Inginerie energetică

Electricitatea a devenit un subiect de interes științific la sfârșitul secolului al XVII-lea. În următoarele două secole au fost făcute o serie de descoperiri importante, inclusiv becul cu incandescență și pila voltaică. Probabil cea mai mare descoperire în ceea ce privește ingineria energetică a fost făcută de Michael Faraday care, în 1831, a descoperit că o modificare a fluxului magnetic induce o forță electromotoare într-o buclă de sârmă – un principiu cunoscut sub numele de inducție electromagnetică care ajută la explicarea modului de funcționare a generatoarelor și a transformatoarelor.

În 1881, doi electricieni au construit prima centrală electrică din lume la Godalming, în Anglia. Stația a folosit două roți hidraulice pentru a produce un curent alternativ care a fost folosit pentru a alimenta șapte lămpi cu arc Siemens la 250 de volți și treizeci și patru de lămpi cu incandescență la 40 de volți. Cu toate acestea, alimentarea era intermitentă, iar în 1882 Thomas Edison și compania sa, The Edison Electric Light Company, au dezvoltat prima centrală electrică cu aburi pe Pearl Street din New York. Stația de pe Pearl Street era formată din mai multe generatoare și a alimentat inițial aproximativ 3.000 de lămpi pentru 59 de clienți. Centrala electrică folosea curent continuu și funcționa la o singură tensiune. Deoarece curentul continuu nu putea fi transformat cu ușurință la tensiuni mai mari, necesare pentru a minimiza pierderile de putere în timpul transmiterii, distanța posibilă între generatoare și sarcină era limitată la aproximativ 800 m (jumătate de milă).

În același an, la Londra, Lucien Gaulard și John Dixon Gibbs au demonstrat primul transformator adecvat pentru a fi utilizat într-un sistem energetic real. Valoarea practică a transformatorului lui Gaulard și Gibbs a fost demonstrată în 1884 la Torino, unde transformatorul a fost folosit pentru a ilumina patruzeci de kilometri (25 mile) de cale ferată de la un singur generator de curent alternativ. În ciuda succesului sistemului, cei doi au făcut câteva greșeli fundamentale. Poate cea mai gravă a fost conectarea în serie a primarelor transformatoarelor, astfel încât aprinderea sau stingerea unei lămpi să afecteze alte lămpi aflate mai departe pe linie. În urma demonstrației, George Westinghouse, un antreprenor american, a importat un număr de transformatoare împreună cu un generator Siemens și și-a pus inginerii să experimenteze cu ele în speranța de a le îmbunătăți pentru a le utiliza într-un sistem comercial de alimentare.

Unul dintre inginerii lui Westinghouse, William Stanley, a recunoscut problema conectării transformatoarelor în serie, spre deosebire de cele în paralel și, de asemenea, și-a dat seama că transformarea miezului de fier al unui transformator într-o buclă complet închisă ar îmbunătăți reglarea tensiunii înfășurării secundare. Folosind aceste cunoștințe, el a construit primul sistem practic de alimentare cu curent alternativ bazat pe transformator din lume la Great Barrington, Massachusetts, în 1886. În 1885, fizicianul și inginerul electric italian Galileo Ferraris a demonstrat un motor cu inducție, iar în 1887 și 1888, inginerul sârbo-american Nikola Tesla a depus o serie de brevete legate de sistemele de alimentare, inclusiv unul pentru un motor cu inducție bifazic practic, pe care Westinghouse l-a licențiat pentru sistemul său de curent alternativ.

Până în 1890, industria energiei electrice a înflorit, iar companiile de electricitate au construit mii de sisteme de alimentare (atât cu curent continuu, cât și cu curent alternativ) în Statele Unite și în Europa – aceste rețele au fost efectiv dedicate furnizării de iluminat electric. În această perioadă, în SUA a apărut o rivalitate acerbă, cunoscută sub numele de „războiul curenților”, între Edison și Westinghouse cu privire la care formă de transmisie (curent continuu sau alternativ) era superioară. În 1891, Westinghouse a instalat primul sistem de alimentare important care a fost conceput pentru a acționa un motor electric și nu doar pentru a furniza iluminat electric. Instalația a alimentat un motor sincron de 100 de cai putere (75 kW) la Telluride, Colorado, motorul fiind pornit de un motor cu inducție Tesla. De cealaltă parte a Atlanticului, Oskar von Miller a construit o linie de transmisie trifazată de 20 kV și 176 km, de la Lauffen am Neckar la Frankfurt am Main, pentru Expoziția de inginerie electrică de la Frankfurt. În 1895, după un proces decizional îndelungat, centrala generatoare Adams nr. 1 de la Cascada Niagara a început să transmită curent alternativ trifazat către Buffalo la 11 kV. După finalizarea proiectului de la Cascada Niagara, noile sisteme energetice au ales din ce în ce mai mult curentul alternativ, spre deosebire de curentul continuu, pentru transmiterea energiei electrice.

.