电力的输送

由于电力事业的不断发展，各种用电器不断涌现，如电报(1840年)、电话(1876年)、电灯(1879年)、电力机车(1880年)相继发明和逐渐完善，电力的应用几乎渗透到社会各个角落。特别是爱迪生发明了耐用的白炽灯之后，为了解决向广大电灯用户供电问题，除了在纽约、伦敦、巴黎建立直流发电站，爱迪生还发明了并联方式供电、配电和地下电缆等一系列相关技术。

19世纪70年代在城市开始建设电网，以满足工业生产和城市照明之用。开始时，电力的传输只能限制在2千米的范围内，因为电流通过导线时会产生热效应，造成电能的耗散，传输距离过长，电能消耗太大，会影响用电器的工作。从焦耳定律可以知道，电流产生热与导线的电阻成正比，与时间成正比，与电流的平方成正比。其中，电流产生的热效应是最显著的，因此为了减小能量的损失，就要减小电流强度;而减小电流强度就要升高电压。1882年，法国科学家德普勒(1843—1918年)建造了世界上第一条远距离直流输电线路。线路的输电距离为57千米，始端电压为1343伏，末端电压为850伏，输送功率约为200瓦，线路损耗约为78%。今天看来，这差不多是一条没有什么实用价值的线路，但是这个新生事物却蕴藏着无可估量的经济价值，它使利用大量水能成为可能;使以前白白地失去的大量水力有了利用的可能。它使工业几乎彻底摆脱了地方条件所规定的一切界限，因而使生产力得到极大的发展，并成为消除城乡对立的强有力杠杆。1883年，德普勒又进行新的试验。这一次的线路长度为14千米，输送功率为1．1千瓦，效率提高到65%。1885年，德普勒采用6000伏的高压直流发电机，输送距离56千米，效率为55%。

德普勒的试验证明远距离输送电力是完全可能的，但存在很大的问题效率比较低。特别是在直流输电的条件下，当时还不能制造出高压直流发电机，因此制造技术制约着电力的输送。

1876年，俄国雅勃洛契诃夫(1847—1894年)发明了“电烛”和单相交流变压器，这是为了解决照明问题采用的。据说，开始他也用直流电照明，后来才改用交流电。这是早期采用交流电的代表性应用，交流电技术的优越性也开始被人们认识到了。

与交流电技术相联系的还有变压器。感应线圈可以看做是变压器的雏形，1851年，这个技术思想就有人提出来了，但直到19世纪80年代才在技术上有所突破。1882年，俄国的乌萨金首次在莫斯科的展览会上展示变压器装置。1883年，法国的高拉德(1850—1888年)和英国的吉布斯也在伦敦博览会上展示了有实用价值的变压器，容量为5千伏安。当时人们称变压器为“二次发电机”。1884年，在意大利都灵使用“二次发电机”进行40千米的交流输电表演。与此同时，美国的威斯汀豪斯(1846—1914年)注意到交流电在电力应用上的价值。他在1885年制造成功先进的变压器，并在实际工程中应用了这种变压器。这套交流输配电装置的电压为1000伏。

19世纪80年代，在使用直流电和交流电的问题上展开了激烈的争论，其实爱迪生在扩大直流电的供电范围上已遇到很大的麻烦，特别是距离很远的用户，由于线路上的电压降太大而使灯变得非常昏暗。解决的办法是提高供电电压，1882年，德普勒用直径4．5毫米的铁丝，把电压为1343伏的直流电输送到慕尼黑，效率为39%，多一半的电能都消耗在线路上了。再提高电压是很困难的，结果爱迪生只能建立许多分散的发电站，就近供电。这样的供电系统是十分复杂的，并且非常不经济。尽管如此，爱迪生还是试图利用他的国际声望阻止交流电技术的发展和应用，甚至企图通过立法的禁止交流输电技术。但随着交流发电机、交流电动机、三相交流制的提出和应用，这场争论才结束，并以三相交流输电的胜利而告终。

在此期间，特斯拉进入了爱迪生在欧洲大陆的公司，并向负责人讲出了自己关于交流电力系统的设想。为此，公司将他介绍到美国，直接去找爱迪生。这样，他成了爱迪生公司的电机设计师。不过，爱迪生对特斯拉的交流电系统并不感兴趣，由于争吵，特斯拉被解雇了。

这时，美国的威斯汀豪斯着力开发交流电系统，他购买了高拉德等人有关变压器的专利权。1885年，威斯汀豪斯建立了自己的公司。1886年，他建立了6．4千米长的3000伏交流输电线路，解决了大范围的供电问题，但却无法提供电力。为了争夺用户，他与爱迪生发生了激烈的宣传战。1887年，特斯拉建立了自己的实验室。1888年，特斯拉进行公开演示，宣传自己的技术。威斯汀豪斯立即购买了特斯拉的40项专利。

1893年是哥伦布发现美洲400周年，届时在芝加哥举办规模浩大的国际博览会。这时威斯汀豪斯得到博览会的合同，为博览会提供25万盏电灯的供电系统。他的12台735千瓦发电机组发挥了作用，人们开始接受交流电的系统。

1895年，尼亚加拉大瀑布水电站的第一台3700千瓦机组发电。电力经过35千米的高压输电线路，送入城市。“交流电”创造的奇迹，使人们开始重新认识交流电。“直流电”的失败，导致爱迪生辞去爱迪生电气公司的总经理职务，公司也改成了通用电气公司。

此外，1890年，发明三相交流制的俄国多布洛沃尔斯基(1862—1919年)提出兴建世界上第一条三相交流高压输电线，由法国的劳奋到德国的法兰克福(175千米)，供1891年举办国际电工展览会上用电。当时兴建在澳卡尔河上的劳奋水电站安装了一台230千伏安、90伏、40赫的三相交流发电机和一台200千伏安、90/ 15200伏变压器，在法兰克福建造两座13800/112伏降压变电所，其中一座直接供给展览会照明，另一座为三相异步电动机供电，电动机带动一台离心水泵，水泵为一个9米高的人工瀑布供水。

1891年8月，从劳奋至法兰克福的输电线路运行。此后，三相交流输电技术被越来越多的人采用，大多数发电厂也都采用三相交流发电机。20世纪初，在法国最后一次采用直流技术供电，甚至到1927年又扩大了容量。但它只能“孤芳自赏”了。

到19世纪90年代，电力直接渗透到家庭。到1975年，一欧能源(如煤和石油等)消耗量约为87亿吨，其中25%用于发电，并且这个比例还在提高。

电气技术不仅成为第二次工业革命的标志，而且电力的广泛使用大大推动了第二次工业革命的进程。以德国为例，它的经济原来处于落后地位，但由于大力发展电力技术，到19世纪70年代，德国工业开始快速发展，1870—1880年工业的年平均增长率为4．1%，1880—1900年工业的年平均增长率超过6%，1913年的工业总产值超过了英国，成为仅次于美国的世界第二经济大国。