フォイヤーズ滝

フォイヤーズ滝
フォイヤーズ滝
位置	ネス湖、ハイランド、スコットランド
座標	北緯57°14′55″ 西経4°29′34″ / 北緯57.24862° 西経4.49269° / 57.24862; -4.49269
全高	144フィート（44メートル）

フォイヤーズ滝（スコットランド・ゲール語：Eas na Smùide、「煙る滝」の意）は、スコットランドのハイランド地方にあるネス湖に注ぐフォイヤーズ川にある2つの滝である。フォイヤーズ川の下流に位置し、落差46フィート（ 14メートル）の上部の滝と、落差98フィート（30メートル）の下部の滝からなる。^[1]

ネス湖で運航する遊覧船を利用する観光客にとって、この滝は人気の目的地だったが、1895年にノースブリティッシュアルミニウム社が大量の電力を必要とするアルミニウム 精錬工場の建設を開始した。この工場の水力発電所は、滝のすぐ上にある取水口からフォイヤーズ川から大量の水を引いていたため、水量が大幅に減少していた。この工場は議会の承認を必要とせずに建設されたが、これは同社が川が流れるローワーフォイヤーズ地所を購入し、アメニティを損なうことに対する国民の抗議を無視できたためである。工場は1967年まで稼働し、3.75MWを発電した元のタービンは工場が閉鎖されるまで使用されていた。

1895年の計画では、ガース湖をせき止めて水位を20フィート (6.1 m) 上げた。その後、ファラリン湖と合流したため、貯水池はモーア湖と改名された。閉鎖されたばかりの工場がスコットランド北部水力発電委員会に引き継がれたとき、ここは揚水式水力発電計画の上部貯水池となった。委員会はアルミニウム工場に5 MWのタービンを設置し、モーア湖からネス湖岸のさらに北に位置する新しい発電所に電力を供給するためのトンネルを建設した。この発電所の発電能力は300 MWで、地域の快適性を保つため、地中ケーブルで発電所から約3,000フィート (910 m) 離れた変電所まで電力を運んでいる。E川をモーア湖に迂回させ、フェクリン川の流れのほとんどもモーア湖に流したことで、滝を越える水量はさらに減少した。どちらも以前はフォイヤーズ川に流れ込んでおり、そのため滝となっていました。

この滝は、自然哲学の巡回講師であったロバート・アダムスに影響を与え、1834年に運動残効についての論文を執筆した。^[1]彼は滝をしばらく見ていると、近くの岩が上向きに動いているように見えることに気づいた。^[2]

1895年にノース・ブリティッシュ・アルミニウム社がネス湖畔にアルミニウム 精錬工場を建設して以来、滝の水量は大幅に減少した。この工場は川で発電した電力で稼働していた。精錬工場に対する抵抗運動で活躍した芸術家メアリー・ローズ・ヒル・バートンは、工場が建設される前に滝の絵やスケッチを数多く描き、失われる前の自然の風景をとらえている。^{[3] [4]}

アルミニウムが初めて認識されたのは 1800 年代初頭で、ボーキサイト鉱石からアルミニウムを抽出する方法は 19 世紀に開発されました。最も有望視されていたのは、フランスの PTL エルーとアメリカの CM ホールが 1886 年から 1887 年にかけて別々に開発したエルー・ホール法でしたが、大量の電力が必要でした。英国でこの方法を使用する権利は、1894 年に設立された英国アルミニウム会社によって取得されました。1 トンのアルミニウムを生産するには約 24 MWh の電力が必要であり、安価な水力発電を利用して生産するというアイデアが提案されました。同社はフォイヤーズ滝を候補地として特定し、約 8,000 エーカー (32 km ² ) のローワー フォイヤーズ地所を近隣地域の水利権とともに購入しました。これにより、議会の承認を得る必要なく水力発電計画を作成することができ、地域のアメニティへの影響に対する国民の反対を無視することができました。フォイヤーズ川は峡谷を通り、ほぼ垂直のローワー滝まで流れており、ここは美しい場所で、フォートウィリアムからインヴァネスまでカレドニア運河に沿って走るマクブレイン遊覧船を利用する観光客の立ち寄り地点でもありました。^[5]

建設は1895年に始まりました。ガース湖の南西端にはコンクリートと石造りのダムが建設され、土手も築かれました。^[6]コンクリート部​​分は長さ690フィート (210 m)、高さ約23フィート (7 m)、^[7]あるいは長さ760フィート (232 m)、高さ約30フィート (9 m) です。^[8]ダムによってガース湖の水位が20フィート (6.1 m) 上昇し、ファラリン湖と合流することになりました。この合流した貯水池は長さ4.5マイル (7.2 km) で、モーア湖と改名されました。貯水池の水はフォイヤーズ川の本来の流路に沿ってフォイヤーズ滝上部まで運ばれました。そこから岩を貫いて0.5マイル (0.80 km) のトンネルが掘られ、水は鋳鉄管を通って発電所まで運ばれました。パイプの直径は30インチ（76 cm）で、溝に敷設され、砂で覆われていた。これによりタービンの落差は350フィート（110 m）となり、鋳鉄パイプがこのような圧力に耐えられるかどうかについては議論があったが、問題は発生しなかった。水はエリコン直流発電機に接続された5台のジラールタービンを駆動し、合計3.75 MWを発電できた。これはアルミニウムの生産には十分であり、1896年6月から年間約200トンが生産された。これは新製品であり、生産量が需要を上回ったため、その電力はカルシウムカーバイドの生産にも使用され、フェロシリコン、カーボランダム、セリウム、マグネシウム、宝石の製造実験が行われた。^[6]

フォイヤーズの工場は、エルー＝ホール法が改良されるにつれて着実に効率が向上し、1904年までに世界のアルミニウム需要が十分に増加したため、カルシウムカーバイドの生産は停止し、工場はアルミニウムのみを生産するようになった。^[6]しかし、その後キンロックレーベンとフォートウィリアムに建設されたより大規模な工場はより効率的であり、1954年からは、これらの場所で生産されたアルミニウムを再溶解して不純物を取り除き、「超純度」アルミニウムを生産するために工場が使用された。これは最終的に不採算となり、工場は1967年に閉鎖された。1896年に65ボルト、8000アンペアの電力を供給するために設置されたジラード垂直軸ペルトン水車は、工場が閉鎖されるまで使用された。^[9]

この敷地は、 1967年にアルミニウム工場が閉鎖された直後に、スコットランド北部水力発電委員会によって取得されました。ジラードタービンは、メインビルに設置された5MWの発電機に置き換えられました。^[9]

アンガス・フルトンは、スコットランド北部水力発電委員会の設立当初から主任土木・水力技術者を務めていた。^[10]彼は、フォイヤーズが60MWの従来型水力発電計画に適した場所であると考えていたが、ハンターストンA原子力発電所の完成後、委員会とスコットランド南部電力委員会の両方に助言する合同計画委員会は、次に300MWの揚水発電計画が必要であると勧告した。その頃、フルトンの後任には、クルーアチャンでの別の揚水発電計画の建設に携わるなど、幅広い経験を持つ技術者のKRヴァーノンが就任していた。彼は、ハンターストンのような大規模な火力発電所を補完するものとして、揚水発電計画の熱心な支持者であった。^[11]

フォイヤーズ計画の計画は 1968 年に発表され、委員会が推進した 40 番目の建設計画であった。モー湖が上部貯水池、ネス湖が下部貯水池となる。モー湖の集水域は約 30 平方マイル (78 km ² ) であったが、フェクリン川と E 川の流れのほとんどを湖に転用することで、80 平方マイル (210 km ² ) に拡大される予定であった。クルーアチャンと同様に、このシステムはハイブリッドであり、出力の約 25 % は集水域からネス湖に流れる水から得られ、残りは揚水要素から得られる。このプロジェクトには約 1 億 600 万ポンドの費用がかかると見積もられ、設置された kW あたりの費用が 35.2 ポンドであったのに対し、同様の規模の火力発電所では約 50 ポンドであったため、経済的にも理にかなったものであった。この計画は1969年2月に議会に提出され、4月に承認された。^[12]

モー湖とネス湖の間の岩はひどく割れていて、トンネル工事を困難にしており、サージ シャフトを設置できるほど地面が高い場所は 1 か所しかなかった。これはトム アン アイグで、曲線ルートをたどることで、モー湖からサージ シャフトまでフォイヤーズ花崗岩を通り低圧トンネルを掘ることができた。しかし、ルートは低い小さな谷であるグレン リアスによって二分されており、岩の質が非常に悪かったため、パイプラインは短い距離で地表から外れていた。これにより、トンネル工事を行うための作業面が 2 つ追加で用意された。低圧トンネルの長さは 9,400 フィート (2,900 m) だった。サージ シャフトからは 24 フィート (7.3 m) のトンネルが掘削され、タービンに供給するための 2 つの鋼鉄製トンネルにつながった。これらは深さ165フィート（50.2メートル）の楕円形の立坑の底に位置しており、その配置により、その地域の景観の完全性が維持され^[13]、また、出口はネス湖の水面下少なくとも115フィート（35メートル）になければならないという計画条件に準拠していました^{[14] 。}

エドマンド・ナットル社は、サージシャフト、高圧トンネル、発電所、下部制御工事の契約を獲得しました。低圧トンネルの契約はダンカン・ローガン建設社に授与されましたが、同社は現場で 6 か月後に倒産し、ナットル社がプロジェクトのこの部分も引き継ぎました。可逆タービンはボービング・アンド・カンパニーによって供給され、費用は約 200 万ポンドでした。サージシャフトは完成時、高さ約 300 フィート (91 m)、直径 61 フィート (19 m) でした。コンクリートで裏打ちされましたが、これは 21 日間 24 時間体制で作業し、油圧式のクライミング シャッターを使用して 1 回の注入で達成されました。^[15]当初、275kVの電力線を発電所から遠ざける計画だったが、ルートに反対意見が出たため変更され、公聴会の結果、変電所はネス湖沿いにさらに3,000フィート（910メートル）離れた場所に設置され、発電所と変電所の間のケーブルは地中に埋設された。^[16]

新しい発電所はネス湖の東岸、アルミニウム製錬所の北に位置し、1975年4月に正式に開業しました。この計画の発電能力は305メガワットで、楕円形のシャフトの底にある2つの150MWの発電機と、フォールズ オブ フォイヤーズ発電所の5MWの発電機で構成されています。タービンはパースの制御センターから遠隔制御されており、電力需要が急増すると、発電所は毎秒200トンの水を使用して、30秒以内に300MWの発電を開始できます。需要が低いときは、タービンは逆回転し、グリッドから電力を取り、ネス湖の水をモーア湖に送り返し、次の需要が高い時期に備えます。逆揚水を可能にするために、発電所への水はもはや川の流れを利用せず、モーア湖から発電所まで伸びる2マイル（3.2 km）のパイプとトンネルを通じて供給される。^[17]

完成したプロジェクトの最終的な費用は、当初の見積もりの​​ほぼ2倍の2億200万ポンドでした。しかし、増加分の60パーセントはインフレによるもので、残りの大部分はグレートグレン断層の破砕帯にあるこの地域の極めて困難な地質によるものでした。この計画は、北スコットランド水力発電委員会によって実行された最後の計画となりました。^[18]

モーア湖からサージチャンバーまでの低圧トンネルはD字型で、直径は23フィート (7 m) です。サージチャンバーから、水は367フィート (112 m) の深さで低圧トンネルと同じ直径の垂直のコンクリートシャフトに流れ込みます。底部で直角に曲がり、鋼鉄で裏打ちされたコンクリートトンネルとして続きます。これは次に2つの小さなトンネルに分かれ、これも鋼鉄で裏打ちされ、タービンの入口バルブで10フィート (3 m) まで細くなっています。2002年に、ネス湖の水面下160フィート (49 m) の最終セクションのトンネルの1つで、鋼鉄の裏打ちの一部がコンクリートから剥がれました。イギリス、シェフィールドのクヴァーナー マークハムの技術者が損傷した鉄骨を切り取り、再設計された裏打ちを取り付けました。裏打ちは現場で溶接する必要があり、その後400本のアンカーボルトを使用してコンクリートに固定しました。^[19]

フォイヤーズの発電機は18kVで発電し、発電所で275kVに昇圧され、地下の油入ケーブルで開閉所に接続されている。^[20]変圧器は2台あり、1台は1982年に製造され、2台目は最初の変圧器が部分的に故障した後、1991年に設置された^[21]。2019年までに、元の変圧器の交換が必要となり、スコットランドの送電システムで唯一残っている油入ケーブルを開閉所に交換するなど、システムを合理化する決定が下された。^[22]提案されている解決策には、既存の発電所敷地のすぐ外側に新しい変圧器をオフラインで建設することが含まれる。^[23]

アルミニウム製錬所のメインの建物は、おそらくキャメロン・バーネットによって設計され、1895年から1896年にかけて建てられました。8つの階段状の切妻屋根で構成され、その後ろに長い小屋があります。波形の鉄板屋根で、端の壁には丸い窓が2つずつあります。8つの棟のそれぞれには、長さに沿ってルーバー付きの鞍型換気口があります。グレードAの指定建造物であり、この発電所がスコットランドで初めて産業目的で大規模な水力発電を利用したものであるため、指定されました。^[24]

モーア湖のダムも同時期に建設された。コンクリート、石積み、土壁で造られ、2つのセクションに分かれている。北西の壁はその後コンクリートで補強され、制御塔は製錬所のスタイルを反映して狭間溝が設けられた。水門の制御装置はオリジナルのままである。^[25]オリジナルのタービンの取水口は、アッパー滝のすぐ上のフォイヤー川沿いのD字型の構造物である。20世紀後半に金属製のスクリーンと手すりが追加されたため、完全にオリジナルの状態ではない。^[26]

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