Lester Allan Pelton en de uitvinding van hydro-elektrische energie

Lester Pelton bedacht een type vrije waterturbine genaamd de Pelton Wheel of Pelton-turbine. Deze turbine wordt gebruikt voor de opwekking van hydro-elektrische energie. Het is een van de oorspronkelijke groene technologieën, waarbij kolen of hout worden vervangen door de kracht van vallend water.

Lester Pelton en de Pelton Water Wheel Turbine

Lester Pelton werd geboren in 1829 in Vermillion, Ohio. In 1850 emigreerde hij naar Californië tijdens de goudkoorts. Pelton verdiende de kost als timmerman en molenmaker.

In die tijd was er een grote vraag naar nieuwe energiebronnen om de machines en molens te laten draaien die nodig zijn voor de groeiende goudmijnen. Veel mijnen hingen af ​​van stoommachines, maar die vereisten uitputbare voorraden hout of kolen. Wat overvloedig was, was waterkracht van de snelstromende bergbeekjes en watervallen.

Waterwielen die waren gebruikt om meelmolens van stroom te voorzien, werkten het beste op grotere rivieren en werkten niet goed in de sneller bewegende en minder volumineuze bergkreekjes en watervallen. Wat werkte waren de nieuwere waterturbines die wielen met bekers gebruikten in plaats van platte panelen. Een opvallend ontwerp in waterturbines was het zeer efficiënte Pelton Wheel.

W. F. Durand van Stanford University schreef in 1939 dat Pelton zijn ontdekking deed toen hij een verkeerd uitgelijnde waterturbine waarnam waar de waterstraal de bekers nabij de rand raakte in plaats van het midden van de beker. De turbine bewoog sneller. Pelton nam dit op in zijn ontwerp, met een wigvormige verdeler in het midden van een dubbele beker die de straal splitste. Nu wordt het water dat uit beide helften van de splitbekers wordt uitgestoten, gebruikt om het wiel sneller voort te stuwen. Hij testte zijn ontwerpen in 1877 en 1878 en kreeg een patent in 1880.

In 1883 won de Pelton-turbine een wedstrijd voor de meest efficiënte waterradenturbine in handen van de Idaho Mining Company uit Grass Valley, Californië. De turbine van Pelton bleek 90,2% efficiënt te zijn en de turbine van zijn naaste concurrent was slechts 76,5% efficiënt. In 1888 vormde Lester Pelton de Pelton Water Wheel Company in San Francisco en begon hij zijn nieuwe waterturbine massaal te produceren.

De Pelton waterradenturbine zette de standaard totdat het Turgo-impulswiel werd uitgevonden door Eric Crewdson in 1920. Het Turgo-impulswiel was echter een verbeterd ontwerp op basis van de Pelton-turbine. De Turgo was kleiner dan de Pelton en goedkoper om te produceren. Twee andere belangrijke waterkrachtsystemen zijn de Tyson-turbine en de Banki-turbine (ook wel de Michell-turbine genoemd).

Pelton-wielen werden gebruikt om elektriciteit te leveren in waterkrachtcentrales over de hele wereld. Eén in Nevada City had een vermogen van 18.000 paardenkrachten elektriciteit gedurende 60 jaar. De grootste eenheden kunnen meer dan 400 megawatt produceren.

waterkracht

Waterkracht zet de energie van stromend water om in elektriciteit of hydro-elektriciteit. De hoeveelheid opgewekte elektriciteit wordt bepaald door het volume water en de hoeveelheid "kop" (de hoogte van de turbines in de krachtcentrale tot het wateroppervlak) gecreëerd door de dam. Hoe groter de stroom en de kop, hoe meer elektriciteit wordt geproduceerd.

De mechanische kracht van vallend water is een eeuwenoud hulpmiddel. Van alle hernieuwbare energiebronnen die elektriciteit opwekken, wordt waterkracht het meest gebruikt. Het is een van de oudste energiebronnen en werd duizenden jaren geleden gebruikt om een ​​schoepenrad te draaien voor doeleinden zoals het malen van graan. In de jaren 1700 werd mechanische waterkracht uitgebreid gebruikt voor frezen en pompen. 

Het eerste industriële gebruik van waterkracht om elektriciteit op te wekken vond plaats in 1880, toen 16 borstelbooglampen werden aangedreven met behulp van een waterturbine in de Wolverine Chair Factory in Grand Rapids, Michigan. De eerste Amerikaanse waterkrachtcentrale opende op 30 september 1882 aan de Fox River in de buurt van Appleton, Wisconsin. Tot die tijd was steenkool de enige brandstof die werd gebruikt om elektriciteit te produceren. De vroege waterkrachtcentrales waren gelijkstroomstations die werden gebouwd om boog- en gloeilampen te voeden in de periode van ongeveer 1880 tot 1895.

Omdat de bron van waterkracht water is, moeten waterkrachtcentrales op een waterbron worden geplaatst. Daarom werd waterkracht op grote schaal gebruikt voordat de technologie voor het overbrengen van elektriciteit over lange afstanden werd ontwikkeld. Tegen het begin van de jaren 1900 was hydro-elektrische energie goed voor meer dan 40 procent van de elektriciteitsvoorziening in de Verenigde Staten.

De jaren 1895 tot 1915 zagen snelle veranderingen optreden in hydro-elektrisch ontwerp en een grote verscheidenheid aan installatiestijlen gebouwd. Het ontwerp van waterkrachtcentrales werd redelijk goed gestandaardiseerd na de Eerste Wereldoorlog, waarbij de meeste ontwikkeling in de jaren 1920 en 1930 verband hield met thermische centrales en transmissie en distributie.