Das weltweit erste Wasserkraftwerk wurde 1878 in Frankreich errichtet und nutzte Wasserkraftgeneratoren zur Stromerzeugung. Bis heute gilt die Herstellung von Wasserkraftgeneratoren als die Krönung der französischen Industrie. Doch bereits 1878 gab es erste Entwürfe für Wasserkraftgeneratoren. 1856 kam der kommerzielle Gleichstromgenerator der Marke Lianlian Alliance auf den Markt. 1865 entwickelten der Franzose Casseven und der Italiener Marko die Idee, einen Gleichstromgenerator mit einer Wasserturbine zu kombinieren, um Strom zu erzeugen. 1874 schlug auch der Russe Piroski einen Entwurf zur Umwandlung von Wasserenergie in elektrische Energie vor. 1878 wurden die ersten Wasserkraftwerke der Welt in Gragside Manor in England und in Sirmite bei Paris, Frankreich, gebaut, und die ersten Gleichstromgeneratoren kamen auf den Markt. 1891 entwickelte die Firma Ruitu Olican den ersten modernen Wasserkraftgenerator (Laufen-Wasserkraftgenerator). Von 1891 bis heute wurden in den letzten über 100 Jahren enorme Fortschritte in der Wasserkraftgeneratortechnologie erzielt.
Anfangsphase (1891–1920)
In der Anfangszeit der Wasserkraftnutzung verband man einen gewöhnlichen Gleichstromgenerator oder Wechselstromgenerator mit einer Wasserturbine. Damals gab es noch keine speziell für Wasserkraft konzipierten Generatoren. Erst mit dem Bau des Wasserkraftwerks Lauffen im Jahr 1891 wurde ein solcher Generator entwickelt. Da die frühen Wasserkraftwerke klein und isoliert waren und nur ein geringes Versorgungsgebiet hatten, wiesen die Generatoren sehr unregelmäßige Parameter mit unterschiedlichen Spannungen und Frequenzen auf. Wasserkraftgeneratoren sind meist horizontal angeordnet. Anfangs arbeiteten die meisten Generatoren mit Gleichstrom, später kamen dann auch einphasige, dreiphasige und zweiphasige Wechselstromgeneratoren hinzu.
Zu den bekannteren Herstellern von Wasserkraftgeneratoren in der Anfangsphase gehörten BBC, Oelikon, Siemens, Westinghouse (WH), Edison und General Motors (GE) usw. Zu den repräsentativen Wasserkraftanlagen gehören die 300 PS starke Drehstrom-Turbine des Wasserkraftwerks Laufen (1891), der 750 kW starke Drehstromgenerator des Wasserkraftwerks Folsom in den Vereinigten Staaten (hergestellt von der GE Corporation, 1893), der 5000 PS starke Zweiphasen-Wechselstromgenerator des Wasserkraftwerks Adams auf der amerikanischen Seite der Niagarafälle (Niagara Falls) (1894), die 12 MV/A und 16 MV/A horizontalen Wasserkraftgeneratoren (1904–1912) des Kraftwerks Ontario auf der kanadischen Seite der Niagarafälle sowie ein 40 MV/A-Standgenerator, der 1920 von GE hergestellt wurde. Das Wasserkraftwerk Hellsjön in Schweden wurde 1893 erbaut. Das Kraftwerk war mit vier dreiphasigen, horizontalen Wechselstrom-Wasserkraftgeneratoren mit je 344 kV ausgestattet. Die Generatoren wurden von der schwedischen General Electric Company (ASEA) hergestellt.
1891 fand die Weltausstellung in Frankfurt am Main statt. Um die Übertragung und Anwendung von Wechselstrom auf der Veranstaltung zu demonstrieren, installierten die Organisatoren im 175 km entfernten Portlandzementwerk Larffen eine Wasserturbine. Diese diente der Beleuchtung der Ausstellung und dem Antrieb eines 100 PS starken Drehstrom-Induktionsmotors. Der Generator des Kraftwerks Laufen wurde von Brown, dem Chefingenieur der Firma Oerlikon in Ruitu, entworfen und von Oerlikon selbst gefertigt. Es handelte sich um einen horizontalen Drehstromgenerator mit 300 PS, 150 U/min, 32 Polen, 40 Hz und einer Phasenspannung von 55–65 V. Der Außendurchmesser des Generators betrug 1752 mm, die Länge des Eisenkerns 380 mm. Der Generator verfügt über 96 Statornuten (damals als Löcher bezeichnet). Jeder Pol und jede Phase besteht aus einem Kupferdraht. Die Nut des Drahtes ist mit einer 2 mm dicken Asbestplatte isoliert, das Ende ist ein blanker Kupferdraht. Der Rotor ist ein eingebetteter Ring mit Klauenpolen der Feldwicklung. Der Generator wird über ein Kegelradgetriebe von einer vertikalen Wasserturbine angetrieben und von einem weiteren kleinen Gleichstrom-Wasserkraftgenerator erregt. Der Wirkungsgrad des Generators beträgt 96,5 %.
Die erfolgreiche Inbetriebnahme und Übertragung der Wasserkraftgeneratoren des Kraftwerks Laufen nach Frankfurt stellt die erste industrielle Erprobung von Drehstromübertragung in der Geschichte der Menschheit dar. Sie ist ein Durchbruch in der praktischen Anwendung von Wechselstrom, insbesondere von Drehstrom. Der Generator ist zudem der weltweit erste Drehstrom-Wasserkraftgenerator.
Die obige Darstellung beschreibt die Konstruktion und Entwicklung von Wasserkraftgeneratoren in den ersten dreißig Jahren. Betrachtet man den Entwicklungsprozess der Wasserkraftgeneratortechnologie, so lässt sich feststellen, dass Wasserkraftgeneratoren im Allgemeinen alle 30 Jahre eine Entwicklungsphase durchlaufen. Das heißt, die Zeit von 1891 bis 1920 war die Anfangsphase, die Zeit von 1921 bis 1950 die Phase des technologischen Wachstums, die Zeit von 1951 bis 1984 die Phase der rasanten Entwicklung und die Zeit von 1985 bis 2010 die Phase der stetigen Entwicklung.
Veröffentlichungsdatum: 09.09.2021
