Energiteknik

Elektricitet blev et emne af videnskabelig interesse i slutningen af det 17. århundrede. I løbet af de næste to århundreder blev der gjort en række vigtige opdagelser, herunder glødepæren og den voltaiske bunke. Den formentlig største opdagelse med hensyn til energiteknik kom fra Michael Faraday, der i 1831 opdagede, at en ændring i den magnetiske flux inducerer en elektromotorisk kraft i en trådsløjfe – et princip kendt som elektromagnetisk induktion, der er med til at forklare, hvordan generatorer og transformatorer fungerer.

I 1881 byggede to elektrikere verdens første kraftværk i Godalming i England. Stationen anvendte to vandhjul til at producere en vekselstrøm, der blev brugt til at forsyne syv Siemens-buelamper på 250 volt og 34 glødelamper på 40 volt. Forsyningen var dog uregelmæssig, og i 1882 udviklede Thomas Edison og hans firma, The Edison Electric Light Company, det første dampdrevne elværk på Pearl Street i New York City. Pearl Street-stationen bestod af flere generatorer og forsynede i begyndelsen ca. 3 000 lamper til 59 kunder med strøm. Kraftværket anvendte jævnstrøm og fungerede ved en enkelt spænding. Da jævnstrømsstrømmen ikke let kunne omdannes til de højere spændinger, der var nødvendige for at minimere strømtabet under transmissionen, var den mulige afstand mellem generatorerne og belastningen begrænset til ca. 800 m.

Samme år demonstrerede Lucien Gaulard og John Dixon Gibbs i London den første transformer, der var egnet til brug i et rigtigt elsystem. Den praktiske værdi af Gaulard og Gibbs’ transformer blev demonstreret i 1884 i Torino, hvor transformeren blev brugt til at belyse 40 km jernbane fra en enkelt vekselstrømsgenerator. På trods af systemets succes begik parret nogle grundlæggende fejl. Den måske alvorligste var, at de primære transformatorer blev sat i serie, således at hvis man tændte eller slukkede for en lampe, ville det påvirke andre lamper længere nede på linjen. Efter demonstrationen importerede George Westinghouse, en amerikansk iværksætter, et antal af transformatorerne sammen med en Siemens-generator og satte sine ingeniører til at eksperimentere med dem i håb om at forbedre dem til brug i et kommercielt elsystem.

En af Westinghouses ingeniører, William Stanley, erkendte problemet med at forbinde transformatorerne i serie i stedet for parallelt og indså også, at det ville forbedre spændingsreguleringen af den sekundære vikling, hvis man gjorde transformatorens jernkerne til en fuldstændig lukket løkke, hvilket ville forbedre spændingsreguleringen af den sekundære vikling. Ved hjælp af denne viden byggede han verdens første praktiske transformatorbaserede vekselstrømsanlæg i Great Barrington, Massachusetts, i 1886. I 1885 demonstrerede den italienske fysiker og elektroingeniør Galileo Ferraris en induktionsmotor, og i 1887 og 1888 indgav den serbisk-amerikanske ingeniør Nikola Tesla en række patenter vedrørende elsystemer, herunder et patent på en praktisk tofaset induktionsmotor, som Westinghouse licenserede til sit vekselstrømssystem.

I 1890 var elindustrien blomstret, og elselskaberne havde bygget tusindvis af elsystemer (både jævn- og vekselstrøm) i USA og Europa – disse net var i praksis dedikeret til at levere elektrisk belysning. I denne periode opstod der i USA en voldsom rivalisering, kendt som “krigen om strømmene”, mellem Edison og Westinghouse om, hvilken transmissionsform (jævnstrøm eller vekselstrøm) der var den bedste. I 1891 installerede Westinghouse det første større strømsystem, der var designet til at drive en elektrisk motor og ikke kun til at levere elektrisk belysning. Anlægget drev en synkronmotor på 100 hestekræfter (75 kW) i Telluride i Colorado, hvor motoren blev startet af en Tesla-induktionsmotor. På den anden side af Atlanterhavet byggede Oskar von Miller en 20 kV 176 km lang trefaset transmissionsledning på 176 km fra Lauffen am Neckar til Frankfurt am Main til den elektriske ingeniørudstilling i Frankfurt. I 1895, efter en langvarig beslutningsproces, begyndte Adams No. 1 kraftværk ved Niagara Falls at overføre trefaset vekselstrøm til Buffalo ved 11 kV. Efter færdiggørelsen af Niagara Falls-projektet valgte nye kraftsystemer i stigende grad vekselstrøm i stedet for jævnstrøm til elektrisk transmission.