フォイヤーズ水力発電計画

建設は1895年に始まった。ロッホ・ガースは、南西端にコンクリートと石積みのダムと土手によって改変された。^{[ 7 ]}コンクリート部​​分は長さ690フィート（210メートル） 、高さ約23フィート（7メートル）^{[ 8 ]}、あるいは長さ760フィート（232メートル）、高さ約30フィート（9メートル）^{[ 9 ]}である。ダムによってロッホ・ガースの水位は20フィート（6.1メートル）上昇し、ロッホ・ファラリンと合流し、全長4.5マイル（7.2キロメートル）の合流貯水池はロッホ・モールと改名された。貯水池からの水は、フォイヤーズ川の元の流路に沿ってフォイヤーズ上流滝の頂上まで送られた。そこから0.5マイル（0.80キロメートル）にわたって岩盤を貫通するトンネルが掘られ、水は鋳鉄管を通って発電所へと送られた。パイプの直径は30インチ（76cm ）で、溝に敷設され、砂で覆われた。これによりタービンに350フィート（110m ）の水頭が与えられ、鋳鉄管がそ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ものの、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基のジラールタービンを駆動し、合計3.75MWの発電が可能であった。^{[ 7 ]}          

アルミニウムは1800年代初頭に初めて認識され、ボーキサイト鉱石からアルミニウムを抽出するプロセスは19世紀に開発されました。最も有望だったのは、フランスのPTLエルーとアメリカのCMホールがそれぞれ1886年から1887年にかけて独自に開発したエルー・ホール法でしたが、大量の電力を必要としました。このプロセスをイギリスで使用する権利は、1894年に設立されたブリティッシュ・アルミニウム社によって取得されました。アルミニウム1トンを生産するには約24MWhの電力が必要だったため、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。

水力発電による電力はアルミニウムの生産には十分すぎるほどで、1896年6月からは年間約200トンが生産された。アルミニウムは新製品であり、生産量が需要を上回ったため、電力は炭化カルシウムの生産にも使用され、フェロシリコン、炭化ケイ素、セリウム、マグネシウム、貴石の製造実験も行われた。^{[ 7 ]}

フォイヤーの工場は、エルー・ホール法が改良されるにつれて効率が着実に向上し、1904年までにアルミニウムの世界的需要が十分に増加したため、炭化カルシウムの生産は中止され、工場はアルミニウムのみを生産するようになった。^{[ 7 ]}しかし、その後キンロックリ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効率が良く、1954年からは、これらの工場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、「超高純度」アルミニウムを生産するために、この工場が使用された。これは最終的に非経済的になり、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ル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。^{[ 10 ]}

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、北スコットランド水力発電公社によって取得された。ジラード式タービンは 、本館に設置された単一の5MWタービンと発電機に置き換えられた。^{[ 10 ]} 2025年現在これは現在SSEが所有しているものの、引き続き稼働しており、年間約800万ユニット（GWh）を発電している。^{[ 1 ]}

ロッホ・モールは上流の貯水池を形成しており、ロッホ・モールダムはゴウラグ川への流出路に、ガースベグ堤防ダムはE川の流入路の近くにあります。1895年に建設された元のダムに対する唯一の変更は、集水域の拡大による越流リスクの増加を考慮して、ロッホ・モールダムの放水路を0.76メートル（2フィート6インチ）下げたことです。^{[ 3 ]}   

E川は1895年に建設された際にロッホ・モールに流れ込むように変更されました。揚水発電計画の建設中に集水域はさらに拡大され、隣接するフェクリン川の流量の一部を3.11 km (1.93 mi)の長さのトンネルを通してE川に流し込むことで拡大されました。平均流量が7.3 m ³ /s (260 cu ft/s)であるため、これにより年間93 GWhの追加発電量が得られます。^{[ 3 ]}トンネルは底部のコンクリートスラブを除いてほとんど裏打ちされていません。幅3.3 m、高さ3.5 m (11 ft x 11 ft 6 in) で、最大24 m ³ /s (850 cu ft/s)の水を流すことができ、これはフェクリン川の年間平均流量の4 + 1/2倍に相当します。 ^{[ 12 ]}               

低圧トンネルは、ロッホ・モールの上部制御施設と、ロッホ・ネスの上の丘陵にあるサージチャンバーを結んでいます。このトンネルには、グレン・リアスを横断する地上鋼管区間が含まれており、直径5.9m （19フィート） 、壁厚16mm （0.63インチ）です。鋼管はトンネル内に47.5m （156フィート）伸び、ロッホ・モールに向かって32.9m （108フィート）のサージチャンバーへと続いています。サージチャンバーはコンクリートで覆われており、直径18.6m （61フィート） 、高さ83m （272フィート）で、外径147～230m （482～755フィート）です。その下では、サージシャフトが垂直に下降し、発電所に向かう高圧トンネルに接続しています。直径7.3 m (24 ft)の高圧トンネルは、発電機までのおよそ 4 分の 1 の地点で 2 つのトンネルに分岐し、最後の半分は一般的に直径4.9 m (16 ft)の鋼製ライニングトンネルです。これらのトンネルは、最後の約75 m (250 ft)の区間で直径4.6 m (15 ft)に縮小し、 1: 1 + 1/2の傾斜を持ち、機械シャフトでは3.05 m (10.0 ft)になります。^{[ 3 ] [ 13 ]}                        

発電所は、フォイヤーズ川の北東約1 km (0.6マイル)のネス湖岸の限られた敷地に建設されています。2 基のタービンは、キャビテーションの影響を最小限に抑えるため、ネス湖の水位から35.1 m (115フィート)下のシャフトに設置されています。シャフトの直径は19.35 m (63.5フィート)、中心間の距離は39.3 m (129フィート)で、その間に岩の柱があります。各タービンには、ネス湖岸の下部制御施設に接続するドラフト チューブがあります。下部制御施設には、カウンターバランス式のフラップ ゲートとスモルトスクリーンがあります。^{[ 3 ] [ 13 ]}        

ネス湖は下流側の貯水池として利用されており、その巨大さにもかかわらず、上流側の貯水池を完全に満水にすると水位が0.3m（1フィート）低下する可能性がある。乾燥した天候では、これによりカレドニア運河のために建設されたテルフォード堰を越えてネス川に水が流れ込まなくなる可能性がある。そのため、南端にバイパス水路が建設され、高さ0.9m （3フィート） 、幅7.9m （26フィート）の制御ゲートが2つ設置された。^{[ 3 ]}      

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・水力技師を務めていた。^{[ 14 ]}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だと考えていたが、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だと勧告した。その頃には、フルトンの後任として、クルアチャンでの別の揚水発電計画の建設にも携わった経験を持つエンジニア、KR・ヴァーノンが就任していた。彼は、ハンターストンなどの大規模火力発電所を補完する揚水発電計画の熱心な支持者だった。^{[ 15 ]} 

フォイヤーズ計画は1968年に発表され、委員会が推進した40番目の建設計画となった。ロッホ・モールは上部貯水池、ロッホ・ネスは下部貯水池となる予定だった。ロッホ・モールの集水域は約30平方マイル（78 km ² ）であったが、フェクリン川とE川の流量の大部分を湖に迂回させることで、 80平方マイル（210 km ² ）に拡大される予定だった。クルアチャンと同様、このシステムはハイブリッド方式で、出力の約25%は集水域からロッホ・ネスに流れ込む水から得られ、残りは揚水発電によるものとなる予定だった。このプロジェクトの費用は約1億600万ポンドと見積もられ、同規模の火力発電所の約50ポンドに対し、1kW当たりの設置コストが35.2ポンドであったため、経済的に理にかなっていた。計画は1969年2月に議会に提出され、4月に承認された。^{[ 4 ]}  

ロッホ・モールとロッホ・ネスの間にある岩盤はひどく亀裂が入っており、トンネル掘削が困難で、サージシャフトを設置できるほど地盤が十分に高い場所はトム・アン・エイグの1箇所のみでした。そこで、曲線ルートをたどることで、ロッホ・モールからサージシャフトまでフォイヤーズ花崗岩を貫通する低圧トンネルを掘削することができました。しかし、ルートは低地の小さな谷であるグレン・リアスによって分断されており、岩盤の質が非常に悪かったため、パイプラインは短距離にわたって地表上に敷設されました。これにより、トンネル掘削を行うための追加の作業面が2箇所確保されました。低圧トンネルの長さは9,400フィート（2,900メートル）でした。サージシャフトから24フィート（7.3メートル）のトンネルが掘削され、そこから2本の鋼鉄製ライニングトンネルに水が供給され、タービンに水が供給されました。これらは深さ165フィート（50.2メートル）の楕円形の竪穴の底に位置しており、この配置は地域の景観の完全性を維持し^{[ 16 ]} 、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）にあるべきであるという計画条件を満たしていた^{[ 17 ] 。}    

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はエドモンド・ナトール社が獲得した。低圧トンネルの契約はダンカン・ローガン建設に発注されたが、同社は現場での作業開始から6か月後に倒産し、ナトール社がこの部分も引き継いだ。可逆タービンはボービング・アンド・カンパニー社が約200万ポンドの費用で供給した。サージシャフトは完成時、高さ約300フィート（91メートル） 、直径61フィート（19メートル）であった。コンクリートで内張りされたが、これは21日間24時間体制で作業し、油圧式昇降式シャッターを使用して一度に打設することで実現した。^{[ 18 ]}当初、275kVの送電線を発電所から離れた場所に敷設する計画だったが、そのルートに反対意見が出たため変更され、公聴会を経て、変電所はネス湖沿いに約3,000フィート（910メートル）先に設置され、発電所と変電所の間はケーブルが地下に埋設された。^{[ 19 ]}   

この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月に正式に開所しました。発電容量は305メガワットで、楕円形のシャフトの底部に設置された2基の150メガワット発電機と、フォールズ・オブ・フォイヤーズ発電所の5メガワット発電機で構成されています。タービンはパースにある制御センターから遠隔操作され、電力需要が急増すると、毎秒200トンの水を使用して30秒以内に300メガワットの発電を開始できます。需要が少ない時期には、タービンを逆回転させ、送電網から電力を供給してネス湖からモール湖に水を汲み上げ、次の需要増加に備えます。逆揚揚を可能にするため、発電所への水はもはや川の流れを使わず、ロッホ・モールから発電所まで伸びる2マイル（3.2km ）のパイプとトンネルを通して供給される。 ^{[ 20 ]} 

完成時の最終費用は、当初の見積もりの​​ほぼ2倍にあたる2億200万ポンドだった。しかし、増加分の60%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位置するこの地域の極めて困難な地質によるものだった。この計画は、北スコットランド水力発電委員会が実施した最後の計画となった。^{[ 21 ]}

ロッホ・モール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メートル）です。サージチャンバーから水は、深さ367フィート（112メートル）で低圧トンネルと同じ直径の垂直コンクリートシャフトを満たします。底部で直角に曲がり、鋼鉄製のライニングが施されたコンクリートトンネルとして続きます。その後、このトンネルは2つのより小さなトンネルに分岐し、これも鋼鉄製のライニングが施され、タービンの入口バルブで10フィート（3メートル）まで細くなっています。2002年、トンネルの1つで鋼鉄製のライニングの一部がコンクリートから剥離しました。これは、 ロッホ・ネスの水位より160フィート（49メートル）下の最終区間です。イギリスのシェフィールドにあるクヴァーナー・マーカム社の技術者が損傷した鋼鉄部分を切断し、再設計されたライニングを取り付けました。ライニング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されました。^{[ 22 ]}    

フォイヤーズの発電機セットは18kVの電力を生成し、それが発電所で275kVに昇圧され、地下の油入ケーブルで開閉所に接続されます。^{[ 23 ]}変圧器は2台あり、1台は1982年に製造され、もう1台は1台目の部分的な故障の後、1991年に設置されました。 ^{[ 24 ]} 2019年までに、元の変圧器は交換が必要になり、スコットランドの送電システムに残っている唯一の油入ケーブルの交換を含むシステムの合理化が決定されました。^{[ 25 ]}提案された解決策には、既存の発電所敷地のすぐ外にオフラインの新しい変圧器ステーションを建設することが含まれます。^{[ 26 ]}

2023年6月、SSEは送電網の制約時に発電量を削減するために過剰な料金を請求したとして、Ofgemから980万ポンドの罰金を科された。 ^{[ 27 ]}