交流电网的诞生地

FPGA技术江湖 2022-03-29 09:10

福尔松发电厂开启了远距离输电的先河。

在19世纪初,电力配送还只是一项短程业务,都由附近的直流发电机供电。这种情况在1895年发生了变化。在当年的7月13日,美国加州的福尔松发电厂成为首个通过远距离输电线路输送高压交流电的发电厂。它使用新发明的交流发电机和水电技术,通过一条长35千米的配电线路将电力输送到了萨克拉门托市。
这家发电厂发出了三相60赫兹交流电(也是美国目前的标准电力),为萨克拉门托市的Buffalo Brewing等企业、加州议会大厦以及该市的有轨电车供电。
2021年的7月13日是取得这项成就的第126周年纪念日。为表纪念,当天IEEE将福尔松发电厂认定为IEEE里程碑。这项提名由IEEE萨克拉门托山谷分部发起。

里程碑计划由IEEE历史中心管理并由捐赠者们资助,旨在表彰全球范围内杰出的技术发展成就。

进入行业

在徒步参观福尔松市以及这座电厂(现已成为州立历史公园)的过程中,我们了解到霍雷肖•盖茨•利弗莫尔(Horatio Gates Livermore)在淘金热时期为追求财富,于1850年从缅因州搬到了加州。但在经历了12年的淘金生涯后,利弗莫尔转而对开办伐木公司和锯木厂更有兴趣。他力图借助长48千米的美国河,以水力带动水车,为福尔松地区的锯木厂及其他工业厂房提供电力。这条河从内华达山脉流至萨克拉门托市中心,并在这里与萨克拉门托河相接。

1862年,他与儿子霍雷肖•帕特南(Horatio Putnam)和查尔斯•爱德华(Charles Edward)买下了位于萨克拉门托市的Natoma Water and Mining公司,以期将这一梦想变成现实。从该发电厂的网站上可以了解到,当时这家公司拥有密布如网的水坝、沟渠和水库,为美国河周边的众多金矿供水。
19世纪60年代中期,该公司开始在福尔松镇建造一座大坝,以便截留河水形成一个小湖,用于存放在较高的丘陵地带砍伐的原木,待原木积攒到一定数量后再将它们沿河顺流而下送往锯木厂。
但该公司当时面临诸多难题,包括如何找到廉价的劳动力(这一难题导致施工延误多年)。利弗莫尔于1892年去世后,他的儿子们通过雇用圣昆汀监狱的监犯作为劳动力,才得以完成这个项目。
两兄弟看到的商机不只是为锯木厂发电。他们决心借助水电这一新技术,为萨克拉门托市供电。而福尔松与萨克拉门托相距37千米。

让那里用上电

虽然两兄弟并不是全球首座发电厂的建造者,但他们所建造的这座发电厂却是当时规模最大而且率先使用交流发电机的发电厂。

福尔松发电厂的主体建筑包括4台750千瓦发电机,每台发电机高2.6米、重25吨以上。这些发电机由位于纽约州斯克内克塔迪市的通用电气公司生产,据《电学期刊》1895年发布的一篇报告记载,它们是“迄今为止建造的最大三相发电机”。1893年完工了一条长2896米、与美国河平行的运河,由这条运河通过约翰•B.麦考密克(John B. McCormick)发明的4个双涡轮机为这些发电机提供水力。每一对发电机当时可发1260马力的电力。河水流经4个长2.4米的引水管道后驱动这些涡轮机运转。引水管道就是用来调节水流量的通道,配有闸门,可通过合上闸门来关掉水流。

当时新发明的史丹利变压器将这些发电机的输出电压从800伏提高到了1.1万伏。如此高的电压使得电力可以发送到当时通用电气公司电力输送部门首席工程师路易斯•贝尔开发的一个系统。如果这些交流发电机出现故障,该发电厂还有两个小型直流发电机作为后备。

霍雷肖、查尔斯以及艾伯特•加勒廷(Albert Huntington,霍普金斯硬件公司的一位合作伙伴)共同创办了福尔松水力公司。该公司为萨克拉门托电力和照明公司供水,后者也是这3人在1892年创立的。
1895年7月13日,在两台发电机运转的情况下,该发电厂成功通过35千米的未绝缘铜线将电力输送到萨克拉门托。
这座发电厂在1902年被位于旧金山的加州天然气与电力公司收购,3年后又到了太平洋天然气与电力公司手中。
福尔松发电厂为萨克拉门托市供电近50年之久。根据太平洋天然气与电力公司博客上介绍该发电厂的一篇文章,1952年该公司将这座发电厂捐给了加利福尼亚州。原来的福尔松大坝被拆除,以便建造一个更大的大坝;该发电厂也被指定为州立历史公园。
里程碑牌匾将在福尔松发电厂州立历史公园展示。匾文如下:
福尔松发电厂是最早一批能发三相交流电的发电厂之一,并率先采用了三相60赫兹标准。1895年7月13日,该发电厂的通用电气发电机开始向22英里外的萨克拉门托市输送1.1万伏的电力,为该市的企业、有轨电车以及加州州议会大厦供电。
该发电厂证明了采用后来成为标准的三相60赫兹远距离输电的优势,推动了在美国全国范围内开发廉价水电的热潮。
作者:Joanna Goodrich

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