01.08.2015 von: Herbert Wanner

Erfindung und Anwendung von Stromerzeugung und -übertragung 
– Treiber der zweiten industriellen Revolution

Herbert Wanner

Bis zum Ende des 19. Jahrhunderts wurde die benötigte Energie neben menschlicher und tierischer Kraft durch Dampfkraft erzeugt. Dampfmaschinen wurden genutzt, um mechanische Leistung zu erzeugen, die in Fabriken mittels Transmission zu den Maschinen übertragen wurde. Bekannte Energiequellen waren Wasser- und Windkraft. Diese Primärenergiequellen konnten nur in unmittelbarer Nachbarschaft genutzt werden. Nachdem die erste industrielle Revolution durch die Erfindung der Dampfmaschine geprägt wurde, spielte die  Energie auch in allen folgenden industriellen Revolutionen eine wichtige Rolle. Die zweite industrielle Revolution war seit ca. 1870 mit dem wirtschaftlichen Take Off neuer Sektoren wie der Elektrotechnik verbunden.

Graf Volta - Theorien über Stromerzeugung
Dass die Bedeutung von Erfindungen und deren wirtschaftliche Nutzung zeitlich weit auseinander liegen können, zeigt das Beispiel des italienischen Physikers, Alessandro Graf Volta, welcher als Begründer der Elektrizitätslehre und der Theorien über Stromerzeugung wie auch als Erfinder der Batterie (um 1800) gilt. Nach ihm ist die physikalische Einheit der Spannung benannt. 1826 wurde von Georg Simon Ohm das Ohm’sche Gesetz aufgestellt, welches die Basis für das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Stromstärke und Spannung in elektrischen Stromkreisen schuf.

Nutzung von elektrischem Strom in der Telegraphie
Nach den Forschungsarbeiten Michael Faradays zur elektromagnetischen Induktion im Jahre 1832 führten Wilhelm Weber und Carl Friedrich Gauss 1833 Versuche mit einem elektromagnetischen Telegraphen durch. Es gelang ihnen, die erste telegraphische Nachrichtenübermittlung in Göttingen. Ein nachhaltiger Fortschritt kam 1837 mit dem von Samuel Morse konstruierten verbesserten Schreibtelegraphen. Um 1850 hatte sich Morses Technik auf den deutschen Telegraphenlinien, die sich in wenigen Jahren zu einem zusammenhängenden Netz geschlossen hatten, durchgesetzt. Im Jahre der Erfindung des elektrischen Telegraphen (1833)  begann Israel Beer Josaphat aus Kassel in Göttingen seine Banklehre. Er begriff die unternehmerischen Möglichkeiten der Erfindung und baute unter dem Namen Paul Julius Reuter ab 1851 von London aus die Nachrichtenagentur Reuters Telegraphic Comp. Incorporated auf. 1870 waren grosse Teile der Erde bereits verkabelt. 1871 liefen in einer typischen Woche 60‘000 telegraphische Nachrichten über die britischen Postämter, ein Jahr später waren es bereits 200‘000. Damit beginnt die technische Nutzung von elektrischem Strom im 19. Jahrhundert in der Telegraphie. Batterien als Stromquelle waren für diesen Anwendungsbereich noch völlig ausreichend.

Erste Generatoren
Erst durch die Erfindung der Dynamomaschine war die Voraussetzung geschaffen, den Ort der Energieproduktion vom Ort des Energieverbrauchs räumlich zu trennen. Als Erfinder des Generators ohne Permanentmagnete wird Werner von Siemens genannt, der 1866 das dynamoelektrische Prinzip entdeckte und eine erste Dynamomaschine damit ausstattete. Bereits vor Siemens hatten jedoch Ányos Jedlik 1851 und Søren Hjorth 1854 mit dem von der Maschine selbst erzeugten Strom die Feldmagnete gespeist und dies beschrieben. Das erste Patent wurde 1854 Søren Hjorth erteilt.

Aus diesen Generatoren entwickelten sich im Laufe der Zeit grosse Maschinen, um den zunehmend grösser werdenden Strombedarf abzudecken. Neben der Erzeugung von Strom für elektrische Beleuchtung und Elektrowärme spielten elektrische Antriebe von Beginn der Elektrifizierung an eine grosse Rolle. Werner von Siemens liess im Jahre 1866 seine Dynamomaschine patentieren, deren Aufbau verhalf dem Elektromotor als Antriebsmaschine zum Durchbruch bei einer praxistauglichen breiten Anwendung. Die Bauformen von Elektromotoren wurde im Laufe der Jahre verbessert, so dass der Bedarf an elektrischer Energie für Antriebe immer grösser wurde und in Berlin um die Jahrhundertwende (1900) erstmals den Energiebedarf für Beleuchtungszwecke, damals auch „Lichtstrom“ genannt, überstieg. Die kompakten Elektromotoren verdrängten in Fabrikanlagen zunehmend die sonst üblichen Dampfmaschinen, Gasmotoren, Wasserkraftanlagen und Transmissionen. Industriebetriebe schufen in der Folge oft ihre eigenen Kraftwerke.

Erste Glühlampe
Die erste kommerziell erfolgreiche Kohlebogenlampe wurde vom Russen Pawel Jablotschkow entwickelt. Die Lampe war so konstruiert, dass die komplizierte Mechanik zur Nachführung der Kohleelektroden entfiel. Jablotschkow verwendete für die Stromversorgung einen damals neuartigen Generator des Belgiers Zénobe Théophile Gramme, welcher seine Erfindung 1871 in Paris vorstellte. Grammes Generator wurde 1878 an der Pariser Weltausstellung gemeinsam mit der Bogenlampe vorgestellt. Die Kohlenbogenlampe wurde in der Folgezeit von der elektrischen Glühlampe verdrängt, die Edison auf der Pariser Weltausstellung von 1881 dem europäischen Publikum präsentierte. Die Glühlampe hielt länger und war in Serienproduktion günstiger herzustellen und in der Anwendung einfacher handhabbar als die Kohlebogenlampe.

Erstes Kraftwerk für elektrische Beleuchtung in der Schweiz dank privatem Pioniergeist1
Weder in Zürich, Bern noch Genf, sondern in St. Moritz erstrahlte das erste elektrische Licht in der Schweiz. Dies zeugt von der Weltoffenheit und dem wegweisenden Pioniergeist, der im Oberengadiner Kurort in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts herrschte. Die Geschichte des elektrischen Lichts hat in der Schweiz1878 begonnen, als der Samedaner Hotelpionier Johannes Badrutt oberhalb seines «Kulm»-Hotels in St. Moritz die erste Elektrizitätsanlage der Schweiz installierte und mit seinen festlich beleuchteten Belle-Epoque-Sälen im eigenen Hotel für Furore sorgte.

Im Jahr 1878 unternahm Johannes Badrutt, der initiative Besitzer des Hotels Kulm, eine Reise nach Paris. In der Villa Lumière sah er rund 1‘000 Jablotschkow’sche Lampen, welche zum Schluss der Weltausstellung brannten. Badrutt war derart fasziniert und erkannte auch sofort das Potential, dass er noch im selben Jahr die Zürcher Firma Stirnemann beauftragte, eine kleine Turbine zu installieren, die das Wasser des Brattasbaches nutzte und eine Gleichstrom-Dynamomaschine betrieb mit einer Leistung von 4 PS (etwas 3 kW). Die Installation befand sich in der Schreinerei des Hotels Kulm. Da das Wasser des Brattasbaches nur im Sommer fliesst, konnte auch der Strom nur im Sommer produziert werden. Auch liess er im Hotel ein Beleuchtungssystem installieren. Bereits am 18. Juli 1879 erstrahlen im Speisesaal des Kulm Hotels neben den herkömmlichen Petrollampen einige elektrische Kohlebogenlampen. Um die Stromversorgung auch in den Wintermonaten zu garantieren, baute Badrutt im Jahr 1887 ein neues Kraftwerk am Ausgang der Innschlucht, wo das Wasser ganzjährig fliesst. Er verwendete eine Turbine der Firma Ritter in Winterthur plus einen Dynamo, der für die Energieproduktion sorgte.

Caspar Badrutt, Sohn von Johannes Badrutt, und Alfred Robbi, der damalige Gemeindepräsident von St. Moritz, gründeten die erste „Aktiengesellschaft für elektrische Beleuchtung“. Sogleich nach der Konzessionserteilung wurde in der Innschlucht, etwas oberhalb des Kulmwerks, mit dem Bau einer weiteren Zentrale begonnen. Nach Ablauf des Konzessionsvertrages mit der Gemeinde St. Moritz, macht diese 1913 ihr Rückkaufsrecht geltend und erwarb sämtliche elektrischen Anlagen der Aktiengesellschaft für elektrische Beleuchtung. Die Gemeinde gründete am 1. April 1913 das Elektrizitätswerk St. Moritz als Nebenbetrieb – eine Organisationsform, die bis heute besteht.

Erste Beleuchtung in Deutschland
Kohlebogenlampen waren in vielen Städten die erste elektrische Beleuchtung. Die Leipziger Firma Körting & Mathiesen entwickelte und produzierte ab 1889 Bogenlampen für Strassen- und Saalbeleuchtung, bevor sie ab 1897 auch Bogenlampen-Scheinwerfer baute. Die Benutzung von Kohlefadenglühlampen in privaten Haushalten in den 1880er Jahren ging einher mit dem Aufbau von Versorgungsnetzen für elektrische Energie. Diese Produkte markieren den Beginn einer flächendeckenden Elektrifizierung, welche Treiber der zweiten Industriellen Revolution war. In Deutschland gilt das Café Bauer (Berlin) als erstes mit Glühlampen beleuchtetes Gebäude im Jahr 1884, die von Emil Rathenau nach Edison-Patenten gefertigt wurden. 1883 gründete Emil Rathenau mit Hilfe der Deutschen Bank die Deutsche Edison-Gesellschaft für angewandte Elektrizität in Berlin, welche 1887 zur Allgemeine Elektrizitäts-Gesellschaft AEG wurde. Diese installierte nach der Gründung in acht Monaten 27 Kraftwerke. Die AEG entwickelte sich rasch und produzierte elektrische Ausrüstungen wie Glühbirnen, Elektromotoren und Generatoren und bald auch Stromübertragungssysteme.

Die Verbreitung von Kraftwerken
Das erste dieser Elektrizitätswerke wurde, von Edison konzipiert, 1882 in der Pearl Street in New York eröffnet. Kurze Zeit später entstanden vergleichbare Anlagen auch in Europa, unter anderem in der Berliner Markgrafenstraße. Hier lösten die Elektrizitätswerke vielfach die seit den 1860er Jahren von Unternehmen, Geschäften, Behörden oder reichen Privatpersonen erstellten Einzelanlagen oder Blockstationen ab. Während die ersten Elektrizitätswerke Gleichstrom erzeugten, erweiterte sich mit der Durchsetzung des Drehstroms seit der Wende zum 20. Jahrhundert der Wirkungsradius der Kraftwerke. Es entstanden nicht nur die Überlandzentralen zur Versorgung ausgedehnter ländlicher Gebiete, die Kraftwerke konnten nun auch direkt an den Rohstoffquellen (Stauseen, Braunkohlegruben) errichtet und die erzeugte Energie in die Verbrauchszentren übertragen werden.

In Deutschland wurde die Verbrennung der Kohle in Dampfkesseln zur Erzeugung von Strom von den Zechenbetreibern schnell als weiterer Absatzmarkt erkannt. Ausgehend von den Zechenkraftwerken wurde der Strom an die benachbarte Industrie und Privathaushalte verteilt.

Die Erfindung des Stromnetzes
Im Stromkrieg, einen Systemwettstreit Ende des 19. Jahrhunderts, zwischen den Verfahren der zu verwendeten Stromart, setzte sich bis auf wenige Ausnahmen für Stromnetze der Dreiphasenwechselstrom durch, eine Form von Wechselstrom mit drei Phasen. Mit der Drehstrom-Hochspannungs-Übertragung können in Form von ausgedehnten Verbundnetzen grössere Übertragungsstrecken bei akzeptablen Übertragungsverlusten realisiert werden.

1882 gelang die erste Fernübertragung von elektrischer Energie über 57 km mit der Gleichstromfernübertragung Miesbach-München. 1886 begründete Nikola Tesla mit Hilfe seines Sponsors George Westinghouse die heute gebräuchliche elektrische Energieübertragung mittels Wechselstrom. 1891 gelang die erste Fernübertragung von heute in der Energietechnik üblichen Dreiphasenwechselstrom mit der Drehstromübertragung Lauffen–Frankfurt über 176 km.

Um den Strom transportieren zu können, entstanden ab 1917 die ersten Hochspannungsleitungen.

Beginn der öffentlichen Elektrifizierung in der Schweiz
Im Jahr 1886 entstand in der Schweiz das Kraftwerk Thorenberg, welches Wechselstrom produzierte und als Beginn der öffentlichen Elektrifizierung in der Schweiz gilt. Eine wichtige Rolle für die Entwicklung des elektrischen Stroms bildeten der Bahnbau und die elektrischen Lokomotiven.

Die 1895 auf Initiative von Walter Boveri gegründete Motor  AG für angewandte Elektrizität (Aufgaben: Untersuchen von Projektmöglichkeiten für Kraftwerke, Erwerb von Konzessionen, Organisation der Finanzierung und Überwachung der Ausführung) kaufte 1897 die Konzession und stellte 1902 das Aarekraftwerk bei Beznau und 1908 das Kraftwerk Löntsch am Abfluss des Klöntalersees fertig. Die beiden Kraftwerke wurden durch Hochspannungsleitungen zum zweiten Stromverbund der Schweiz zusammen geführt. 1914 Übernahmen die Kantone Aargau, Glarus. Zürich, St.Gallen, Thurgau, Schaffhausen, Appenzell Ausserrhoden und Zug die Kraftwerke Beznau und Löntsch  und nannten die Gesellschaft neu NOK (Gründungsvertrag vom 22. April 1914). Die Axpo AG, bis Oktober 2009 Nordostschweizerische Kraftwerke AG (NOK) mit Sitz in Baden ist eine Produzentin und Gossverteilerin von Elektrizität in der Nordostschweiz. Zur Stärkung der Marke wurde die NOK 2009 in Axpo umbenannt.

Nachdem der Strom anfangs vorwiegend für Beleuchtungszwecke genutzt wurde, führte die allgemeine Verfügbarkeit der Energie zu innovativen strombetriebenen Maschinen, welche in der Industrie wie auch in Privathaushalten Einzug hielten und damit einem Boom in der Stromerzeugung auslösten. Heute ist ein hochentwickelter Staat ohne Kraftwerke und Stromnetz undenkbar.

1 Quelle: Jubiläumsbuch "Die weisse Kohle von St. Moritz und Celerina: 100 Jahre seit der Integration des Elektrizitätswerks in die Gemeinde St. Moritz"
http://www.stmoritz-energie.ch/ueber-uns/portrait/geschichte-pioniergeist.html
http://issuu.com/spotwerbung/docs/jubil__umsbuch_die_weisse_kohle_von
http://www.bahnmuseum-albula.ch/

Partner

Weitere Expertenplattformen finden Sie auf www.semp.ch.

Werden Sie jetzt Mitglied bei

Energie-Finder.Swiss

Bundesrätin Doris Leuthard
«Der Bund will Firmen unterstützen, die in der Schweiz investieren und Arbeitsplätze schaffen. Diese Firmen erhalten mit .swiss die Gelegenheit, sich im internationalen Wettbewerb optimal zu positionieren.» dot.swiss/medien/