關(guān)于電能的輸送方式,是采用直流輸電還是交流輸電,在歷史上曾引起過很大的爭論。美國發(fā)明家愛迪生、英國物理學(xué)家開爾文都極力主張采用直流輸電,而美國發(fā)明家喬治·威斯汀豪斯和英國物理學(xué)家費(fèi)朗蒂則主張采用交流輸電。
1887年,極富事業(yè)心的匹茲堡市(Pittsburgh)實(shí)業(yè)家喬治·威斯汀豪斯意識(shí)到了交流電應(yīng)用的價(jià)值,聘請尼古拉·特斯拉開發(fā)交流電系統(tǒng),并購買了特斯拉的7項(xiàng)專利,包括發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線、多相電機(jī)和照明設(shè)備的一套綜合交流系統(tǒng)。同時(shí)他的西屋電氣公司也配置好設(shè)備,準(zhǔn)備制造、銷售先進(jìn)的交流電成套系統(tǒng)。
1888年,愛迪生團(tuán)隊(duì)將其注意力集中到了交流電的不安全性上面,并不斷地對交流電系統(tǒng)發(fā)起進(jìn)攻,宣揚(yáng)直流電具有明顯的“絕對安全性”。哈羅德P·布朗(Harold P. Brown)是一位自學(xué)成才擁有“教授”職稱的工程師,平時(shí)以所謂公共安全倡導(dǎo)者的身份出現(xiàn)。他受到了直流電支持者的某些幫助和鼓勵(lì),反對交流電。布朗曾在弗吉尼亞州(Virginia)和俄亥俄州(Ohio)當(dāng)著公眾將動(dòng)物電死,以證明交流電的影響。他還曾力勸紐約電氣控制委員會(huì)禁用300V以上的交流電。在堅(jiān)持低壓直流電絕對安全這一觀點(diǎn)的同時(shí),他還對300V以上的交流電進(jìn)行了譴責(zé),把它說成是“該死的東西”。愛迪生本人完全贊同禁用交流電,或至少將電壓限制在300V以下。
大約在同一時(shí)間,布朗推動(dòng)了紐約州用交流電作為電刑以代替絞刑處死罪犯的方法。雖然當(dāng)時(shí)有人認(rèn)為電刑是無痛的、瞬間的,因?yàn)殡姷膫鞑ニ俣鹊扔诠馑?,但是?dāng)時(shí)人們并不知道致人死亡所需的電壓或電流究竟有多高。第一批電椅安裝在紐約州北部地區(qū)的奧本州立監(jiān)獄(AuburnState Prison)。這把電椅采用的是西屋公司的二手發(fā)電機(jī),是布朗通過愛迪生公司的財(cái)政支持暗中收購來的。威斯汀豪斯的西屋公司不會(huì)自覺自愿或明明白白地為紐約的電椅提供發(fā)電機(jī)。1890年8月6日,第一例電刑在殺人兇手威廉·克姆勒(WilliamKemmler)身上執(zhí)行,他因持斧頭殺人被判死刑。據(jù)報(bào)道,由于電壓調(diào)節(jié)效果不好,這次電刑的執(zhí)行非??膳?。克姆勒先遭受了1300V的交流電,持續(xù)了17秒。當(dāng)發(fā)現(xiàn)他仍然活著時(shí),又向其施加了大約2000V的交流電,直至其身體開始燃燒。第二次通電被證明是致死因素?!巴雇『浪剐蹋╓estinghousing)”一詞曾經(jīng)是電刑的代名詞,但該術(shù)語未長久保留。
就在愛迪生攻擊交流電的那幾年時(shí)間里,威斯汀豪斯的工程團(tuán)隊(duì)花了大量時(shí)間,對交流電系統(tǒng)進(jìn)行完善,1888年,西屋公司的一位主管工程師奧利弗B·沙倫伯格(Oliver B. Shallenberger)開發(fā)了一種交流電磁盤計(jì)。該磁盤計(jì)是一種直接讀數(shù)式計(jì)量計(jì),優(yōu)于愛迪生在直流系統(tǒng)中所采用的電解庫侖計(jì),贏得了交流保衛(wèi)戰(zhàn)的一場勝利。另外,1892年全面開發(fā)出了兩相、三相交流輸配電系統(tǒng)。
逐漸,關(guān)于交流電不安全的說法已漸漸平息。喬治·威斯汀豪斯后來回憶說:“愛迪生認(rèn)為直流電就像平靜地流向大海的一條河流,而交流電就像急速流過懸崖峭壁的湍流?!?/p>
工業(yè)上首次利用交流輸電是在1891年。威斯汀豪斯的西屋公司安裝了一條3kV的單相輸電線路,長度大約為3英里,起于一臺(tái)水輪發(fā)電機(jī),止于科羅拉多州特柳賴德的金王磨礦機(jī),海拔高度超過9000英尺。碎礦機(jī)由一臺(tái)100馬力的同步電機(jī)提供動(dòng)力。特柳賴德之所以有機(jī)會(huì)使用電力,是因?yàn)楫?dāng)?shù)厝鄙傩讲?,而且向這個(gè)偏遠(yuǎn)地區(qū)運(yùn)輸煤炭來制造蒸汽動(dòng)力的成本又較高。如今,這條輸電線路已成為美國電氣與電子工程師協(xié)會(huì)(IEEE)的一個(gè)里程碑。該項(xiàng)目是電氣工程史上的重大成就,具有明顯的象征意義和紀(jì)念意義。同年,一條長100英里,起于勞芬(Lauffen),止于法蘭克福(Frankfurt)的交流電線在德國安裝。這條交流線路為三相電線,電壓為30kV,由Oerlikon公司負(fù)責(zé)安裝。1892年,在偏遠(yuǎn)的水力發(fā)電站和加利福尼亞州薩克拉門托(Sacramento,California)之間架設(shè)了一條40kV的交流輸電線路,長達(dá)70英里。
愛迪生的公司——愛迪生通用電氣公司,雖然持有價(jià)值不菲的電燈專利,但卻沒有參與或進(jìn)入到交流設(shè)備市場之中。湯姆森休斯頓公司(Thomson-HoustonCompany)則是長期參與交流技術(shù)的開發(fā)和交流設(shè)備的制造。隨著商業(yè)意識(shí)的不斷普及,這兩家公司于1892年合并為通用電氣公司(General ElectricCompany)。據(jù)報(bào)道,由于新公司的名稱中沒有愛迪生的名字,他對此感到不滿。合并后的通用電氣公司積極主動(dòng)地參與到了交流電制造與安裝業(yè)務(wù)之中。愛迪生被提名為合并公司的董事,但他沒有積極參與,不久后便辭職了。
愛迪生開創(chuàng)了20世紀(jì)全球現(xiàn)代化之門的電氣行業(yè),但此后,沒有繼續(xù)對這一領(lǐng)域產(chǎn)生更多的影響,而是把他廣泛的發(fā)明天賦轉(zhuǎn)向了其他領(lǐng)域,最突出的就是動(dòng)畫和蓄電池技術(shù)的發(fā)明、開發(fā)和商業(yè)化以及留聲機(jī)的進(jìn)一步完善。值得注意的是,雖然愛迪生為研制高電阻燈絲以降低線路損耗付出了長期而又艱苦的努力,但他卻強(qiáng)烈反對高壓交流電的出現(xiàn),而高壓交流電恰恰是降低線路損耗的有效手段。
隨著“電流之戰(zhàn)”在19世紀(jì)90年代早期逐漸平息,威斯汀豪斯繼續(xù)研究特斯拉的多相系統(tǒng)。一項(xiàng)重要的進(jìn)展是,通過在一根軸上聯(lián)結(jié)兩臺(tái)單相交流發(fā)電機(jī)同時(shí)將磁場繞組設(shè)置為90度的方式,產(chǎn)生了感應(yīng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場。這套系統(tǒng)在1893年的芝加哥世界博覽會(huì)上投入了使用,這次博覽會(huì)也稱為哥倫布博覽會(huì),以慶??死锼苟喔ァじ鐐惒迹–hristopherColumbus)首次到達(dá)新大陸的航行400周年。
當(dāng)博覽會(huì)負(fù)責(zé)人要求對露天博覽會(huì)場所的照明設(shè)備投標(biāo)時(shí),西屋公司和新成立的通用電氣公司都參與了投標(biāo)。西屋公司的投標(biāo)價(jià)格比通用公司的報(bào)價(jià)低一半以上。據(jù)報(bào)道,通用公司的大部分預(yù)算造價(jià)都與公司規(guī)劃的直流系統(tǒng)所需銅線數(shù)量有關(guān)。1893年5月1日,當(dāng)博覽會(huì)開幕時(shí),格羅弗·克利夫蘭(GroverCleveland)總統(tǒng)點(diǎn)亮了10萬多個(gè)白熾燈泡,這些白熾燈泡采用了1880年索耶曼(Sawyer-Man)專利(西屋公司已收購其專利權(quán)),由設(shè)置在機(jī)械館中的12臺(tái)兩相750kW、60Hz交流發(fā)電機(jī)供電。此外,電力館還展示并示范了一套完整的特斯拉發(fā)電、輸電、400~1200V升降壓變壓器多相系統(tǒng),供博覽會(huì)2700萬參觀者參觀??傊?,威斯汀豪斯的西屋公司安裝的8000只弧光燈加上大約13萬個(gè)白熾燈將新古典主義的世界博覽會(huì)建筑大樓和露天博覽會(huì)場所變成了一座“燈光之城”,并證明了交流系統(tǒng)既實(shí)用又可用。自那以后,交流電迅速戰(zhàn)勝了愛迪生等人支持的直流電力系統(tǒng)技術(shù),使其失去了往日的光芒。
最終,尼亞加拉瀑布項(xiàng)目(Niagara FallsProject)的開發(fā)進(jìn)一步證實(shí)了交流電系統(tǒng)的優(yōu)勢。尼亞加拉瀑布所在地的尼亞加拉河蘊(yùn)藏著巨大的能量,人們一直在尋求利用這種能量的方法。1890年,國際尼亞加拉委員會(huì)成立,威廉·湯姆森(WilliamThomson,后來的開爾文勛爵)爵士擔(dān)任委員會(huì)主席。該委員會(huì)奉命調(diào)查和評估有效利用尼亞加拉河巨大能量的方法。同時(shí)還開展了一項(xiàng)獎(jiǎng)金為22000美元的有獎(jiǎng)?wù)骷桨富顒?dòng),共收到了17種方案,最后,于1893年選定了一套多相交流發(fā)電輸電系統(tǒng),西屋公司提供了前三臺(tái)5000馬力的兩相25Hz、2250V交流發(fā)電機(jī)。當(dāng)時(shí)他們還未建造過如此大的交流發(fā)電機(jī),所以設(shè)計(jì)必須從零開始。18個(gè)月后,第一臺(tái)交流發(fā)電機(jī)制造完工,并于1895年4月實(shí)施了安裝,同年8月首次向PittsburghReduction公司(現(xiàn)為美國鋁業(yè)公司)供電,用于尼亞加拉瀑布地區(qū)的鋁生產(chǎn),工廠所在地就在尼亞加拉瀑布發(fā)電站附近。到1895年11月,首批交流發(fā)電機(jī)中的全部三臺(tái)發(fā)電機(jī)全部完工。1896年11月16日,一條通向紐約州布法羅(Buffalo)的20英里長、11kV的交流輸電線路通電。隨后幾年,尼亞加拉項(xiàng)目得到大規(guī)模發(fā)展,1905年已有兩座發(fā)電站,共有21臺(tái)發(fā)電機(jī)同時(shí)運(yùn)行。
在尼亞加拉瀑布水力開發(fā)利用過程中,交流電在長距離輸電中的應(yīng)用起到了關(guān)鍵作用。該項(xiàng)目當(dāng)時(shí)是美國最大型、最宏偉的交流電應(yīng)用工程,現(xiàn)已被指定為美國電氣與電子工程師協(xié)會(huì)的一個(gè)里程碑事件。尼亞加拉項(xiàng)目整合并應(yīng)用了當(dāng)時(shí)大西洋兩岸電氣科學(xué)技術(shù)方面取得的最新成果,為之后的全球電氣化奠定了基礎(chǔ)。
喬治·威斯汀豪斯(1846~1914)是美國著名的企業(yè)家和工程師。1886年,他創(chuàng)辦了西屋電器公司并購買了尼古拉.特斯拉的交流電動(dòng)機(jī)專利,在美國推廣交流電機(jī)和交流輸電。在推廣交流電應(yīng)用時(shí)與愛迪生進(jìn)行了堅(jiān)決的斗爭,最終贏得了最后的勝利。1955年,威斯汀豪斯被選入美國偉人紀(jì)念館。