Energietechnik

Die Elektrizität wurde im späten 17. Jahrhundert zu einem Gegenstand wissenschaftlichen Interesses. In den folgenden zwei Jahrhunderten wurden eine Reihe wichtiger Entdeckungen gemacht, darunter die Glühbirne und der Voltakolben. Die wohl größte Entdeckung im Bereich der Energietechnik stammt von Michael Faraday, der 1831 entdeckte, dass eine Änderung des magnetischen Flusses eine elektromotorische Kraft in einer Drahtschleife hervorruft – ein Prinzip, das als elektromagnetische Induktion bekannt ist und die Funktionsweise von Generatoren und Transformatoren erklärt.

Im Jahr 1881 bauten zwei Elektriker in Godalming in England das erste Kraftwerk der Welt. Das Kraftwerk erzeugte mit Hilfe von zwei Wasserrädern einen Wechselstrom, mit dem sieben Siemens-Bogenlampen mit 250 Volt und vierunddreißig Glühlampen mit 40 Volt betrieben wurden. Die Versorgung war jedoch unregelmäßig und 1882 entwickelten Thomas Edison und seine Firma, die Edison Electric Light Company, das erste dampfbetriebene Elektrizitätswerk in der Pearl Street in New York City. Die Pearl Street Station bestand aus mehreren Generatoren und versorgte zunächst rund 3.000 Lampen für 59 Kunden. Das Kraftwerk verwendete Gleichstrom und arbeitete mit einer einzigen Spannung. Da der Gleichstrom nicht ohne weiteres auf die höheren Spannungen umgewandelt werden konnte, die zur Minimierung der Leistungsverluste bei der Übertragung erforderlich waren, war die mögliche Entfernung zwischen den Generatoren und der Last auf etwa eine halbe Meile (800 m) begrenzt.

Im selben Jahr demonstrierten Lucien Gaulard und John Dixon Gibbs in London den ersten Transformator, der für den Einsatz in einem echten Stromnetz geeignet war. Der praktische Wert des Transformators von Gaulard und Gibbs wurde 1884 in Turin demonstriert, wo der Transformator zur Beleuchtung einer vierzig Kilometer langen Eisenbahnstrecke mit einem einzigen Wechselstromgenerator eingesetzt wurde. Trotz des Erfolgs des Systems unterliefen den beiden einige grundlegende Fehler. Der vielleicht schwerwiegendste war, dass sie die Primärleitungen der Transformatoren in Reihe schalteten, so dass das Ein- oder Ausschalten einer Lampe Auswirkungen auf andere Lampen weiter unten in der Leitung hatte. Im Anschluss an die Vorführung importierte George Westinghouse, ein amerikanischer Unternehmer, einige der Transformatoren zusammen mit einem Siemens-Generator und ließ seine Ingenieure mit ihnen experimentieren, in der Hoffnung, sie für den Einsatz in einem kommerziellen Stromnetz zu verbessern.

Einer der Ingenieure von Westinghouse, William Stanley, erkannte das Problem der Reihenschaltung von Transformatoren im Gegensatz zur Parallelschaltung und erkannte auch, dass die Herstellung des Eisenkerns eines Transformators als vollständig geschlossene Schleife die Spannungsregelung der Sekundärwicklung verbessern würde. Mit diesem Wissen baute er 1886 in Great Barrington, Massachusetts, das weltweit erste praktische Wechselstromsystem auf Transformatorbasis. 1885 demonstrierte der italienische Physiker und Elektroingenieur Galileo Ferraris einen Induktionsmotor, und 1887 und 1888 meldete der serbisch-amerikanische Ingenieur Nikola Tesla eine Reihe von Patenten im Zusammenhang mit Stromversorgungssystemen an, darunter eines für einen praktischen Zweiphasen-Induktionsmotor, das Westinghouse für sein Wechselstromsystem lizenzierte.

Bis 1890 florierte die Stromindustrie, und die Stromversorgungsunternehmen hatten in den Vereinigten Staaten und in Europa Tausende von Stromversorgungssystemen (sowohl für Gleich- als auch für Wechselstrom) errichtet – diese Netze dienten im Wesentlichen der Bereitstellung elektrischer Beleuchtung. In dieser Zeit kam es in den USA zu einer erbitterten Rivalität zwischen Edison und Westinghouse, die als „Krieg der Ströme“ bekannt wurde und bei der es um die Frage ging, welche Form der Stromübertragung (Gleich- oder Wechselstrom) die bessere sei. 1891 installierte Westinghouse das erste große Stromsystem, das nicht nur für die Beleuchtung, sondern auch für den Antrieb eines Elektromotors ausgelegt war. Die Anlage trieb in Telluride, Colorado, einen 100 PS (75 kW) starken Synchronmotor an, der von einem Tesla-Induktionsmotor gestartet wurde. Auf der anderen Seite des Atlantiks baute Oskar von Miller eine 176 km lange 20-kV-Drehstrom-Übertragungsleitung von Lauffen am Neckar nach Frankfurt am Main für die Elektrotechnische Ausstellung in Frankfurt. Nach einem langwierigen Entscheidungsprozess begann 1895 das Kraftwerk Adams No. 1 an den Niagarafällen mit der Übertragung von Dreiphasen-Wechselstrom mit 11 kV nach Buffalo. Nach der Fertigstellung des Projekts an den Niagarafällen wählten neue Stromsysteme zunehmend Wechselstrom anstelle von Gleichstrom für die Stromübertragung.