VÍTĚZSTVÍ STŘÍDAVÉHO PROUDU
Budování elektráren vedlo brzy k
využívání elektřiny i mimo
osvětlovací účely. Vedle dopravy (tramvaje a elektrické lokomotivy) měly možnost
kupovat elektrickou energii i průmyslové
závody. Podniky tak mohly využívat elektřinu, aniž by musely investovat velké
peníze do nákladných zařízení na její výrobu. Tato spolupráce byla výhodná i
pro elektrárny, protože, jak jsme se již zmínili, se jim vyrovnal odběr mezi dnem a
nocí a odpadlo tak jejich nestejnoměrné zatížení. Přitom jim celodenní odběr
zvyšoval samozřejmě i zisk. Zavedením elektřiny do průmyslu stoupalo zatížení
elektráren a současně se začaly objevovat potíže spojené s vlastnostmi stejnosměrného proudu. Tento proud
bylo totiž nutno rozvádět v takovém napětí,
v jakém jej vyžadoval spotřebič. Toto
napětí bylo většinou nízké, a rozvod elektrické energie byl tudíž na větší
vzdálenost nehospodárný. Docházelo bud k velkým ztrátám kvůli odporu vodičů, nebo bylo naopak pro rozvod zapotřebí
velkých průřezů vodičů - to vedlo k vysoké spotřebě poměrně drahých kovů.
Problém byl vyřešen ve druhé polovině osmdesátých let minulého století objevením
vlastností střídavého proudu, který
dovoluje transformaci napětí. Pak bylo možno pro přenos elektrické energie využít
vysokého napětí a v místě potřeby napětí transformovat na požadovanou hodnotu.
Další význam pro využití elektrické energie měl objev principu točivého magnetického pole, vytvořeného působením
několika střídavých magnetických polí prostorově i časově posunutých. Hlavním
objevitelem tohoto vícefázového systému, který využíváme dodnes, byl Nikola
Tesla.
 |
Nikola Tesla |
Nikola Tesla (1856-1943)
se narodil v rodině chorvatského kněze. Již za studií na technice ve Štýrském
Hradci přišel na myšlenku sestrojit motor na
střídavý proud, kterou ale jeho učitelé jednoznačně odmítali. Tesla se však
nápadu nevzdal ani při dalších studiích v Praze, ani při práci v telegrafní
ústředně v Budapešti, a protože svůj vynález z roku 1883 v Evropě nemohl uplatnit,
odcestoval do Ameriky. Tam se spřátelil s Edisonem
a po nějaký čas pracoval v jeho laboratoři. Ale roku 1887 již zakládá vlastní
společnost pro obloukové osvětlení a ve své laboratoři pak dokončuje práce na
dvoufázových a vícefázových elektrických soustavách. Téhož roku přihlašuje
patent na dnes nejrozšířenější třífázový
indukční motor. Aby získal peníze na další výzkum, prodal za milion dolarů
patentová práva americké firmě Westinghouse. Mezi jeho další objevy a vynálezy
patří například objev vlnových jevů vysokých kmitočtů při vysokém napětí,
tzv. Teslovo světlo ve výbojkách. Zabýval se rovněž bezdrátovým přenosem elektrické energie
(neúspěšně), bezdrátovou telegrafií a zkonstruoval řadu dalších strojů a
přístrojů, z nichž je vysoce ceněn i Teslův transformátor.
Nejslavnějším Teslovým vynálezem je kromě třífázového motoru zejména rozvod
proudu soustavou tří fází. Do té doby totiž docházelo ve vodičích vlivem zmatené
směsi kmitočtů k vyvolávání tak rušivých jevů, že proudem přeneseným na
větší vzdálenost nebylo možné napájet žádný motor. Anglický inženýr John
Hopkinson nalezl způsob, jak přenášet tři navzájem fázově posunuté střídavé
proudy pomocí tří samostatných párů vedení. Tesla tento třífázový systém roku
1885 dále zlepšil a dokázal jej i obchodně využít. Využívá se takto dodnes.
 |
První elektrárna u Niagarských vodopádů |
Výhody střídavého proudu byly tak výrazné, že když se v roce 1892 rozhodovalo o
stavbě v té době největší vodní
elektrárny světa na Niagarských vodopádech, Westinghousův vícefázový systém
zcela přesvědčivě zvítězil nad Edisonovým projektem spoléhajícím na
stejnosměrný proud. Dva obří alternátory
s tehdy ohromujícím výkonem 3 750 kW zásobovaly po dostavbě elektrárny v roce 1896
padesát kilometrů vzdálené město Buffalo vedením o napětí 11000 V.
Kolbenovo vítězství
Pokrok se nedal zastavit ani u nás. Na sklonku devatenáctého století byla
projektována velká tepelná elektrárna pro Prahu. Inženýr František Křižík byl zastáncem
stejnosměrného proudu. Nebylo divu, vždyť s tímto systémem získal řadu úspěchů
při osvětlení měst, ale i při konstrukci stejnosměrných tramvají a elektrických
lokomotiv. Mužem, který se postavil proti Křižíkovu projektu, byl další
vynikající český elektroinženýr Emil
Kolben (1862-1943).
 |
Emil Kolben |
Po studiích německé techniky v Praze odcestoval díky stipendiu do Ameriky, kde se v
New Yorku seznámil s Nikolou Teslou a záhy nato nastoupil u firmy Edison Machine Co.
Během pouhopouhého roku se stal šéfinženýrem a brzy si díky sérii standardních
typů dynam a motorů, jejichž byl
konstruktérem, získal respekt odborné veřejnosti. S Edisonem se ale záhy rozešel a v
roce 1896 se vrátil do Prahy, kde založil s finančníkem K. Bondym továrnu na výrobu
elektrických strojů. Kolben na rozdíl od Křižíka razantně prosazoval třífázové
střídavé motory, které se velmi rychle staly světoznámými. Ve své továrně
Elektrotechnická a.s., dříve Kolben a spol. v Praze, se věnoval nejen produkci
střídavých motorů, ale i třífázových alternátorů pro elektrárny. Technický
pokrok na sklonku minulého století znamenal totiž bouřlivý rozvoj celého
elektrárenství a s ním spojeného energetického strojírenství. Zejména definitivní
vítězství střídavého proudu nad stejnosměrným vyžadovalo nové hnací stroje s
velkými výkony, ať už parní stroje, či
parní turbíny. Objevila se poptávka i po
velkých vodních turbínách Francisových,
Peltonových či Kaplanových. K ještě většímu rozvinutí
výroby elektrické energie a průmyslu s ní spojeného bránila zpočátku nejednotnost
volby napětí a různé kmitočty, ale už v roce 1905 byl přijat kmitočet 50 Hz a
změnil se i počet používaných napětí. Tato skutečnost umožnila velkovýrobu
motorů a jejich další zdokonalování.
 |
|
Montáž oběžného kola francisovy turbíny
přečerpávací vodní elektrárny. |
|
S největšími zahraničními konkurenty obstály při rozvoji elektrizace i naše
firmy. Kolbenem vybudovaná Českomoravská strojírna v Praze vyráběla od roku 1905
parní i vodní turbíny, dynama, alternátory a transformátory, Škodovy závody v Plzni
se věnovaly výrobě parních turbín už od roku 1904, známé byly výrobky
Ringhofferovy strojírny v Praze na Smíchově či protitlaké turbíny První brněnské,
která zahájila výrobu turbín už v roce 1903, protitlakých o tři roky později.
Velké zásluhy o rozvoj turbín patří profesoru Janu Zvoníčkovi z brněnské
techniky, profesoru curyšské techniky Aurelu
Stodolovi a rakouskému rodákovi působícímu v Brně dr. Viktoru Kaplanovi, který navrhl konstrukci nové
vrtulové vodní turbíny.
|
 |
|
Instalace Kaplanovy turbíny. |
Elektrárna Holešovice
Dne 7. dubna 1900 byla uvedena do provozu největší pražská tepelná elektrárna v Holešovicích. Uhlí bylo do ní dopravováno přímo z
Holešovického nádraží zvláštní vlečkou. S Vltavou byla spojena přívodním a
odpadním kanálem. Kotelna byla původně vybavena šestnácti kotli a ve strojovně
pracovalo pět pístových parních strojů. Generátory pro výrobu střídavého proudu
o výkonu 100 kW vyvinul a zkonstruoval Emil Kolben. Podle statistik z roku 1918, tedy v
roce vzniku Československa, byla elektrárna města Prahy naší největší
elektrárnou. Ve zmíněném roce vyrobily elektrárna Holešovice spolu s vodní elektrárnou na ostrově Štvanice 43
milionů kWh elektrické energie, kterou zásobovaly čtyři sta sedmnáct tisíc obyvatel
Prahy a okolí. Druhou největší elektrárnou byla parní elektrárna v Trmicích o
výkonu 22 000 kW, která zásobovala elektrickou energii severní Čechy od Litvínova
až po Liberec. Další velkou elektrárnou byla Východočeská elektrárna v Poříčí
(s polovičním výkonem Trmické elektrárny, tedy 11 000 kW), dodávající elektřinu
devadesáti osmi tisícům obyvatel severovýchodních Čech. Parní elektrárna Andělská Hora o výkonu 15
000 kW zásobovala Liberecko a elektrárna v Novém Sedle s výkonem 7 000 kW oblast
Sokolovska, a ještě menší elektrárna v Aši západní Čechy. Největší vodní
elektrárnou v Čechách byla v té době Spirova elektrárna ve Vyšším Brodě, jejíž
výkon byl 8 500 kW. Mimo to pracovaly ještě menší elektrárny pro větší
průmyslová města (Chomutov, Plzeň, Žatec, Ústí nad Labem, Pardubice a České
Budějovice) a několik stovek malých dynam u mlýnů a pil. Zajímavostí je, že z
větších elektráren (s výkonem nad 4 000 kW) byla jediná pražská v českých rukou,
majitelé všech ostatních byli Němci.
 |
Elektrárna Holešovice zprovozněná roku
1898. |
V Německu zahájila výrobu elektrické energie v roce 1916 i
největší evropská elektrárna Zschornewitz, zásobující proudem sto třicet
kilometrů vzdálený Berlín. V elektrárně se denně pod čtyřiašedesáti kotli
spálilo stopadesát vagonů hnědého uhlí.
Parní turbíny spotřebovaly tehdy na výrobu 1 kWh dva kilogramy uhlí, celkový výkon
elektrárny byl 128 MW.
Nové elektrárny dodávaly výhradně střídavý proud, který mohl být pomocí
vysokonapěťového vedení přenášen na značné vzdálenosti. Širokému využití
střídavého proudu předcházel vynález německého fyzika Pollaka,
který dokázal najít způsob, jak usměrnit střídavý proud na pulzující
stejnosměrný. Jeho usměrňovač byl založen na rotačním mechanismu, který
přepojoval směr polarizace každé druhé půlvlny střídavého proudu. Stejnosměrným
proudem se nabíjely akumulátory a značnou část ho spotřebovala železnice a
elektrické tramvaje.
|