1878年，阿姆斯特朗在英國(guó)諾森伯蘭郡克拉格塞德鄉(xiāng)村別墅建成的6馬力水電裝置，雖然是家庭用的水電裝置，但有水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)，發(fā)出的是直流電且有“用戶”，符合“水力發(fā)電站”定義的所有要素，所以有權(quán)威水電機(jī)構(gòu)和知名網(wǎng)站稱之為“世界上第一座水電站”。但也有其他權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)此并不認(rèn)可，特別是美國(guó)官方權(quán)威的能源、水電機(jī)構(gòu)的網(wǎng)站認(rèn)為世界第一座水電站在美國(guó)，即1881年美國(guó)紐約州尼亞加拉大瀑布建成的水電站，或1882年美國(guó)威斯康星州的阿普爾頓第一座愛迪生水電站。但各權(quán)威機(jī)構(gòu)網(wǎng)站都認(rèn)可“世界上第一座大型水電站”指的是1895年發(fā)電的美國(guó)尼亞加拉大瀑布亞當(dāng)斯水電站。(英文對(duì)此始終用“Water power Project”而慎用“Water power Station”。)
圖為世界上第一座大型水電站——亞當(dāng)斯電站1號(hào)和2號(hào)廠房和變壓器間，由尼亞加拉瀑布電力公司于1895年拍攝。圖片來源于美國(guó)紐約特斯拉(Tesla)社會(huì)博物館網(wǎng)站。
圖為世界上第一座大型水電站——亞當(dāng)斯電站1號(hào)廠房?jī)?nèi)的發(fā)電機(jī)組設(shè)備。
當(dāng)年想要在尼亞加拉大瀑布建大型水電站，就像中國(guó)在上世紀(jì)三十年代想要在長(zhǎng)江三峽建大電站一樣，面臨不能“一口吞下”如此豐富水電資源的問題。大瀑布水量大、落差大，當(dāng)時(shí)的技術(shù)難題是能利用多大水頭、多少流量?如何選擇機(jī)組容量和輸電技術(shù)才能將電力送至更遠(yuǎn)的城市?
1886年，紐約州工程師的托馬斯˙埃弗謝德提出了一份名為充分利用整個(gè)上尼亞加拉河(大瀑布上面)和下尼亞加拉河(大瀑布下面)的規(guī)劃，擬在大瀑布開發(fā)200000馬力。規(guī)劃在瀑布上面建設(shè)一系列的渠道為數(shù)以百計(jì)的磨粉廠提供動(dòng)力，并開鑿巨大隧洞將水全部引到下游河道。但當(dāng)時(shí)美國(guó)能制造的最大功率水輪機(jī)只有100馬力，且當(dāng)時(shí)廣泛應(yīng)用的直流輸電距離僅為3.2公里，還不足以送到離大瀑布40公里的紐約布法羅市(水牛城)。除此以外，投資也難以籌措。因此，許多世界著名的專家認(rèn)為，開發(fā)大瀑布水力資源的目標(biāo)還非常遙遠(yuǎn)!
愛德華˙迪恩˙亞當(dāng)斯，一位紐約的投資者成為了尼亞加拉電力公司的總裁。他認(rèn)為當(dāng)時(shí)現(xiàn)有的技術(shù)水平不能解決大瀑布的水電開發(fā)和遠(yuǎn)距離外送問題。因此，尼亞加拉電力公司懸賞10萬美元獎(jiǎng)金給能解決長(zhǎng)距離輸電的發(fā)明者，當(dāng)時(shí)竟無人響應(yīng)。隨后，全世界的智庫(kù)都集中在英國(guó)倫敦討論這個(gè)問題。在應(yīng)用直流輸電還是交流輸電問題上爭(zhēng)論尤為激烈。年長(zhǎng)者贊成直流，而年青的天才贊成交流。最后湯普森 ˙愛迪生和威廉˙凱爾文決定選用交流輸電為標(biāo)準(zhǔn)。1856年出生的克羅地亞人尼古拉˙塔斯拉，適時(shí)創(chuàng)立了全世界認(rèn)同的實(shí)用交流輸電系統(tǒng)，而美國(guó)的發(fā)明家和制造商喬治˙威斯汀豪斯將其變成現(xiàn)實(shí)。1883年，威斯汀豪斯在大瀑布創(chuàng)建了交流電照明系統(tǒng)。1893年5月6日，瀑布建筑公司最終決定在發(fā)電技術(shù)和輸電技術(shù)上采用交流電。
從1892-1894年的3年時(shí)間，尼亞加拉大瀑布電力公司在地下49米深處建設(shè)了長(zhǎng)2042米、高6米、寬5米的馬蹄形隧洞，將尼亞加拉河河水引導(dǎo)到尼亞加拉瀑布電力公司的電站廠房，施工期間有28個(gè)工人死于事故。該工程共開挖了30萬噸石方，用了250萬英尺的木材作隧洞內(nèi)部支撐, 用了2000萬磚襯砌隧洞內(nèi)部。
愛德華˙迪恩˙亞當(dāng)斯電廠1號(hào)廠房寬4.3米、高4.6米、長(zhǎng)43米， 10臺(tái)機(jī)組全部裝完后長(zhǎng)度擴(kuò)至137米，利用水力達(dá)7.35萬千瓦(10萬匹馬力)。廠房?jī)?nèi)裝有10臺(tái)西屋公司制造的發(fā)電機(jī)，額定電壓2000伏，單機(jī)容量3700千瓦(5000馬力)，兩側(cè)各布置5臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)與單獨(dú)一臺(tái)升壓變壓器相連。
1882年，喬治˙福布斯受雇為技術(shù)顧問，他于1893年向公司建議應(yīng)用雙相交流電水力發(fā)電系統(tǒng)。西屋電氣公司基于尼古拉˙塔斯拉和本杰明˙G ˙拉米的研究，制造額定功率5000馬力(3700千瓦)、25赫茲的發(fā)電機(jī)，而水輪機(jī)則在瑞士公司法埃策和皮卡德設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，由美國(guó)費(fèi)城的l.P莫里斯公司制造。
電站發(fā)出的電力有三種電壓，電壓為2000伏的電力為尼亞加拉大瀑布當(dāng)?shù)貞?yīng)用;升壓至10000伏的電力則為尼亞加拉大瀑布附近地區(qū)供電;升壓至20000伏的電力則通過長(zhǎng)距離送電為布法羅(水牛城)、洛克波特和托納旺達(dá)所用。
在《人與伏特》的236-237頁(yè)中介紹，除尼亞加拉瀑布當(dāng)?shù)匾?000伏供電外，升壓外送電力達(dá)30000馬力。升壓到10000伏的變壓器由GE公司負(fù)責(zé)制造，送電到26英里外的布法羅后還要用降壓變壓器降壓到2000伏。其中，一部分電力直接用于當(dāng)?shù)仉姛艄镜陌l(fā)電機(jī);一部分以110伏分別給城市抽水系統(tǒng)和供電公共照明系統(tǒng)供電;一部分經(jīng)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)變成直流500伏后給城市有軌電車供電。
書中還講述了一個(gè)有趣的故事。大電站使輸電距離變長(zhǎng)，可否用愛迪生發(fā)明的電燈替代原來的煤氣燈照明呢?家庭主婦們認(rèn)為電燈太貴，而男士們經(jīng)過仔細(xì)盤算，認(rèn)為還是用電燈更劃得來!
而瀑布建筑公司利用比較充分的電力供應(yīng)條件，引進(jìn)用電大戶煉鋁廠、金鋼沙廠、機(jī)械制造廠等，帶動(dòng)了變壓器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)等裝備的制造。
1895年，尼亞加拉瀑布電力公司把長(zhǎng)距離輸電技術(shù)開發(fā)和實(shí)施的合同授予西屋公司，其中包括1250馬力變壓器的制造，及11000伏交流架空線路的施工。
1895年8月25日，1號(hào)電站開始發(fā)電。1896年11月15日，尼亞加拉大瀑布發(fā)出的電力傳輸至40公里外，與有25000人的大工業(yè)城市布法羅并網(wǎng)聯(lián)接。隨著這項(xiàng)大型發(fā)電、輸電工程的成功，許多企業(yè)都搬遷到水牛城發(fā)展。
Tesla社會(huì)博物館網(wǎng)站還指出，尼古拉˙塔斯拉和喬治˙威斯汀豪斯設(shè)計(jì)和建成了亞當(dāng)斯電廠1號(hào)電站。當(dāng)時(shí)就有人對(duì)此提出異議，認(rèn)為這明顯有夸大宣傳之嫌。事實(shí)上，第一座世界上最大的交流發(fā)電廠集中了許多學(xué)術(shù)精英的智慧。該網(wǎng)站列出的杰出的工程師有托馬斯˙埃弗謝德;瀑布公司的喬治˙福布斯;西屋公司的本杰明˙G˙. 拉米、奧利弗˙薩倫博格、尼古拉˙特斯拉;通用電氣的威廉˙斯坦利、路易斯˙貝爾博士、查爾斯˙P˙斯坦梅茨。
1927年，以1號(hào)廠房為樣板建成了第二廠房。原先的發(fā)電機(jī)組一直運(yùn)行到1961年，而后被新建的羅伯特˙摩斯 ˙尼亞加拉發(fā)電廠和路易斯頓抽水蓄能電站所替代。在作者編著的于2008年10月出版的《水電機(jī)組修復(fù)與現(xiàn)代化改造》書中還列有羅伯特˙摩斯電站的照片。
1975年,這座建筑被列入美國(guó)“國(guó)家歷史名錄”，1983年被授予美國(guó)“國(guó)家歷史地標(biāo)建筑”稱號(hào)，1990年被IEEE(國(guó)際電力電子工程師協(xié)會(huì))列為“IEEE里程碑工程”。“尼亞加拉瀑布國(guó)家遺產(chǎn)保護(hù)地區(qū)” 位于布法羅市布法羅大道南15街。
1895年，美國(guó)建成了裝設(shè)有10臺(tái)當(dāng)時(shí)額定功率最大的發(fā)電機(jī)組(3700千瓦)、第一次采用高電壓交流發(fā)電機(jī)、第一次將最大電力負(fù)荷采用交流高壓輸電傳輸?shù)?0公里外的大城市，這些使亞當(dāng)斯水電站成為當(dāng)時(shí)毫無爭(zhēng)議的美國(guó)和世界最大的水電站。
而同年，李鴻章與伊藤博文簽訂《馬關(guān)條約》，將臺(tái)灣、澎湖列島割讓給日本。那時(shí)中國(guó)水電站為零千瓦。120年后的今天，中國(guó)不但建成了世界最大的水電站，而且成為水力發(fā)電大國(guó)。
