Energetika

A villamosság a 17. század végén vált tudományos érdeklődés tárgyává. A következő két évszázadban számos fontos felfedezés született, köztük az izzólámpa és a voltaikus cölöp. Az energetika szempontjából talán a legnagyobb felfedezést Michael Faraday tette, aki 1831-ben felfedezte, hogy a mágneses fluxus változása elektromotoros erőt indukál egy huzalhurokban – ez az elektromágneses indukció néven ismert elv segít megmagyarázni a generátorok és transzformátorok működését.

1881-ben két villanyszerelő megépítette a világ első erőművét az angliai Godalmingban. Az állomás két vízkerékkel váltakozó áramot termelt, amellyel hét Siemens ívlámpát 250 volton és harmincnégy izzólámpát 40 volton tápláltak. Az ellátás azonban szaggatott volt, ezért 1882-ben Thomas Edison és cége, az Edison Electric Light Company kifejlesztette az első gőzzel működő elektromos erőművet a New York-i Pearl Street-en. A Pearl Street-i állomás több generátorból állt, és kezdetben mintegy 3000 lámpát látott el 59 fogyasztó számára. Az erőmű egyenáramot használt, és egyetlen feszültségen működött. Mivel az egyenáramú áramot nem lehetett könnyen átalakítani az átvitel során a teljesítményveszteség minimalizálásához szükséges magasabb feszültségre, a generátorok és a fogyasztók közötti lehetséges távolság körülbelül fél mérföldre (800 m) korlátozódott.

Ugyanebben az évben Londonban Lucien Gaulard és John Dixon Gibbs bemutatta az első olyan transzformátort, amely alkalmas volt valódi villamosenergia-rendszerben való használatra. Gaulard és Gibbs transzformátorának gyakorlati értékét 1884-ben Torinóban mutatták be, ahol a transzformátorral negyven kilométernyi vasútvonalat világítottak meg egyetlen váltóáramú generátorral. A rendszer sikere ellenére a páros elkövetett néhány alapvető hibát. A legsúlyosabb hiba talán az volt, hogy a transzformátorok primereit sorba kapcsolták, így az egyik lámpa be- vagy kikapcsolása hatással volt a többi lámpára a vonal további szakaszain. A bemutatót követően George Westinghouse, egy amerikai vállalkozó számos transzformátort importált egy Siemens generátorral együtt, és mérnökei kísérletezni kezdtek velük abban a reményben, hogy javíthatnak rajtuk a kereskedelmi áramellátó rendszerben való felhasználás érdekében.

A Westinghouse egyik mérnöke, William Stanley felismerte a transzformátorok soros és nem párhuzamos kapcsolásának problémáját, és arra is rájött, hogy a transzformátor vasmagjának teljesen zárt körré alakítása javítaná a szekunder tekercs feszültségszabályozását. Ezt a tudást felhasználva 1886-ban a massachusettsi Great Barringtonban megépítette a világ első gyakorlati transzformátoros váltóáramú villamosenergia-rendszerét. 1885-ben Galileo Ferraris olasz fizikus és villamosmérnök bemutatott egy indukciós motort, 1887-ben és 1888-ban pedig Nikola Tesla szerb-amerikai mérnök számos szabadalmat nyújtott be a villamosenergia-rendszerekkel kapcsolatban, köztük egy gyakorlati kétfázisú indukciós motorra vonatkozót, amelyet Westinghouse licencelt a váltóáramú rendszeréhez.

1890-re az energiaipar virágzott, és az áramszolgáltató vállalatok több ezer (egyen- és váltóáramú) rendszert építettek ki az Egyesült Államokban és Európában – ezek a hálózatok gyakorlatilag az elektromos világítás biztosítására szolgáltak. Ez idő alatt az Egyesült Államokban “az áramok háborúja” néven ismert ádáz rivalizálás alakult ki Edison és Westinghouse között arról, hogy melyik átviteli forma (egyenáram vagy váltakozó áram) a jobb. 1891-ben a Westinghouse telepítette az első olyan nagy áramellátó rendszert, amelyet nem csak elektromos világítás biztosítására, hanem elektromos motorok meghajtására is terveztek. A berendezés a Colorado állambeli Telluride-ban egy 100 lóerős (75 kW) szinkronmotort hajtott meg, a motort pedig egy Tesla-indukciós motor indította be. Az Atlanti-óceán túloldalán Oskar von Miller a frankfurti elektrotechnikai kiállításra egy 20 kV-os, 176 km hosszú háromfázisú távvezetéket épített Lauffen am Neckarból Frankfurt am Mainba. 1895-ben, hosszas döntéshozatali folyamat után, a Niagara-vízesésnél lévő Adams No. 1. erőmű 11 kV-os háromfázisú váltakozó áramú áramot kezdett továbbítani Buffalóba. A Niagara-vízesés projekt befejezését követően az új villamosenergia-rendszerek egyre inkább a váltóáramot választották az egyenárammal szemben az elektromos átvitelhez.