Energietechnik

Elektrizität wurde im späten 17. In den nächsten zwei Jahrhunderten wurden eine Reihe wichtiger Entdeckungen gemacht, darunter die Glühlampe und der Voltaikpfahl. Die wohl größte Entdeckung in Bezug auf die Energietechnik kam von Michael Faraday, der 1831 entdeckte, dass eine Änderung des magnetischen Flusses eine elektromotorische Kraft in einer Drahtschleife induziert — ein Prinzip, das als elektromagnetische Induktion bekannt ist und erklärt, wie Generatoren und Transformatoren funktionieren.

1881 bauten zwei Elektriker in Godalming in England das erste Kraftwerk der Welt. Die Station verwendete zwei Wasserräder, um einen Wechselstrom zu erzeugen, mit dem sieben Siemens-Bogenlampen mit 250 Volt und vierunddreißig Glühlampen mit 40 Volt versorgt wurden. Die Versorgung war jedoch unterbrochen und 1882 entwickelten Thomas Edison und seine Firma, die Edison Electric Light Company, das erste dampfbetriebene elektrische Kraftwerk 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 die Gleichstromleistung nicht einfach in die höheren Spannungen umgewandelt werden konnte, die zur Minimierung der Verlustleistung während der Übertragung erforderlich waren, war der mögliche Abstand zwischen den Generatoren und der Last auf etwa 800 m (eine halbe Meile) begrenzt.

Im selben Jahr demonstrierten Lucien Gaulard und John Dixon Gibbs in London den ersten Transformator, der für den Einsatz in einem realen Stromnetz geeignet war. Der praktische Wert des Transformators von Gaulard und Gibbs wurde 1884 in Turin demonstriert, wo der Transformator verwendet wurde, um vierzig Kilometer (25 Meilen) Eisenbahn von einem einzigen Wechselstromgenerator zu beleuchten. Trotz des Erfolgs des Systems machte das Paar einige grundlegende Fehler. Das vielleicht schwerwiegendste war, die Primärquellen der Transformatoren in Reihe zu schalten, so dass das Ein- oder Ausschalten einer Lampe andere Lampen weiter unten beeinflussen würde. Nach der Demonstration importierte George Westinghouse, ein amerikanischer Unternehmer, eine Reihe der Transformatoren zusammen mit einem Siemens-Generator und setzte seine Ingenieure dazu ein, mit ihnen zu experimentieren, in der Hoffnung, sie für den Einsatz in einem kommerziellen Energiesystem zu verbessern.

William Stanley, einer der Ingenieure von Westinghouse, erkannte das Problem der Reihenschaltung von Transformatoren im Gegensatz zur Parallelschaltung und erkannte auch, dass die Herstellung des Eisenkerns eines Transformators zu einer vollständig geschlossenen Schleife die Spannungsregelung der Sekundärwicklung verbessern würde. Mit diesem Wissen baute er 1886 in Great Barrington, Massachusetts, das weltweit erste praktische Transformator-basierte Wechselstromnetz. 1885 demonstrierte der italienische Physiker und Elektroingenieur Galileo Ferraris einen Induktionsmotor und 1887 und 1888 reichte der serbisch-amerikanische Ingenieur Nikola Tesla eine Reihe von Patenten im Zusammenhang mit Energiesystemen ein, darunter eines für einen praktischen zweiphasigen Induktionsmotor, den Westinghouse für sein Wechselstromsystem lizenzierte.

Bis 1890 hatte die Energiewirtschaft floriert und Energieunternehmen hatten Tausende von Stromversorgungssystemen (sowohl Gleich– als auch Wechselstrom) in den Vereinigten Staaten und Europa gebaut – diese Netzwerke waren effektiv der Bereitstellung elektrischer Beleuchtung gewidmet. Während dieser Zeit entstand in den USA eine heftige Rivalität, die als „Krieg der Ströme“ zwischen Edison und Westinghouse bekannt war, über die Form der Übertragung (Gleich- oder Wechselstrom) überlegen war. 1891 installierte Westinghouse das erste große Stromversorgungssystem, das einen Elektromotor antreiben und nicht nur für elektrische Beleuchtung sorgen sollte. Die Anlage betrieb einen Synchronmotor mit 100 PS (75 kW) in Telluride, Colorado, wobei der Motor von einem Tesla-Induktionsmotor gestartet wurde. Auf der anderen Seite des Atlantiks baute Oskar von Miller für die Elektrotechnische Fachmesse in Frankfurt eine 20 kV 176 km lange dreiphasige Übertragungsleitung von Lauffen am Neckar nach Frankfurt am Main. Im Jahr 1895, nach einem langwierigen Entscheidungsprozess, die Adams No. 1 das Kraftwerk in Niagara Falls begann mit der Übertragung von dreiphasigem Wechselstrom nach Buffalo bei 11 kV. Nach Abschluss des Niagara Falls-Projekts wählten neue Stromversorgungssysteme zunehmend Wechselstrom anstelle von Gleichstrom für die elektrische Übertragung.

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