منتزه فولسوم باورهاوس التاريخي الحكومي

تُعد حديقة فولسوم باورهاوس ستيت التاريخية موقعًا تاريخيًا يحافظ على محطة توليد الطاقة الكهرومائية التي تعمل بالتيار المتردد (AC) والتي يعود تاريخها إلى عام 1895 - وهي واحدة من أوائل المحطات في الولايات المتحدة.

قبل بناء محطة فولسوم لتوليد الطاقة، كانت جميع محطات توليد الطاقة الكهربائية تقريبًا تستخدم مولدات التيار المستمر التي تعمل بمحركات بخارية ، وتقع على بُعد أميال قليلة من أماكن الحاجة إلى الطاقة. لم يكن استخدام المياه المتدفقة لتوليد الطاقة الكهرومائية، ثم نقلها لمسافات طويلة إلى أماكن استخدامها، مجديًا اقتصاديًا في البداية، طالما أن الكهرباء المولدة كانت تيارًا مستمرًا منخفض الجهد. بمجرد اختراع التيار المتردد، أصبح من الممكن تحويل الطاقة الكهربائية إلى جهد عالٍ باستخدام المحولات التي تم اختراعها حديثًا ، ومن ثم نقلها اقتصاديًا لمسافات طويلة إلى أماكن الحاجة. يمكن الحصول على طاقة كهربائية ذات جهد منخفض، وهي أسهل وأكثر أمانًا في الاستخدام، بسهولة باستخدام المحولات لتحويل الجهد العالي إلى جهد منخفض بالقرب من أماكن استخدامها. لا يمكن استخدام محول لتغيير جهد التيار المستمر. كانت محطة فولسوم لتوليد الطاقة، تستخدم جزءًا من المياه المتدفقة لنهر أمريكان لتشغيل توربيناتها المتصلة بمولدات التيار المتردد التي تم اختراعها حديثًا، وتولد كهرباء تيار متردد ثلاثي الأطوار بتردد 60 هرتز (وهو نفس التيار المستخدم اليوم في الولايات المتحدة) والذي تم تعزيزه بواسطة محولات تم اختراعها حديثًا من 800 فولت عند التوليد إلى 11000 فولت ونقله إلى سكرامنتو عبر خط توزيع بطول 22 ميلًا (35 كيلومترًا)، وهو أحد أطول خطوط توزيع الكهرباء في الولايات المتحدة في ذلك الوقت.  

في سكرامنتو، كان يتم تحويل التيار المتردد ذي الجهد العالي (11000 فولت) إلى جهد أقل بالقرب من أماكن استخدامه. وكانت محطة فولسوم لتوليد الطاقة من أوائل الأمثلة على توليد كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية ونقلها بكفاءة اقتصادية إلى أماكن استخدامها. وقد أثبتت الطاقة الكهرومائية جدواها كمصدر اقتصادي للطاقة، على الرغم من بُعدها عن المستخدمين. تقع محطة فولسوم لتوليد الطاقة على بُعد 37 كيلومترًا (23 ميلًا) شمال سكرامنتو على نهر أمريكان في مدينة فولسوم . 

ظلت محطة توليد الطاقة تعمل حتى عام 1952، حين هُدم سد فولسوم الأصلي المُقام على نهر أميريكان لإفساح المجال أمام سد فولسوم الجديد الأكبر حجمًا . أُغلقت المحطة بعد 57 عامًا من التشغيل المتواصل. تبرعت شركة باسيفيك غاز آند إلكتريك، التي اشترت محطة توليد الطاقة الكهرومائية الأصلية عام 1902، بالمحطة ومعظم معداتها لولاية كاليفورنيا عند بناء سد فولسوم الجديد ومحطة توليد الطاقة الكهرومائية. صنّفت ولاية كاليفورنيا الموقع كمعلم تاريخي رقم 633. ^{[ 3 ]} أُنشئت الحديقة التاريخية التي تبلغ مساحتها 35 فدانًا (14 هكتارًا) عام 1956. [ 4 ] ^{صُنّفت محطة توليد} الطاقة كمعلم تاريخي وطني أمريكي عام 1981. ^{[ 2 ]} تبدو محطة توليد الطاقة المكونة من طابقين، والمبنية من الطوب والجرانيت، كما كانت عليه عام 1895. ولا تزال مولداتها الضخمة ولوحة التحكم ذات الواجهة الرخامية من تينيسي شامخة كما كانت قبل أكثر من مئة عام. تُقدّم صور تاريخية ومعروضات تفسيرية وجولات إرشادية من قِبل إدارة المتنزهات الحكومية في كاليفورنيا شرحًا لكيفية عمل محطة توليد الطاقة. ولا تزال بعض التوربينات المائية والمولدات الأصلية وغيرها موجودة في مكانها. ^{[ 5 ] [ 6 ]} 

قبل اختراع مولدات التيار المتردد والمحولات الكهربائية الحديثة، كانت مولدات التيار المستمر هي الوحيدة المستخدمة لتوليد الطاقة الكهربائية، وكانت محدودة بسبب متطلبات الجهد المنخفض، مما يحد من جدواها الاقتصادية لنقل الطاقة لمسافات قصيرة فقط. كانت نسبة فقد الطاقة أثناء النقل عند الجهد المنخفض كبيرة جدًا، مما جعل نقل الطاقة لمسافات طويلة غير عملي. ونتيجة لذلك، اقتصرت محطات توليد الطاقة الأصلية (آنذاك) على محطات توليد البخار المحلية، التي بُنيت داخل كل حي. كانت محطة شارع بيرل أول محطة توليد طاقة مركزية في الولايات المتحدة. تقع المحطة في شارع بيرل رقم 255-257 في وسط مانهاتن، على مساحة 15 × 30 مترًا (50 × 100 قدم)، جنوب شارع فولتون مباشرةً. بدأت المحطة بمولد تيار مستمر واحد يعمل بمحرك بخاري يعمل بالفحم، وبدأت بتوليد الكهرباء في 4 سبتمبر 1882، لتخدم في البداية حمولة أولية من 400 مصباح متوهج، يستخدمها 85 مشتركًا ضمن نطاق 3.2 كيلومتر ( ميلين) تقريبًا من المحطة. 

مع ظهور التيار المتردد، استُخدمت المحولات لرفع الجهد الكهربائي المُولّد إلى جهد أعلى بكثير لنقله، مما سمح بفصل محطات توليد الطاقة عن المستخدمين بمئات الأميال عند الحاجة. ويمكن بعد ذلك استخدام المحولات لخفض الجهد العالي للاستخدام النهائي. وقد رُوعي تقليل احتمالية حدوث أعطال في نقطة واحدة في تصميم المحطة. كانت مولدات التيار المتردد وتوربينات المياه المرتبطة بها ضخمة جدًا لدرجة أنه تعذر شحنها بالسكك الحديدية، فنُقلت بحرًا لمسافة 31,000 كيلومتر (19,000 ميل) حول رأس هورن . في 13 يوليو 1895، كان اثنان فقط من مولدات التيار المتردد الأربعة يعملان، عندما زودت المحطة مدينة سكرامنتو بالكهرباء لأول مرة عبر خطوط نقل بطول 35 كيلومترًا (22 ميلًا) ، مما جعلها من أوائل المدن في الولايات المتحدة التي تنقل الطاقة الكهرومائية لمسافات طويلة. ^{[ ٧ ]} سبقت محطة فولسوم لتوليد الطاقة محطة آدامز لتوليد الطاقة في شلالات نياجرا، حيث كانت تولد التيار الكهربائي المتردد لنقله محليًا وشحنه إلى بوفالو، نيويورك عام ١٨٩٧. ^{[ ٨ ]} عرض المعرض الدولي للتقنية الكهربائية عام ١٨٩١ في فرانكفورت، ألمانيا، مثالًا سابقًا على نقل الطاقة الكهرومائية بالتيار المتردد لمسافات طويلة. وتنافست شركتا وستنجهاوس إلكتريك وجنرال إلكتريك لتطوير معدات أفضل ونقلها إلى الولايات المتحدة.  

تم الحصول على المياه لمحطة فولسوم الكهرومائية الأصلية من سد تحويلي، يبلغ طوله 200 متر (650 قدمًا) ، وعرضه 7.3 متر (24 قدمًا) عند قمته، و 27 مترًا (87 قدمًا) عند قاعدته، وارتفاعه 27 مترًا (89 قدمًا) ، بُني عبر نهر أميريكان في تسعينيات القرن التاسع عشر. حوّل السد مجرى مائيًا كبيرًا إلى قناة تحويلية طولها 4 كيلومترات (2.5 ميل) تُعرف باسم القناة الشرقية. بلغ عرض هذه القناة 15 مترًا (50 قدمًا) وعمقها 2.4 متر (8 أقدام ) ، وكانت تحمل حوالي 2400 متر مكعب (85000 قدم ^مكعب ) من الماء في الدقيقة. كانت القناة موازية للنهر، لكن انحدارها كان أقل حدة، حيث ارتفعت تدريجيًا إلى حوالي 26 مترًا (85 قدمًا) فوق مستوى النهر. اكتمل بناء السد والقناة عام ١٨٩٣ تحت إشراف هوراشيو غيتس ليفرمور، الذي كان ينوي في البداية استغلال قوة المياه المتدفقة لتشغيل منشرة خشب. استعان ليفرمور جزئيًا بعمالة سجناء من سجن فولسوم الحكومي المجاور للمساعدة في بناء السد والقناة. وقد وفرت هندسة حوض القناة ونهر أمريكان لمحطة فولسوم لتوليد الطاقة ارتفاعًا هيدروليكيًا للمياه يبلغ حوالي ٢٦ مترًا (٨٥ قدمًا ) (كان حوالي ٢١ مترًا (٧٠ قدمًا) منها صالحًا للاستخدام) قبل إعادة تصريف المياه إلى نهر أمريكان. في البداية، لم يُستخدم سوى حوالي ١١ مترًا (٣٥ قدمًا) من هذا الارتفاع الهيدروليكي. تنتهي مياه القناة في حوض تجميع حيث يتم فصل الرواسب عن الماء، ثم تُضخ إلى أربعة أنابيب ضغط كبيرة قطرها ٢.٤ متر (٨ أقدام ) وأنبوبين أصغر. جميع أنابيب الضغط مزودة ببوابات مياه يمكن إغلاقها لإيقاف تدفق المياه عن أي توربين لأغراض الصيانة. كانت مولدات التيار المتردد، التي تُعد من بين أكبر المولدات التي صُممت وبُنيت حتى ذلك الوقت، تعمل عبر أربعة أنابيب ضغط مليئة بالمياه المتدفقة التي تُشغل أربعة توربينات كبيرة.             

صُنعت التوربينات المائية الأربع الكبيرة، التي تُعد من بين أكبر التوربينات التي بُنيت حتى ذلك الوقت، بواسطة شركة إس. مورغان سميث ووركس في يورك، بنسلفانيا . وكانت هناك قناتان صغيرتان بالإضافة إلى توربينات لمولدي التيار المستمر.

كانت المياه المتدفقة من نهر أمريكان، والتي تمر عبر أربعة توربينات مائية كبيرة، تشغل مولدات التيار المتردد الأربعة ، بينما كان توربينان آخران يشغلان مولدات التيار المستمر الأصغر.

تم توصيل التوربينات الأربعة الكبيرة مباشرة بمولدات التيار المتردد وتم التحكم في سرعتها عن طريق ضبط تدفق المياه، باستخدام منظم طرد مركزي ، للحصول على 300 دورة في الدقيقة - وهو ما يلزم لتوليد تيار ثابت بتردد 60 هرتز.

تُعدّ مولدات التيار المتردد الأربعة من أقوى آلات التيار ثلاثي الأطوار ذات العضو الدوار التي صُنعت على الإطلاق. اخترعها إيليهو طومسون حديثًا ، وكان وزن كل منها يقارب 30 طنًا (57,887 رطلًا) وارتفاعها 2.6 متر (8.5 قدمًا) . استخدمت هذه المولدات الأصلية للتيار المتردد العديد من مكونات مولدات التيار المستمر في تصميمها الأول. صُنعت مولدات التيار المتردد بقدرة 750 كيلوواط (1005 حصان) في مصنع جنرال إلكتريك الذي تم تأسيسه حديثًا في سكنيكتادي، نيويورك . 

كانت المولدات مزودة بمحركات دوارة تحتوي على 216 فتحة شعاعية قطرها 4 بوصات موزعة على محيطها. تحتوي كل فتحة على قضيبين حثيين مستطيلين معزولين بطول 3.5 قدم، لكل منهما طوره الخاص، دائرة داخلية مكونة من 216 قضيبًا ودائرة خارجية مكونة من 216 قضيبًا. تم ثني القضبان الحثية مرتين بشكل متداخل في نفس الاتجاه. يحتوي منتصف القضيب على جزء مستقيم بطول 3 أقدام، يمتد من مقدمة الدوار إلى مؤخرته. تتصل الدائرة الداخلية للقضبان بالدائرة الخارجية بواسطة وصلات توصيل صغيرة على مقدمة الدوار ومؤخرته. تتصل أطوار الدوار الثلاثة بست دوائر فرعية. تلتف كل دائرة من الدوائر الفرعية الست ثلاث مرات متتالية حول الدوار في حلزونات مسطحة يمينية.

كان مولد تيار مستمر صغير، مع مولد تيار مستمر آخر في وضع الاستعداد للاستبدال الفوري عند الحاجة، يُستخدم لتزويد مغناطيسات ملفات المجال الثابتة (غير الدوارة) البالغ عددها 24 مغناطيسًا في مولدات التيار المتردد بالطاقة. في حال تعطل أحد مولدات التيار المستمر أو حاجته للصيانة، يُمكن استخدام المولد الآخر. تم ربط جميع مولدات التيار المتردد الأربعة ببعضها البعض، وعندما ازداد الطلب على المدى الطويل، تبيّن أن ربط المولدات معًا يُحسّن التحكم في التردد من خلال مزامنة عملها.

للسماح للعملاء باستخدام الساعات الكهربائية التي يتم تنظيمها بواسطة محركات متزامنة، تمت إضافة "مؤشر" التردد إلى لوحة مفاتيح محطة الطاقة.

• 
  مؤشر تردد محطة فولسوم للطاقة

للسماح بتوصيل المولدات الكهربائية وشبكة الطاقة بالتوازي ، تمت إضافة جهاز مزامنة إلى لوحة المفاتيح.

• 
  منظار فولسوم

تم تحويل الطاقة الكهربائية المتناوبة المولدة (حوالي 4020 حصانًا أو 3 ميغاواط ) في محطة فولسوم الكهرومائية إلى 11000 فولت في المحطة نفسها بواسطة اثني عشر محولًا جديدًا (تم اختراعه عام 1895) مبردًا بالهواء، من ابتكار ويليام ستانلي الابن. ثم نُقلت الطاقة إلى سكرامنتو عبر اثني عشر سلكًا نحاسيًا مكشوفًا من النوع رقم 1 AVG، مثبتة بعوازل خزفية على عوارض متقاطعة مثبتة على مجموعتين من أعمدة خشب الأرز بطول 12 مترًا (40 قدمًا ) . سمحت هذه الأسلاك المتعددة باستخدام أربعة خطوط ثلاثية الطور مستقلة، مما أتاح إجراء الإصلاحات والصيانة والتركيبات الجديدة دون الحاجة إلى إيقاف تشغيل النظام بالكامل. وُضعت الأعمدة على مسافة 32 مترًا (105 أقدام) تقريبًا لتمديد خطوط الطاقة، بينما مُدّت خطوط الهاتف أسفلها. وبمجرد وصول الطاقة عالية الجهد إلى سكرامنتو، كانت تُشحن إلى مكان قريب من موقع استخدامها، ثم تُخفض إلى جهد أقل للاستخدام، تمامًا كما تُشحن وتُستخدم الطاقة الكهربائية اليوم. بحلول عام ١٨٩٥، تم بناء ما يقارب ٩٠٠ خط سكة حديد كهربائي في الولايات المتحدة، ونحو ١١٠٠٠ ميل (١٨٠٠٠ كيلومتر) من السكك الحديدية، ما جعلها آنذاك من أكبر مستهلكي الطاقة الكهربائية. كانت محركات التيار المستمر ، المستخدمة في عربات الترام الكهربائية ، محدودة الاستخدام، حيث كانت تقتصر على بضعة أميال فقط من مولدات التيار المستمر. وعلى الرغم من هذه القيود، أصبح التيار المستمر ذا فائدة كبيرة. ^{[ ٩ ]} استُخدم محول دوار ، وهو نوع من مولدات المحركات، لتحويل التيار المتردد إلى تيار مستمر لتزويد السكك الحديدية بالطاقة الكهربائية من مصدر تيار متردد. كما كانت المصانع من كبار مستهلكي الطاقة.   

كان تحويل جهد التيار المتردد إلى جهد عالٍ لنقله لمسافات طويلة، وخفضه إلى جهد منخفض في المواقع القريبة من أماكن استخدامه، وسيلةً جذابةً للغاية للوصول إلى مصدر طاقة جديد. وقد سمحت التحسينات في تصميم المحولات باستبدال المحولات الأصلية المبردة بالهواء في محطة فولسوم لتوليد الطاقة عام 1900 بمحولات أكثر كفاءة مبردة بالزيت.

تم تقديم محرك الحث الكهربائي ذي التيار المتردد بشكل مستقل عام 1888 على يد غاليليو فيراريس ونيكولا تيسلا ، وبحلول عام 1895 بدأ يُتيح للطاقة الكهربائية أن تحل محل البخار كمصدر للطاقة. سمح محرك الحث باستخدام التيار المتردد مباشرةً دون أي تحويلات. كانت المصانع المختلفة أول من استخدم محركات التيار المتردد بكثافة، حيث استبدلت عادةً محطات توليد الطاقة البخارية لديها. وقد ساهم التيار الكهربائي المتردد وسهولة تحويله باستخدام المحولات من جهد منخفض إلى جهد عالٍ والعكس في إنشاء شبكات الكهرباء واسعة الانتشار التي نستخدمها اليوم بشكل روتيني في العديد من المهام.

في التاسع من سبتمبر عام 1895، تم الاحتفال بالطاقة الجديدة التي وفرتها محطة توليد الطاقة في "كرنفال كهربائي كبير" تم فيه تزيين مبنى الكابيتول بولاية ساكرامنتو بآلاف المصابيح الكهربائية احتفالاً بالذكرى الخامسة والأربعين لانضمام كاليفورنيا إلى الولايات المتحدة. ^{[ 10 ]}

في عام ١٨٩٧، شُيِّدت محطة توليد طاقة ثانية أسفل المحطة الأصلية لاستيعاب مولد تيار متردد إضافي بقدرة ٧٥٠ كيلوواط، وذلك لتلبية الطلب المتزايد على الكهرباء في ساكرامنتو، سواءً للمنازل أو وسائل النقل العام. وكان هذا المولد مفصولًا عن التوربين الذي يُديره بواسطة نظام بكرة وحبل بطول ٦.١ متر تقريبًا . ومع ازدياد استخدامات الكهرباء وتزايد عدد مستخدميها، بحلول أوائل القرن العشرين، تجاوز الطلب على الكهرباء في ساكرامنتو والمدن المجاورة لها قدرة محطة فولسوم الموسعة. لذا، بُنيت محطات كهرومائية وسدود أكبر على طول أنهار يوبا وفيذر وتولومني لتوفير الطاقة لشمال كاليفورنيا . وفي عام ١٩٠٢، اشترت شركة كاليفورنيا للغاز والكهرباء، ومقرها سان فرانسيسكو، محطة فولسوم . وعندما أُعيد تنظيم الشركة لتصبح شركة باسيفيك للغاز والكهرباء عام ١٩٠٦، قامت بتحديث محطة توليد الطاقة وخزان المياه . 

• محطة توليد الطاقة أولد فولسوم أ
• السجل الوطني للأماكن التاريخية
• قائمة المعالم التاريخية للهندسة المدنية
• قائمة المعالم التاريخية للهندسة الميكانيكية
• قائمة حدائق ولاية كاليفورنيا
• مولد التيار المتردد ذو العضو الدوار

• محطة فولسوم للطاقة
• أصدقاء محطة فولسوم للطاقة ( أرشيف بتاريخ ٢٧ مايو ٢٠١٤) على موقع Wayback Machine
• السجل التاريخي للهندسة الأمريكية (HAER) رقم CA-66، " محطة فولسوم لتوليد الطاقة، بجوار نهر أمريكان، فولسوم، مقاطعة ساكرامنتو، كاليفورنيا "، 74 صورة، 26 شريحة ملونة، 7 صفحات شرح للصور