首座大水电站开创长距离输电（世界第一座水电站之谜（六））

　　1878年，阿姆斯特朗在英国诺森伯兰郡克拉格塞德乡村别墅建成的6马力水电装置，虽然是家庭用的水电装置，但有水轮机和发电机，发出的是直流电且有“用户”，符合“水力发电站”定义的所有要素，所以有权威水电机构和知名网站称之为“世界上第一座水电站”。但也有其他权威机构对此并不认可，特别是美国官方权威的能源、水电机构的网站认为世界第一座水电站在美国，即1881年美国纽约州尼亚加拉大瀑布建成的水电站，或1882年美国威斯康星州的阿普尔顿第一座爱迪生水电站。但各权威机构网站都认可“世界上第一座大型水电站”指的是1895年发电的美国尼亚加拉大瀑布亚当斯水电站。（英文对此始终用“Water power Project”而慎用“Water power Station”。）

　　当年想要在尼亚加拉大瀑布建大型水电站，就像中国在上世纪三十年代想要在长江三峡建大电站一样，面临不能“一口吞下”如此丰富水电资源的问题。大瀑布水量大、落差大，当时的技术难题是能利用多大水头、多少流量？如何选择机组容量和输电技术才能将电力送至更远的城市？

　　1886年，纽约州工程师的托马斯·埃弗谢德提出了一份名为充分利用整个上尼亚加拉河（大瀑布上面）和下尼亚加拉河（大瀑布下面）的规划，拟在大瀑布开发200000马力。规划在瀑布上面建设一系列的渠道为数以百计的磨粉厂提供动力，并开凿巨大隧洞将水全部引到下游河道。但当时美国能制造的最大功率水轮机只有100马力，且当时广泛应用的直流输电距离仅为3.2公里，还不足以送到离大瀑布40公里的纽约布法罗市（水牛城）。除此以外，投资也难以筹措。因此，许多世界著名的专家认为，开发大瀑布水力资源的目标还非常遥远！

　　爱德华·迪恩·亚当斯，一位纽约的投资者成为了尼亚加拉电力公司的总裁。他认为当时现有的技术水平不能解决大瀑布的水电开发和远距离外送问题。因此，尼亚加拉电力公司悬赏10万美元奖金给能解决长距离输电的发明者，当时竟无人响应。随后，全世界的智库都集中在英国伦敦讨论这个问题。在应用直流输电还是交流输电问题上争论尤为激烈。年长者赞成直流，而年青的天才赞成交流。最后汤普森 ·爱迪生和威廉·凯尔文决定选用交流输电为标准。1856年出生的克罗地亚人尼古拉·塔斯拉，适时创立了全世界认同的实用交流输电系统，而美国的发明家和制造商乔治·威斯汀豪斯将其变成现实。1883年，威斯汀豪斯在大瀑布创建了交流电照明系统。1893年5月6日，瀑布建筑公司最终决定在发电技术和输电技术上采用交流电。

　　从1892-1894年的3年时间，尼亚加拉大瀑布电力公司在地下49米深处建设了长2042米、高6米、宽5米的马蹄形隧洞，将尼亚加拉河河水引导到尼亚加拉瀑布电力公司的电站厂房，施工期间有28个工人死于事故。该工程共开挖了30万吨石方，用了250万英尺的木材作隧洞内部支撑, 用了2000万砖衬砌隧洞内部。

　　爱德华·迪恩·亚当斯电厂1号厂房宽4.3米、高4.6米、长43米， 10台机组全部装完后长度扩至137米，利用水力达7.35万千瓦（10万匹马力）。厂房内装有10台西屋公司制造的发电机，额定电压2000伏，单机容量3700千瓦（5000马力），两侧各布置5台水轮发电机组，每台机与单独一台升压变压器相连。

　　1882年，乔治·福布斯受雇为技术顾问，他于1893年向公司建议应用双相交流电水力发电系统。西屋电气公司基于尼古拉·塔斯拉和本杰明·G ·拉米的研究，制造额定功率5000马力（3700千瓦）、25赫兹的发电机，而水轮机则在瑞士公司法埃策和皮卡德设计的基础上，由美国费城的l.P莫里斯公司制造。

　　电站发出的电力有三种电压，电压为2000伏的电力为尼亚加拉大瀑布当地应用；升压至10000伏的电力则为尼亚加拉大瀑布附近地区供电；升压至20000伏的电力则通过长距离送电为布法罗（水牛城）、洛克波特和托纳旺达所用。

　　在《人与伏特》的236-237页中介绍，除尼亚加拉瀑布当地以2000伏供电外，升压外送电力达30000马力。升压到10000伏的变压器由GE公司负责制造，送电到26英里外的布法罗后还要用降压变压器降压到2000伏。其中，一部分电力直接用于当地电灯公司的发电机；一部分以110伏分别给城市抽水系统和供电公共照明系统供电；一部分经旋转变流机变成直流500伏后给城市有轨电车供电。

　　书中还讲述了一个有趣的故事。大电站使输电距离变长，可否用爱迪生发明的电灯替代原来的煤气灯照明呢？家庭主妇们认为电灯太贵，而男士们经过仔细盘算，认为还是用电灯更划得来！

　　而瀑布建筑公司利用比较充分的电力供应条件，引进用电大户炼铝厂、金钢沙厂、机械制造厂等，带动了变压器、发电机、电动机等装备的制造。

　　1895年，尼亚加拉瀑布电力公司把长距离输电技术开发和实施的合同授予西屋公司，其中包括1250马力变压器的制造，及11000伏交流架空线路的施工。

　　1895年8月25日，1号电站开始发电。1896年11月15日，尼亚加拉大瀑布发出的电力传输至40公里外，与有25000人的大工业城市布法罗并网联接。隨着这项大型发电、输电工程的成功，许多企业都搬迁到水牛城发展。

　　Tesla社会博物馆网站还指出，尼古拉·塔斯拉和乔治·威斯汀豪斯设计和建成了亚当斯电厂1号电站。当时就有人对此提出异议，认为这明显有夸大宣传之嫌。事实上，第一座世界上最大的交流发电厂集中了许多学术精英的智慧。该网站列出的杰出的工程师有托马斯·埃弗谢德；瀑布公司的乔治·福布斯；西屋公司的本杰明·G·. 拉米、奥利弗·萨伦博格、尼古拉·特斯拉；通用电气的威廉·斯坦利、路易斯·贝尔博士、查尔斯·P·斯坦梅茨。

　　1927年，以1号厂房为样板建成了第二厂房。原先的发电机组一直运行到1961年，而后被新建的罗伯特·摩斯 ·尼亚加拉发电厂和路易斯顿抽水蓄能电站所替代。在作者编著的于2008年10月出版的《水电机组修复与现代化改造》书中还列有罗伯特·摩斯电站的照片。

　　1975年,这座建筑被列入美国“国家历史名录”，1983年被授予美国“国家历史地标建筑”称号，1990年被IEEE（国际电力电子工程师协会）列为“IEEE里程碑工程”。“尼亚加拉瀑布国家遗产保护地区” 位于布法罗市布法罗大道南15街。

　　1895年，美国建成了装设有10台当时额定功率最大的发电机组（3700千瓦）、第一次采用高电压交流发电机、第一次将最大电力负荷采用交流高压输电传输到40公里外的大城市，这些使亚当斯水电站成为当时毫无争议的美国和世界最大的水电站。

　　而同年，李鸿章与伊藤博文签订《马关条约》，将台湾、澎湖列岛割让给日本。那时中国水电站为零千瓦。120年后的今天，中国不但建成了世界最大的水电站，而且成为水力发电大国。

　　（终）

　　（作者系中国三峡集团公司原副总工程师,水轮机专家,《三峡工程史料选编》机电卷主编）