Elektroenergetyka

Elektryczność stała się przedmiotem zainteresowania nauki pod koniec XVII wieku. W ciągu następnych dwóch stuleci dokonano wielu ważnych odkryć, w tym żarówki żarowej i stosu woltaicznego. Prawdopodobnie największe odkrycie w odniesieniu do energetyki pochodzi od Michaela Faradaya, który w 1831 r. odkrył, że zmiana strumienia magnetycznego wywołuje siłę elektromotoryczną w pętli drutu – zasada znana jako indukcja elektromagnetyczna, która pomaga wyjaśnić, jak działają generatory i transformatory.

W 1881 r. dwóch elektryków zbudowało pierwszą na świecie elektrownię w Godalming w Anglii. Stacja wykorzystała dwa koła wodne do produkcji prądu zmiennego, który był używany do zasilania siedmiu lamp łukowych Siemensa przy 250 woltach i trzydziestu czterech lamp żarowych przy 40 woltach. Jednak zasilanie było przerywane i w 1882 roku Thomas Edison i jego firma, The Edison Electric Light Company, stworzyli pierwszą elektrownię parową na Pearl Street w Nowym Jorku. Stacja przy Pearl Street składała się z kilku generatorów i początkowo zasilała około 3000 lamp dla 59 klientów. Elektrownia wykorzystywała prąd stały i pracowała przy jednym napięciu. Ponieważ prądu stałego nie można było łatwo przetworzyć na wyższe napięcia, niezbędne do zminimalizowania strat mocy podczas przesyłu, możliwa odległość między generatorami a obciążeniem była ograniczona do około pół mili (800 m).

W tym samym roku w Londynie Lucien Gaulard i John Dixon Gibbs zademonstrowali pierwszy transformator nadający się do zastosowania w rzeczywistym systemie energetycznym. Praktyczna wartość transformatora Gaularda i Gibbsa została zademonstrowana w 1884 roku w Turynie, gdzie transformator został wykorzystany do oświetlenia czterdziestu kilometrów (25 mil) linii kolejowej za pomocą jednego generatora prądu zmiennego. Pomimo sukcesu systemu, para popełniła kilka podstawowych błędów. Prawdopodobnie najpoważniejszym z nich było szeregowe połączenie primerów transformatorów, tak że włączenie lub wyłączenie jednej lampy miało wpływ na inne lampy znajdujące się dalej w linii. Po demonstracji George Westinghouse, amerykański przedsiębiorca, sprowadził pewną liczbę transformatorów wraz z generatorem Siemensa i rozpoczął eksperymentowanie z nimi przez swoich inżynierów w nadziei na ulepszenie ich w celu wykorzystania w komercyjnym systemie energetycznym.

Jeden z inżynierów Westinghouse’a, William Stanley, dostrzegł problem z łączeniem transformatorów szeregowo, a nie równolegle, a także zdał sobie sprawę, że uczynienie żelaznego rdzenia transformatora w pełni zamkniętą pętlą poprawiłoby regulację napięcia uzwojenia wtórnego. Wykorzystując tę wiedzę, zbudował w 1886 r. w Great Barrington w stanie Massachusetts pierwszy na świecie praktyczny system zasilania prądem zmiennym oparty na transformatorach. W 1885 roku włoski fizyk i inżynier elektryczny Galileo Ferraris zademonstrował silnik indukcyjny, a w latach 1887 i 1888 serbsko-amerykański inżynier Nikola Tesla zgłosił szereg patentów związanych z systemami energetycznymi, w tym jeden na praktyczny dwufazowy silnik indukcyjny, na który Westinghouse udzielił licencji dla swojego systemu prądu zmiennego.

Do roku 1890 przemysł energetyczny rozkwitł, a firmy energetyczne zbudowały tysiące systemów energetycznych (zarówno prądu stałego, jak i zmiennego) w Stanach Zjednoczonych i Europie – sieci te były skutecznie przeznaczone do dostarczania oświetlenia elektrycznego. W tym czasie w USA rozgorzała ostra rywalizacja pomiędzy Edisonem i Westinghouse’em, znana jako „wojna prądów”, o to, która forma przesyłu (prąd stały czy zmienny) jest lepsza. W 1891 r. Westinghouse zainstalował pierwszy duży system energetyczny, który miał napędzać silnik elektryczny, a nie tylko zapewniać oświetlenie elektryczne. Instalacja ta napędzała silnik synchroniczny o mocy 100 koni mechanicznych (75 kW) w Telluride, w stanie Kolorado, przy czym silnik ten był uruchamiany przez silnik indukcyjny Tesli. Po drugiej stronie Atlantyku Oskar von Miller zbudował trójfazową linię przesyłową 20 kV o długości 176 km z Lauffen am Neckar do Frankfurtu nad Menem na Wystawę Elektrotechniki we Frankfurcie. W 1895 roku, po długim procesie decyzyjnym, stacja wytwórcza Adams nr 1 przy wodospadzie Niagara rozpoczęła przesyłanie trójfazowego prądu zmiennego do Buffalo przy napięciu 11 kV. Po zakończeniu projektu Niagara Falls, nowe systemy energetyczne coraz częściej wybierały do przesyłu energii elektrycznej prąd zmienny w przeciwieństwie do prądu stałego.

.