Elværkernes Maskiner

I dag kommer mere end halvdelen af den elektricitet, danskerne forbruger, fra vindmøller (59% i 2023) og mere end en tiendedel fra solceller (2023). Resten produceres på kraftværker med forskellige typer af brændsel. Solcellerne er i kraftig fremvækst. Som noget helt nyt bliver således en stadig stigende del af vores el produceret uden kraftmaskine.

Ellers har det været sådan siden det første elværk åbnede i Danmark i 1891, at elektricitet er blevet fremstillet med anvendelse af kraftmaskiner, der med et input af forskellige former for brændsel samt vind- og vandkraft har trukket den dynamo eller generator, som har fremstillet den danske strøm.

Dampmaskinen en gennemprøvet teknologi

På de første elværker med offentlig elforsyning var kraftmaskinerne oftest dampmaskiner. Sådan var det også på hovedparten af de store udenlandske elværker, som stod model til de danske. I 1890’erne første halvdel blev de første erfaringer dog også gjort med vandturbiner i Tyskland og USA. Og tyskeren N. A: Otto’s firetaks gasmotor blev 1890’ernes foretrukne til at opfylde den lille industris behov for kraft, således også Jens Hansens første elværk i Køge i 1890.

Dampmaskinen var i slutningen af 1800-tallet en gennemprøvet og udviklet teknologi, og omkring år 1900 havde udviklingen nået sit højdepunkt. I løbet af 1800-tallet havde bl.a. den såkaldte kompoundmaskine, fået stor udbredelse. En kompoundmaskine består af to eller flere forbundne cylindre. Damp med højt tryk ledes først ind i cylinderen med den mindste diameter, og inden stempelslaget er færdigt, afskæres tilstrømningen, og dampen ekspanderer. Derefter lukkes den ind i cylinderen med en større diameter, hvor ekspansionen fortsætter. En række andre forbedringer i løbet af 1800-tallet gjorde dampmaskinerne mere effektive; f.eks. blev dampkedlerne væsentligt forbedrede, og reguleringen af til- og afgangen af damp til cylinderen blev mere præcis med ventilstyring, og anvendelsen af overhedet damp gjorde dampmaskinen yderligere effektiv.

Dampmaskineteknologien kom fra England. Introduktionen og implementeringen af denne teknologi skete ikke med rivende fart i Danmark. Overførslen af en udviklet engelsk teknologi til det i teknisk henseende underudviklet Danmark omkring år 1800 viste sig at være forbundet med mange besværligheder af både teknisk, kompetencemæssigt og markedsmæssigt art. Dampkraften kom sammenlignet med andre nordeuropæiske lande sent til Danmark, forsvandt i en kort periode, og var indtil 1840 uden samfundsmæssig betydning og kun af meget beskeden privatøkonomisk betydning. Vand-, vind- og hestekraft var dampens alternativer, og også disse traditionelle teknologier blev udviklet teknisk i 1800-tallet. Så et stykke op i 1800-tallet var det langt fra klart, at fremtiden hørte til dampkraften.

Da de første elværker blev etableret, havde mange industrivirksomheder dog nu gennem årtier gjort erfaringer med dampmaskiner i drift, og derfor var det oplagt, at elværkerne også brugte denne gennemprøvede kraftmaskine. Og sådan var det også på de danske industrivirksomheder, som tidligt ønskede egenproduktion af el. Dansk industri ikke bare brugte dampmaskiner, men der var også kommet en dansk produktion af dampmaskiner, der kunne bringes i anvendelse på de danske elværker. Her kan nævnes: Burmeister & Wain (1845 – 1910), Søren Frichs (1855 – 1945), Tuxen & Hammerich (1874 – 1905), Møller & Jochumsen (1857 – 1925), Smidt, Mygind & Hüttemeier (1870 – 1920).

Vandkraften kom dog også tidligt i anvendelse, om end i begyndelsen kun på private industrianlæg og kun til egen fremstilling af el til belysning. Fx havde Maglemølle papirfabrik et anlæg på vandkraft, der primært var beregnet på at trække maskiner med remme og forlagstøj, men sekundært også kom til at trække en Siemens dynamo fra 1885. Så selv om vandturbinerne fik en ikke ubetydelig rolle på en del industrivirksomheder, så blev de i Danmark i første omgang ikke bragt i anvendelse på de elværker, der havde offentlig forsyning.

En vigtig pointe i forbindelse med elproduktion i Danmark er, at en meget stor del foregik på private industrianlæg og ikke kun på de såkaldte offentlige elværker, der leverede strøm ud af huset til de elforbrugere, der ønskede at købe el. Der findes kun statistik for offentlige elværker, men det skønnes, at den private elproduktion i mellemkrigsperioden udgjorde omkring en tredjedel. I Finn Søholts materiale over elproducerende anlæg indgår også de private elværker.

Besser Elværk

Dieselmotoren gør en forskel

Årene 1904-1905 er skelsættende i dansk elværkshistorie. Fra det tidspunkt skete der et markant opsving i antallet af nye elværker, og de værker, der var kommet til siden 1891, udvidede deres maskinparker og forsyningsnet ganske betragteligt.

USA og Tyskland var de steder, hvor elforsyningen først var slået igennem. Og rent teknologisk havde disse lande sat præg på udviklingen, ikke mindst gennem nogle meget store og internationale virksomheder som fx Westinghouse, General Electric, Siemens og AEG. Inden det store opsving for elforsyningen kom i Danmark, havde disse og andre selskaber udviklet to store systemer til produktion og distribution af elektricitet. En bitter strid om fordele og ulemper de to systemer imellem havde allerede i 1904 stået på i flere år, og den kom i Danmark til at fortsætte frem til slutningen af 2. verdenskrig. Vekselstrømssystemet lagde op til store produktionssteder med store forsyningsområder, mens jævnstrømssystemet lagde op til mindre lukkede enheder, som også var kendetegnende for hovedparten af de første danske elværker.

En ny kraftmaskine kom i Danmark til at give jævnstrømssystemet et nyt og forlænget liv. Det blev dieselmotoren.

I 1897 blev Ivar Knudsen direktør for Burmeister & Wains maskinfabrik i København. Inden da havde han været maskiningeniør ved Gothersgades elektriske Station i København, hvor han nøje havde fulgt tyskeren Rudolf Diesels arbejde med at udvikle en forbrændingsmotor. Han så nu muligheden for at udvikle denne nyskabelse til kraftmaskine på skibe og i den fremtidige elforsyning. Ivar Knudsen fik kontakt til Rudolf Diesel og afsluttede samme år en kontrakt, der gav Burmeister & Wain (B&W) tilladelse til at udnytte og forbedre Diesels patent.

I 1902 sendte Københavns Frihavn en forespørgsel til B&W om levering af et par store dieselmotorer (2 x250 hk), men dem måtte B&W afslå, da de endnu ikke var klar til levering. Ordren gik så til den svenske motorfabrik AB Diesel i Stockholm, der havde købt patentet samtidigt med B&W. I mange måneder kæmpede B&W’s ingeniører med at få tilpasset dieselmotoren til elproduktion. I slutningen af 1903 lykkedes opgaves, og B&W’s bestyrelse turde nu give grønt lys for at sætte motoren i produktion.

Den første B&W dieselmotor blev solgt til en karetmager i København i 1904 og var en encylindret motor på 40 hk. Den står i dag på Dieselhouse i København. Den første dieselmotor til et dansk elektricitetsværk blev ligeledes leveret i 1904 til Hurup elværk, og her var der tale om en encylindret dieselmotor på 25 hk. – en installation, som blev model for mange efterfølgende jævnstrømsværker.

I løbet af 1904 blev der fremstillet og solgt 10 dieselmotorer. Hele rækken blev anvendt til stationære anlæg, og snart fik brede kredse øjnene op for, hvilken økonomisk og driftssikker kraftkilde som dieselmotoren var.

Dieselmotoren havde en række fordele i forhold til dampmaskinen, der som nævnt var den mest anvendte kraftmaskine på elværkerne. Anlægsudgifterne var betydeligt mindre. Man slap for kedler, rørledninger, pumper, kondensatorer, køleværk og den store skorsten. Driftsomkostningerne var ligeledes mindre. Så på mange måder passede dieselmotoren bedre til en decentral elforsyningsstruktur med mange små værker, med hvert deres eget lille forsyningsområde.

Der var dog også gasmotorer på de mindre elværker. Bygas til denne motordrift var dog dyr, mens egenproduktion af gas på såkaldte Dowson- og sugegasanlæg krævede store oplagringspladser til kul, koks eller tørv og indebar eksplosionsfare. I 1890 var Dowson-gasanlægget blevet introduceret i Danmark, og det blev bl.a. brugt på elværker i Køge, Slagelse og Hjørring.

Ved udgangen af 1905 spillede dieselmotoren dog endnu kun en lille rolle i den danske elforsyning. Sugegasmotoren og dampmaskinen dominerede, så damp blev brugt på de større byværker, mens gas blev brugt på de mindre værker. Fem år senere i 1910 var 52 af landets 143 offentlige elværker installeret med dieselmotorer. Årene efter blev dieselmotorernes guldalder i den danske elforsyning. Frem til 1910 måtte dieselmotoren pga. af B&W`s licens ikke produceres af andre i Danmark, men herefter stod mange af de øvrige motorfabrikker klar med deres bud på dieselmotorer, fx Søren Frichs, Holeby Motorfabrik, Alpha Diesel og Bukh.

Dampen kommer tilbage

Selvom jævnstrømsværkerne med dieselmotorerne som kraftmaskine havde vind i sejlene fra 1905, blev denne udvikling allerede fra 1907 pustet i nakken af en hel ny udvikling. I foråret 1907 stod det private selskab Tuborg-Klampenborg elektriske Sporvej bag åbningen af det første vekselstrømsværk, som lå i Skovshoved. Ud over sporvejsdrift, som dengang i forhold til andre anvendelser af el krævede et højt elforbrug, havde selskabet planer om at påbegynde en elforsyning til husstande og virksomheder i området nord for København. En kombineret drift med både sporvej og elforsyning havde man regnet sig frem til gav den bedste økonomi. Dette selskab udviklede sig senere til Danmarks største elselskab, NESA (stiftet 1911).

Et stort elsalg i et geografisk stort område krævede, at værket blev anlagt som vekselstrømsværk. I udlandet var disse værker næsten altid drevet af enten vandkraft eller dampturbiner. I Skovshoved valgte man af gode grunde dampturbinen. Ligeledes på Finsensværket, der åbnede på Frederiksberg året efter som privat værk, men som så i 1909 blev overtaget af kommunen.

Det var svenskerne Gustav Laval og englænderen Charles A. Parson, som gennem mange års studier og forsøg i slutningen af 1800-tallet hver for sig skabte de første dampturbiner. Det viste sig at disse turbiner let kunne tage konkurrencen op med de efterhånden gammeldags stempeldampmaskiner, specielt når de blev bygget sammen med generatorer til de såkaldte ”turbogeneratorer”. Det er dampturbinens store omløbstal, der gør, at de med fordel kan bygges sammen med vekselstrømsgeneratorer. Det store omløbstal gør, at generatorerne kan bygges mindre og derfor billigere end de langsomt løbende.

På mange danske elværker valgte man i lang årrække de svenske STAL-turbiner. STAL (Svenska Turbinfabriks AB Ljungström) blev etableret i 1913 i Finspång i Sverige af brødrene Birger Ljungström og Fredrik Ljungström, som også udviklede turbinen. I 1916 blev STAL et datterselskab i ASEA. I 1959 fusionerede dette selskab med AB de Laval Steam Turbine i Stockholm og dannede Turbin AB de Laval Ljungström, som tre år senere skiftede til navnet STAL-LAVAL Turbin AB.

STAL-turbinerne blev især valgt på større byværker, som fx Kolding og Ålborg kommunaleværker, da de under 1. verdenskrig gik over til at lave såkaldt oplandsforsyning. STAL-turbinerne krævede ikke meget plads og var driftssikre. De indbyggede generatorer leverede vekselstrøm, så man kunne nå ud over bygrænsen. Når strømmen her blev modtaget, blev den som regel ensrettet til jævnstrøm, så den passede til det lokale elværks jævnstrømsforsyning. Strømmen fra STAL-turbinerne blev også brugt inden for bygrænsen, hvor den også blev ensrettet.

Inden 1. verdenskrig blev store dele af landforsyningen på Sjælland og en række mindre byer forsynet med vekselstrøm produceret på selskaberne NESA, NVE og SEAS. Ligeledes begyndte de store byværker i hovedstaden og fx Århus også at arbejde med dampturbiner. 1. verdenskrig skubbede til denne udvikling, da brændstof til de mange dieselmotorer blev en mangelvare pga. tyskernes uindskrænkede ubådskrig. Mindre landværker, som lå i en relativ kort afstand til et af de store byværker, fik i et vist omfang bygget ledningsnet ind til de byer, hvor man med tørv og kul kunne lave vekselstrøm med dampturbiner. I mellemkrigstiden fortsatte dog den udvikling, man havde set før krigen. Under 2. verdenskrig gentog historien fra 1. verdenskrig sig, i denne omgang dog i større omfang. Og efter 1945 gik det stødt ned ad bakke for de decentrale jævnstrømsværker med dieselmotorer til fordel for nye og nu meget større dampturbinedrevne kraftværker, der kunne forsyne hele landsdele.

Der var også eksempler på især industrier, der tidligt fik dampturbiner. Som f.eks. sukkerraffinaderiet Phønix i København, der fik installeret en godt 1.000 hk`s DT allerede i 1913 fra AEG. Andre tidlige dampturbiner var engelske. H.C. Ørstedværket toppede mht. til antal med 15 dampturbiner gennem årene. B&W var også med på en licens fra Parson og leverede en stribe til den københavnske elforsyning, men de opgav relativt hurtigt denne dampturbineproduktion igen. De havde tilstrækkelig beskæftigelse i deres dieselmotorer.

Den danske virksomhed Atlas begyndte i 1918 at fremstille dampturbiner i større omfang. Den første blev leveret til Carlsberg og var med en gearkoblet dynamo fra ASEA på 700 kW. Atlas stod for mange dampturbiner til danske elektricitetsværker, industrier og skibe, og gjorde det frem til 1968. De havde også en overgang et samarbejde med den svenske dampturbinefabrik STAL. Atlas var i det hele taget en stor danske kraftmaskinefabrik. De byggede foruden dampturbiner og dampmaskiner også råoliemotorer, dieselmotorer, gasmotorer og petroleumsmotorer.

Generelt må det dog konstateres, at danske kraftmaskiner på danske elværker efter 1945 blev færre og færre. De fleste dampturbiner, som blev de nye trækheste på de danske kraftværker, blev meget større end hidtil og antallet mindre. Færre maskiner kunne klare at producere betydeligt flere kwh end de mange maskiner på de hidtidige elværker. Og de nye meget store dampturbiner blev derfor produceret i mindre stykantal, og det var nok medvirkende til, at leveringen blev overtaget af store internationale producenter som fx BBC, Siemens og General Electric.

Vandkraften

Inden 1. verdenskrig var der flere initiativer til at skabe vandkraftværker i Danmark, men prisen på kul og olie i disse år gjorde, at man i sine beregninger nåede frem til, at vandkraft var urentabel. Der var dog undtagelser som fx Christiansdal vandkraftværk, der blev anlagt i 1911. Situationen ændrede sig under krigen pga. af stigende priser på brændsel, og nye store projekter blev sat i søen. Resultatet blev store vandkraftværker som Gudenaacentralen, Karlsgårde-værket og Harte-værket. Vandkraften vil få en større omtale i forbindelse med afsnittet om vandkraft og vandturbiner i Danmark.