceti čtyř žárovek s napětím 40 V. Stanice byla vybavena dvěma vodními koly. Dodávky však byly přerušované a v roce 1882 Thomas Edison a jeho společnost The Edison Electric Light Company vyvinuli na Pearl Street v New Yorku první elektrickou elektrárnu poháněnou párou. Stanice na Pearl Street se skládala z několika generátorů a zpočátku napájela přibližně 3 000 lamp pro 59 zákazníků. Elektrárna využívala stejnosměrný proud a pracovala s jediným napětím. Protože stejnosměrný proud nebylo možné snadno transformovat na vyšší napětí potřebné k minimalizaci ztrát energie při přenosu, byla možná vzdálenost mezi generátory a zátěží omezena na přibližně půl míle (800 m).

Téhož roku v Londýně Lucien Gaulard a John Dixon Gibbs předvedli první transformátor vhodný pro použití v reálném energetickém systému. Praktický význam Gaulardova a Gibbsova transformátoru byl předveden v roce 1884 v Turíně, kde byl transformátor použit k osvětlení čtyřiceti kilometrů (25 mil) železnice z jediného generátoru střídavého proudu. Navzdory úspěchu systému se dvojice dopustila několika zásadních chyb. Asi nejzávažnější bylo sériové zapojení primáru transformátorů, takže zapnutí nebo vypnutí jedné lampy ovlivňovalo další lampy dále na trati. Po demonstraci dovezl americký podnikatel George Westinghouse několik transformátorů spolu se Siemensovým generátorem a pověřil své inženýry experimentováním s nimi v naději, že je vylepší pro použití v komerčním energetickém systému.

Jeden z Westinghousových inženýrů, William Stanley, si uvědomil problém se sériovým zapojením transformátorů na rozdíl od paralelního a také si uvědomil, že vytvoření železného jádra transformátoru jako zcela uzavřené smyčky by zlepšilo regulaci napětí sekundárního vinutí. Na základě těchto poznatků postavil v roce 1886 v Great Barringtonu ve státě Massachusetts první praktický systém střídavého proudu založený na transformátoru. V roce 1885 předvedl italský fyzik a elektroinženýr Galileo Ferraris indukční motor a v letech 1887 a 1888 podal srbsko-americký inženýr Nikola Tesla řadu patentů týkajících se energetických systémů, včetně jednoho na praktický dvoufázový indukční motor, který Westinghouse licencoval pro svůj systém střídavého proudu.

Do roku 1890 energetický průmysl vzkvétal a energetické společnosti vybudovaly ve Spojených státech a v Evropě tisíce energetických systémů (stejnosměrných i střídavých) – tyto sítě byly fakticky určeny k zajištění elektrického osvětlení. V této době vzniklo v USA ostré soupeření známé jako „válka proudů“ mezi Edisonem a Westinghousem o to, která forma přenosu (stejnosměrný nebo střídavý proud) je lepší. V roce 1891 společnost Westinghouse instalovala první velký napájecí systém, který byl určen k pohonu elektromotoru, a nikoli pouze k elektrickému osvětlení. Instalace poháněla synchronní motor o výkonu 100 koní (75 kW) v Telluride v Coloradu, přičemž motor byl spouštěn Teslovým indukčním motorem. Na druhé straně Atlantiku postavil Oskar von Miller pro výstavu elektrotechniky ve Frankfurtu nad Mohanem třífázové přenosové vedení 20 kV o délce 176 km z Lauffenu nad Neckarem do Frankfurtu nad Mohanem. V roce 1895 začala po zdlouhavém rozhodování generátorová stanice Adams No. 1 u Niagarských vodopádů přenášet třífázový střídavý proud do Buffala o napětí 11 kV. Po dokončení projektu u Niagarských vodopádů se v nových energetických systémech pro přenos elektrické energie stále častěji volil střídavý proud namísto stejnosměrného.