Dansk Vandkraft

For de fleste vil det sandsynligvis være en overraskelse, at der i det lille flade land, Danmark, uden bjerge og floder, har været en stor udbredelse af vandkraft i moderne tid. Mange kender til de gamle vandmøller, der blev bygget og var i drift fra middelalder til moderne tid, men få er vidende om, at der også har været en landsdækkende udnyttelse af vandkraft ved hjælp af turbinehjul konstrueret af jern. Endnu mere overraskende er det så nok også, at disse mange turbinehjul blev fremstillet på danske fabrikker.

Danmarks største vandkraftværk, Gudenaacentralen, blev sat i drift januar 1921. Værket kaldes også for Tangeværket. Dette værk kunne i de første år af 1920’erne levere næsten en fjerdedel af den elektricitet, som blev brugt i Jylland. Sammen med de andre større, jyske vandkraftværker dækkede Tangeværket i nogle få år næsten 50% af det jyske elforbrug. Med en kraftig stigning i elforbruget og en deraf følgende udbygning af de traditionelle elværker med dampkraft og dieselmotorer, faldt vandkraftværkernes procentuelle betydning. Elforbruget fra de offentlige elværker og disse værkers indretning med kraftmaskiner blev registreret i Statiske Meddelelser, Danmarks Statistik, men det var ikke tilfældet med de mange private anlæg, som producerede elektricitet til eget forbrug. Det kunne være fabrikker, møller eller gårde, der havde eget anlæg, hvor af en stor del, som kan findes i Finn Søholts materiale, producerede ved hjælp af vandturbiner.

I dag producerer Tangeværket på sine tre dobbelte francisturbiner i gennemsnit den samme mængde elektricitet som i 1921, nemlig ca. 11 millioner kilowatt-timer, hvilket dog ikke rækker så langt som for hundred år siden. Pga. det stigende elforbrug svarer det producerede i dag til knap 3.000 danske husstandes årlige elforbrug, eller ca. 1/2 promille af Danmarks samlede elforbrug.

Den dansk producerede vandkraft spiller i dag således ikke den store rolle, men gjorde det i en årrække. I dag produceres elektriciteten på vindmøller, solceller og kraftværker, der fyrer med forskellige former for brændsel. Det må dog tilføjes, at en stor del af den strøm, som Danmark importerer fra Sverige og Norge er produceret på vandkraftværker.

Tegnes de danske vandturbineanlæg ind på et landkort vil man kunne se, at disse anlæg var spredt ud over hele landet. Nedenfor ses et kort med de vandturbineanlæg, som alene firmaet Møller & Jochumsen havde solgt og fået etableret i 1929. Dertil kom så turbineanlæg fra andre danske fabrikanter og de importerede anlæg. Det skønnes, at Møller & Jochumsen, som den største danske producent af vandturbiner, nåede at levere ca. 60 % af alle danskinstallerede vandturbiner. ¹

Finn Søholt har i sit arbejde med at opspore turbiner, der har været i drift i Danmark, nået frem til 1445 turbiner. Det skal dog nævnes, at en mindre del af disse turbiner er gengangere, forstået på den måde, at de er blevet flyttet fra et sted til et nyt.

Så hvor der var et vandløb, stort eller lille, så var der ofte installeret en vandturbine. Mange af de gamle vandmøller blev fra slutningen af 1800-tallet og nogle årtier frem i det 20. århundrede bygget om til vandturbineanlæg. Alene ved Gudenåen med tilløb er der blevet registreret, at der gennem årene har været 150 vandkraftanlæg, vandmøller som vandturbineanlæg. Mange vandmøller blev fra omkring slutningen af 1800-tallet bygget om til drift med vandturbiner.

Den første turbine i Danmark blev installeret i 1848 på Michael Drewsens papirfabrik i Silkeborg – midt i Gudenåens løb. Finn Søholt har registreret, at den sidste vandturbine i Danmark blev monteret i 1992 på Vestbirk vandkraftværk – også i Gudenåens løb. Rundt om i landet er stadig en del i drift.

Vandturbinerne havde deres velmagtsdage frem til slutningen af 2. verdenskrig, hvor man gik over til de store centrale kraftværker. Mange steder forsvandt turbinerne, da man fra 1970’erne begyndte at renovere gamle vandmøller. I den forbindelse ønskede mange at bevare vandmøllernes oprindelige udtryk med trævandhjul, og dermed blev turbinerne gravet op og smidt til skrot. Senere kom så miljøproblematikken, som gjorde, at der gerne skulle være fri passage for fisk i bække og åer. Det var også medvirkende til, at mange turbinesteder blev urentable og opgivet.

¹ Oplysninger og tekst vedr. Møller & Jochumsen er hentet fra John Juhler Hansen, Fra Møller & Jochumsen til M&J Industries A/S.

Fra vandhjul til vandturbiner

En del af den tidlige danske industrialisering fandt sted ved to af landets åer. Nemlig ved Mølleåen, der løber fra Furesøen til Øresund med et fald på 20 meter over en strækning på 12 kilometer. Her lå 11 møller, tre med manufakturproduktion mellem 1599 og 1643. Og ved Grejs Å, der løber fra Fårup Sø gennem Grejsdalen til Vejle Fjord. På denne strækning falder åen næsten 51 meter. Her lå 15 møller. Den største industrimølle var Grejs Mølle Klædefabrik, der i midten af 1800-tallet var den tredjestørste fabrik i Danmark.

Industritællingen fra 1855 viser, at vandkraften var den dominerende kraftkilde på provinsens industrivirksomheder, mens dampkraften dominerede i København. Vandkraften udgjorde på det tidspunkt 40% af den registrerede maskinkraft. Bevæger man sig frem i tiden kan man se, at vandkraftens andel som kraftmaskine i industrien var stødt faldende. I 1872 således 20% og i 1897 5%. Mens andelen var faldende var det samlede antal HK fra vandkraft dog stigende.

Mange store industrivirksomheder blev placeret der, hvor energien var til rådighed i form af vandkraft. Det gælder fx Maglemølle papirfabrik, Silkeborg papirfabrik og Dalum papirfabrik. Det var hensigtsmæssigt, da papirfabrikkerne også skulle bruge vandet til selve papirfremstillingen. På disse store fabrikker trak turbinerne maskinerne i fabrikkerne via forlagsaksler og ofte med remtræk.

Lasse Hauberg Jessen kan i sin artikel i Erhvervshistorisk Aarbog 2021 ellers konkludere, at vandkraften ved slutningen af 1800-tallet var ved at blive udkonkurrereret af store dampmøllerier og af dampmaskiner. På den ene side resulterede næringsfriheden for mølleriet i 1852 i en stigning i antallet af selvstændige møllere. På den anden side begyndte brugen af dampkraft også at vinde frem til maling af mel omkring midten af 1800-tallet. Disse møller med brændselsanlæg betegnes samlet som maskinmølleri, og havde stor indflydelse på konkurrenceforholdene for de mere velkendte vand-og vindmøller, der også malede korn til mel eller kreaturfoder. Mht. til industrivirksomheder, som brugte vandkraft, fastslog Jessen, at i perioden fra 1872 til 1888 da øgede papirindustrien som den eneste industri brugen af vandkraft, og det endda drastisk, nemlig fra 357 hk til 992 hk. Dermed tegnede papirindustrien sig for næsten 70 % af den samlede brug af vandkraft. Andre industrier valgte og så dampkraften fremfor vandkraften. En gammel mølleindustri som tekstilindustrien var fx meget hurtig til at tage dampkraften til sig –allerede i 1855 brugte den kun 300 hk kraft fra vandmøller og 449 hk fra dampmaskine.

En meget stor del af de turbineanlæg, der kom til, kom dog til i forbindelse med modernisering og optimering af eksisterende vandmøller (kornmøller). Så antallet af turbiner var stigende samtidig med, at vandkraften og mølleriet var truet af anden ny teknologi.

Virkningsgraden med vandturbiner var betydelig højere end på de gamle vandmøller. Og så var der ikke problemer med overisning osv. Dem, der forsøgte at lave elektricitet med de gamle vandhjul, måtte også erkende, at det stort set var umuligt, fordi der skulle geares meget op for at få de nødvendige omdrejningstal på dynamoen. De trætandhjul, som ofte sad i møllen, havde heller ikke de bedste virkningsgrader. I stedet for remtræk, som blev benyttet nogle steder, gik man i højere grad med turbinerne over til at benytte (vinkel) gearkasser, som næsten ikke gav energispild og var lette at passe. Disse gearkasser blev typisk fremstillet af F.L. Smidth eller Scania-Vabis, begge danske fabrikker. På et tidspunkt kom også den hydrauliske regulator, som stillede turbinens ledeskovle, så den forbrugte vandmængden kunne optimeres rent energimæssigt.

Vandturbinens oprindelse

I 1826 fremlagde franskmanden Jean-Victor Poncelet ideen om en radialturbine, som blev den direkte forløber for den moderne vandturbine. Den første anvendelige vandturbine blev bygget 1837 af den franske ingeniør B. Fourneyron. Denne maskine havde en lodret spindel og et løberør med buede blade. Vandet trængte radialt indad og ledtes ud nedad under spindlen.

En lignende maskine blev patenteret i 1838 af Samuel B. Howd fra USA og bygget efterfølgende. Howds design blev forbedret af James B. Francis, som tilføjede stationære ledeskovle og formede skovlblade, så vandet kunne trænge ind i den korrekte vinkel. Hans design blev kendt som Francis-turbinen og er stadig det mest anvendte princip til mellemhøje faldhøjder.

Schweizeren W. Zuppinger konstruerede 1841 en turbine med bægerformede skovle, som var forgængeren for den meget anvendte Peltonturbine, som blev opfundet 1878 og patenteret 1889 af den amerikanske ingeniør Lester Allen Pelton. Peltonturbinen er en radialturbine, hvor vandstrømmen fra en eller flere dyser rammer mod bægerformede skovle på turbinehjulet. Ydelsen reguleres ved at ændre vandmængden med forskydelige nåle i dyserne. Peltonturbiner anvendes ved faldhøjder op til 2000 m og effekter på op til 300 MW. I 1913 byggede den østrigske ingeniør Victor Kaplan en turbinetype beregnet til relativt store mængder vand ved lave faldhøjder. Kaplans turbine med variabel drejning af skovlbladene blev fremstillet fra 1920.

De første turbiner, der kom til Danmark, kom typisk fra Tyskland. De allerførste i Silkeborg kom dog fra firmaet Escher Wyss & Co i Schweiz.

Langt de fleste turbiner, der har været i anvendelse i Danmark i nyere tid, er francisturbiner, og så en håndfuld kaplanturbiner. Kaplandturbinerne har den fordel, at man kan regulere på både ledeskovle og skovlblade, som i dette tilfælde er at opfatte som en skibspropeller med bevægelige blade (CP = Controllable pitch propellers). Som regel er der tale om store turbiner, fx er den på Karlsgaardeværket, som er på 1.800 HK. Holstebro vandkraftcentral fra 1940 har ligeledes en kaplanturbine, den er på 900 hk. Pelton-turbiner, som bliver benyttet ved store faldhøjder, har der kun været installeret 3 af i Danmark. Før Francis-turbinens fremkomst var der turbiner af Jonvals og Fourneyrons principper, der blev benyttet herhjemme. Nogle af de større turbinefabrikker havde imidlertid egne patenter, som ofte drejede sig om tilpasninger på de gængse typer, som fx det tyske firma Briegleb Hansen & Co, som var den største tyske leverandør i antal til det tidlige danske marked – de kaldte deres turbiner for ”Knopp Turbiner”. Dette firma leverede og opstillede fra 1880 til 1918 27 anlæg i Danmark.

Danske turbiner

Det var Niels Peter Mikkelsen i Århus, som leverede den første, dansk producerede turbine. Køberen var Silistria mølle syd for Århus. Ti år senere fik Mikkelsen patent på ”centripigalturbinen”, som han kaldte den. Han opnåede også at sælge turbiner til Sverige, som ellers havde mange turbineproducenter. Mikkelsen fik ikke en lang karriere, da han blev syg og nedlagde fabrikken i 1883. Senere kom H. Hermann Holst fra Kloster- og Vilholt Mølle, som fik fremstillet sine turbiner ved Stallknecht i Horsens. Denne turbinetype fik navnet ”Holger Danske”. Dem blev der fremstillet en del af, og en del gik til Sjælland b.la. til Krudtværket og Den Militære Klædefabrik.

Den helt store danske turbineproducent blev dog Møller & Jochumsen i Horsens, der i 1887 fremstillede den første turbine. En opgørelse fra 1888 viser, at 20 industrivirksomheder kun rådede over tilsammen 35 turbiner med i alt 1200 HK, hvilket svarede til to tredjedele af industriens samlede vandkraftforbrug. De eksisterende kornmøller på den tid, som benyttede vandkraft, var ikke med i opgørelsen.

Året før firmaet producerede den første vandturbine, havde det indledt et samarbejde med konstruktøren Th. H. Mahler. Mahler var via Tyskland kommet til Danmark fra USA. Tilbage i 1862 havde han sammen med sin far, civilingeniør Th. Wilhelm Mahler videreudviklet Francis-turbinen. I 1866 udtog faren patent på det, han kaldte en francis-spiralturbine. Den blev fremstillet på familiens fabrik i New York indtil 1870, hvor fabrik og det amerikanske patent blev solgt. Herefter flyttede familien til Tyskland, og herfra flyttede sønnen til Danmark i 1884.

Th. H. Mahler blev i første omgang ansat hos maskinfabrikken Rudolph Kofoed i København. Samme år, som han ankom, fik han dansk patent på en francisturbine-type, som var yderligere forbedret. I årene frem til han blev ansat hos Møller & Jochumsen, leverede Kofoed 21 turbiner, heriblandt en på 50 HK til Maglemølle Papirfabrik. Mahler var på den måde med til at skubbe til en udvikling i gang, hvor der blev idriftsat mange turbiner efter Francis-turbine-princippet.

Møller & Jochumsen skrev om samarbejdet med Mahler: ”Han begyndte en fabrikation af denne turbine i Tyskland, en virksomhed, der førte til særdeles gode resultater i form af adskillige hundrede leverancer i Tyskland og Rusland, hvor man hidtil kun havde brugt Jonval- og Girard-turbiner. I Tyskland, tildels som medarbejder i faderens forretning, fik Th. H. Mahler sin uddannelse og en række erfaringer, der efter hans ansættelse hos Møller & Jochumsen i 1888 i høj grad kom dette firma til gode.”

I 1903 sagde Th. H. Mahler sin stilling op hos Møller & Jochumsen for at starte sin egen turbine-virksomhed i Vejle. Begge virksomheder fortsatte med at fremstille og sælge Mahler-turbiner indtil 1925, hvor Mahler gik konkurs. Møller & Jochumsen overtog Mahlers lokaler, maskiner og kunder, og Mahler blev igen ansat hos Møller & Jochumsen frem til 1940. I årene 1889 til 1949 leverede selskabet 575 Mahler-turbiner til 406 forskellige kunder.

Under 1. verdenskrig steg efterspørgslen efter vandturbiner. Tyskernes uindskrænkede u-bådskrig gjorde, at det var næsten umuligt at skaffe brændstof til elværkernes forbrændingsmotorer. Hvor det var muligt undersøgte man nu mulighederne for at bygge nye vandkraftværker, og gamle vandmøller blev bygget om med vandturbiner, så de kunne hjælpe det lokale jævnstrømsværk med elektricitet. Staten støttede også de største projekter, da man gerne ville hjælpe med at få nogle af de mange arbejdsløse danskere i beskæftigelse. Så energikrise og arbejdsløshed befordrede en stigning i salget af turbiner i årene fra 1917 – 1920.

Af store vandkraftværker, som kom til pga. af energi- og arbejdssituationen i årene fra 1917, kan nævnes Gudenaacentralen (1921), Karlsgaardeværket (1921), Harteværket (1920) og Vestbirk (1924). Værkerne var flere år undervejs fra idéfase til godkendelse og realisering. Det var ingeniører som Ulrik Petersen i Sønderjylland og en ingeniør Krebs i København, som udtænkte og dimensionerede mange vandkraftprojekter i Danmark. Ikke mindst i forbindelse med, at der blev nedsat en Vandkraftkommission i 1917. I Finn Søholts materiale kan man læse om disse mange projekter og se de tanker, man gjorde sig på det tidspunkt, selv om de fleste forslag blev forkastet. Mange af disse forslag er minutiøst beskrevet.

Under 2. verdenskrig, hvor der igen var energikrise, blev flere værker udbygget til større kapacitet, nye værker blev planlagt men ikke realiseret og enkelte helt nye kom til, som fx Holstebro vandkraftværk i 1942. Her leverede Møller & Jochumsen kaplanturbinen med ydeevne på op til 850 HK.

Hos Møller og Jochumsen hed en af konstruktørerne i en årrække Valdemar Enevoldsen. På et tidspunkt rejste han og blev ansat hos De Smithske i Ålborg efter et kort ophold på maskinfabrikken Lindholm i Nørresundby. De Smithske indgik et samarbejde med den svenske turbineproducent Finshyttan, som var meget vellykket. Firmaet nåede at fremstille omkring 175 turbiner. Den sidste store danske producent var De Smithske, som også benyttede sig af svensk knowhow og brugte dele, som de anskaffede sig fra Finshyttans Bruk. Finshyttan havde det krav, at de skulle levere løberne, og så måtte De Smithske klare resten selv. De var meget dygtige til at støbe langtidsholdbare turbine løbere (støbegods.). I Finn Søholts indsamlede materiale, findes der original kildemateriale fra Valdemar Enevoldsen og en tidligere medarbejder hos T. H. Mahler/Møller & Jochumsen i Horsens.

Der har i alt været 10 danske turbineproducenter i de 100 år, som der er blevet produceret turbiner her i landet. Men kun 7 havde en større produktion. Som et kuriosum kan det nævnes, at Vestas i 1980’erne også producerede et mindre antal vandturbiner, inden de gik fuldt over til vindmøllerne.

De væsentligste tekniske fremskridt vedrørende turbiner har handlet om selve hydraulikken, dvs. skovlbladenes udformning, reguleringen af vandtilføringen og så selve overførelsen af energien, dvs. gearingen. Undervejs blev man også dygtigere til at beregne, hvordan samspillet mellem faldhøjde, vandmængde, flow og bagvandsforhold skulle være i samspil med turbinens størrelse og type. Ud over at lave de rette beregninger skulle fabrikanterne af turbiner være gode til at håndtere selve støbeteknikken.

Turbinen har haft den fordel, at den er den mest robuste kraftmaskine, der findes. Mange turbiner i Danmark har kørt i flere årtier. I Himmerland er der stadig monteret en turbine i drift, som blev monteret i 1881. Ca. 90% af de turbiner, der har været i drift i Danmark, har lavet elektricitet. Det er de lave omdrejningstal, som gør, at lejer, gearinger osv. holder meget længere ved en turbine sammenlignet med andre kraftmaskiner. De nederste lejer var ofte vandsmurte og løb derfor aldrig varme. Det med varmløbne lejer i de tidligere transmissionsformer var en evig kilde til brand.

Ofte bliver vandkraftens formåen og rolle talt ned, men man skal huske at sætte disse tal i relief med datidens brug af energi. Vandturbinerne havde deres velmagtsdage frem til slutningen af 2. verdenskrig, hvor elproduktionen overgik til de store centrale kraftværker. At en meget stor del af disse turbiner blev fremstillet på danske fabrikker, er også et vigtigt led i historien. Jernstøberier kunne udnytte deres indsigt i støbeteknik i fremstillingen af kraftmaskiner, herunder vandturbiner. Vedrørende selve konstruktionen da byggede de danske virksomheder videre på udenlandsk knowhow, der kom til Danmark fra lande som Tyskland og Sverige, hvor der ud over en tidlig udvikling også var et meget større salg. På trods af denne udenlandske konkurrence formåede de danske turbineproducenter at levere broderparten af de mange turbiner, der kom i drift i Danmark.