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水力发电前三十年发展史

日期:2020-11-26    来源:IEEE PES WIP  作者:房诗祺

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2020
11/26
11:18
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关键词: 水力发电站 水力发电 水力发电系统 发电站

爱迪生公报

Electric Light 公司在1882年12月20日报道,在阿普尔顿,威斯康辛州的三个住宅被一个由水力驱动的爱迪生系统点亮 (图1)。1933年,美国革命之女安装了一个纪念牌匾,上面写道:“在这个地方附近,世界上第一个水力发电站建于1882年。”事实上,单用户水力发电的历史始于1878年的英格兰诺森伯兰郡,而连续多用户商业水力发电的历史始于1880年在密歇根州的大急流。

图1:1882年爱迪生在威斯康星州阿普尔顿的水力发电厂。(资料来源:W.M.Steuart,中央电灯和发电站。华盛顿特区:政府印刷办公室,1902年。)

水力发电的背景

水轮自古以来就被用来驱动机械。在西欧,几个世纪以来,水磨机和风车一直是动力的主要来源,直到18世纪纽科门、斯米顿和瓦特的蒸汽机被引入。图2展示了大约在1600年一个水磨机用于研磨谷物。

图2:一个工人把谷物带到水磨机进行研磨的例子。[资料来源:Nova Preeta(新发现),大约1600年出版。彩色高分辨率数字图像来源科学,纽约,纽约;经许可使用 ]

手摇磁电机是在1831年法拉第发现电磁感应之后,于19世纪30年代早期发明的。瑞典化学家雅各布?贝采里乌斯(Jakob Berzelius)在1833年预言,水力发电将成为一种持续的、巨大的电力来源。当蒸汽驱动的商用磁电机出现后,它们在19世纪40年代开始被用于电镀,在19世纪50年代开始被用于电弧照明。然而,早在1878年就有几个专利提出使用水力发电来驱动发电机,以便将电能传输到远离发电机的地方:法国1855年的12524号专利,英国1864年的1386号专利,以及意大利在1866年和1874年授予的专利。

三十年发展历程

1878年:威廉·阿姆斯特朗爵士的私人水力发电系统

阿姆斯特朗是他那一代最成功的实业家之一,他有足够的财富和专业技能以在他位于诺森伯兰的地产上建造第一座的水力发电厂。1878年11月22日,《工程师》(伦敦)的一篇文章描述了阿姆斯特朗在距离发电机2.5公里的克拉格赛德(Cragside)豪宅(图3)中开创性地使用水力发电点亮了一盏弧光灯。

图3:大约1890年,威廉?阿姆斯特朗爵士的豪宅Cragside的一张照片, 来自作者的收藏。主要是在1860-1900年间创作的。

1879年:亨利·梅尼尔的私人水力发电系统

亨利?梅尼尔是著名的梅尼尔巧克力家族的一员。《巴黎期刊》在1879年10月报道,梅尼埃曾将水力发电用于农业。

1879年:约翰内斯·巴德鲁特的私人水力发电系统

1856年,企业家约翰内斯?巴德洛特(Johannes Badrutt)在瑞士圣莫里茨(St. Moritz)租了一间有12个床位的宾馆,并将其更名为Engadiner Kulm。两年后,他买下了这处房产,并开始将其升级扩建为一家酒店。1879年,他建造了一个小型水力发电厂,从酒店上方的一条溪流取水,用弧光灯照亮了酒店的餐厅。从发电厂到路灯的平均距离为140米。

1881年:爱迪生水力发电系统

1881年,爱迪生在纽约州布拉克特桥(后来更名为多尔吉维尔)的阿尔弗勒德?多尔奇的木材加工厂安装了第一座水力发电站。1882年,爱迪生组织不仅在阿普尔顿,而且在格鲁吉亚的奥古斯塔、法国的贝桑康和芬兰的坦佩雷安装了小型水电站。

1881年:英国戈达明的公共水力发电系统

1881年,英格兰的戈达尔明小镇开始从西门子兄弟公司和伦敦公司拥有的一个小中心车站为顾客提供电力照明。由河上的水轮驱动的小型发电机(图4)在路灯和室内白炽灯中驱动弧光灯。

图4:1881年在英国戈达尔明的水力发电厂。[资料来源:1881年11月12日的图解(伦敦) ]

1880-1902:密歇根州大急流城的公共水力发电系统

1880年3月22日,纽约市成立了第一家电灯电力公司——大急流城电灯电力公司。

1897 年,大急流电力公司有700盏弧光灯和3500盏白炽灯。当时在大急流城还有另外两家电力公司,半岛光热电公司和爱迪生电灯公司。1902年,新成立的大急流城爱迪生公司吞并了这三家公司。

1886-1908年:威廉·福特的水力发电系统

到1886年,加拿大和美国有40至50 家低压直流发电厂,主要或全部依靠水力发电。

福特兄弟的一幅大画像挂在密歇根州杰克逊消费者能源公司总部的显著位置。肖像的一个角落是克罗顿大坝,它建在距大急流约80公里的穆斯克贡河上,并于1908年开始了11万V量级的传输,当时世界上所有其他电力传输系统都在75000V或更少的情况下运行。大规模水力发电的历史始于福特兄弟。

图5:1908年,大急流-马斯基冈电力公司的72,000伏和110,000伏输电线路。低压干线省略。

总结

早期大功率水力发电系统的一些里程碑

早期大功率水力发电系统的历史始于1895年尼亚加拉瀑布电力公司(Niagara Falls power Company)的系统投入运行,1号电站的三相传输功率为11000V,容量为11MW,1900年增加到38MW。当发电站2号在1902-1904年上线时,总发电量增加到79MW,当加拿大的发电站在1905-1906年增加时,总发电量激增到117MW。

1898年,欧洲的一个里程碑事件发生在德国,莱茵费尔登的一座12.5MW容量的发电站建成了三级、6800V的输电系统。1911年,挪威水力发电公司的Rjukan三相1.1万伏水力发电厂投入使用,装机容量为105MW,单站容量有了很大的增长。

1913年,密西西比河电力公司开始从基奥卡克(爱荷华州)向圣路易斯输送110,000 V电力,距离230公里,容量为112.5 MW。这被认为是当时单个电站的世界纪录,尽管它只比1911年的Rjukan电站105MW略高。

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