पंप्ड स्टोरेज पावर स्टेशन (फ्रांसिस टरबाइन) की व्याख्या

लेख

परिचय

पंप्ड स्टोरेज पावर प्लांट एक प्रकार का जलविद्युत पावर प्लांट है; इसे नवीकरणीय (हरित) ऊर्जा उत्पादन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।

पंप्ड स्टोरेज प्लांट संभावित ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में, या विद्युत ऊर्जा को संभावित ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। यह प्रक्रिया उच्च ऊंचाई से निम्न ऊंचाई पर पानी के प्रवाह की अनुमति देकर, या निम्न ऊंचाई से उच्च ऊंचाई पर पानी पंप करके होती है। जब पानी निम्न ऊंचाई पर प्रवाहित होता है, तो पावर प्लांट बिजली उत्पन्न करता है। जब पानी को उच्च ऊंचाई पर पंप किया जाता है, तो पावर प्लांट संभावित ऊर्जा का भंडारण करता है। पंप्ड स्टोरेज प्लांट फ्रांसिस टरबाइन का उपयोग करते हैं क्योंकि वे हाइड्रोलिक पंप और हाइड्रोलिक टरबाइन दोनों के रूप में कार्य कर सकते हैं।

फ्रांसिस टरबाइन

पंप्ड स्टोरेज पावर प्लांट का उपयोग विद्युत ग्रिड के भीतर आवृत्ति, वोल्टेज और पावर की मांगों को संतुलित करने के लिए किया जाता है; इन्हें अक्सर उच्च पावर मांग की अवधि के दौरान ग्रिड में अतिरिक्त मेगावाट क्षमता जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है। इस कारण से, पंप्ड स्टोरेज प्लांट को ‘पीकिंग’ प्लांट कहा जाता है।

Electrical Grid Power Demand Graph

विद्युत ग्रिड पावर मांग ग्राफ

क्योंकि पंप्ड स्टोरेज प्लांट विद्युत ग्रिड ऑपरेटरों को ‘ऑन-डिमांड’ पावर प्रदान कर सकते हैं, उनके पास उच्च स्तर की डिस्पैचबिलिटी (जब आवश्यकता हो तब ग्रिड को जल्दी से पावर प्रदान करने की क्षमता) होती है।

पावर प्लांट डिजाइन

भौगोलिक स्थान की परवाह किए बिना, सभी पंप्ड स्टोरेज प्लांट को एक ऊपरी जलाशय और निचला जलाशय की आवश्यकता होती है। ऊपरी और निचले जलाशयों के बीच की ऊंचाई का अंतर ‘हेड’ (दबाव का हेड) कहा जाता है और यह महत्वपूर्ण होना चाहिए ताकि प्लांट कुशलता से काम कर सके।

एक पेनस्टॉक ऊपरी जलाशय को पावर हाउस में स्थित फ्रांसिस टरबाइन से जोड़ता है। एक ड्राफ्ट ट्यूब और टेलरेस फ्रांसिस टरबाइन को निचले जलाशय से जोड़ते हैं।

Pumped Storage Power Plant Layout

पंप्ड स्टोरेज पावर प्लांट लेआउट

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पंप्ड स्टोरेज प्लांट कैसे काम करते हैं

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पंप्ड स्टोरेज प्लांट कैसे बिजली (विद्युत) उत्पन्न करते हैं

पानी ऊपरी जलाशय से पेनस्टॉक के माध्यम से फ्रांसिस टरबाइन तक प्रवाहित होता है। जैसे ही पानी फ्रांसिस रनर ब्लेड्स के ऊपर से गुजरता है, एक दबाव अंतर उत्पन्न होता है जो रनर पर टॉर्क (घूर्णी बल) लागू करता है। रनर घूमना शुरू कर देता है।

टरबाइन रनर एक सामान्य शाफ्ट पर एक विद्युत जनरेटर से जुड़ा होता है। जैसे ही रनर घूमता है, वैसे ही जनरेटर रोटर भी घूमता है। जैसे ही रोटर जनरेटर के भीतर विद्युत चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से घूमता है, यह स्टेटर वाइंडिंग्स में धारा उत्पन्न करता है और विद्युत धारा बहने लगती है। विद्युत धारा को आमतौर पर एक स्विचयार्ड और विद्युत ट्रांसफार्मर के माध्यम से अंतिम उपभोक्ताओं को भेजा जाता है।

Electrical Grid

विद्युत ग्रिड

टरबाइन रनर से निकला पानी एक ड्राफ्ट ट्यूब में प्रवेश करता है जहाँ कुछ गतिज ऊर्जा को पुनः प्राप्त किया जाता है और संभावित ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है; फिर पानी टेलरेस में प्रवेश करता है और निचले जलाशय में डिस्चार्ज होता है।

इस उदाहरण में, पानी की संभावित ऊर्जा को टरबाइन रनर द्वारा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया गया था। यांत्रिक ऊर्जा को एक सामान्य शाफ्ट पर एक जनरेटर में स्थानांतरित किया गया, जिसने यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया। यह पूरी प्रक्रिया तब तक निरंतर हो सकती है जब तक ऊपरी जलाशय खाली न हो जाए।

पंप्ड स्टोरेज प्लांट संभावित ऊर्जा कैसे संग्रहीत करते हैं

पानी को फ्रांसिस टरबाइन रनर द्वारा निचले जलाशय से ऊपरी जलाशय में पंप किया जाता है। प्रवाह पथ बिजली उत्पन्न करने के समय के समान होता है, सिवाय इसके कि प्रवाह दिशा उलटी होती है क्योंकि फ्रांसिस रनर को टरबाइन के बजाय पंप के रूप में उपयोग किया जाता है।

पंप्ड स्टोरेज प्लांट अर्थशास्त्र

पंप्ड स्टोरेज प्लांट लाभ कमाने के लिए बिजली की बदलती कीमत पर निर्भर करते हैं। कई थर्मल पावर प्लांट (कोयला आधारित, गैस आधारित आदि) अपने मेगावाट उत्पादन को तेजी से बढ़ा या घटा नहीं सकते क्योंकि इससे पावर प्लांट के घटकों (वाटर ट्यूब बॉयलर, पाइपिंग आदि) पर बड़े थर्मल तनाव पड़ेंगे। इस कारण से, थर्मल पावर प्लांट रात में लगभग उतनी ही बिजली उत्पन्न करते हैं जितनी दिन में।

दिन के समय, बिजली की मांग होती है और बिजली की कीमतें अधिक होती हैं। रात में, बिजली की मांग नहीं होती और बिजली की कीमतें कम होती हैं। पंप्ड स्टोरेज पावर प्लांट रात में बिजली खरीदते हैं ताकि पानी को ऊपरी जलाशय में पंप किया जा सके, फिर वे दिन में बिजली उत्पन्न करते हैं और इसे ग्रिड में बेचते हैं, जब मांग -और कीमत- अधिक होती है।

उदाहरण 1

पावर को ग्रिड से 1 सेंट/किलोवाट घंटे पर खरीदा जाता है ताकि पानी को निचले से ऊपरी जलाशय में पंप किया जा सके।

पावर को ग्रिड में 2 सेंट/किलोवाट घंटे पर बेचा जाता है ताकि पानी को ऊपरी से निचले जलाशय में प्रवाहित किया जा सके।

इस प्रक्रिया के दौरान पंप्ड स्टोरेज प्लांट ने 1 सेंट/किलोवाट घंटे का लाभ उत्पन्न किया है क्योंकि:

2 सेंट/किलोवाट घंटे (बिक्री) - 1 सेंट/किलोवाट घंटे (खरीद) = 1 सेंट/किलोवाट घंटे (लाभ)।

पंप्ड स्टोरेज प्लांट इस तरह से कई वर्षों से संचालित हो रहे हैं, लेकिन हाल के दिनों में नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों की वृद्धि ने पावर उद्योग की गतिशीलता को बदल दिया है।

उदाहरण 2

यह एक धूप और हवा वाला दिन है, कई सौर और पवन पावर प्लांट ऑनलाइन हैं और बिजली उत्पन्न कर रहे हैं। इस बिजली की उपलब्धता में वृद्धि के कारण, ग्रिड में अधिशेष है और बिजली की कीमत आनुपातिक रूप से कम हो जाती है।

दिन के समय बिजली की कीमत इतनी कम हो जाती है कि पंप्ड स्टोरेज प्लांट ऑनलाइन आ सकते हैं और पानी को ऊपरी जलाशय में पंप करने के लिए बिजली खरीद सकते हैं।

इस परिदृश्य में, पंप्ड स्टोरेज प्लांट का उपयोग दिन और रात दोनों में ग्रिड में बिजली के अधिशेष की भरपाई करने और उच्च बिजली मांग की अवधि के दौरान बिजली प्रदान करने के लिए किया जाता है। यह परिदृश्य अपेक्षाकृत नया है और पंप्ड स्टोरेज प्लांट को विद्युत ग्रिड का एक अधिक एकीकृत हिस्सा बना दिया है।