Aangezien gemeenschappen in Californië te kampen hebben met wijdverbreide stroomuitval en het debat over hoe het elektriciteitsnet betrouwbaar te houden voortwoedt, besloot ik naar de film te gaan voor wat historische context over ons elektriciteitsnet, en zag ik op de openingsavond The Current War: Director’s Cut. Met een cast van grote namen had ik hoge verwachtingen, maar de film was gewoon OK.
Het is jammer dat de film niet meeslepender was, want dit is een fascinerend verhaal dat veel meer aandacht verdient. De film geeft een beeld van de laat 19e eeuwse “oorlog” tussen George Westinghouse en Thomas Edison, die uiteindelijk zou bepalen welke technologieën werden gebruikt om de basis te leggen voor het elektrische netwerk dat we vandaag de dag gebruiken. Terwijl Edison voorstander was van gelijkstroom (DC) systemen, promootte Westinghouse wisselstroom (AC) systemen, en de concurrentie tussen de twee was hevig.
Toen ik de bioscoop uitliep, kon ik niet stoppen met me af te vragen: waarom wonnen de AC-systemen van Westinghouse het precies van de DC-systemen van Edison?
Na wat speurwerk vond ik het antwoord.
Waarschuwing: Dit bericht bevat spoilers, als er zoiets bestaat voor een historische film.
AC vs. DC
Het fundamentele verschil tussen AC- en DC-elektriciteit is dat DC gestaag in één richting stroomt (vandaar “gelijkstroom”) en niet verandert in de tijd, terwijl AC heen en weer schommelt (vandaar “wisselstroom”) en voortdurend verandert in de tijd.
AC-elektriciteit schommelt in de loop van de tijd heen en weer, terwijl DC-elektriciteit constant blijft.
In de film werd uitgelegd dat het grote probleem voor Edisons DC-elektriciteit was dat deze niet over lange afstanden kon worden getransporteerd. Als gevolg daarvan, Edison’s systeem vereist een centrale elke mijl of zo. Hoewel dat prima werkt in dichtbevolkte gebieden zoals New York City (waar de eerste elektriciteitscentrale van de Verenigde Staten stond, gebouwd door Edison), was dat model extreem duur en onpraktisch in meer landelijke gebieden.
Maar ik wist ook dat vandaag de dag enkele van ’s werelds langste transmissielijnen gebruik maken van gelijkstroom.
Dus wat nu? Als gelijkstroom een prima optie is voor moderne langeafstandstransmissielijnen, waarom kon Edison zijn gelijkstroom dan niet verder transporteren?
Transformatoren maakten van AC de winnaar
Het antwoord heeft eigenlijk minder te maken met verschillen tussen AC en DC en veel meer met een weinig bekend onderdeel van ons elektriciteitsnet: transformatoren.
Hoe je het ook wendt of keert, transmissie van elektriciteit gaat gepaard met energieverliezen. (Tenzij je een supergeleider hebt!) Maar je kunt die verliezen minimaliseren door elektriciteit te transporteren bij hogere spanningen. Spanning kan worden gezien als de “duw” die geladen deeltjes verplaatst en elektrische stroom creëert – hoe harder je duwt, hoe minder energie je verliest. Transformatoren zijn de belangrijkste technologie die wordt gebruikt om de spanning te veranderen, zodat je harder kunt duwen (en minder energie verliest) bij het overbrengen van elektriciteit.
Elektriciteitsproductie en -verbruik vinden allemaal plaats bij lagere spanningen, en transformatoren worden gebruikt om de spanning te verhogen voordat de elektriciteit wordt overgebracht (om energieverliezen te verminderen) en de spanning weer te verlagen voordat de elektriciteit wordt verbruikt.
Je kunt hoogspanningstransmissielijnen zien als een lege snelweg waar auto’s met hoge snelheid overheen scheuren, en laagspanningstransmissielijnen als zijstraten waar auto’s veel langzamer rijden. De transformator is de verbinding tussen de hoog- en laagspanningslijnen, of in de snelweg-analogie, de op- en afritten die de zijstraten met de snelweg verbinden.
Transformatoren zijn een essentieel onderdeel van het elektriciteitsnet – zij verhogen de spanning (“step up transformatoren”) voor transmissie over lange afstanden en verlagen de spanning (“step down transformatoren”) voor het distribueren van elektriciteit naar klanten voor gebruik. Het transporteren van elektriciteit met een hogere spanning helpt energieverliezen te minimaliseren.
Invinders aan het eind van de 19e eeuw wisten hoe ze transformatoren moesten maken, maar de clou hier is dat transformatoren alleen werken op wisselstroom. Om terug te komen op het fundamentele verschil tussen wissel- en gelijkstroom dat ik eerder heb uitgelegd: transformatoren hebben een in de tijd variërende spanning nodig om te kunnen functioneren, en aangezien gelijkstroom constant is en wisselstroom in de tijd varieert, werken transformatoren alleen met wisselstroom.
In die tijd was er geen eenvoudige methode om de spanning van gelijkstroom te veranderen, en dit is wat gelijkstroom (tijdelijk) de das om heeft gedaan. Aangezien er geen manier was om de spanning van gelijkstroom vóór de transmissie te verhogen, kon gelijkstroom niet erg ver worden vervoerd zonder grote verliezen, waardoor gelijkstroomsystemen inferieur waren aan wisselstroomsystemen.
Hoogspanningsgelijkstroomtransmissielijnen vervoeren elektriciteit tussen de grens tussen Washington en Oregon en Zuid-Californië via de Pacific DC Intertie.
Maar gelijkstroom heeft een comeback gemaakt
Met de technologie die gebruikt kan worden om wisselstroom efficiënt om te zetten in gelijkstroom, hebben ingenieurs pas veel later een technologie ontwikkeld waarmee het tijdperk van de hoogspanningsgelijkstroomtransmissielijnen kon worden ingeluid. Aangezien bij gelijkstroomtransmissie met hoogspanning over zeer lange afstanden minder energieverlies optreedt dan bij wisselstroom, wordt bij de langste transmissielijnen ter wereld gelijkstroom gebruikt. Zo is er in de VS een hoogspanningslijn van 846 mijl die de grens tussen Washington en Oregon verbindt met Zuid-Californië.
Westinghouse wint
De climax van de film komt als Westinghouse pool speelt met Nikola Tesla (ja, de uitvinder naar wie het bedrijf voor elektrische auto’s is genoemd). De telefoon gaat, en Westinghouse verneemt dat zijn bod om de wereldtentoonstelling van Chicago in 1893 van stroom te voorzien, is aanvaard.
Op dat moment is het game over voor Edison. Westinghouse en zijn wisselstroomsystemen hebben gewonnen.
Bekentenis: Ik heb de hele tijd voor Westinghouse gejuicht
Voordat ik dit bericht afrond, moet ik toegeven dat ik de hele film voor Westinghouse heb gejuicht. Het toeval wil dat mijn grootvader zijn hele carrière bij Westinghouse Electric Corporation heeft gewerkt. Mijn grootvader heeft zelfs patent aangevraagd op talloze uitvindingen (waarvan vele nieuwe technologieën voor transformatoren), en Westinghouse Electric Corporation was de houder van die patenten.
Maar om het nog ingewikkelder te maken, de grootvader van mijn vrouw werkte voor General Electric (dat is de opvolger van Edison). Dus het is maar goed dat mijn vrouw niet met mij naar deze film is geweest!
geplaatst in: Energie Tags: Californië, energie
Medewerking van UCS-leden maakt werk als dit mogelijk. Doet u met ons mee? Help UCS onafhankelijke wetenschap te bevorderen voor een gezond milieu en een veiligere wereld.