पवन टर्बाइन क्या हैं?
पवन टर्बाइन एक नवीकरणीय ऊर्जा का स्रोत है जिसे स्थलीय और समुद्री दोनों स्थानों पर स्थापित किया जा सकता है। ये पवन की गतिज ऊर्जा का उपयोग करके टर्बाइन को घुमाते हैं, जो बदले में विद्युत जनरेटर के माध्यम से बिजली उत्पन्न करता है।
पवन टर्बाइन विभिन्न आकारों में उपलब्ध हैं, छोटे घरेलू उपयोग (किलोवाट आकार) से लेकर बड़े जो पूरे शहर को बिजली दे सकते हैं (मेगावाट आकार)। प्रौद्योगिकी के विकास के साथ ये अधिक सस्ती भी होती जा रही हैं।
पवन टर्बाइन
पवन टर्बाइन के कई फायदे हैं, जैसे कि जीवाश्म ईंधन (कोयला, तेल आदि) पर मानवता की निर्भरता को कम करना और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करना। हालांकि, कुछ नुकसान भी हैं, जैसे शोर और दृश्य प्रभाव। सामान्यतः, पवन टर्बाइन को स्वच्छ और कुशल तरीके से नवीकरणीय ऊर्जा उत्पन्न करने का एक तरीका माना जाता है।
पवन क्या है और यह कैसे उत्पन्न होता है?
पवन हमारे वायुमंडल के भीतर हवा की गति है। यह गति विभिन्न कारकों के कारण होने वाले दबाव के अंतर द्वारा संचालित होती है। जब सूर्य द्वारा हवा गर्म होती है, तो यह उठती है, जिससे कम दबाव का क्षेत्र बनता है। इसके विपरीत, जब हवा ठंडी होती है, तो यह नीचे जाती है, जिससे उच्च दबाव क्षेत्र बनता है। ये दबाव अंतर हवा को उच्च दबाव क्षेत्रों से कम दबाव क्षेत्रों की ओर ले जाते हैं, क्योंकि दबाव संतुलित करने की कोशिश करता है।
हवा की गति की दर दबाव अंतर की परिमाण पर निर्भर करती है। एक बड़ा दबाव अंतर तेज हवाओं की ओर ले जाता है, जबकि एक छोटा दबाव अंतर कोमल ब्रीज़ का परिणाम होता है। यदि कोई दबाव अंतर नहीं होता, तो कोई हवा नहीं होती, लेकिन यह वास्तविक दुनिया की स्थितियों में नहीं होता। दबाव संतुलन की निरंतर प्रक्रिया हवा की निरंतर गति की ओर ले जाती है, और यही वह है जो मौसम के पैटर्न और जलवायु को आकार देती है जिसे हम दैनिक आधार पर अनुभव करते हैं।
पवन कैसे उत्पन्न होती है, इसे बेहतर ढंग से समझने के लिए, हम प्राकृतिक संवहन की प्रक्रिया का संदर्भ ले सकते हैं। गर्म हवा कम घनी हो जाती है और उठती है और ठंडी हवा इसे अधिक घनत्व के कारण विस्थापित करती है। यह विस्थापन कम घनी हवा (गर्म हवा) को ऊपर की ओर धकेलता है, जिससे उठने/उठने वाली हवा और नीचे जाने/ठंडी होने वाली हवा का एक चक्र बनता है। प्राकृतिक संवहन पृथ्वी के वायुमंडल में बहुत बड़े पैमाने पर होता है, लेकिन मूल सिद्धांत वही रहता है।
प्राकृतिक संवहन
पवन टर्बाइन के मुख्य प्रकार क्या हैं?
पवन टर्बाइन को विभिन्न तरीकों से वर्गीकृत किया जा सकता है, लेकिन पवन टर्बाइन को वर्गीकृत करने के सबसे आसान तरीकों में से एक है इसका घूर्णन अक्ष। क्षैतिज अक्ष पवन टर्बाइन (HAWT) बड़े वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाते हैं और ये वही हैं जिन्हें अधिकांश लोग देख चुके हैं। ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टर्बाइन (VAWT) कम सामान्य, कम कुशल होते हैं और बड़े वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए उपयोग नहीं किए जाते।
पवन टर्बाइन के मुख्य भाग क्या हैं?
परिचय के लिए प्रत्येक पवन टर्बाइन घटक का एक संक्षिप्त अवलोकन नीचे दिया गया है; प्रत्येक भाग का विस्तृत विवरण फिर दिया गया है।
पवन टर्बाइन के भाग
पवन टर्बाइन के मुख्य भाग हैं:
- नींव – टर्बाइन और इसके सभी भागों के वजन को सहारा देती है। नींव आमतौर पर कंक्रीट या स्टील की बनी होती है।
- टॉवर – संरचनात्मक समर्थन प्रदान करता है और नैसेल को ऊंचा करता है।
- नैसेल – सभी पावर जनरेशन मशीनरी को समाहित करता है।
- रोटर – ब्लेड और एक हब से मिलकर बना होता है।
- ब्लेड – पवन की गतिज ऊर्जा को पकड़ने और इसे यांत्रिक शक्ति में बदलने के लिए एयरोफॉइल आकार में डिज़ाइन किया गया है।
- हब – एक सामान्य टुकड़ा जिससे सभी ब्लेड जुड़ते हैं।
- कम गति शाफ्ट – रोटर से गियरबॉक्स तक यांत्रिक ऊर्जा (घूर्णन गति) को स्थानांतरित करता है।
- गियरबॉक्स – कम गति शाफ्ट की घूर्णन गति को लेता है और इसे बढ़ाता है।
- उच्च गति शाफ्ट – गियरबॉक्स का उच्च गति आउटपुट उच्च गति शाफ्ट से जुड़ता है।
- जनरेटर – उच्च गति शाफ्ट से यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलता है।
- ब्रेक सिस्टम – आपातकालीन स्थिति में, या जब पवन गति बहुत कम हो, या जब टर्बाइन का रखरखाव हो रहा हो, रोटर घूर्णन को रोकता है।
- यॉ नियंत्रण प्रणाली – एक हाइड्रोलिक प्रणाली जो ऊर्जा के इष्टतम कैप्चर के लिए टर्बाइन रोटर को पवन दिशा के साथ संरेखित करती है।
- पिच नियंत्रण प्रणाली – एक हाइड्रोलिक प्रणाली जो रोटर ब्लेड के पिच को बदलने के लिए उपयोग की जाती है। पिच (हमला कोण) को बदलने से टर्बाइन की शक्ति उत्पादन बदलती है।
- इलेक्ट्रॉनिक्स – जनरेटर वोल्टेज और आवृत्ति आउटपुट को नियंत्रित करता है।
- ट्रांसफार्मर – आमतौर पर टॉवर के आधार पर या नैसेल के भीतर स्थापित होता है। ट्रांसफार्मर जनरेटर के वोल्टेज आउटपुट को कुशल पावर ट्रांसमिशन के लिए बढ़ाता है।
अब पवन टर्बाइन के प्रत्येक मुख्य भाग का विस्तृत अवलोकन दिया जाएगा।
टॉवर
टॉवर नैसेल को ऊंचा करता है, इस प्रकार इसे अधिक ऊंचाई पर मौजूद उच्च पवन गति के संपर्क में अधिकतम करता है। जितनी अधिक पवन गति होगी, विद्युत शक्ति में रूपांतरण के लिए उतनी ही अधिक ऊर्जा उपलब्ध होगी।
नैसेल
नैसेल एक संलग्नक है जो टॉवर के शीर्ष पर स्थित है। यह सभी पावर जनरेशन मशीनरी को समाहित करता है, जिसमें गियरबॉक्स, जनरेटर और नियंत्रण प्रणाली शामिल हैं। नैसेल पावर जनरेशन मशीनरी को पर्यावरण से बचाता है, इस प्रकार पहनने और आंसू, जंग, और क्षरण के प्रभावों को कम करता है।
रोटर
रोटर में दो मुख्य भाग होते हैं: ब्लेड और हब। रोटर पवन ऊर्जा को पकड़ता है और इसे यांत्रिक शक्ति में बदलता है। जैसे ही हवा ब्लेड पर बहती है, यह एक घूर्णन बल (टॉर्क) उत्पन्न करती है जो हब को प्रेषित होती है, और परिणामस्वरूप टर्बाइन की अन्य घूर्णन संपत्तियों (कम गति शाफ्ट, गियरबॉक्स, उच्च गति शाफ्ट, और जनरेटर) को।
ब्लेड
ब्लेड पवन की गतिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदलते हैं; यह इसलिए प्राप्त होता है क्योंकि प्रत्येक ब्लेड का एयरोफॉइल आकार होता है। एयरोफॉइल डिज़ाइन के कारण जैसे ही हवा ब्लेड की सतह पर बहती है, लिफ्ट उत्पन्न होती है। लिफ्ट वह रैखिक बल है जो ब्लेड पर कार्य करता है, लेकिन यह टॉर्क -एक घूर्णन बल- है जो ब्लेड को घुमाता है।
हब
हब सभी टर्बाइन ब्लेड के लिए एक केंद्रीय कनेक्शन बिंदु के रूप में कार्य करता है। हब ब्लेड द्वारा उत्पन्न घूर्णन गति को कम गति शाफ्ट तक स्थानांतरित करता है, और फिर टर्बाइन की अन्य घूर्णन संपत्तियों तक।
कम गति शाफ्ट
कम गति शाफ्ट रोटर की घूर्णन गति को गियरबॉक्स तक स्थानांतरित करता है।
गियरबॉक्स
गियरबॉक्स कम गति शाफ्ट की कम घूर्णन गति को लेता है और इसे उच्च गति शाफ्ट तक पास करने से पहले बढ़ाता है।
उच्च गति शाफ्ट
उच्च गति शाफ्ट गियरबॉक्स से जनरेटर तक घूर्णन ऊर्जा को स्थानांतरित करता है।
जनरेटर
जनरेटर अंतिम ऊर्जा रूपांतरण के लिए जिम्मेदार है। यह उच्च गति शाफ्ट से यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में बदलता है।
ब्रेक सिस्टम
ब्रेक सिस्टम पवन टर्बाइन के सुरक्षित परिचालन नियंत्रण को सक्षम बनाता है। यह आपात स्थितियों, कम पवन गति, या रखरखाव गतिविधियों के दौरान रोटर घूर्णन को रोक सकता है।
यॉ नियंत्रण प्रणाली
यॉ नियंत्रण प्रणाली नैसेल और रोटर की दिशा को पवन दिशा के संदर्भ में समायोजित करने के लिए उपयोग की जाती है। यह प्रणाली ऊर्जा कैप्चर को अनुकूलित करती है यह सुनिश्चित करके कि ब्लेड पवन के सबसे कुशल कोण पर हों। यॉ नियंत्रण प्रणाली आमतौर पर विद्युत या हाइड्रोलिक रूप से संचालित होती हैं।
पिच नियंत्रण प्रणाली
पिच नियंत्रण प्रणाली रोटर ब्लेड के हमला कोण को पवन के संदर्भ में संशोधित करती है। एक ब्लेड की पिच को समायोजित करने से टर्बाइन की कुल शक्ति उत्पादन समायोजित होती है। पवन की प्रकृति और इसकी बदलती परिस्थितियों के कारण, पिच नियंत्रण पवन टर्बाइन के कुशल संचालन के लिए आवश्यक है।
इलेक्ट्रॉनिक्स
इलेक्ट्रॉनिक्स टर्बाइन के कार्य के विभिन्न पहलुओं का प्रबंधन और विनियमन करते हैं। वे जनरेटर वोल्टेज और आवृत्ति आउटपुट को नियंत्रित करते हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि टर्बाइन को ग्रिड के साथ सुरक्षित और कुशल तरीके से जोड़ा (सिंक किया) जा सके।
ट्रांसफार्मर
आमतौर पर टॉवर के आधार पर या नैसेल के भीतर स्थित, ट्रांसफार्मर जनरेटर के वोल्टेज आउटपुट को बढ़ाने का कार्य करता है। वोल्टेज में यह वृद्धि (वृद्धि) करंट में कमी का कारण बनती है, जिसका अर्थ है कि ट्रांसमिशन पावर लॉस को काफी हद तक कम किया जा सकता है।
केबल और सबस्टेशन
केबल पवन टर्बाइन से विद्युत शक्ति को एक सबस्टेशन तक ले जाते हैं। कई पवन टर्बाइन एक ही सबस्टेशन से जुड़ेंगे। सबस्टेशन पवन फार्म को विद्युत ग्रिड से जोड़ता है।
पवन टर्बाइन कैसे काम करते हैं?
वाणिज्यिक पवन टर्बाइन ऊँचे ढांचे होते हैं, आमतौर पर तीन ब्लेड के साथ, जो एक केंद्रीय अक्ष के चारों ओर घूमते हैं। केंद्रीय अक्ष एक कम गति शाफ्ट से बना होता है जो एक रोटर हब और गियरबॉक्स के बीच होता है, और एक उच्च गति शाफ्ट जो गियरबॉक्स और विद्युत जनरेटर के बीच होता है (दोनों शाफ्ट वास्तव में एक केंद्रीय अक्ष के साथ स्थापित नहीं होते हैं, लेकिन थोड़े ऑफसेट होते हैं)।
टर्बाइन ब्लेड पवन की गतिज ऊर्जा (गति से ऊर्जा) द्वारा घुमाए जाते हैं। प्रत्येक ब्लेड का एक एयरोफॉइल (एयरफॉइल) आकार होता है ताकि लिफ्ट को अधिकतम किया जा सके और घर्षण को न्यूनतम किया जा सके। लिफ्ट एक बल है जो ब्लेड पर कार्य करता है जैसे ही हवा उन पर से गुजरती है, लेकिन यह टॉर्क (घूर्णन बल) है जो ब्लेड को केंद्रीय अक्ष के चारों ओर घुमाता है।
एयरोफॉइल डिज़ाइन
ब्लेड एक सामान्य रोटर हब से जुड़ते हैं, जो एक कम गति शाफ्ट, फिर एक गियरबॉक्स, फिर एक उच्च गति शाफ्ट, और अंत में एक जनरेटर से जुड़ते हैं। पवन से गतिज ऊर्जा को टर्बाइन के ब्लेड द्वारा यांत्रिक शक्ति में बदल दिया जाता है; यह शक्ति फिर एक जनरेटर में स्थानांतरित की जाती है जहां इसे विद्युत शक्ति में बदल दिया जाता है। इन सभी घटकों को एक नैसेल के भीतर रखा जाता है, जो एक टॉवर के शीर्ष पर स्थापित होता है।
पवन टर्बाइन अक्सर एक बेलनाकार मोनोपोल टॉवर डिज़ाइन का उपयोग करते हैं, हालांकि जाली प्रकार के निर्माण भी संभव हैं। मोनोपोल टॉवर आमतौर पर स्टील से निर्मित होते हैं, लेकिन कंक्रीट से भी बनाए जा सकते हैं।
पवन टर्बाइन कितने बड़े हो सकते हैं?
सबसे बड़ा वाणिज्यिक पवन टर्बाइन जनरल इलेक्ट्रिक का हलीड-X है। हलीड-X 260 मीटर (853 फीट) ऊँचा है, इसका रोटर व्यास 220 मीटर (721 फीट) है, और यह लगभग 13 मेगावाट विद्युत शक्ति उत्पन्न कर सकता है (लगभग 10,000 घरों के लिए पर्याप्त)।
पवन टर्बाइन इतने ऊँचे क्यों होते हैं?
ऊँचाई पर पवन गति अधिक होती है। पवन से पवन टर्बाइन जितनी ऊर्जा निकाल सकता है वह पवन की गति के अनुपात में होती है। उच्च पवन गति में अधिक संभावित ऊर्जा होती है, इसलिए पवन टर्बाइन को इस संभावित ऊर्जा तक पहुँचने और इसे प्राप्त करने के लिए ऊँचा बनाया जाता है।
पवन टर्बाइन के क्या फायदे हैं?
पवन टर्बाइन को नवीकरणीय ऊर्जा के स्रोत के रूप में तेजी से उपयोग किया जा रहा है। पारंपरिक जीवाश्म ईंधन स्रोतों की तुलना में पवन टर्बाइन का उपयोग करने के कई लाभ हैं, जिनमें उनकी उत्सर्जन की कमी (स्थापित और चालू होने के बाद), कम रखरखाव लागत, और कम पवन गति पर भी बिजली उत्पन्न करने की क्षमता शामिल है। पवन टर्बाइन का उपयोग अन्य ऊर्जा स्रोतों, जैसे सौर (फोटोवोल्टिक, जिसे अक्सर 'पीवी' के रूप में संक्षिप्त किया जाता है), हाइड्रो, और गैर-नवीकरणीय पावर प्लांट (कोयला, गैस, तेल आदि) को पूरक करने के लिए भी किया जा सकता है। इसके अलावा, पवन टर्बाइन को विभिन्न प्रकार की भूमि पर बनाया जा सकता है, जिसमें कृषि भूमि, रेगिस्तान, शहरी क्षेत्र, और यहां तक कि समुद्र में (समुद्री) भी शामिल हैं।
पवन टर्बाइन के क्या नुकसान हैं?
पवन टर्बाइन एक तेजी से लोकप्रिय नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत हैं, लेकिन उनके कुछ नुकसान भी हैं। सबसे महत्वपूर्ण समस्याओं में से एक यह है कि पवन टर्बाइन कुछ लोगों के लिए दृश्य रूप से अप्रिय हो सकते हैं, विशेष रूप से ग्रामीण क्षेत्रों में। वे शोर प्रदूषण का स्रोत भी होते हैं, क्योंकि टर्बाइन के ब्लेड हवा के माध्यम से गति के कारण शोर उत्पन्न कर सकते हैं, और कभी-कभी कंपन के कारण भी। पवन टर्बाइन वन्यजीवों के लिए खतरा हो सकते हैं, क्योंकि पक्षी और चमगादड़ यदि वे ब्लेड में उड़ जाते हैं तो मारे जा सकते हैं। अंत में, पवन टर्बाइन प्रकाश प्रदूषण का स्रोत हो सकते हैं, क्योंकि घूर्णन ब्लेड झिलमिलाते छायाएँ बनाते हैं।
कुल मिलाकर, पवन टर्बाइन ऊर्जा का एक अपेक्षाकृत स्वच्छ स्रोत प्रदान करते हैं, लेकिन वे कुछ छोटे नुकसान के साथ भी आते हैं।
पवन टर्बाइन कहाँ स्थापित किए जा सकते हैं?
पवन टर्बाइन विभिन्न स्थानों में पाए जा सकते हैं, खुले क्षेत्रों से लेकर पहाड़ों की चोटियों तक। अक्सर, उन्हें 'पवन फार्म' में समूहित किया जाता है जो महत्वपूर्ण मात्रा में बिजली (सैकड़ों मेगावाट) उत्पन्न कर सकते हैं। कुछ सबसे बड़े पवन फार्म संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन, यूके, और जर्मनी में स्थित हैं। जैसे-जैसे पवन ऊर्जा का उपयोग बढ़ता जा रहा है, यह संभावना है कि पवन टर्बाइन और भी अधिक सामान्य हो जाएंगे।
पवन फार्म
पवन टर्बाइन के बारे में अधिक जानने के लिए संसाधन:
यू.एस. ऊर्जा विभाग का पवन कार्यक्रम अपनी वेबसाइट पर जानकारी का खजाना है।
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