Плотина Кротон (или гидроэлектростанция Кротон ) — это земляная плотина и комплекс электростанций на реке Маскегон в городке Кротон , округ Ньюэйго , штат Мичиган . Она была построена в 1907 году под руководством Уильяма Д. Фарго компанией Grand Rapids - Muskegon Power Company, предшественницей Consumers Energy . [3] [4] Плотина высотой 40 футов (12 м) удерживает 7,2 млрд галлонов США (6 млрд британских галлонов /27 млрд л) воды в своем водохранилище площадью 1209 акров (489 га) и способна производить 8850 киловатт при пиковом расходе. [5] [6] Она была включена в Национальный реестр исторических мест в 1979 году. [3]
История плотины Кротон переплетена с историей Уильяма А. Фута (1854–1915) и Джеймса Б. Фута (1867–1924), братьев из Адриана , штат Мичиган , с растущей электроэнергетической империей, а также с историей Уильяма Г. Фарго, инженера-строителя из Джексона , который проектировал подобные гидроэлектростанции по всему Среднему Западу. [1] [7]
Уильям А. Фут был 30-летним оператором мельницы в Адриане , штат Мичиган , в 1884 году, когда, что тогда было обычным явлением, он предоставил пространство и мощность вала от своего мельничного колеса Thomson - Houston, местному стартапу электроэнергетической компании, для освещения 12 уличных фонарей. Очарованный потенциалом, в течение года он завербовал своего тогда 17-летнего брата Джеймса и переехал в Джексон , штат Мичиган , а в 1886 году они совместно основали Jackson Electric Light Works (компанию-предшественницу Consumers Energy ), которая начала с электрического освещения центра Джексона. [8] Братья Фут основали аналогичные компании, ориентированные на конкретные города, в Батл-Крик и Адриане в течение нескольких лет. Во многих случаях плотины, уже построенные для мельниц, лесопилок и тому подобного, были переоборудованы для электрогенераторов, но в некоторых случаях были построены новые плотины. По мере того, как знакомство с технологией и сама технология улучшались, масштаб проектов становился более амбициозным.
Первые проекты братьев Фут в Джексоне, Батл-Крике и Адриане, как и большинство проектов по электроснабжению до 1900 года, были созданы для уличного освещения, с некоторым ограниченным освещением жилых и деловых помещений. Поскольку передача электроэнергии на большие расстояния не была хорошо изучена, они располагались недалеко от городов, которые они обслуживали. Но спрос на электроэнергию рос, обусловленный, среди прочего, появлением трамвая и возросшим промышленным использованием электроэнергии, опережая возможности небольших рек и существующих плотин. Поэтому искали более крупные реки. В 1898 году братья Фут, работая с инженерным партнером Фарго, построили плотину Троубридж через реку Каламазу , чтобы снабжать город Каламазу . [7] Плотина была расположена недалеко от Аллегана , примерно в 25 милях (40 км) от города, неслыханное расстояние в то время, и была первым крупным гидроэнергетическим проектом в Западном Мичигане. [7] [9] Первоначально плотина Троубридж страдала от потерь электроэнергии во время передачи и других проблем, но затем успешно обеспечивала электроэнергией большую площадь, чем предыдущие плотины, после того как братья Фут усовершенствовали изоляторы и электропередающее оборудование . [9]
Гранд-Рапидс был крупным рынком электроэнергии, на который затем обратили свое внимание Футы. Фарго консультировал братьев Фут о возможных местах размещения гидроэлектростанций на реке Маскегон , которая имеет второй по величине сток среди внутренних рек (не соединяющихся с Великими озерами ) Мичигана после Гранд-Ривер (которая имеет больший бассейн и самый большой сток среди внутренних рек Мичигана). [10] [11] В отличие от Гранд, Маскегон не судоходен , поэтому плотины не создадут трудностей для речного движения. Через дочернюю компанию своей холдинговой компании Commonwealth Power , Grand Rapids – Muskegon Power Company, в 1904 году они заказали строительство плотин Роджерс и Кротон на Маскегоне, а также плотины Веббер на Гранд-Ривер. [12] Роджерс, выше по течению от Кротона, был закончен первым, в 1906 году, но Кротон, расположенный там, где Литл-Маскегон впадает с востока, был более амбициозным проектом. Треть деревни Кротон была затоплена водохранилищем, которое начало заполняться в августе 1907 года. [4] Уильям Д. Фарго был отправлен для надзора за строительством и исполнял обязанности главного инженера. [3]
Фарго разработал новые методы строительства земляных плотин на основании из мягких грунтов, которые использовали гидравлический шлюз . Плотина была построена летом, между 25 июня и 3 сентября 1907 года. Электростанция и водосбросные секции плотины были завершены первыми и использовали обычные современные инженерные конструкции. [1] [13]
Затем Фарго построил насосную станцию, в которой использовалось семь электрических роторных насосов, чтобы перекачивать речную воду по 10-дюймовому (250 мм) трубопроводу к обрыву примерно на 110 футов (34 м) над рекой Маскегон. Уменьшение диаметра до 4 дюймов (100 мм) увеличило давление примерно до 80 фунтов на кв. дюйм, и вода подавалась в сопла через гибкие резиновые шланги. Потоки воды под высоким давлением уносили смесь почвы и воды в железные желоба, которые направляли материал примерно на 800 футов (240 м) под небольшим уклоном обратно к месту плотины. По мере того, как материал откладывался, он укладывался слоями, и воде позволяли стекать, уплотняя его. На этом этапе реке позволяли течь по желобам электростанции и выходить из водосброса. [1] [13]
Плотина Кротон является одним из самых ранних примеров использования этой технологии к востоку от реки Миссисипи. Главным преимуществом метода гидравлического шлюзования была его стоимость. Общая стоимость строительства насыпи длиной 370 футов (110 м), которая содержала 104 000 кубических ярдов (80 000 м 3 ) материала, составила всего 7 076 долларов, или около 7 центов за кубический ярд перемещенного материала. Фарго также использовал этот метод для строительства насыпи объемом 20 000 кубических ярдов (15 000 м 3 ) для автомобильного моста, пересекающего реку Маскегон непосредственно ниже по течению от плотины. Насыпь, которую Фарго построил для подхода к автомобильному мосту, стоила примерно столько же. [1] [13]
Электростанция Кротон имеет два смежных асимметрично соединенных здания: здание генератора на западе и здание турбины на востоке, расположенные в форме буквы L. Около 3000 дубовых деревянных свай поддерживают бетонный фундамент, а стены по периметру опираются на стальные листовые сваи, которые также не дают воде подмывать фундамент. Оба здания имеют высоту около 60 футов (18 м), крыши поддерживают фермы Уоррена, и простираются примерно на 150 на 80 футов (46 на 24 м). [14]
Две железобетонные подпорные стенки простираются на 40 футов (12 м) вверх по течению от северо-восточного и северо-западного углов здания генератора, образуя треугольник и служа якорем для плавучего мусорного бонового заграждения, которое удерживает мусор от попадания в турбинные ямы. Похожий треугольник образован двумя железобетонными подпорными стенками, простирающимися на 50 футов (15 м) вниз по течению от южной стороны здания генератора. Бетонная подпорная стенка простирается еще на 140 футов (43 м) к югу от вершины этого треугольника. [14]
Когда здание генератора впервые было введено в эксплуатацию, в нем размещались два горизонтальных генератора Westinghouse , изначально рассчитанных на 6600 вольт, работающих со скоростью 225 об/мин и вырабатывающих 3 фазы 60-циклового переменного тока. Они приводились в действие турбинами. Напряжение повышалось до 100 000 вольт с помощью трех соединенных треугольником масляных трансформаторов мощностью 3000 киловатт. Они регулировались масляными переключателями, а трансформаторы и распределительное устройство размещались в южном конце здания генератора. [14]
Плотина Кротон и гидроэлектростанция были завершены в 1907 году, а торжественное открытие состоялось 7 сентября 1907 года в деревне (названной в честь Кротон-он-Гудзон, штат Нью-Йорк ). [12] Современные отчеты сообщают, что «мэр Гранд-Рапидс Джордж Эллис и большой контингент городских и деловых чиновников отправились на север в деревню Кротон на специальном поезде. После осмотра большой плотины они отправились на близлежащее поле на прекрасный ужин, за которым последовали сигары и дружеский бейсбольный матч». [4]
Для того, чтобы добиться эффективной передачи электроэнергии на расстояние более 50 миль (80 км) до Гранд-Рапидс, была построена линия высокого напряжения в 100 000 вольт , которая тогда была самой высоковольтной линией электропередачи в мире. Доктор Чарльз Стейнмец , «волшебник» из General Electric , посетил место и провел испытания линий электропередачи в 1908 году. [6] Напряжение линии было увеличено до 110 000 вольт в начале 1909 года. [14]
Значительная реконструкция и расширение генерирующих мощностей были проведены в 1915 году. Были добавлены дополнительные турбины и генераторы, стирая различие между зданиями. Здание генератора получило пары горизонтальных турбин Allis-Chalmers quadriplex для приведения в действие горизонтальных генераторов Westinghouse. Каждая пара турбин имеет номинальную мощность 4000 лошадиных сил при работе на 225 об/мин с гидравлическим напором 39 футов (12 м). Рабочее напряжение двух оригинальных горизонтальных генераторов Westinghouse было повышено до 7500 вольт с соответствующим увеличением линейного напряжения со 110 000 до 115 000 вольт. [14]
Здание турбины было изменено, чтобы принять больше оборудования, что привело к перестановке стен для его увеличения и добавлению к нему фронтона, похожего по внешнему виду на здание генератора. Он имеет гораздо более высокий этаж, чем здание генератора, и получил пару вертикальных турбинных/генераторных установок. [14]
Трансформаторы и коммутационное оборудование были удалены из здания генератора в 1930 году, когда отдельная распределительная станция/подстанция была введена в эксплуатацию к западу от водосброса. [14] Вскоре после этого, в 1931 году, плотины Кротон и Роджерс были соединены плотиной Харди , расположенной между ними. Харди была последним крупным гидроэлектростанцией, построенной в Мичигане компанией Consumers Energy. [7] После завершения строительства плотина высотой 40 футов (12 м) позже будет удерживать 7,2 миллиарда галлонов США (6 миллиардов имп. галлонов /27 миллиардов литров) воды в своем водохранилище площадью 1209 акров (489 га) и способна производить 8850 киловатт при пиковом расходе. [5] [6]
После завершения строительства плотины Кротон на ней был установлен исторический указательный знак. На нем было написано:
Компания Grand Rapids - Muskegon Power Company (предшественница сегодняшней Consumers Energy Company) построила гидроэлектростанцию Кротон в 1906 - 1907 годах. Станция и ее линия электропередачи напряжением 110 000 вольт (самое высокое напряжение, использовавшееся в то время) привлекли международное внимание. Любопытные зрители ездили на экскурсионных поездах на место, где им показали плотину и электростанцию, а также устроили грандиозный ужин. Когда станция была введена в эксплуатацию в сентябре 1907 года, она представляла собой последние достижения в области производства и передачи электроэнергии. Инженеры из России, Англии, Франции, Италии, Японии и Индии приехали осмотреть станцию, когда она открылась. Объект внесен в Национальный реестр исторических мест. [15]
Гидроэлектростанция Кротон была внесена в реестр штата Мичиган и получила статус исторического маркера Мичигана (объект S0684). В 2005 году маркер был заменен на новый. [15] Затем объект был внесен в Национальный реестр исторических мест в 1979 году под идентификационным номером строения #79001165. [3]
В то время как Кротон продвинулся вперед в области гидроэлектротехники, он также затопил значительные участки живописных и быстротекущих участков рек Маскегон и Литл-Маскегон. [5] Некоторые защитники окружающей среды считают, что плотина Кротон и другие плотины на Маскегоне делят реку длиной 219 миль (352 км) на более короткие, экологически неблагополучные участки. [5] Она блокирует проход рыбы из одного участка реки в другой. По данным компании, это якобы вызывает потенциально опасные изменения температуры воды и уровня кислорода на участке реки ниже по течению от плотины. [5]
Плотина оказалась под угрозой из-за осадков во время наводнения в сентябре 1986 года. Кротон и Харди едва не вышли из строя во время пика наводнения, вызванного штормом, который вылил 14 дюймов (36 см) осадков в Западном Мичигане за 48 часов. Чиновники Consumers Energy заявили, что «если бы плотина Харди рухнула, плотина Кротон была бы смыта, и каждое сообщество от Кротона до Маскегона оказалось бы затоплено несколькими футами воды». [5]
Впоследствии, в 1989 году, директор по рыболовству штата Мичиган Джон Робертсон охарактеризовал плотины гидроэлектростанций как «монстров из бетона и стали» и предложил убрать 11 плотин Consumers Energy из рек Маскегон, Манисти и Аусейбл. [5] Затем местные власти собрали подписи под петицией от 14 000 человек, которые поддержали сохранение плотин. [5] Федеральное правительство продлило лицензию на плотины до 2034 года, но потребовало внести изменения в эксплуатацию, чтобы снизить их вредное воздействие на реку Маскегон. [5]
Плотина и гидроэлектростанция Кротон принадлежат и управляются компанией Consumers Energy , электроэнергетической компанией со штаб-квартирой в Джексоне, штат Мичиган . В 2006 году Кротон выработал 44 миллиона киловатт-часов электроэнергии, что удовлетворило бы годовое потребление электроэнергии около 6000 бытовых потребителей. [4]
Три плотины, Rogers, Hardy и Croton (все они принадлежат и управляются Consumers Energy), работают в разных режимах, но в совокупности дают чистый эффект течения реки на расход воды. Сама Rogers имеет небольшое или совсем не имеет водохранилища и работает в режиме течения реки, пропуская столько воды, сколько получает. Croton и Hardy работают в совокупности. Hardy, которая имеет более вместительное водохранилище, более крупные турбины и находится выше по течению от Croton, работает в режиме полного пика , что означает, что речной поток запруживается и используется для выработки электроэнергии в периоды пикового спроса. Это вызывает большие колебания расхода воды и уровня водохранилища, как правило, с низким оттоком ночью, когда спрос на электроэнергию самый низкий. Полный пик был когда-то очень распространенным явлением, но из-за колебаний оттока сейчас встречается реже. Однако, поскольку Croton находится непосредственно ниже по течению и без речного участка (водохранилище Croton простирается обратно до выхода Hardy), она может работать в режиме повторного регулирования, позволяя естественному расходу выходить. Уровень водохранилища Кротон колеблется обратно пропорционально уровню Харди, поднимаясь днем и опускаясь ночью. Поскольку водохранилище Харди такое большое, уровень его водохранилища колеблется примерно на 4 дюйма (10 см) в целом, в то время как водохранилище Кротон колеблется примерно на 9 дюймов (23 см). Во время зимнего и весеннего стока уровень Харди может колебаться гораздо больше. Он может быть спущен до 12 футов (4 м) для удовлетворения зимнего спроса на электроэнергию, но должен вернуться к нормальному уровню к концу апреля каждой весны. [16]
Вместе три плотины (Роджерс, Харди и Кротон) могут генерировать около 45 500 киловатт, из которых около 30 000 — от Харди. [6] Долгосрочное будущее плотины неопределенно, поскольку разрешения на эксплуатацию всех 13 плотин Consumers Energy в Мичигане истекают в период между 2034 и 2041 годами. В 2023 году Consumers Energy планирует обсудить будущее своих 13 гидроэлектростанций на общественных переговорах. [17]
{{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )