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世界第一座大(dà)型水(shuǐ)電站之謎
發布時(shí)間:2015-06-26 08:49 來(lái)源:華電國威

1878年,阿姆斯特朗在英國諾森伯蘭郡克拉格塞德鄉村(cūn)别墅建成的(de)6馬力水(shuǐ)電裝置,雖然是家庭用(yòng)的(de)水(shuǐ)電裝置,但有水(shuǐ)輪機和(hé)發電機,發出的(de)是直流電且有“用(yòng)戶”,符合“水(shuǐ)力發電站”定義的(de)所有要素,所以有權威水(shuǐ)電機構和(hé)知名網站稱之爲“世界上第一座水(shuǐ)電站”。但也(yě)有其他(tā)權威機構對(duì)此并不認可(kě),特别是美(měi)國官方權威的(de)能源、水(shuǐ)電機構的(de)網站認爲世界第一座水(shuǐ)電站在美(měi)國,即1881年美(měi)國紐約州尼亞加拉大(dà)瀑布建成的(de)水(shuǐ)電站,或1882年美(měi)國威斯康星州的(de)阿普爾頓第一座愛(ài)迪生水(shuǐ)電站。但各權威機構網站都認可(kě)“世界上第一座大(dà)型水(shuǐ)電站”指的(de)是1895年發電的(de)美(měi)國尼亞加拉大(dà)瀑布亞當斯水(shuǐ)電站。(英文對(duì)此始終用(yòng)“Water power Project”而慎用(yòng)“Water power Station”。)

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圖爲世界上第一座大(dà)型水(shuǐ)電站——亞當斯電站1号和(hé)2号廠房(fáng)和(hé)變壓器間,由尼亞加拉瀑布電力公司于1895年拍(pāi)攝。圖片來(lái)源于美(měi)國紐約特斯拉(Tesla)社會博物(wù)館網站。


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圖爲世界上第一座大(dà)型水(shuǐ)電站——亞當斯電站1号廠房(fáng)内的(de)發電機組設備。
 
當年想要在尼亞加拉大(dà)瀑布建大(dà)型水(shuǐ)電站,就像中國在上世紀三十年代想要在長(cháng)江三峽建大(dà)電站一樣,面臨不能“一口吞下(xià)”如此豐富水(shuǐ)電資源的(de)問題。大(dà)瀑布水(shuǐ)量大(dà)、落差大(dà),當時(shí)的(de)技術難題是能利用(yòng)多(duō)大(dà)水(shuǐ)頭、多(duō)少流量?如何選擇機組容量和(hé)輸電技術才能将電力送至更遠(yuǎn)的(de)城(chéng)市?
 
1886年,紐約州工程師的(de)托馬斯˙埃弗謝德提出了(le)一份名爲充分(fēn)利用(yòng)整個(gè)上尼亞加拉河(hé)(大(dà)瀑布上面)和(hé)下(xià)尼亞加拉河(hé)(大(dà)瀑布下(xià)面)的(de)規劃,拟在大(dà)瀑布開發200000馬力。規劃在瀑布上面建設一系列的(de)渠道爲數以百計的(de)磨粉廠提供動力,并開鑿巨大(dà)隧洞将水(shuǐ)全部引到下(xià)遊河(hé)道。但當時(shí)美(měi)國能制造的(de)最大(dà)功率水(shuǐ)輪機隻有100馬力,且當時(shí)廣泛應用(yòng)的(de)直流輸電距離僅爲3.2公裏,還(hái)不足以送到離大(dà)瀑布40公裏的(de)紐約布法羅市(水(shuǐ)牛城(chéng))。除此以外,投資也(yě)難以籌措。因此,許多(duō)世界著名的(de)專家認爲,開發大(dà)瀑布水(shuǐ)力資源的(de)目标還(hái)非常遙遠(yuǎn)!
 
愛(ài)德華˙迪恩˙亞當斯,一位紐約的(de)投資者成爲了(le)尼亞加拉電力公司的(de)總裁。他(tā)認爲當時(shí)現有的(de)技術水(shuǐ)平不能解決大(dà)瀑布的(de)水(shuǐ)電開發和(hé)遠(yuǎn)距離外送問題。因此,尼亞加拉電力公司懸賞10萬美(měi)元獎金給能解決長(cháng)距離輸電的(de)發明(míng)者,當時(shí)竟無人(rén)響應。随後,全世界的(de)智庫都集中在英國倫敦討(tǎo)論這(zhè)個(gè)問題。在應用(yòng)直流輸電還(hái)是交流輸電問題上争論尤爲激烈。年長(cháng)者贊成直流,而年青的(de)天才贊成交流。最後湯普森 ˙愛(ài)迪生和(hé)威廉˙凱爾文決定選用(yòng)交流輸電爲标準。1856年出生的(de)克羅地亞人(rén)尼古拉˙塔斯拉,适時(shí)創立了(le)全世界認同的(de)實用(yòng)交流輸電系統,而美(měi)國的(de)發明(míng)家和(hé)制造商喬治˙威斯汀豪斯将其變成現實。1883年,威斯汀豪斯在大(dà)瀑布創建了(le)交流電照(zhào)明(míng)系統。1893年5月(yuè)6日,瀑布建築公司最終決定在發電技術和(hé)輸電技術上采用(yòng)交流電。
 
從1892-1894年的(de)3年時(shí)間,尼亞加拉大(dà)瀑布電力公司在地下(xià)49米深處建設了(le)長(cháng)2042米、高(gāo)6米、寬5米的(de)馬蹄形隧洞,将尼亞加拉河(hé)河(hé)水(shuǐ)引導到尼亞加拉瀑布電力公司的(de)電站廠房(fáng),施工期間有28個(gè)工人(rén)死于事故。該工程共開挖了(le)30萬噸石方,用(yòng)了(le)250萬英尺的(de)木(mù)材作隧洞内部支撐, 用(yòng)了(le)2000萬磚襯砌隧洞内部。
 
愛(ài)德華˙迪恩˙亞當斯電廠1号廠房(fáng)寬4.3米、高(gāo)4.6米、長(cháng)43米, 10台機組全部裝完後長(cháng)度擴至137米,利用(yòng)水(shuǐ)力達7.35萬千瓦(10萬匹馬力)。廠房(fáng)内裝有10台西屋公司制造的(de)發電機,額定電壓2000伏,單機容量3700千瓦(5000馬力),兩側各布置5台水(shuǐ)輪發電機組,每台機與單獨一台升壓變壓器相連。
 
1882年,喬治˙福布斯受雇爲技術顧問,他(tā)于1893年向公司建議(yì)應用(yòng)雙相交流電水(shuǐ)力發電系統。西屋電氣公司基于尼古拉˙塔斯拉和(hé)本傑明(míng)˙G ˙拉米的(de)研究,制造額定功率5000馬力(3700千瓦)、25赫茲的(de)發電機,而水(shuǐ)輪機則在瑞士公司法埃策和(hé)皮卡德設計的(de)基礎上,由美(měi)國費城(chéng)的(de)l.P莫裏斯公司制造。
 
電站發出的(de)電力有三種電壓,電壓爲2000伏的(de)電力爲尼亞加拉大(dà)瀑布當地應用(yòng);升壓至10000伏的(de)電力則爲尼亞加拉大(dà)瀑布附近地區(qū)供電;升壓至20000伏的(de)電力則通(tōng)過長(cháng)距離送電爲布法羅(水(shuǐ)牛城(chéng))、洛克波特和(hé)托納旺達所用(yòng)。
 
在《人(rén)與伏特》的(de)236-237頁中介紹,除尼亞加拉瀑布當地以2000伏供電外,升壓外送電力達30000馬力。升壓到10000伏的(de)變壓器由GE公司負責制造,送電到26英裏外的(de)布法羅後還(hái)要用(yòng)降壓變壓器降壓到2000伏。其中,一部分(fēn)電力直接用(yòng)于當地電燈公司的(de)發電機;一部分(fēn)以110伏分(fēn)别給城(chéng)市抽水(shuǐ)系統和(hé)供電公共照(zhào)明(míng)系統供電;一部分(fēn)經旋轉變流機變成直流500伏後給城(chéng)市有軌電車供電。
 
書(shū)中還(hái)講述了(le)一個(gè)有趣的(de)故事。大(dà)電站使輸電距離變長(cháng),可(kě)否用(yòng)愛(ài)迪生發明(míng)的(de)電燈替代原來(lái)的(de)煤氣燈照(zhào)明(míng)呢(ne)?家庭主婦們認爲電燈太貴,而男(nán)士們經過仔細盤算(suàn),認爲還(hái)是用(yòng)電燈更劃得(de)來(lái)!
 
而瀑布建築公司利用(yòng)比較充分(fēn)的(de)電力供應條件,引進用(yòng)電大(dà)戶煉鋁廠、金鋼沙廠、機械制造廠等,帶動了(le)變壓器、發電機、電動機等裝備的(de)制造。
 
1895年,尼亞加拉瀑布電力公司把長(cháng)距離輸電技術開發和(hé)實施的(de)合同授予西屋公司,其中包括1250馬力變壓器的(de)制造,及11000伏交流架空線路的(de)施工。
 
1895年8月(yuè)25日,1号電站開始發電。1896年11月(yuè)15日,尼亞加拉大(dà)瀑布發出的(de)電力傳輸至40公裏外,與有25000人(rén)的(de)大(dà)工業城(chéng)市布法羅并網聯接。隨著(zhe)這(zhè)項大(dà)型發電、輸電工程的(de)成功,許多(duō)企業都搬遷到水(shuǐ)牛城(chéng)發展。
 
Tesla社會博物(wù)館網站還(hái)指出,尼古拉˙塔斯拉和(hé)喬治˙威斯汀豪斯設計和(hé)建成了(le)亞當斯電廠1号電站。當時(shí)就有人(rén)對(duì)此提出異議(yì),認爲這(zhè)明(míng)顯有誇大(dà)宣傳之嫌。事實上,第一座世界上最大(dà)的(de)交流發電廠集中了(le)許多(duō)學術精英的(de)智慧。該網站列出的(de)傑出的(de)工程師有托馬斯˙埃弗謝德;瀑布公司的(de)喬治˙福布斯;西屋公司的(de)本傑明(míng)˙G˙. 拉米、奧利弗˙薩倫博格、尼古拉˙特斯拉;通(tōng)用(yòng)電氣的(de)威廉˙斯坦利、路易斯˙貝爾博士、查爾斯˙P˙斯坦梅茨。
 
1927年,以1号廠房(fáng)爲樣闆建成了(le)第二廠房(fáng)。原先的(de)發電機組一直運行到1961年,而後被新建的(de)羅伯特˙摩斯 ˙尼亞加拉發電廠和(hé)路易斯頓抽水(shuǐ)蓄能電站所替代。在作者編著的(de)于2008年10月(yuè)出版的(de)《水(shuǐ)電機組修複與現代化(huà)改造》書(shū)中還(hái)列有羅伯特˙摩斯電站的(de)照(zhào)片。
 
1975年,這(zhè)座建築被列入美(měi)國“國家曆史名錄”,1983年被授予美(měi)國“國家曆史地标建築”稱号,1990年被IEEE(國際電力電子工程師協會)列爲“IEEE裏程碑工程”。“尼亞加拉瀑布國家遺産保護地區(qū)” 位于布法羅市布法羅大(dà)道南(nán)15街(jiē)。
 
1895年,美(měi)國建成了(le)裝設有10台當時(shí)額定功率最大(dà)的(de)發電機組(3700千瓦)、第一次采用(yòng)高(gāo)電壓交流發電機、第一次将最大(dà)電力負荷采用(yòng)交流高(gāo)壓輸電傳輸到40公裏外的(de)大(dà)城(chéng)市,這(zhè)些使亞當斯水(shuǐ)電站成爲當時(shí)毫無争議(yì)的(de)美(měi)國和(hé)世界最大(dà)的(de)水(shuǐ)電站。
 
而同年,李鴻章(zhāng)與伊藤博文簽訂《馬關條約》,将台灣、澎湖列島割讓給日本。那時(shí)中國水(shuǐ)電站爲零千瓦。120年後的(de)今天,中國不但建成了(le)世界最大(dà)的(de)水(shuǐ)電站,而且成爲水(shuǐ)力發電大(dà)國。

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