Textprobe:
Kapitel 2 Geschichte der Hydroelektrizität in den Vereinigten Staaten:
2.1 Wichtige Entwicklungen vor Etablierung der Wasserkraft:
Als einer der ersten Meilensteine in der Entwicklung der Hydroelektrizität gilt zweifelsohne der Bau eines Permanentmagnetgenerators, welcher dem belgischen Ingenieur Francois Nollet im Jahre 1840 gelang. Zunächst war lediglich die Inbetriebnahme des Generators durch eine Gas¬- oder Dampfmaschine vorgesehen. Etwas später fasste man auch den Antrieb der Apparatur durch Wind oder Wasser ins Auge, womit ein wesentlicher Schritt in Richtung erneuerbare Energien getätigt wurde.
Der oben genannte Entwicklungsprozess fand weniger als zehn Jahre nach Michael Faradays Demonstration des Prinzips der elektrischen Induktion statt und darf trotz seiner Spontaneität und Unauffälligkeit als wesentliche Grundlage für die Konzeption der hydroelektrischen Strom-industrie angesehen werden. Die Evolution der Wasserturbine war in den 1840er Jahren schon relativ weit vorangeschritten, wobei die an den Schaufelrädern stattfindende Energietransformation bereits mit Wirkungsgraden von ungefähr 75 % erfolgte. Dieser Umstand ist wenig überraschend, wenn man auf die bereits zur damaligen Zeit bestandene, mehrere Jahrtausende währende Tradition des Wasserrades mit all seinen Formveränderungen und Verbesserungen blickt.
Fairerweise muss man hier hinzufügen, dass der elektrische Generator im Jahre 1840 noch lediglich ein "Laborspielzeug" darstellte, dessen Weiterentwicklung und Fertigung in industriellem Ausmaß an dem noch sehr geringen Interesse scheiterte, welches man seinem Erzeugnis, dem elektrischen Strom, entgegenbrachte. Bis zu diesem Zeitpunkt sah man Batterien als ausreichend für die Versorgung von größtenteils medizinischen und experimentellen Einrichtungen mit Elektrizität an. Durch die Erfindung des galvanoplastischen Drucks und des Galvanisierungsverfahrens im Allgemeinen entstand jedoch wenig später ein erhöhter Bedarf nach elektrischer Energie, den die Batterien nicht mehr abzudecken vermochten. Diese Forderung gab letztendlich den Ausschlag für die Entwicklung von stabileren und leistungsfähigeren Generatoren. Eine zusätzliche Befeuerung des angestoßenen Prozesses erfolgte durch die Einführung und den vermehrten Gebrauch des elektrischen Lichtbogens in der Mitte der 1850er Jahre.
Die stetigen, an der Apparatur durchgeführten Verbesserungen fanden in immer kürzeren Zeitabständen statt. Sowohl die rotierenden Bestandteile des Generators als auch die Magneten wurden einer kontinuierlichen Umstrukturierung zum Zweck der Leistungssteigerung unterzogen. Die Permanentmagneten wurden dabei zunächst in Bezug auf Anzahl, Form und Anordnung verändert und in weiterer Folge durch wesentlich effizientere Elektromagneten ersetzt. Anstelle der relativ ineffektiven Spulenwindung traten innerhalb kurzer Zeit die Ring- und die Zylinderwindung. All diese Entwicklungen hatten schlussendlich zur Folge, dass der elektrische Generator (Dynamo) an die Wasserturbine zur Erzeugung von elektrischem Strom gekoppelt werden konnte.
2.2 Anfänge der Hydroelektrizität in den Vereinigten Staaten:
In der Mitte des Jahres 1882 widmete sich kein Geringerer als Thomas Alva Edison der Fertigstellung seines berühmten Dampfkraftwerks in der Pearl Street in New York. Zeitgleich erwarb eine Gruppe von Mühlenbesitzern und Einwohnern der Stadt Appleton (Wisconsin) zwei Edison-Dynamos, welche genügend elektrische Leistung für die Inbetriebnahme von 500 Lampen liefern sollten. Einer dieser Dynamos wurde in einer Mühle der Appleton Pulp and Paper Company am Fox River installiert und durch dasselbe Wasserrad angetrieben, das auch für die Bewegung der Papierstampfe verantwortlich zeichnete. Vom Generator wurden einzelne Kabel zu den Elektrolampen in der Papiermühle und zu einem weiteren östlich gelegenen Betrieb verlegt. Zudem wurde der Wohnsitz des Mühleneigners mit elektrischem Strom versorgt (Abb. 6, 7).
Nach einer kurzen Testphase wurde diese erste hydroelektrische Anlage am 30. September 1882 offiziell in Betrieb genommen. Dabei fehlten lediglich 26 Tage, um als erstes elektrisches Kraftwerk in Amerika über-haupt in die Annalen einzugehen. Thomas Alva Edison war nämlich die Eröffnung seines Dampfkraftwerkes bereits am 4. September desselben Jahres geglückt. Die doppelte Funktion des Wasserrades als Antrieb von Dynamo und Papierstampfe brachte mehrere Probleme mit sich. Durch die in hohem Maße variierende Auslastung der Stampfe blieb die Rotationsgeschwindigkeit des Antriebsrades keineswegs konstant, so dass auch die Umdrehungszahl des Dynamos entsprechenden Fluktuationen unterlag. Gelegentliche Produktionen einer Überspannung hatten unter anderem das Durchbrennen der Lampen zur Folge. Nach mehreren ungewollten Ausfällen der Beleuchtung ging man daran, ein eigenes Antriebssystem für den Dynamo zu bauen. Bis zum Ende des Jahres 1882 wurden drei Wohnhäuser, fünf oder sechs Mühlen und ein Hochofen mit jener aus dem primitiven Kraftwerk stammenden Elektrizität beleuchtet.
Die Einfachheit der Anlage erklärte sich schon alleine daraus, dass weder Messgeräte noch geeignete Anzeigen oder Zähler vorhanden waren. Die vom Betriebsleiter vorgenommene Abschätzung der Ausgangsspannung erfolgte durch einen Blick auf die im Krafthaus installierten Elektrolampen und die von ihnen emittierte Helligkeit. Es gab im gesamten System weder Sicherungen noch einen geeigneten Blitzschutz. Kurzschlüsse innerhalb der Verteilungskabel sorgten für häufige Zusammenbrüche der Anlage für eine Zeitdauer von einer Stunde oder einem Tag oder für so lange, wie die Lokalisation des Schadens in Anspruch nahm. Die Bezieher des elektrischen Stroms zahlten eine monatliche Gebühr von 1,20 US$ für das nächtliche Beleuchtungsservice oder 84 Cent für die abendliche Beleuchtung (Sonnenuntergang bis 22 Uhr). Die Lampen selbst kosteten 1,60 US$ pro Stück.
Das ursprünglich auf eine Leistung von 12,5 kW ausgelegte Wasserkraftwerk, welches noch heute in Form einer detailgetreuen Rekonstruktion für Besucher zugänglich ist, verzeichnete einen stetigen Anstieg seiner Kundschaft. Bereits im Jahre 1886 wurde die bis dahin verwendete Apparatur durch eine wesentlich leistungsstärkere (190 kW) mit Spannungsregulator, Sicherungssystem und dreiphasigen Verteilungskreislauf ersetzt. Die Einführung elektrischer Messungen erfolgte im Jahre 1888, wobei jenes von Thomas Alva Edison entwickelte Wattstundenmeter zum Einsatz gelangte. Im Jahre 1890 wurde ein 24-stündiges Messservice angeboten. Einige Strombezieher begannen ab nun auch mit der Inbetriebnahme von elektrischen Motoren.
Nach zahlreichen wirtschaftlichen Turbulenzen, welche durch eine Fehlinvestition in das örtliche Straßenbahnsystem ausgelöst worden waren, schlitterte das Kraftwerksunternehmen in den Bankrott. Die komplette Zerstörung der Anlage durch einen Brand und die fehlgeschlagene Fusion mit einem Beförderungsunternehmen hatten schließlich zur Folge, dass der Betrieb im Jahre 1927 in die Wisconsin Michigan Power Company einverleibt wurde.
(Abb. 6: Historische Fotografie des ersten US-amerikanischen Wasserkraftwerks in der Stadt Appleton im Bundesstaat Wisconsin.)
(Abb. 7: Skizze mit der Innenausstattung des Kraftwerks in Appleton.)
Die 1880er Jahre zeichneten sich im Allgemeinen durch ein explosives Wachstum der Hydroelektrizitätswirtschaft aus. Neben der Anzahl an Wasserkraftwerken wuchs auch deren individuelle Größe und deren Komplexität in Bezug auf Architektur und technische Bedienung. Am 21. August des Jahres 1886 erschien in der Zeitschrift "Electrical World" ein Artikel, gemäß welchem zur damaligen Zeit 40 bis 50 auf Basis von Wasserkraft funktionierende Elektrizitätswerke in Betrieb standen. Acht davon befanden sich in den Bundesstaaten New England und New York, darunter auch die 300 kW-Anlage an den Niagara-Fällen. Neun Kraftwerke wurden für das kanadische Ontario aufgelistet, während nur wenige Anlagen dem Süden der Vereinigten Staaten zugeordnet wurden. Insgesamt 19 Wasserkraftwerke wurden für jene Region aufgelistet, welche von den Autoren die Bezeichnung "der Westen" erhielt; gemeint waren damit die Ländereien von Ohio bis Minnesota und Ostnebraska. Drei Anlagen schließlich wurden für den "fernen Westen" genannt (Aspen, Ogden City, Spokane Falls). Die Leistungen der Elektrizitätswerke reichten dabei hinauf bis 6.000 kW.
Mit dem vermehrten Aufkommen der Hydroelektrizität traten auch zahlreiche technische Probleme auf, unter denen das Fehlen von Messinstrumenten mit entsprechender Ablesegenauigkeit besonders hervorzuheben ist. Zudem gab es eine andauernde Kontroverse zwischen Befürwortern der Gleichstromtechnik und Verfechtern der Wechselstromtechnik. Der Umstand, dass an den Niagara-Fällen Wechselstromgeneratoren zum Einsatz gelangten, trug viel zur weiteren Entwicklung der Elektrizitätsindustrie bei. Die nachhaltige Etablierung dieser Stromtechnik wurde relativ lange aufgrund des hohen Einflusses von Thomas Alva Edison, dem Anführer der Gleichstrom-Lobby, verzögert.
Edisons Hauptargument für die Verwendung von Gleichstrom bestand darin, dass es keinen Motor gab, welcher effektiv mit einer Wechselstromquelle in Betrieb gesetzt werden konnte. Nachdem Nicola Tesla im Jahre 1887 sein Patent für den Induktionsmotor angemeldet und dieser in den 1890er Jahren eine breite kommerzielle Verwertbarkeit erreicht hatte, erfuhr Edisons Argumentation einen ersten massiven Rückschlag. Die Verfechter der Gleichstromtechnik vertraten auch die Auffassung, dass Wechselstrom in seiner Handhabung viel gefährlicher als Gleichstrom sei. Der Wechselstrom wurde zur damaligen Zeit mit einer Spannung zwischen 1000 und 2000 V abgeführt und kurz vor dem Erreichen des Endverbrauchers auf 110 V herabtransformiert. Bei seiner Handhabung traten kaum dokumentierte Unfälle auf. Edison war der Meinung, dass es bei diesem Transformationsprozess zu einem allmählichen Zusammenbruch der elektrischen Isolierung kommen würde. Dadurch könnte elektrischer Strom mit hoher Spannung ungehindert in die Heime und Geschäfte ahnungsloser Kunden geleitet werden. Derartige Katastrophen traten jedoch nie auf.
