尼亚加拉瀑布发电站：从电流之战到马匹的能源时代 New 2025-01-032025-01-02 作者 C3P00 一、凯尔文勋爵与电流标准之争 在电力发展的历史长河中，有许多熠熠生辉的人物。其中，苏格兰及爱尔兰物理学家——凯尔文勋爵（Lord Kelvin）可谓是举足轻重的一位。他不仅提出了著名的热力学第二定律，还参与了跨大西洋电报电缆的铺设工作。 然而，在交流电与直流电的标准之争中，他却站在了一个颇具争议的立场上。当时，为了利用尼亚加拉瀑布的能量，工程师们设计了一套系统。在国际委员会的一次会议上，凯尔文勋爵坚决反对交流电，提出要将交流电排除在进一步审议之外。这就像是一场关于未来电力发展方向的拔河比赛，一方是像凯尔文勋爵这样的权威科学家，另一方则是那些看到了交流电潜力的人们。 塞勒斯对这一决议提出了质疑，他认为委员会当时对交流电的前景了解得还不够，不应该仓促地关闭交流电的大门。而那一天，美国工程师在这场与最杰出科学家之间的争论中赢得了胜利。这是一次意义非凡的转折，就像是黑暗中的曙光，为交流电的发展照亮了道路。后来，西屋公司凭借着交流电的优势，在与爱迪生公司的竞争中脱颖而出，成功点亮了1893年的芝加哥世界博览会。紧接着，又赢得了在尼亚加拉大瀑布建造发电厂的合同，让交流电发出的电力能够输送到布法罗市以及更远的地方。 （一）尼亚加拉瀑布发电站的建设奇迹 建好的尼亚加拉瀑布发电站堪称一个工程奇迹。麦基姆、米德与怀特这些著名的建筑师参与了厂房的设计，他们使用了来自加拿大安大略省昆士顿的石灰石，并由意大利的石匠精心铺设。发电站的建筑结构非常复杂，放置发电机和变压器的房屋位于尼亚加拉市上游的地面上。河水通过隧道引入发电站，然后从10条垂直的压力管道下落140英尺的高度。每根压力钢管的下端弯曲，巧妙地将冲下来的水以水平方向引导冲过大型双轮涡轮机。水流推动涡轮机旋转后，再流入公共隧道，最终进入主排放隧道。这个庞大的主排放隧道宽17英尺、高21英尺，它在下游6700英尺的地方将水流带到了瀑布下方的尼亚加拉河里。 这些涡轮机连接着上面一层发电站地板上的5000马力发电机，转动发电机产生电力，然后再将电力传输到变压器室进行升压至11千伏并送往布法罗。尼亚加拉瀑布发电站于1895年8月25日正式开始发电，首先为附近的一家铝加工厂供电。仅仅一年之内，电力就被输送到距离布法罗400英里以外的纽约市。到1905年，尼亚加拉瀑布的发电量已经占到了美国总发电量的10%。当第二个发电站于1904年开始运营时，尼亚加拉电站的发电能力达到了惊人的10万马力，相当于全美国其他地方发电量的总功率。 二、马匹在能源史上的重要地位 虽然如今我们在城市街道上很难看到马匹的身影，但在一个半世纪以前，马匹却是能源史上不可忽视的重要推动者。 （一）马匹在城市交通中的作用 19世纪初的曼哈顿，面积大约23平方英里，居住着180万人口，同时生活着约13万匹马。除了少数骑警和在中央公园练习骑马的人直接骑在马背上外，大多数马匹都在承担着各种各样的运输任务。它们拉着两轮出租车、四轮马车、公车、有轨街车、平板车和货车等，运送着牛奶、食物、洗衣店的衣服、啤酒、冰块和煤炭等物品。此外，马匹还拖运消防车和洒水车，清除城市街道上的积雪以及马匹自己产生的粪便。可以说，马匹是当时城市运转不可或缺的动力源。 早期的驿马车将人们从农村带到较大的美国城市。在较小的城市和城镇里，人们主要依靠徒步出行。在前工业化社会的“步行之城”里，街区布局紧凑，因为一个人徒步通勤的距离大概只有2英里左右。随着发展，驿马车演变成了体积较大的马拉公车，这种公车封闭式的车厢可容纳12 – 28名乘客，不受天气影响。到了1852年，在曼哈顿下城就有30家公司运营着700多辆马拉公车。不过，坐这种马车并不便宜，票价为12美分，而当时工人每天的工资才1美元，技术工匠一天也只能挣2美元，所以能乘坐马拉公车的主要是商人、年轻的专业人士及其家人。 为了让马拉公车运行更加平稳且增加载客量，人们将其放在铁轨上行驶。当时的“纽约共同管理委员会”认为蒸汽机车在街道上行驶会有危险，禁止其进入曼哈顿岛上第42街以下地区，于是马拉的街道铁轨车就取代了蒸汽机车。轨道线路的拥有者不断改进车辆，采用更大、更轻便的车辆来增加载客量，从而降低票价。例如，有一条铁轨道路在曼哈顿上下城之间，仅在1859年一年里就有350多万人次乘坐过。 （二）马匹养殖与饲料供应 美国中西部的农民为纽约城提供了所需的马匹。其中最受欢迎的是佩切隆马（Percheron），这是一种起源于法国巴黎西南约50英里处佩奇地区的马种。所有现代的佩切隆马血统都可以追溯到一只名叫“让勒布朗”的战马。佩奇的饲养员于1823年为了向美国卖马而繁殖出了这种体形较为结实的马匹。佩切隆马皮毛为灰色或白色，性格沉静，躯体有力且聪明，体重约为2000磅，肩膀部位高达6英尺。这种马匹在美国迅速流行起来，到1930年美国人口普查时，在美国登记的佩切隆马数量是其他4个品种马匹加起来总数的3倍。 在蒸汽机商业化之后，马匹的数量不减反增。因为马力可以随时根据需要拉车或耕地，不会有像蒸汽机那样打火、等待蒸汽的时候。城市里的马匹每天需要大量的饲料，一匹让人骑着玩的马每天需要吃大约9000卡路里的燕麦和干草，而在建筑工地上干活的马则几乎需要3万卡路里的饲料。一匹驮马每年要消耗大约3吨的干草和62.5蒲式耳（1吨）的燕麦，这意味着需要大约4英亩的优质农田才能供养一匹城里的马。19世纪初，当美国城市主要集中在东海岸时，农民运送松散的干草的距离很少会超过20 – 30英里。但从19世纪50年代开始，干草压榨机变得普及起来，通过手动或马力压缩干草减少了体积，降低了运输成本。同时，中西部的农业也满足了马匹饲料需求日益增长的趋势。到1879年，美国全国干草产量总计3500万吨，到1909年这个数字几乎增加了2倍，达到9700万吨。新英格兰地区一半以上的土地在1909年用于种植干草，至少有22个州每年种植了超过100万英亩面积的干草和草料。农业生产用上了马拉机械，更是支持了这一巨大的种植面积的扩张。 （三）马匹排泄物的处理与肥料利用 城市里的马匹每天都会排泄出尿液和粪便，一匹干活的马每天会排泄大约1加仑的尿和30 – 50磅的粪便。这就意味着在纽约街头每天会有400万磅的马粪和10万加仑的马尿。这些排泄物如果不及时清除，就会让街道陷入困境。然而，在19世纪早期和中期，无论是人类还是动物的粪便都被视为城市生活带来的宝贵副产品。街道清洁部门从马厩和街道收集马粪，并将其卖给当地的农民，农民们用粪便来为花园、牧场和田地施肥，从而为城市种植食物、干草和谷物。 与此同时，一种新的肥料——鸟粪石开始出现在市场上。普鲁士探险家和博物学家亚历山大·冯·洪堡男爵在秘鲁发现了矿化的鸟粪石，并将其引入欧洲。经过化学分析发现，鸟粪石含有丰富的氮、钾和磷等元素，是一种天然的浓缩肥料，比动物粪便更适合植物生长。尽管最初由于战争等原因推迟了鸟粪贸易的发展，但随着时间的推移，鸟粪石逐渐被人们所接受并广泛应用于农业生产之中。 总之，从尼亚加拉瀑布发电站的建设到马匹在能源史上的重要作用，我们可以看到人类在能源利用方面不断探索和创新的过程。从最初的依靠马匹这种生物动力到后来电力的广泛应用，每一次变革都伴随着无数的挑战和机遇。这些历史故事不仅让我们了解了过去的技术发展历程，也为我们在当今能源转型的新时代提供了宝贵的经验和启示。在未来，我们或许还会面临更多关于能源选择和可持续发展的抉择，但只要秉持着积极探索的精神，相信一定能够找到更加高效、环保的能源解决方案。
一、凯尔文勋爵与电流标准之争
在电力发展的历史长河中，有许多熠熠生辉的人物。其中，苏格兰及爱尔兰物理学家——凯尔文勋爵（Lord Kelvin）可谓是举足轻重的一位。他不仅提出了著名的热力学第二定律，还参与了跨大西洋电报电缆的铺设工作。
然而，在交流电与直流电的标准之争中，他却站在了一个颇具争议的立场上。当时，为了利用尼亚加拉瀑布的能量，工程师们设计了一套系统。在国际委员会的一次会议上，凯尔文勋爵坚决反对交流电，提出要将交流电排除在进一步审议之外。这就像是一场关于未来电力发展方向的拔河比赛，一方是像凯尔文勋爵这样的权威科学家，另一方则是那些看到了交流电潜力的人们。
塞勒斯对这一决议提出了质疑，他认为委员会当时对交流电的前景了解得还不够，不应该仓促地关闭交流电的大门。而那一天，美国工程师在这场与最杰出科学家之间的争论中赢得了胜利。这是一次意义非凡的转折，就像是黑暗中的曙光，为交流电的发展照亮了道路。后来，西屋公司凭借着交流电的优势，在与爱迪生公司的竞争中脱颖而出，成功点亮了1893年的芝加哥世界博览会。紧接着，又赢得了在尼亚加拉大瀑布建造发电厂的合同，让交流电发出的电力能够输送到布法罗市以及更远的地方。
（一）尼亚加拉瀑布发电站的建设奇迹
建好的尼亚加拉瀑布发电站堪称一个工程奇迹。麦基姆、米德与怀特这些著名的建筑师参与了厂房的设计，他们使用了来自加拿大安大略省昆士顿的石灰石，并由意大利的石匠精心铺设。发电站的建筑结构非常复杂，放置发电机和变压器的房屋位于尼亚加拉市上游的地面上。河水通过隧道引入发电站，然后从10条垂直的压力管道下落140英尺的高度。每根压力钢管的下端弯曲，巧妙地将冲下来的水以水平方向引导冲过大型双轮涡轮机。水流推动涡轮机旋转后，再流入公共隧道，最终进入主排放隧道。这个庞大的主排放隧道宽17英尺、高21英尺，它在下游6700英尺的地方将水流带到了瀑布下方的尼亚加拉河里。
这些涡轮机连接着上面一层发电站地板上的5000马力发电机，转动发电机产生电力，然后再将电力传输到变压器室进行升压至11千伏并送往布法罗。尼亚加拉瀑布发电站于1895年8月25日正式开始发电，首先为附近的一家铝加工厂供电。仅仅一年之内，电力就被输送到距离布法罗400英里以外的纽约市。到1905年，尼亚加拉瀑布的发电量已经占到了美国总发电量的10%。当第二个发电站于1904年开始运营时，尼亚加拉电站的发电能力达到了惊人的10万马力，相当于全美国其他地方发电量的总功率。
二、马匹在能源史上的重要地位
虽然如今我们在城市街道上很难看到马匹的身影，但在一个半世纪以前，马匹却是能源史上不可忽视的重要推动者。
（一）马匹在城市交通中的作用
19世纪初的曼哈顿，面积大约23平方英里，居住着180万人口，同时生活着约13万匹马。除了少数骑警和在中央公园练习骑马的人直接骑在马背上外，大多数马匹都在承担着各种各样的运输任务。它们拉着两轮出租车、四轮马车、公车、有轨街车、平板车和货车等，运送着牛奶、食物、洗衣店的衣服、啤酒、冰块和煤炭等物品。此外，马匹还拖运消防车和洒水车，清除城市街道上的积雪以及马匹自己产生的粪便。可以说，马匹是当时城市运转不可或缺的动力源。
早期的驿马车将人们从农村带到较大的美国城市。在较小的城市和城镇里，人们主要依靠徒步出行。在前工业化社会的“步行之城”里，街区布局紧凑，因为一个人徒步通勤的距离大概只有2英里左右。随着发展，驿马车演变成了体积较大的马拉公车，这种公车封闭式的车厢可容纳12 – 28名乘客，不受天气影响。到了1852年，在曼哈顿下城就有30家公司运营着700多辆马拉公车。不过，坐这种马车并不便宜，票价为12美分，而当时工人每天的工资才1美元，技术工匠一天也只能挣2美元，所以能乘坐马拉公车的主要是商人、年轻的专业人士及其家人。
为了让马拉公车运行更加平稳且增加载客量，人们将其放在铁轨上行驶。当时的“纽约共同管理委员会”认为蒸汽机车在街道上行驶会有危险，禁止其进入曼哈顿岛上第42街以下地区，于是马拉的街道铁轨车就取代了蒸汽机车。轨道线路的拥有者不断改进车辆，采用更大、更轻便的车辆来增加载客量，从而降低票价。例如，有一条铁轨道路在曼哈顿上下城之间，仅在1859年一年里就有350多万人次乘坐过。
（二）马匹养殖与饲料供应
美国中西部的农民为纽约城提供了所需的马匹。其中最受欢迎的是佩切隆马（Percheron），这是一种起源于法国巴黎西南约50英里处佩奇地区的马种。所有现代的佩切隆马血统都可以追溯到一只名叫“让勒布朗”的战马。佩奇的饲养员于1823年为了向美国卖马而繁殖出了这种体形较为结实的马匹。佩切隆马皮毛为灰色或白色，性格沉静，躯体有力且聪明，体重约为2000磅，肩膀部位高达6英尺。这种马匹在美国迅速流行起来，到1930年美国人口普查时，在美国登记的佩切隆马数量是其他4个品种马匹加起来总数的3倍。
在蒸汽机商业化之后，马匹的数量不减反增。因为马力可以随时根据需要拉车或耕地，不会有像蒸汽机那样打火、等待蒸汽的时候。城市里的马匹每天需要大量的饲料，一匹让人骑着玩的马每天需要吃大约9000卡路里的燕麦和干草，而在建筑工地上干活的马则几乎需要3万卡路里的饲料。一匹驮马每年要消耗大约3吨的干草和62.5蒲式耳（1吨）的燕麦，这意味着需要大约4英亩的优质农田才能供养一匹城里的马。19世纪初，当美国城市主要集中在东海岸时，农民运送松散的干草的距离很少会超过20 – 30英里。但从19世纪50年代开始，干草压榨机变得普及起来，通过手动或马力压缩干草减少了体积，降低了运输成本。同时，中西部的农业也满足了马匹饲料需求日益增长的趋势。到1879年，美国全国干草产量总计3500万吨，到1909年这个数字几乎增加了2倍，达到9700万吨。新英格兰地区一半以上的土地在1909年用于种植干草，至少有22个州每年种植了超过100万英亩面积的干草和草料。农业生产用上了马拉机械，更是支持了这一巨大的种植面积的扩张。
（三）马匹排泄物的处理与肥料利用
城市里的马匹每天都会排泄出尿液和粪便，一匹干活的马每天会排泄大约1加仑的尿和30 – 50磅的粪便。这就意味着在纽约街头每天会有400万磅的马粪和10万加仑的马尿。这些排泄物如果不及时清除，就会让街道陷入困境。然而，在19世纪早期和中期，无论是人类还是动物的粪便都被视为城市生活带来的宝贵副产品。街道清洁部门从马厩和街道收集马粪，并将其卖给当地的农民，农民们用粪便来为花园、牧场和田地施肥，从而为城市种植食物、干草和谷物。
与此同时，一种新的肥料——鸟粪石开始出现在市场上。普鲁士探险家和博物学家亚历山大·冯·洪堡男爵在秘鲁发现了矿化的鸟粪石，并将其引入欧洲。经过化学分析发现，鸟粪石含有丰富的氮、钾和磷等元素，是一种天然的浓缩肥料，比动物粪便更适合植物生长。尽管最初由于战争等原因推迟了鸟粪贸易的发展，但随着时间的推移，鸟粪石逐渐被人们所接受并广泛应用于农业生产之中。
总之，从尼亚加拉瀑布发电站的建设到马匹在能源史上的重要作用，我们可以看到人类在能源利用方面不断探索和创新的过程。从最初的依靠马匹这种生物动力到后来电力的广泛应用，每一次变革都伴随着无数的挑战和机遇。这些历史故事不仅让我们了解了过去的技术发展历程，也为我们在当今能源转型的新时代提供了宝贵的经验和启示。在未来，我们或许还会面临更多关于能源选择和可持续发展的抉择，但只要秉持着积极探索的精神，相信一定能够找到更加高效、环保的能源解决方案。