セントアンソニーフォールズ水力発電開発

ミネソタ州ミネアポリスにあるセントアンソニー滝は、ミシシッピ川で唯一の自然の滝です。ヨーロッパ人の子孫がこの地域に定住し始めた頃から、セントアンソニー滝は水力発電に使われてきました。最初に入植を許可されたのはフォートスネリングで、1820年に建設が始まりました。^[1]製材所は1821年に、製粉所は1823年に稼働しました。^[2]滝の脇の土地が利用可能になるとすぐに、滝の水力を利用する目的で購入されました。最初は製材所が滝を覆い、切断された木材はミシシッピ川を下りました。1870年以降は製粉工場がこの地域を独占し始めました。^[3] 1880年から1930年まで、この地域は米国で最大の小麦粉生産地でした。^[4] 後年、一部の電力は蒸気から供給されましたが、1923年には使用された水力の半分が小麦粉製粉に使用されました。 ^[5]他の産業でも水力は利用されている。

水力発電は1881年というかなり早い時期に始まり、水力権を所有していた企業は1894年/1911年、1895年、1908年に3つの初期の大規模水力発電所を奨励または開発しました。比較すると、世界初の大規模電力生産は1895年に始まったナイアガラの滝のアダムス（テスラ）発電所で、交流を使用していました。交流が使用される前は、大規模な発電は現実的ではありませんでした。3番目の発電所が1908年に稼働した後、使用される水力の45％が水力発電用でした。^[6]歴史的なセントアンソニーフォールズ発電所の1つは現在も稼働しています。

この記事で紹介されている記事の多くは、国家歴史登録財に登録されているセントアンソニーフォールズ歴史地区にリソースを提供しています。

約 13,000 年前、ウォーレン氷河がアガシー氷河湖から大量の水を流し、ミシシッピ川を遡り、ミネソタ川を遡る滝が生まれました。13,000 年前にセントポールを通過したとき、この滝は想像を絶する幅 2,700 フィート、高さ 175 フィートでした。10,000 年前にこの滝がミシシッピ川とミネソタ川の合流点を通過したとき、ミシシッピ川から北に約 180 フィートの高さの滝を残しました。この滝はミシシッピ川を遡り、深い峡谷を形成しました。この滝の跡はセント アンソニー滝に残っています。^{[2] [7]}

滝 (またはダム) から得られる力は、流量と「落差」によって決まります。落差とは、滝の上にある池と滝の下の水位の差です。セント アンソニー滝の落差は、滝と馬蹄形ダムを含めて 49 フィートです。6 マイル下流のフォード ダム (第 1 閘門ダム) の落差 (揚程) は 38 フィートで、これはミシシッピ川下流のどのダムでも最大 (または同率) の揚程です。滝、下流ダム、フォード ダムを含む短い 6 マイルの標高の自然降下は 97 フィート、馬蹄形ダムを含めると 111 フィートです。^[8]これらはすべて「大滝」の残骸です。そして、これはセント アンソニー滝からミシシッピ川の最後の閘門ダムの下までの標高の変化の 25% 以上です。

滝の水力発電を開発した企業は、東側と西側の開発地域に水を分けるため、滝の上に V 字型のダムを建設しました。ダムによって「落差」も増加しました。アッパー (ホースシュー) ダムはこれらのダムの後継です。イーストマン トンネル^{[9] [10]}の災害は堤防で修復されましたが、同時に滝は傾斜した木材のエプロンで覆われました。現在のコンクリートの放水路はそのエプロンの後継です。

セントアンソニーフォールズ水力発電の使用権は、西岸と東岸の土地所有者によって管理されていました。ミネアポリス水車会社 (西岸) とセントアンソニーフォールズ水力発電会社 (東岸) は、1856 年にミネソタ準州議会によって認可され、それぞれに川に流れる水の半分を使用する永久的な権利が与えられました。これらの水力発電会社は、実際に水を使用する会社に特定の流量 (「水車電力」単位) をリースしました。これらの水力発電の権利は現在 NSP が所有しています (下記の NSP を参照)。ただし、ミネアポリスから取得した一部の権利はセントアンソニーフォールズ研究所が所有しています 。^[9]クラウンハイドロが運営する場合は、NSP から権利をリースする必要があります。ピルズベリー A 工場は、現在の所有者に権利をリースしています (また、A 工場にはクラウンハイドロ プロジェクトよりも優先的に水を使用する権利が与えられるはずです)。現在、滝の水力発電を利用しているのは、NSP（ヘネピン島水力発電所）、セントアンソニー滝研究所、ピルズベリーAミルプロジェクトのみである。 ^[11]

その後、FERC（連邦エネルギー規制委員会）が水力発電プロジェクトの認可を行いました。この地域には4つのFERC認可があります ^[12] ヘネピン島水力発電所、A-ミルプロジェクト、下流ダムのSAF、および提案中のクラウンハイドロプロジェクトです。

「東岸」と「西岸」は、川がまっすぐになった場合の姿であることに注意してください。この地域では、「西」岸は川の南側です。それ以外の方向は、通常のコンパス方向です。

1881 年、ピルズベリー A ミルにブラシ水力発電所が追加されました。これはおそらく世界初の製粉工場の設備でした。ウォッシュバーン ミルと他のいくつかの建物には独自のブラシ システムが設置されました。ブラシ システムはアーク灯に電力を供給する発電機でした (これは白熱灯が実用化される直前のことでした)。

ミネソタ・ブラッシュ・エレクトリック社は、西岸のアプトン島に発電所を建設した。1882年9月から発電を開始し、最終的には5台のブラッシュ水力発電機を使用して発電を開始し、米国で3番目の水力「中央発電所」（複数のユーザーに電力を供給する）水力発電所となった。^[13]すぐにミネアポリスの街灯が追加され、ブリッジスクエアには高さ257フィートの塔が建てられた。比較のために、エジソンのパールストリート発電所も1882年9月に電力の生産を開始した（蒸気を使用）。ブラッシュ中央発電所は長い間存在しなかっただけでなく、1960年代に水門が設置されたときにアプトン島の遺跡も取り除かれた。^{[14] [15]}

水力は完全に信頼できるものではなかったため、1894年に発電機は3番街北とウェストリバーロード近くのウェストサイド発電所 ^[9]に移されました。これはミネアポリスで最初の蒸気動力発電所でした。1886年に白熱灯用の発電機が追加されました。1895年に発電機はメインストリート駅に移されました。^[16]

ウィリアム・デ・ラ・バールは水力発電会社の主任技師でした。彼は滝の西側での水力利用の効率を最大化することに関心がありました。その方法の 1 つは、導水路を拡大し、タービンを滝の下の水位近くに配置して、使用される「落差」を最大化することでした。目標は「落差」全体を使用することでした。

西岸の「動力運河」は、多数の工場に水を供給していました。東岸は水力利用の効率があまり良くありませんでした。そこには、巨大なピルズベリー A 工場と別の工場に水を供給するトンネルがありました。さらに、滝の端で操業する製材所もありました。デ ラ バールは、水力発電の可能性に気づきました。彼は、ミネアポリス ゼネラル エレクトリックに水力の一部をリースすることを提案しました。GE は、それを、焼失した製材所を含む他の水利権と組み合わせて、滝にメイン ストリート ステーションを建設しました。このステーションは、1894 年から 1895 年にかけて建設されました。発電量の約 38% は水力によるものでした (残りは蒸気でした)。

最初の発電所は火災で焼失し、1911年に新しい発電所が建設された^[9]。この発電所は水力のみを使用して3台の480kW発電機を稼働させた。この発電所は市の「主要発電施設」であったため、ミネアポリス・ゼネラル・エレクトリック社は発電所を早急に再稼働させたかった。その結果、3年前に建設された1908年のヘネピン島水力発電所よりも大幅に原始的な発電所が完成した。タービンは火災を生き延びて再利用された。そのため、新しい発電機は「ロープ駆動」（駆動ベルトとして使用されるロープ）で駆動する必要があり、電力生産量はヘネピン島発電所よりもはるかに少なかった。^[17]発電所は1968年まで電力を生産し続けた。写真に示されているように、発電所はメインストリート206番地で非常によく見える。取水門のある片側は上部の池に面している。その側を保護するために2000年にダムが建設された（現在は水力発電公園への入り口となっている）。^{[18] [19] [20] [11]} 工場の目に見える部分は、滝を形成する石灰岩の頂上より上にあります。川の東側の水路（ヘネピン島の周り）は、工場がある場所を通り、工場から約300フィート下流の東側の水路の滝 ^{[9] [21]}を越えて流れ ていました。工場はヘネピン島と東岸の間に建設されました。

メインストリート駅のすぐ後に、デ・ラ・バールは滝の約半マイル下に「下ダム」と下ダム水力発電所を建設しました。建設は1895年から1897年にかけて行われました。これはミネソタ州で水力発電専用に建設された最初のダムであり、州内の他のどの発電所よりもはるかに大きな電力容量の発電所がありました。この発電所では、タービンと発電機を、それまで一般的だったベルト駆動ではなく、革新的な水平シャフトで直接機械的に接続していました。^{[17]電力は路面電車会社 (} TCRT )に販売され、同社は1889年から古い路面電車を電気路面電車に置き換えていました。発電は35 Hz (発電機8台) と直流 (発電機2台) で、19フィートの落差を使用して8.5メガワットでした。

1950年頃、電気路面電車はバスに置き換えられ、TCRTは電力を購入しなくなりました。同時に、工兵隊はダムを再建し、閘門と補助閘門を追加し、24フィートの高水位を作りました。1953年までに、発電所は60Hz、8.25メガワット、垂直シャフトを使用した10台の発電機に改造されました。1956年に完成した新しいダムには、発電所を含む古いダムのセクションが組み込まれました。^[22]

1987年、発電所の下に大きな穴が開き、上部の池の水が流れ出しました。発電所は損傷し、1988年に撤去されました。発電所の再建は不可能と判断されました。（下部ダムはセントアンソニーフォールズ歴史地区の外にあります。）^{[23] [24] [25] [11]}

同じ地域では、 1903 年にストーン アーチ橋の東岸に南東蒸気工場が建設され、これも路面電車に電力を供給するために使用されました。

最近では、下流のダムの補助閘門に水力発電システムが設置されました。ブルックフィールド/SAFハイドロパワーによるこのプロジェクトは8.98メガワットで、2011年12月に稼働を開始しました 。 ^[26]
FERCライセンス12451は、プロジェクト「Lower St. Anthony Falls」のために2016年に「SAF Hydroelectric」に発行され、2056年に期限切れとなります。

1906年から1908年にかけてのデ・ラ・バールのもう一つのプロジェクトでは、ヘネピン島水力発電所を設計し建設した。^[9] ヘネピン島の中心近くにあり、あまり目立たない。400フィートの導水路が発電所と上部の池を結んでいる。

この発電所は米国で初めて「余剰電力」を利用した発電所でした。水力発電の利用者は、指定された流量に対する権利を持っていました。発電所は、その総量を超える流量で稼働しました。

この発電所は当初、水平軸直結発電機 4 台を使用して 35 Hz、9.9 メガワットの電力を生産していました。全出力はミネアポリス ゼネラル エレクトリックにリースされ、同社はそれを路面電車システムに転貸しました。

1955 年に路面電車がバスに置き換えられたため、発電所は 60 Hz に変更され、5 台目の発電機が追加され、総容量は 12.4 メガワットになりました。5 台目の発電機は垂直軸で、タービンは発電機の下にあります。これにより、タービンは水平軸のセットアップよりも低いレベルに配置され、利用可能なヘッドをより有効に活用できます。垂直軸の設置は、発電機ローターの重量に耐えられるベアリングが開発されるまでは実用的ではありませんでした。

回転タービンの「ランナー」が交換され、発電機が巻き直され、2013 年に完了しました。歴史的なタービンの外殻は影響を受けませんでした。変更により、容量は 12.4 メガワットから 13.9 メガワットに増加し、最大流量は 4,025 cfs から 4,366 cfs に増加しました。

これは現在も稼働している唯一の歴史的な工場である。^{[27] [28] [29] [11] [30]}

FERC ライセンス 2056 は、2004 年に「Northern States Power Co (MN)」に「St. Anthony Falls」プロジェクト用に再発行され (2011 年に修正)、2034 年に期限切れとなります。このライセンスは、馬蹄形ダムや、馬蹄形ダムから東岸までのヘネピン島の端にまたがるダムなど、滝の重要な部分もカバーしています。過去には、メイン ストリート ステーション、下ダム、および Consolidated Hydro がこのライセンスの対象となっていました。

西岸の製粉工場が滝を離れ、建物が取り壊されると、ノーザン ステイツ パワーは 7 つの工場のタービンを使用して 2.73 メガワットの電力を発電しました。これは統合水力発電所と呼ばれていました。滝の水門の建設により、水力発電所の導水路である「電力運河」が遮断され、統合水力発電所は 1959 年に廃止されました。^{[31] [32] [11]}

ピルズベリー「A」ミル^{[9] [33]} は、メインストリートとサードアベニューサウスイーストの東岸にあります。1881年に建設されたこのミルはメインストリートにそびえ立ち、40年間世界最大の製粉工場でした。導水路トンネル^[9] 、 2基のタービン用の2つの落差ピット、および2つの放水路トンネルがありました。導水路の上部半分を除いてすべて岩盤で造られています。^{[34] [35]} ミルは1955年に水力発電の使用を終了し、2003年に小麦粉の生産を終了しました。^[36]

2015年、ドミニウム社によって、この工場は収入制限のあるA-ミル アーティスト ロフトに改装されました。この改装の一環として、より大きな導水路トンネルに直径5フィートの水圧管、東の立坑にタービンと発電機、より大きな東の放水路トンネルにコンクリート導管を備えた水力発電所が設置されました。このプロジェクトで目に見えるのは、セカンドアベニュー サウスイーストの川岸にある取水口とゲート ドライバー、および東の放水路トンネルから排出される水だけです。最大0.6メガワットの発電量で、ピルズベリーが使用する水力の約17%に相当します。^[37]オンライン 2016年。^{[38] [39]}

FERC ライセンス 14628 は、2015 年に「Minneapolis Leased Housing Assn IV」に発行され、プロジェクト「A-mill Artist Lofts」用に 0.6 メガワットで、有効期限は 2065 年です。

ノーザン ステイツ パワー社は、この記事で紹介した歴史的な水力発電プロジェクトの企業後継者であり、歴史的資産である 3 つの水力発電所 (1 つは現在も稼働中、1 つは取り壊し済み) と水利権の大部分を引き継いだ。

ミネソタ・ブラッシュ・エレクトリック・カンパニーは1893年までにミネアポリス・ゼネラル・エレクトリック・カンパニーに吸収された。1912年にコンシューマーズ・パワーがミネアポリス・ゼネラル・エレクトリック・カンパニー（およびメインストリート・ステーション）を買収した。コンシューマーズ・パワーは1916年に再編され、ノーザン・ステイツ・パワーとなった ^[40]

セントアンソニーフォールズ水力発電会社は、ローワーダム水力発電所、その後ヘネピン島水力発電所を建設した。セントアンソニーフォールズ水力発電会社とミネアポリスミル会社は、1889年にピルズベリーウォッシュバーン製粉会社に合併した。資産は1923年にピルズベリー製粉会社に引き継がれ、その年、水力発電会社（およびローワーダム水力発電所、ヘネピン島水力発電所と水力発電権）はノーザンステイツパワーの子会社に売却された。水力発電会社は1937年にNSPの直接の一部となった。 ^{[41] [42]}

NSPは2000年に合併によりXcel Energyの一部となった。 ^[43] 現在はNorthern States Power Company（d/b/a Xcel Energy）となっている。

NSP/Xcel は、FERC の認可を受け、エプロン/放水路、馬蹄形ダム、上部の池を保持する複数のダムなど、滝の維持管理に責任を負っています。(イーストマン トンネルの災害を修復した堤防は含まれません。)

2004 年の FERC ライセンス更新では、NSP (ヘネピン島発電所) の滝の最小流量を 2 インチの深さにする必要があります。これは、約 100 cfs (立方フィート/秒) の流量に相当します。流量がこれより低くなった場合、NSP は水量を減らす必要があります。実際の要件は、冬ではなく、日中に人が居そうなときにのみ流量が必要であるというものです。

改訂された A ミル FERC ライセンスにより、A ミルは、NSP の要件を超える流量がある場合でも水を使用できるようになりました。滝の流量要件は 100 cfs と同じです。

2004年のNSPライセンス更新では、NSPが流量を決定する美観流量適正計画を実行することも義務付けられています。これには、さまざまな流量の写真を使用して滝の住民から意見を調査することが含まれます。NSPからFERCへの報告書は2017年3月30日に発行され、常に最低300 cfsの流量を推奨しています。 ^[44]ミネアポリス公園委員会 やその他の団体は、最低2000 cfsの流量を望んでいます。FERCは最終的に最低流量を決定する予定です（2019年5月6日までに決定されていません）。これは現在、注目されている問題です。 ^{[45] [46]}

クラウン ハイドロの当初の FERC ライセンスは、合計 3.4 メガワットの発電機 2 台を対象としており、発電機は西岸のクラウン ローラー ミル ビルに設置され、おそらく元の水車ピットと放水路を使用していた。クラウン ハイドロはビルの所有者と合意に達することができなかった。

その後、クラウン ハイドロは、発電機を旧フジヤ レストランの敷地に設置するライセンス変更を提案しました。ミネアポリス公園委員会は、その敷地は自分たちが所有していると主張し、変更に反対しました。FERC は、公園委員会が敷地を所有しており、クラウン ハイドロにはその敷地を使用する方法がないと判断しました。

クラウン・ハイドロはその後、クラウン・ローラー・ミルの北約250フィート、陸軍工兵隊所有地（閘門関連）に発電機を設置するという別のライセンス変更を提案した。この場所は、特に新しい放水路トンネルによって、数多くの歴史的建造物に影響を及ぼす可能性がある。これには、セクション106の見直し（アイダ・ドーシー・ボルデロなどの歴史的に重要な建造物を保護する）が必要である。見直しは進行中である。しかし、このプロジェクトには公園委員会を含め、強い反対がある。 ^[47]

FERC ライセンス 11175 は、1999 年に「Crown Hydro. LLC」に発行され、3.4 メガワットの「Crown Mill」プロジェクト用に 2049 年に期限切れとなります。

シンフォニー・ハイドロは、閘門の1つに発電機パネルを設置することを提案している（閘門は「飛び回る鯉」を制御するために休止している）。発電能力は3.4メガワットになる。この提案は、現在20年が経過しているクラウン・ハイドロのプロジェクトが進展すれば取り下げられるだろう。シンフォニーはFERCの予備許可を取得しており、まだ存続しているようだ。 ^[48]

• セントアンソニーフォールズ歴史地区
• ピルズベリー A-ミル

• 「セントアンソニーフォールズ水力発電の実現可能性報告書」。陸軍工兵隊。1984年。37、138～140ページ。2019年4月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。2019年4月1日閲覧。
• ヘス、ジェフリー（1991年2月1日）。「ミネソタ州の水力発電施設、1881-1928」。国立公園局。 2019年6月1日閲覧。

• コディントン、ドン、ヘス、ジェフリー。「セントアンソニーフォールズ歴史地区の国家歴史登録財への登録申請」。(1971年、1991年) US-DOI-NPS 。 2019年4月1日閲覧。
  

ミネアポリス市が国立公園局に提出した、セント アンソニー フォールズ歴史地区を国家歴史登録財に登録する申請(登録されました)。

1971 年のオリジナルのセクションと、1991 年に追加されたかなり長いセクションで構成されています。本のようには読めませんが、地区の重要性に関する詳細な情報と「貢献リソース」の説明が含まれています。特に興味深いのは、サイトと、その中にある (またはあった) 機器の説明です。

• ケイン、ルシール (1987)。『セントアンソニーの滝: ミネアポリスを築いた滝』ミネソタ歴史協会。

滝の開発に関する標準的な歴史を、脚注を多用して解説しています。

• アンフィンソン、ジョン、他 (2003)。「歴史の川：ミシシッピ川の歴史的資源研究」（PDF）。NPS。COEとNPS - 国立河川レクリエーション地域。 2017年2月22日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2023年1月1日閲覧。

• Finance and Commerce（2016年6月3日）。「ピルズベリーAミル水力発電所の見学」。YouTube 。 2023年6月1日閲覧。
  

0 - 1:08 直径 5 フィートの新しい水圧管を備えた導水路トンネル。取水池から地下室へ出る。

1:08 - 1:19 制御装置を備えた機械室

1:19 - 1:49 地下からタービンピットの底まで降りる

1:41 下のタービンから上の発電機までの回転軸

• ゼネラル・ミルズ (2017)。「水力発電プロジェクト/ピルズベリーAミル」。YouTube 。 2023年6月1日閲覧。

ドミニウムが開発した 2016 年アーティスト ロフト水力発電所用の新しい 5 フィート径の水圧管を備えた歴史的な導水路トンネルが含まれています。1:05

• monotonist (2019). 「ミネソタ州ミネアポリス、ヘネピン島の水力発電所」。YouTube 。 2023年6月1日閲覧。

ドアーズ オープン ミネアポリス (2019) 中のヘネピン島水力発電所のツアー 3:17