Введение
Водопады Фойерс (шотл. гельск. Eas na Smùide, что означает «дымящиеся водопады») — два водопада на реке Фойерс, питающей озеро Лох-Несс в Хайленде, Шотландия. Они расположены в нижней части реки Фойерс и состоят из верхнего водопада с перепадом высоты 46 футов (14 м) и нижнего водопада, перепад высоты которого составляет 98 футов (30 м). Водопады были популярным местом для туристов, прибывавших на прогулочных пароходах, курсировавших по озеру Лох-Несс, но в 1895 году North British Aluminium Company начала строительство алюминиевого завода, для которого требовалось большое количество электроэнергии. Гидроэлектростанция на заводе забирала большие объемы воды из реки Фойерс из водозабора, расположенного непосредственно над водопадами, что значительно уменьшило их расход. Завод был построен без одобрения парламента, поскольку компания выкупила поместье Lower Foyers, через которое протекала река, и таким образом смогла проигнорировать протесты общественности против ухудшения природной достопримечательности. Завод работал до 1967 года, а оригинальные турбины мощностью 3,75 МВт оставались в эксплуатации до его закрытия. В 1895 году было возведено плотина на озере Лох-Гарт, что привело к повышению его уровня на 20 футов (6 м). Поскольку озеро соединялось с Лох-Фарралин, водохранилище было переименовано в Лох-Мхор. Оно стало верхним резервуаром для гидроаккумулирующей электростанции после того, как недавно закрытый завод был передан North of Scotland Hydro Electric Board. Они установили турбину мощностью 5 МВт на алюминиевом заводе и построили туннель от Лох-Мхор для питания новой электростанции, расположенной севернее на берегу озера Лох-Несс. Её мощность составляет 300 МВт, а для сохранения природной красоты местности подземные кабели передают электроэнергию на распределительную подстанцию, расположенную примерно в 3000 футах (914 м) от места расположения электростанции. Дальнейшее уменьшение расхода воды через водопады произошло в результате перенаправления реки E в Лох-Мхор и направления большей части стока реки Фехлин туда же. Обе реки ранее впадали в реку Фойерс, а следовательно, и в водопады.
История
Водопад вдохновил Роберта Аддамса, путешествующего лектора по естественной философии, на написание статьи в 1834 году о последействии движения. Он заметил, что после продолжительного наблюдения за водопадом, расположенные рядом скалы казались движущимися вверх.
Плавка алюминия
Поток воды через водопад значительно сократился с 1895 года, когда Северная британская алюминиевая компания построила алюминиевый плавильный завод на берегу озера Лох-Несс, который работал на электричестве, вырабатываемом рекой. Художница Мэри Роуз Хилл Бертон, активно участвовавшая в безуспешном сопротивлении строительству завода, сделала множество рисунков и картин водопада до начала строительства, чтобы запечатлеть первозданный ландшафт, прежде чем он будет утрачен. Алюминий впервые был выделен в начале 1800-х годов, а процессы его извлечения из бокситовой руды были разработаны в течение XIX века. Наиболее перспективным был процесс Heroult-Hall, независимо разработанный P.T.L. Heroult во Франции и C.M. Hall в Америке в 1886–1887 годах, однако он требовал значительного количества электроэнергии. Права на использование этого процесса в Великобритании приобрела Британская алюминиевая компания, основанная в 1894 году. Для производства тонны алюминия требовалось около 24 МВт⋅ч энергии, и была предложена идея получения дешевой гидроэлектроэнергии для этих целей. Компания определила водопад Фойерс как подходящее место и приобрела поместье Нижний Фойерс площадью , а также права на водопользование в соседних районах. Это позволило создать гидроэлектростанцию без необходимости получения одобрения парламента и игнорировать протесты общественности, касающиеся влияния станции на местные удобства. Река Фойерс протекала через ущелье к почти вертикальному Нижнему водопаду, который был живописным местом и остановочным пунктом для туристов, пользовавшихся пароходами компании MacBrayne, курсировавшими по Каледонскому каналу от Форт-Уильяма до Инвернесса. Строительство началось в 1895 году. Озеро Гарт было модифицировано бетонной и каменной плотиной на юго-западном конце, а также земляной насыпью. Бетонная часть имеет длину 690 футов (210 м) и высоту около 23 футов (7 м), либо, возможно, длину 760 футов (232 м) и высоту около 30 футов (9 м). Плотина подняла уровень воды в озере Гарт на 20 футов (6 м), в результате чего оно соединилось с озером Фарралин, а объединенный водохранилище длиной 4,5 мили (7 км) было переименовано в озеро Мхор. Вода из водохранилища по первоначальному руслу реки Фойерс подавалась к вершине Верхнего водопада Фойерс. Оттуда был прорыт тоннель в сплошной породе длиной 0,5 мили (1 км), и вода продолжала двигаться по чугунным трубам к генераторной станции. Диаметр труб составлял , они были проложены в траншею и засыпаны песком. Это обеспечивало напор в 350 футов (107 м) для турбин, и, хотя велись споры о том, смогут ли чугунные трубы выдержать такое давление, никаких проблем не возникло. Вода вращала пять турбин Girard, соединенных с генераторами постоянного тока Oerlikon, которые могли производить в общей сложности 3,75 МВт. Этого было достаточно для производства алюминия, и с июня 1896 года производилось около 200 тонн в год. Это был новый продукт, и поскольку производство превышало спрос, электроэнергия также использовалась для производства карбида кальция, а также проводились эксперименты по производству ферросилиция, карборунда, церия, магния и драгоценных камней. Завод в Фойерсе постепенно повышал свою эффективность по мере совершенствования процесса Heroult-Hall, и к 1904 году мировой спрос на алюминий настолько возрос, что производство карбида кальция было прекращено, и завод производил только алюминий. Однако более крупные заводы, построенные впоследствии в Кинлохлевене и Форт-Уильяме, были более эффективными, и с 1954 года завод использовался для переработки алюминия, производимого на этих площадках, путем его переплавки и удаления примесей для производства алюминия «сверхвысокой чистоты». В конечном итоге это стало невыгодным, и завод был закрыт в 1967 году. Вертикальные колеса Пелтона Girard, установленные в 1896 году для обеспечения мощности 65 вольт и 8000 ампер, использовались до закрытия завода.
Гидроэлектроэнергия
Место было приобретено Северным управлением гидроэлектростанций Шотландии вскоре после закрытия алюминиевого завода в 1967 году. Турбины Жирара были заменены генератором мощностью 5 МВт, расположенным в главном здании. После завершения проекта его окончательная стоимость составила почти вдвое больше первоначальной сметы – 20,2 миллиона фунтов стерлингов. Однако 60 процентов увеличения пришлось на инфляцию, а большая часть остального – на исключительно сложную геологию района, расположенного в зоне дробления Большого Гленского разлома. Этот проект стал последним, реализованным Северным управлением гидроэлектростанций Шотландии.
Содержание
Туннель низкого давления от озера Мхор до камеры перенапряжения имеет D-образную форму и диаметр 23 фута (7 м). Из камеры перенапряжения вода заполняет вертикальный бетонный ствол глубиной 367 футов (112 м) и того же диаметра, что и туннель низкого давления. Внизу он поворачивает под прямым углом и продолжается как бетонный туннель со стальной облицовкой. Затем он разделяется на два меньших туннеля, также с стальной облицовкой, которые сужаются до 10 футов (3 м) у входных клапанов турбин. В 2002 году часть стальной облицовки отделилась от бетона в одном из туннелей, на конечном участке на глубине 160 футов (49 м) ниже уровня озера Лох-Несс. Инженеры из Kvaerner Markham из Шеффилда, Англия, вырезали поврежденные стальные конструкции и установили переработанную облицовку, которую пришлось сваривать на месте, прежде чем использовать 400 анкерных болтов для ее крепления к бетону. Генераторные установки на Фойерсе вырабатывают электроэнергию на 18 кВ, которая повышается до 275 кВ на станции и соединяется с распределительной подстанцией подземным масляным кабелем. Есть два трансформатора, один из которых был изготовлен в 1982 году, а второй был установлен в 1991 году после частичного выхода из строя первого. К 2019 году оригинальный трансформатор нуждался в замене, и было принято решение оптимизировать систему, включая замену масляного кабеля на распределительной подстанции, поскольку он остался единственным в шотландской передающей сети. Предлагаемое решение предусматривает строительство новой трансформаторной подстанции в резерве, непосредственно за пределами существующей территории электростанции.
160 feet (49 m) below the level of Loch Ness. Engineers from Kvaerner Markham of Sheffield, England cut away the damaged steelwork and fitted redesigned linings, which had to be welded in situ, before 400 anchor bolts were used to attach them to the concrete. The generator sets at Foyers produce power at 18kV, which is stepped up to 275kV at the station, and is connected to the switching station by an underground oil filled cable. There are two transformers, one of which was manufactured in 1982, and a second which was installed in 1991 after partial failure of the first one. By 2019, the original transformer was in need of replacement, and a decision was taken to rationalise the system, including the replacement of the oil filled cable to the switching station, as it is the only one left in the Scottish transmission system. The proposed solution will involve building a new transformer station offline, just outside the existing power station compound.
Наследие
Главное здание алюминиевого завода, вероятно, было спроектировано Кэмероном Бернетом и построено в 1895–96 годах. Оно состоит из восьми ступенчатых фронтонов, за которыми расположен длинный сарай. Крыша выполнена из гофрированного железа, а торцевые стены прорезаны парами окон с закругленными верхушками. Каждый из восьми коньков имеет вентиляционный люк в виде седла, проходящий вдоль всей его длины. Здание имеет статус А и внесено в список памятников, поскольку электростанция стала первым примером использования крупномасштабной гидроэлектроэнергии для промышленных целей в Шотландии. Плотина на озере Лох-Мор была построена одновременно. Она была построена из бетона, каменной кладки и утрамбованной земли и состоит из двух секций. Северо-западная стена впоследствии была усилена дополнительным бетоном, а контрольная башня имеет зубчатую структуру, отражающую стиль завода. Управляющее оборудование для шлюзов сохранилось в оригинальном виде. Водозабор для первоначальных турбин представляет собой D-образное сооружение на реке Фойерс, расположенное непосредственно над Верхним водопадом. Он не полностью соответствует первоначальному состоянию, поскольку в конце 20-го века были добавлены металлические решетки и ограждения.