জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলো কীভাবে কাজ করে

বিশ্বজুড়ে জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলো বিশ্বের মোট বিদ্যুতের প্রায় ২৪ শতাংশ উৎপাদন করে এবং ১০০ কোটিরও বেশি মানুষকে বিদ্যুৎ সরবরাহ করে। ন্যাশনাল রিনিউয়েবল এনার্জি ল্যাবরেটরির মতে, বিশ্বের জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলো সম্মিলিতভাবে ৬৭৫,০০০ মেগাওয়াট বিদ্যুৎ উৎপাদন করে, যা ৩.৬ বিলিয়ন ব্যারেল তেলের সমতুল্য শক্তি। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে ২,০০০-এরও বেশি জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র চালু রয়েছে, যা জলবিদ্যুৎকে দেশটির বৃহত্তম নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসে পরিণত করেছে।
এই প্রবন্ধে আমরা দেখব কীভাবে জলপ্রপাত শক্তি তৈরি করে এবং জলবিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য প্রয়োজনীয় জলপ্রবাহ সৃষ্টিকারী জলচক্র সম্পর্কে জানব। এছাড়াও আপনারা জলবিদ্যুতের একটি অনন্য প্রয়োগ সম্পর্কে জানতে পারবেন, যা আপনার দৈনন্দিন জীবনকে প্রভাবিত করতে পারে।
বয়ে চলা নদী দেখলে, তার ভেতরের শক্তি কল্পনা করা কঠিন। আপনি যদি কখনো খরস্রোতা জলে র‍্যাফটিং করে থাকেন, তবে নদীর শক্তির সামান্য অংশ আপনি অনুভব করেছেন। খরস্রোতা জলের সৃষ্টি হয় যখন কোনো নদী বিপুল পরিমাণ জল নিয়ে cuesta-র ঢাল বেয়ে নিচে নামার সময় একটি সংকীর্ণ পথ দিয়ে যাওয়ার জন্য বোতলের মতো চেপে বসে। এই খোলা জায়গা দিয়ে যাওয়ার সময় নদীর স্রোতের গতি বেড়ে যায়। বিপুল পরিমাণ জলের শক্তি কতটা হতে পারে, তার আরেকটি উদাহরণ হলো বন্যা।
জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলো পানির শক্তিকে কাজে লাগায় এবং সাধারণ যান্ত্রিকতা ব্যবহার করে সেই শক্তিকে বিদ্যুতে রূপান্তরিত করে। জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলো আসলে একটি বেশ সহজ ধারণার উপর ভিত্তি করে গঠিত — বাঁধের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত পানি একটি টারবাইনকে ঘোরায়, যা একটি জেনারেটরকে চালায়।

একটি প্রচলিত জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মৌলিক উপাদানগুলো হলো:
বাঁধ – বেশিরভাগ জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র বাঁধের উপর নির্ভর করে, যা জল আটকে রেখে একটি বিশাল জলাধার তৈরি করে। প্রায়শই, এই জলাধারটি একটি বিনোদনমূলক হ্রদ হিসাবে ব্যবহৃত হয়, যেমন ওয়াশিংটন রাজ্যের গ্র্যান্ড কুলি বাঁধের কাছে অবস্থিত রুজভেল্ট হ্রদ।
জল গ্রহণ – বাঁধের গেটগুলো খুলে যায় এবং অভিকর্ষের টানে পানি পেনস্টকের মধ্য দিয়ে টারবাইনে পৌঁছায়। এই পাইপের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হওয়ার সময় পানিতে চাপ সৃষ্টি হয়।
টারবাইন – পানি টারবাইনের বড় ব্লেডগুলোতে আঘাত করে সেগুলোকে ঘোরায়, যা একটি শ্যাফটের মাধ্যমে এর উপরে থাকা জেনারেটরের সাথে সংযুক্ত থাকে। জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের জন্য সবচেয়ে সাধারণ ধরনের টারবাইন হলো ফ্রান্সিস টারবাইন, যা বাঁকা ব্লেডসহ একটি বড় চাকতির মতো দেখতে। ফাউন্ডেশন ফর ওয়াটার অ্যান্ড এনার্জি এডুকেশন (FWEE)-এর মতে, একটি টারবাইনের ওজন ১৭২ টন পর্যন্ত হতে পারে এবং এটি প্রতি মিনিটে ৯০ বার (rpm) গতিতে ঘুরতে পারে।
জেনারেটর – টারবাইন ব্লেডগুলো ঘোরার সাথে সাথে জেনারেটরের ভেতরের একাধিক চুম্বকও ঘোরে। বিশাল চুম্বকগুলো তামার কয়েলের পাশ দিয়ে ঘোরে এবং ইলেকট্রনের চলাচলের মাধ্যমে পরিবর্তী প্রবাহ (এসি) উৎপন্ন করে। (জেনারেটর কীভাবে কাজ করে সে সম্পর্কে আপনি পরে আরও জানতে পারবেন।)
ট্রান্সফরমার – পাওয়ার হাউসের ভেতরের ট্রান্সফরমারটি এসি গ্রহণ করে তাকে উচ্চ-ভোল্টেজের তড়িৎ প্রবাহে রূপান্তরিত করে।
বিদ্যুৎ লাইন – প্রতিটি বিদ্যুৎ কেন্দ্র থেকে চারটি তার বের হয়: একই সাথে উৎপাদিত বিদ্যুতের তিনটি ফেজ এবং একটি নিউট্রাল বা গ্রাউন্ড, যা এই তিনটি ফেজের জন্যই ব্যবহৃত হয়। (বিদ্যুৎ লাইন সঞ্চালন সম্পর্কে আরও জানতে ‘বিদ্যুৎ বিতরণ গ্রিড কীভাবে কাজ করে’ পড়ুন।)
বহিঃপ্রবাহ – ব্যবহৃত জল টেইলরেস নামক পাইপলাইনের মাধ্যমে বাহিত হয়ে ভাটির দিকে নদীতে পুনরায় প্রবেশ করে।
জলাধারের জলকে সঞ্চিত শক্তি হিসেবে বিবেচনা করা হয়। যখন গেটগুলো খোলা হয়, তখন পেনস্টকের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত জল গতিশক্তিতে রূপান্তরিত হয়, কারণ এটি গতিশীল থাকে। উৎপাদিত বিদ্যুতের পরিমাণ বেশ কয়েকটি বিষয়ের উপর নির্ভর করে। এই বিষয়গুলোর মধ্যে দুটি হলো জলপ্রবাহের পরিমাণ এবং হাইড্রোলিক হেডের পরিমাণ। হেড বলতে জলের পৃষ্ঠ এবং টারবাইনের মধ্যবর্তী দূরত্বকে বোঝায়। হেড এবং প্রবাহ বাড়ার সাথে সাথে উৎপাদিত বিদ্যুতের পরিমাণও বাড়ে। হেড সাধারণত জলাধারে জলের পরিমাণের উপর নির্ভর করে।

আরেক ধরনের জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র আছে, যাকে পাম্পড-স্টোরেজ প্ল্যান্ট বলা হয়। একটি প্রচলিত জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রে, জলাধারের জল কেন্দ্রের মধ্যে দিয়ে প্রবাহিত হয়ে বেরিয়ে যায় এবং স্রোতের সাথে ভাটির দিকে বাহিত হয়। একটি পাম্পড-স্টোরেজ প্ল্যান্টে দুটি জলাধার থাকে:
উর্ধ্ব জলাধার – একটি প্রচলিত জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মতো, একটি বাঁধ একটি জলাধার তৈরি করে। এই জলাধারের জল জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করে।
নিম্ন জলাধার – জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র থেকে নির্গত জল নদীতে পুনরায় প্রবেশ করে ভাটির দিকে প্রবাহিত না হয়ে একটি নিম্ন জলাধারে গিয়ে মেশে।
একটি রিভার্সিবল টারবাইন ব্যবহার করে, প্ল্যান্টটি উপরের জলাধারে জল পাম্প করে ফেরত পাঠাতে পারে। এটি অফ-পিক সময়ে করা হয়। মূলত, দ্বিতীয় জলাধারটি উপরের জলাধারটিকে পুনরায় পূর্ণ করে। উপরের জলাধারে জল পাম্প করে ফেরত পাঠানোর ফলে, সর্বোচ্চ ব্যবহারের সময়ে বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য প্ল্যান্টটির কাছে আরও বেশি জল থাকে।

জেনারেটর
জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের প্রাণকেন্দ্র হলো জেনারেটর। বেশিরভাগ জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রে এই ধরনের একাধিক জেনারেটর থাকে।
আপনি হয়তো অনুমান করতে পেরেছেন, জেনারেটর বিদ্যুৎ উৎপন্ন করে। এভাবে বিদ্যুৎ উৎপাদনের মূল প্রক্রিয়াটি হলো তারের কয়েলের ভেতরে থাকা একাধিক চুম্বককে ঘোরানো। এই প্রক্রিয়ায় ইলেকট্রন চলাচল করে, যা বৈদ্যুতিক প্রবাহ তৈরি করে।
হুভার ড্যামে মোট ১৭টি জেনারেটর রয়েছে, যেগুলোর প্রতিটি ১৩৩ মেগাওয়াট পর্যন্ত বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে পারে। হুভার ড্যাম জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মোট ক্ষমতা ২,০৭৪ মেগাওয়াট। প্রতিটি জেনারেটর কিছু নির্দিষ্ট মৌলিক অংশ দিয়ে তৈরি:
শ্যাফট
এক্সাইটর
রোটর
স্টেটর
টারবাইন ঘোরার সাথে সাথে এক্সাইটর রোটরে একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহ পাঠায়। রোটর হলো একাধিক বড় তড়িৎচুম্বকের একটি সারি, যা স্টেটর নামক তামার তারের একটি ঘনভাবে জড়ানো কুণ্ডলীর ভেতরে ঘোরে। কুণ্ডলী এবং চুম্বকগুলোর মধ্যবর্তী চৌম্বক ক্ষেত্র একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহ সৃষ্টি করে।
হুভার ড্যামে, ১৬,৫০০ অ্যাম্পিয়ারের একটি বিদ্যুৎ প্রবাহ জেনারেটর থেকে ট্রান্সফর্মারে যায়, যেখানে সঞ্চারিত হওয়ার আগে এর প্রবাহ ধীরে ধীরে বেড়ে ২৩০,০০০ অ্যাম্পিয়ারে পৌঁছায়।

জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলো একটি প্রাকৃতিকভাবে ঘটে চলা অবিরাম প্রক্রিয়াকে কাজে লাগায়—যে প্রক্রিয়ার কারণে বৃষ্টিপাত হয় এবং নদীর জলস্তর বৃদ্ধি পায়। প্রতিদিন, অতিবেগুনি রশ্মি জলের অণুগুলোকে ভেঙে ফেলার ফলে আমাদের গ্রহ বায়ুমণ্ডলের মাধ্যমে অল্প পরিমাণে জল হারায়। কিন্তু একই সময়ে, আগ্নেয়গিরির কার্যকলাপের মাধ্যমে পৃথিবীর অভ্যন্তর থেকে নতুন জল নির্গত হয়। যে পরিমাণ জল তৈরি হয় এবং যে পরিমাণ জল হারিয়ে যায়, তা প্রায় সমান।
যেকোনো সময়ে, পৃথিবীর মোট জলের পরিমাণ বিভিন্ন রূপে থাকে। এটি তরল হতে পারে, যেমন মহাসাগর, নদী এবং বৃষ্টিতে; কঠিন হতে পারে, যেমন হিমবাহে; অথবা গ্যাসীয় হতে পারে, যেমন বাতাসে থাকা অদৃশ্য জলীয় বাষ্পে। বায়ুপ্রবাহের দ্বারা সারা পৃথিবীতে পরিবাহিত হওয়ার সময় জল তার অবস্থা পরিবর্তন করে। সূর্যের তাপীয় ক্রিয়ার ফলে বায়ুপ্রবাহ সৃষ্টি হয়। পৃথিবীর অন্যান্য অঞ্চলের তুলনায় নিরক্ষীয় অঞ্চলে সূর্যের আলো বেশি পড়ার কারণে বায়ুপ্রবাহ চক্র তৈরি হয়।
বায়ুপ্রবাহ চক্র পৃথিবীর জল সরবরাহকে নিজস্ব একটি চক্রের মাধ্যমে চালিত করে, যাকে জলচক্র বলা হয়। সূর্য যখন তরল জলকে উত্তপ্ত করে, তখন সেই জল বাতাসে বাষ্পীভূত হয়ে যায়। সূর্য বাতাসকে উত্তপ্ত করে, যার ফলে বাতাস বায়ুমণ্ডলে উপরে উঠে যায়। উপরের দিকে বাতাস ঠান্ডা থাকে, তাই জলীয় বাষ্প উপরে ওঠার সময় ঠান্ডা হয়ে ঘনীভূত হয়ে ফোঁটায় পরিণত হয়। যখন কোনো একটি স্থানে যথেষ্ট পরিমাণে ফোঁটা জমা হয়, তখন সেই ফোঁটাগুলো ভারী হয়ে বৃষ্টিপাত হিসেবে পৃথিবীতে ফিরে আসতে পারে।
জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলোর জন্য জলচক্র গুরুত্বপূর্ণ, কারণ এগুলো জলপ্রবাহের উপর নির্ভরশীল। কেন্দ্রের কাছাকাছি বৃষ্টিপাত কম হলে উজানে জল জমবে না। উজানে জল না জমলে, জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মধ্য দিয়ে জলের প্রবাহ কমে যায় এবং বিদ্যুৎও কম উৎপন্ন হয়।