জলবিদ্যুৎ শিল্পের সরঞ্জাম নির্মাণে যৌগিক পদার্থের ব্যবহার বাড়ছে। উপাদানের শক্তি এবং অন্যান্য মানদণ্ড নিয়ে অনুসন্ধানে এর আরও অনেক প্রয়োগক্ষেত্র উন্মোচিত হয়েছে, বিশেষ করে ক্ষুদ্র ও অতি ক্ষুদ্র ইউনিটের ক্ষেত্রে।
এই নিবন্ধটি প্রাসঙ্গিক বিষয়ে বিশেষজ্ঞ জ্ঞানসম্পন্ন দুই বা ততোধিক পেশাদারের পর্যালোচনার ভিত্তিতে মূল্যায়ন ও সম্পাদনা করা হয়েছে। এই সমকক্ষ পর্যালোচকগণ জলবিদ্যুৎ শিল্পের প্রেক্ষাপটে পাণ্ডুলিপিগুলোর প্রযুক্তিগত নির্ভুলতা, উপযোগিতা এবং সার্বিক গুরুত্ব বিচার করেন।
নতুন উপকরণের উত্থান জলবিদ্যুৎ শিল্পের জন্য আকর্ষণীয় সুযোগ তৈরি করেছে। উনিশ শতকের গোড়ার দিকে, আদি জলচক্র এবং পেনস্টকে ব্যবহৃত কাঠের পরিবর্তে ইস্পাতের যন্ত্রাংশ ব্যবহার শুরু হয়। ইস্পাত উচ্চ ক্লান্তিজনিত ভারেও তার শক্তি ধরে রাখে এবং ক্যাভিটেশন ক্ষয় ও মরিচা প্রতিরোধ করে। এর বৈশিষ্ট্যগুলো সুপরিচিত এবং যন্ত্রাংশ তৈরির প্রক্রিয়াগুলোও বেশ উন্নত। বড় ইউনিটগুলোর জন্য, ইস্পাতই সম্ভবত পছন্দের উপকরণ হিসেবে থাকবে।
তবে, ছোট (১০ মেগাওয়াটের নিচে) থেকে অতি ক্ষুদ্র (১০০ কিলোওয়াটের নিচে) টারবাইনের উত্থানের পরিপ্রেক্ষিতে, ওজন কমাতে এবং উৎপাদন খরচ ও পরিবেশগত প্রভাব হ্রাস করতে কম্পোজিট ব্যবহার করা যেতে পারে। বিদ্যুৎ সরবরাহে ক্রমাগত বৃদ্ধির প্রয়োজনীয়তার পরিপ্রেক্ষিতে এটি বিশেষভাবে প্রাসঙ্গিক। নরওয়েজিয়ান রিনিউয়েবল এনার্জি পার্টনার্স-এর ২০০৯ সালের একটি সমীক্ষা অনুসারে, বিশ্বে স্থাপিত জলবিদ্যুৎ ক্ষমতা প্রায় ৮০০,০০০ মেগাওয়াট, যা অর্থনৈতিকভাবে সম্ভাবনাময় জলবিদ্যুতের মাত্র ১০% এবং প্রযুক্তিগতভাবে সম্ভাবনাময় জলবিদ্যুতের ৬%। কম্পোজিট উপাদানগুলোর উৎপাদন ব্যয় সাশ্রয়ের সক্ষমতার কারণে প্রযুক্তিগতভাবে সম্ভাবনাময় জলবিদ্যুৎকে অর্থনৈতিকভাবে সম্ভাবনাময় পর্যায়ে নিয়ে আসার সম্ভাবনা বৃদ্ধি পায়।
যৌগিক উপাদান উৎপাদন
সাশ্রয়ীভাবে এবং ধারাবাহিক উচ্চ শক্তি বজায় রেখে পেনস্টক তৈরি করার জন্য, ফিলামেন্ট ওয়াইন্ডিং হলো সর্বোত্তম পদ্ধতি। একটি বড় ম্যান্ডেলকে রেজিন বাথের মধ্যে দিয়ে চালনা করা ফাইবারের গুচ্ছ দিয়ে মোড়ানো হয়। অভ্যন্তরীণ চাপ, অনুদৈর্ঘ্য বাঁক এবং নাড়াচাড়ার জন্য শক্তি তৈরি করতে এই গুচ্ছগুলোকে হুপ এবং হেলিকাল প্যাটার্নে মোড়ানো হয়। নিচের ফলাফল অংশে স্থানীয় সরবরাহকারীদের দেওয়া কোটেশনের উপর ভিত্তি করে দুটি পেনস্টক আকারের প্রতি ফুটের খরচ এবং ওজন দেখানো হয়েছে। কোটেশন থেকে দেখা যায় যে, তুলনামূলকভাবে কম চাপের কারণে নয়, বরং স্থাপন এবং নাড়াচাড়ার প্রয়োজনীয়তার কারণেই ডিজাইনের পুরুত্ব নির্ধারণ করা হয়েছিল এবং উভয়ের ক্ষেত্রেই তা ছিল ২.২৮ সেমি।
উইকেট গেট এবং স্টে ভেন তৈরির জন্য দুটি উৎপাদন পদ্ধতি বিবেচনা করা হয়েছিল; ওয়েট লেআপ এবং ভ্যাকুয়াম ইনফিউশন। ওয়েট লেআপ পদ্ধতিতে শুকনো কাপড় ব্যবহার করা হয়, যার উপর রেজিন ঢেলে এবং রোলার ব্যবহার করে রেজিনকে কাপড়ের ভেতরে ঠেলে দিয়ে সেটিকে সিক্ত করা হয়। এই প্রক্রিয়াটি ভ্যাকুয়াম ইনফিউশনের মতো পরিষ্কার নয় এবং ফাইবার-টু-রেজিন অনুপাতের দিক থেকে সবসময় সবচেয়ে অনুকূল কাঠামো তৈরি করে না, কিন্তু এতে ভ্যাকুয়াম ইনফিউশন প্রক্রিয়ার চেয়ে কম সময় লাগে। ভ্যাকুয়াম ইনফিউশন পদ্ধতিতে শুকনো ফাইবারকে সঠিক দিকে সাজিয়ে রাখা হয়, এবং এরপর শুকনো স্তূপটিকে ভ্যাকুয়াম ব্যাগে ভরা হয় ও অতিরিক্ত ফিটিংস সংযুক্ত করা হয় যা একটি রেজিন সরবরাহের দিকে নিয়ে যায়, এবং ভ্যাকুয়াম প্রয়োগ করা হলে সেই রেজিন যন্ত্রাংশটির ভেতরে প্রবেশ করে। ভ্যাকুয়াম রেজিনের পরিমাণকে একটি সর্বোত্তম স্তরে বজায় রাখতে সাহায্য করে এবং উদ্বায়ী জৈব পদার্থের নির্গমন কমায়।
একটি মসৃণ অভ্যন্তরীণ পৃষ্ঠ নিশ্চিত করার জন্য স্ক্রল কেসটি একটি মেল মোল্ডের উপর দুটি পৃথক অর্ধাংশে হ্যান্ড লেআপ পদ্ধতিতে তৈরি করা হবে। এরপর এই দুটি অর্ধাংশকে একসাথে জোড়া লাগানো হবে এবং পর্যাপ্ত শক্তি নিশ্চিত করার জন্য সংযোগস্থলে বাইরে থেকে ফাইবার যুক্ত করা হবে। স্ক্রল কেসের ভেতরের চাপের জন্য উচ্চ-শক্তির উন্নত কম্পোজিটের প্রয়োজন নেই, তাই ইপোক্সি রেজিনের সাথে ফাইবারগ্লাস ফ্যাব্রিকের ওয়েট লেআপই যথেষ্ট হবে। স্ক্রল কেসের পুরুত্ব পেনস্টকের ডিজাইন প্যারামিটারের উপর ভিত্তি করে নির্ধারণ করা হয়েছে। ২৫০-কিলোওয়াট ইউনিটটি একটি অ্যাক্সিয়াল ফ্লো মেশিন, তাই এতে কোনো স্ক্রল কেস নেই।
একটি টারবাইন রানারে জটিল জ্যামিতিক গঠন এবং উচ্চ ভারবহন ক্ষমতার সমন্বয় থাকে। সাম্প্রতিক গবেষণায় দেখা গেছে যে, চপড প্রিপ্রেগ এসএমসি থেকে চমৎকার শক্তি ও দৃঢ়তা সহ উচ্চ-শক্তির কাঠামোগত উপাদান তৈরি করা সম্ভব।৫ ল্যাম্বরগিনি গ্যালার্ডোর সাসপেনশন আর্মটি ফোরজড কম্পোজিট নামে পরিচিত চপড প্রিপ্রেগ এসএমসি-র একাধিক স্তর ব্যবহার করে ডিজাইন করা হয়েছিল, যা প্রয়োজনীয় পুরুত্ব তৈরির জন্য কম্প্রেশন মোল্ডিংয়ের মাধ্যমে তৈরি করা হয়। একই পদ্ধতি ফ্রান্সিস এবং প্রপেলার রানারের ক্ষেত্রেও প্রয়োগ করা যেতে পারে। ফ্রান্সিস রানারকে একটি একক ইউনিট হিসাবে তৈরি করা যায় না, কারণ ব্লেডের ওভারল্যাপের জটিলতা অংশটিকে মোল্ড থেকে বের করতে বাধা দেবে। তাই, রানার ব্লেড, ক্রাউন এবং ব্যান্ড আলাদাভাবে তৈরি করা হয় এবং তারপর ক্রাউন ও ব্যান্ডের বাইরের দিক দিয়ে বোল্ট দিয়ে একসাথে জুড়ে ও শক্তিশালী করা হয়।
যদিও ফিলামেন্ট ওয়াইন্ডিং ব্যবহার করে ড্রাফট টিউব সবচেয়ে সহজে তৈরি করা যায়, প্রাকৃতিক তন্তু ব্যবহার করে এই প্রক্রিয়াটি এখনও বাণিজ্যিকভাবে চালু করা হয়নি। তাই, হ্যান্ড লেআপ পদ্ধতি বেছে নেওয়া হয়েছে, কারণ উচ্চ শ্রম খরচ সত্ত্বেও এটি উৎপাদনের একটি প্রচলিত পদ্ধতি। ম্যান্ডেলের মতো একটি মেল মোল্ড ব্যবহার করে, মোল্ডটিকে অনুভূমিক রেখে লেআপ সম্পন্ন করা যায় এবং তারপর কিউরিং-এর জন্য এটিকে উল্লম্বভাবে ঘোরানো হয়, যা একপাশে ঝুলে পড়া প্রতিরোধ করে। তৈরি হওয়া অংশে রেজিনের পরিমাণের উপর নির্ভর করে কম্পোজিট অংশগুলির ওজন সামান্য পরিবর্তিত হবে। এই সংখ্যাগুলি ৫০% তন্তুর ওজনের উপর ভিত্তি করে গণনা করা হয়েছে।
স্টিল এবং কম্পোজিট ২-মেগাওয়াট টারবাইনের মোট ওজন যথাক্রমে ৯,৮৮৮ কেজি এবং ৭,০১৬ কেজি। ২৫০-কিলোওয়াট স্টিল এবং কম্পোজিট টারবাইনের ওজন যথাক্রমে ৩,৭৩৪ কেজি এবং ১,৯২৭ কেজি। এই মোট ওজনের হিসাবে ধরে নেওয়া হয়েছে যে প্রতিটি টারবাইনের জন্য ২০টি উইকেট গেট এবং টারবাইনের হেডের সমান দৈর্ঘ্যের একটি পেনস্টক থাকবে। সম্ভবত পেনস্টকটি আরও লম্বা হবে এবং এর জন্য ফিটিংসের প্রয়োজন হবে, কিন্তু এই সংখ্যাটি ইউনিট এবং এর সাথে যুক্ত আনুষঙ্গিক যন্ত্রাংশের ওজনের একটি প্রাথমিক ধারণা দেয়। জেনারেটর, বোল্ট এবং গেট অ্যাকচুয়েটিং হার্ডওয়্যার এর অন্তর্ভুক্ত নয় এবং ধরে নেওয়া হয়েছে যে কম্পোজিট ও স্টিল ইউনিটের মধ্যে এগুলো একই রকম। এটিও উল্লেখ্য যে, এফইএ-তে দেখা স্ট্রেস কনসেন্ট্রেশন বিবেচনা করার জন্য রানারের যে নতুন নকশা প্রয়োজন, তা কম্পোজিট ইউনিটের ওজন বাড়াবে, কিন্তু এই পরিমাণ ন্যূনতম বলে ধরে নেওয়া হয়েছে; স্ট্রেস কনসেন্ট্রেশনযুক্ত স্থানগুলোকে শক্তিশালী করার জন্য প্রায় ৫ কেজি ওজন বাড়বে।
প্রদত্ত ওজন অনুযায়ী, ২-মেগাওয়াট কম্পোজিট টারবাইন এবং এর পেনস্টকটি দ্রুতগামী ভি-২২ অসপ্রে দিয়ে তোলা যেতে পারে, যেখানে স্টিলের যন্ত্রটির জন্য একটি ধীরগতির ও কম চালনাযোগ্য চিনুক টুইন রোটর হেলিকপ্টারের প্রয়োজন হবে। এছাড়াও, ২-মেগাওয়াট কম্পোজিট টারবাইন এবং পেনস্টকটি একটি এফ-২৫০ ৪×৪ দিয়ে টেনে নিয়ে যাওয়া যেতে পারে, যেখানে স্টিলের ইউনিটটির জন্য একটি বড় ট্রাকের প্রয়োজন হবে যা দুর্গম স্থানে স্থাপন করা হলে বনের রাস্তায় চালনা করা কঠিন হবে।
উপসংহার
কম্পোজিট উপাদান দিয়ে টারবাইন নির্মাণ করা সম্ভব, এবং প্রচলিত ইস্পাতের যন্ত্রাংশের তুলনায় এতে ৫০% থেকে ৭০% পর্যন্ত ওজন হ্রাস দেখা গেছে। এই কম ওজনের কারণে কম্পোজিট টারবাইন প্রত্যন্ত অঞ্চলেও স্থাপন করা যেতে পারে। এছাড়াও, এই কম্পোজিট কাঠামোগুলো একত্রিত করতে ওয়েল্ডিং সরঞ্জামের প্রয়োজন হয় না। যন্ত্রাংশগুলো জোড়া লাগানোর জন্য কম অংশের প্রয়োজন হয়, কারণ প্রতিটি অংশ এক বা দুটি ভাগে তৈরি করা যায়। এই গবেষণায় মডেল করা স্বল্প পরিসরের উৎপাদনে, যন্ত্রাংশের মোট খরচের মধ্যে ছাঁচ এবং অন্যান্য সরঞ্জামের খরচই প্রধান।
এখানে নির্দেশিত স্বল্প পরিসরের উৎপাদনগুলো থেকে বোঝা যায় যে এই উপাদানগুলো নিয়ে আরও গবেষণা শুরু করতে কী পরিমাণ খরচ হবে। এই গবেষণার মাধ্যমে স্থাপনের পর যন্ত্রাংশগুলোর ক্যাভিটেশন ক্ষয় এবং অতিবেগুনি রশ্মি থেকে সুরক্ষার বিষয়টি সমাধান করা যেতে পারে। ক্যাভিটেশন কমাতে অথবা টারবাইনটি এমন প্রবাহ ও চাপের পরিসরে চলে যা ক্যাভিটেশন প্রতিরোধ করে, তা নিশ্চিত করতে ইলাস্টোমার বা সিরামিক কোটিং ব্যবহার করা সম্ভব হতে পারে। ইউনিটগুলো যাতে স্টিলের টারবাইনের মতো নির্ভরযোগ্যতা অর্জন করতে পারে, তা নিশ্চিত করার জন্য এই এবং অন্যান্য বিষয়গুলো পরীক্ষা করে সমাধান করা গুরুত্বপূর্ণ হবে, বিশেষ করে যদি এগুলো এমন এলাকায় স্থাপন করা হয় যেখানে রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজন কম হবে।
এমনকি এই স্বল্প পরিমাণে উৎপাদনের ক্ষেত্রেও, উৎপাদনের জন্য প্রয়োজনীয় শ্রম কমে যাওয়ায় কিছু কম্পোজিট উপাদান সাশ্রয়ী হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, ২-মেগাওয়াট ফ্রান্সিস ইউনিটের একটি স্ক্রল কেস স্টিল দিয়ে ঝালাই করতে ৮০,০০০ ডলার খরচ হবে, যেখানে কম্পোজিট দিয়ে তৈরি করতে খরচ হবে ২৫,০০০ ডলার। তবে, টারবাইন রানারের সফল নকশা ধরে নিলে, কম্পোজিট রানার ছাঁচে ফেলার খরচ সমতুল্য স্টিলের উপাদানের চেয়ে বেশি। ২-মেগাওয়াট রানারটি স্টিল দিয়ে তৈরি করতে প্রায় ২৩,০০০ ডলার খরচ হবে, যেখানে কম্পোজিট দিয়ে তৈরি করতে খরচ হবে ২৭,০০০ ডলার। যন্ত্রভেদে খরচ ভিন্ন হতে পারে। আর যদি ছাঁচ পুনরায় ব্যবহার করা যায়, তবে অধিক পরিমাণে উৎপাদনের ক্ষেত্রে কম্পোজিট উপাদানের খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে কমে যাবে।
গবেষকরা ইতোমধ্যেই কম্পোজিট উপাদান দিয়ে টারবাইন রানার তৈরির বিষয়ে অনুসন্ধান করেছেন।৮ তবে, এই গবেষণায় ক্যাভিটেশন ক্ষয় এবং নির্মাণের সম্ভাব্যতা নিয়ে আলোচনা করা হয়নি। কম্পোজিট টারবাইনের জন্য পরবর্তী পদক্ষেপ হলো একটি স্কেল মডেল ডিজাইন ও নির্মাণ করা, যা এর সম্ভাব্যতা এবং উৎপাদনের ব্যয় সাশ্রয়ের প্রমাণ দেবে। এরপর এই ইউনিটটির কার্যকারিতা ও উপযোগিতা নির্ধারণের জন্য পরীক্ষা করা যেতে পারে, পাশাপাশি অতিরিক্ত ক্যাভিটেশন ক্ষয় প্রতিরোধের পদ্ধতিও নির্ধারণ করা যাবে।
পোস্ট করার সময়: ১৫ ফেব্রুয়ারি, ২০২২
