জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র এবং জলবিদ্যুৎ টারবাইন জেনারেটর কীভাবে কাজ করে

বিশ্বব্যাপী, জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি বিশ্বের প্রায় ২৪ শতাংশ বিদ্যুত উৎপাদন করে এবং ১ বিলিয়নেরও বেশি মানুষকে বিদ্যুৎ সরবরাহ করে। জাতীয় পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি পরীক্ষাগারের মতে, বিশ্বের জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি মোট ৬৭৫,০০০ মেগাওয়াট বিদ্যুৎ উৎপাদন করে, যা ৩.৬ বিলিয়ন ব্যারেল তেলের সমতুল্য। মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রে ২,০০০ এরও বেশি জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র কাজ করছে, যা জলবিদ্যুৎকে দেশের বৃহত্তম নবায়নযোগ্য শক্তির উৎস করে তুলেছে।
এই প্রবন্ধে, আমরা দেখব কিভাবে পতনশীল জল শক্তি তৈরি করে এবং জলবিদ্যুতের জন্য অপরিহার্য জলপ্রবাহ তৈরি করে এমন জলবিদ্যুৎ চক্র সম্পর্কে জানব। আপনি জলবিদ্যুতের একটি অনন্য প্রয়োগেরও আভাস পাবেন যা আপনার দৈনন্দিন জীবনে প্রভাব ফেলতে পারে।
যখন নদীটি বয়ে যেতে দেখে, তখন কল্পনা করা কঠিন যে এটি কতটা শক্তি বহন করে। আপনি যদি কখনও হোয়াইট-ওয়াটার র‍্যাফটিং করে থাকেন, তাহলে আপনি নদীর শক্তির একটি ছোট অংশ অনুভব করেছেন। হোয়াইট-ওয়াটার র‍্যাপিড স্রোত একটি নদী হিসাবে তৈরি হয়, যা প্রচুর পরিমাণে জলকে নীচের দিকে নিয়ে যায়, একটি সরু পথের মধ্য দিয়ে বাধা তৈরি করে। নদীটি যখন এই খোলা অংশ দিয়ে জোর করে যায়, তখন এর প্রবাহ দ্রুত হয়। বন্যা হল আরেকটি উদাহরণ যে বিশাল জলের শক্তি কতটা হতে পারে।

জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি পানির শক্তি ব্যবহার করে এবং সেই শক্তিকে বিদ্যুতে রূপান্তর করার জন্য সহজ মেকানিক্স ব্যবহার করে। জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি আসলে একটি সহজ ধারণার উপর ভিত্তি করে তৈরি - বাঁধের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত জল একটি টারবাইন ঘুরিয়ে দেয়, যা একটি জেনারেটর ঘুরিয়ে দেয়।
একটি প্রচলিত জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মৌলিক উপাদানগুলি এখানে দেওয়া হল:
টারবাইন এবং জেনারেটরের সংযোগকারী শ্যাফ্ট
বাঁধ - বেশিরভাগ জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র এমন একটি বাঁধের উপর নির্ভর করে যা জল ধরে রাখে, যার ফলে একটি বৃহৎ জলাধার তৈরি হয়। প্রায়শই, এই জলাধারটি বিনোদনমূলক হ্রদ হিসেবে ব্যবহৃত হয়, যেমন ওয়াশিংটন রাজ্যের গ্র্যান্ড কুলি বাঁধের লেক রুজভেল্ট।
পানি গ্রহণ - বাঁধের গেটগুলি খুলে যায় এবং মাধ্যাকর্ষণ শক্তি পেনস্টকের মধ্য দিয়ে জল টেনে নিয়ে যায়, একটি পাইপলাইন যা টারবাইনের দিকে নিয়ে যায়। এই পাইপের মধ্য দিয়ে জল প্রবাহিত হওয়ার সাথে সাথে চাপ বৃদ্ধি পায়।
টারবাইন – জল একটি টারবাইনের বৃহৎ ব্লেডগুলিকে আঘাত করে এবং ঘুরিয়ে দেয়, যা একটি খাদের মাধ্যমে তার উপরে একটি জেনারেটরের সাথে সংযুক্ত থাকে। জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের জন্য সবচেয়ে সাধারণ ধরণের টারবাইন হল ফ্রান্সিস টারবাইন, যা দেখতে বাঁকা ব্লেড সহ একটি বড় ডিস্কের মতো। ফাউন্ডেশন ফর ওয়াটার অ্যান্ড এনার্জি এডুকেশন (FWEE) অনুসারে, একটি টারবাইনের ওজন ১৭২ টন পর্যন্ত হতে পারে এবং প্রতি মিনিটে ৯০টি ঘূর্ণন (rpm) হারে ঘুরতে পারে।
জেনারেটর - টারবাইন ব্লেডগুলি ঘুরার সাথে সাথে জেনারেটরের ভিতরে চুম্বকের একটি সিরিজও ঘুরতে থাকে। বিশাল চুম্বকগুলি তামার কয়েলের পাশ দিয়ে ঘোরে, ইলেকট্রনগুলিকে সঞ্চালিত করে বিকল্প কারেন্ট (AC) তৈরি করে। (জেনারেটর কীভাবে কাজ করে সে সম্পর্কে আপনি পরে আরও জানতে পারবেন।)
ট্রান্সফরমার - পাওয়ার হাউসের ভিতরে থাকা ট্রান্সফরমারটি এসি গ্রহণ করে এবং এটিকে উচ্চ-ভোল্টেজ কারেন্টে রূপান্তরিত করে।
বিদ্যুৎ লাইন - প্রতিটি বিদ্যুৎ কেন্দ্র থেকে চারটি তার তৈরি হয়: একই সাথে উৎপাদিত তিনটি পর্যায় এবং তিনটির জন্যই একটি নিরপেক্ষ বা স্থল তার। (বিদ্যুৎ লাইন ট্রান্সমিশন সম্পর্কে আরও জানতে বিদ্যুৎ বিতরণ গ্রিড কীভাবে কাজ করে তা পড়ুন।)
বহিঃপ্রবাহ - ব্যবহৃত জল টেইলরেস নামক পাইপলাইনের মাধ্যমে বহন করা হয় এবং নদীর ভাটিতে পুনরায় প্রবেশ করে।
জলাধারের পানিকে সঞ্চিত শক্তি হিসেবে বিবেচনা করা হয়। যখন গেটগুলি খোলা হয়, তখন পেনস্টকের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত পানি গতিশীল শক্তিতে পরিণত হয় কারণ এটি গতিশীল। উৎপন্ন বিদ্যুতের পরিমাণ বিভিন্ন কারণ দ্বারা নির্ধারিত হয়। এই দুটি কারণ হল জল প্রবাহের আয়তন এবং হাইড্রোলিক হেডের পরিমাণ। হেড বলতে জলের পৃষ্ঠ এবং টারবাইনের মধ্যে দূরত্ব বোঝায়। হেড এবং প্রবাহ বৃদ্ধির সাথে সাথে উৎপাদিত বিদ্যুৎও বৃদ্ধি পায়। হেড সাধারণত জলাধারের পানির পরিমাণের উপর নির্ভর করে।
আরেকটি ধরণের জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র আছে, যাকে পাম্পড-স্টোরেজ প্ল্যান্ট বলা হয়। একটি প্রচলিত জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রে, জলাধার থেকে জল কেন্দ্রের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়, বেরিয়ে যায় এবং নীচের দিকে প্রবাহিত হয়। একটি পাম্পড-স্টোরেজ প্ল্যান্টে দুটি জলাধার থাকে:

উপরের জলাধার - একটি প্রচলিত জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মতো, একটি বাঁধ একটি জলাধার তৈরি করে। এই জলাধারের জল জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হয়ে বিদ্যুৎ তৈরি করে।
নিম্ন জলাধার - জলবিদ্যুৎ কেন্দ্র থেকে বেরিয়ে আসা জল নদীতে পুনরায় প্রবেশ করে নিম্নমুখী প্রবাহিত হওয়ার পরিবর্তে নিম্নতর জলাধারে প্রবাহিত হয়।
একটি রিভার্সিবল টারবাইন ব্যবহার করে, প্ল্যান্টটি উপরের জলাধারে জল ফিরিয়ে আনতে পারে। এটি অফ-পিক আওয়ারে করা হয়। মূলত, দ্বিতীয় জলাধারটি উপরের জলাধারটি পুনরায় পূরণ করে। উপরের জলাধারে জল ফিরিয়ে আনার মাধ্যমে, প্ল্যান্টটিতে সর্বোচ্চ ব্যবহারের সময় বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য আরও জল থাকে।

জেনারেটর
জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের প্রাণকেন্দ্র হল জেনারেটর। বেশিরভাগ জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রে এই ধরণের বেশ কয়েকটি জেনারেটর থাকে।
আপনি হয়তো অনুমান করেছেন, জেনারেটর বিদ্যুৎ উৎপন্ন করে। এই পদ্ধতিতে বিদ্যুৎ উৎপাদনের মূল প্রক্রিয়া হল তারের কয়েলের ভেতরে চুম্বকের একটি সিরিজ ঘোরানো। এই প্রক্রিয়া ইলেকট্রনকে সঞ্চালিত করে, যা বৈদ্যুতিক প্রবাহ উৎপন্ন করে।
হুভার বাঁধে মোট ১৭টি জেনারেটর রয়েছে, যার প্রতিটি ১৩৩ মেগাওয়াট পর্যন্ত বিদ্যুৎ উৎপাদন করতে পারে। হুভার বাঁধ জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মোট ক্ষমতা ২,০৭৪ মেগাওয়াট। প্রতিটি জেনারেটর কিছু মৌলিক অংশ দিয়ে তৈরি:

টারবাইন ঘুরলে, এক্সাইটর রটারে একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহ পাঠায়। রটার হল বৃহৎ তড়িৎচুম্বকগুলির একটি সিরিজ যা স্টেটর নামক তামার তারের একটি শক্তভাবে ক্ষতযুক্ত কয়েলের ভিতরে ঘোরে। কয়েল এবং চুম্বকের মধ্যে চৌম্বক ক্ষেত্র একটি বৈদ্যুতিক প্রবাহ তৈরি করে।
হুভার বাঁধে, জেনারেটর থেকে ট্রান্সফরমারে ১৬,৫০০ অ্যাম্পিয়ার কারেন্ট চলে, যেখানে ট্রান্সমিট হওয়ার আগে কারেন্ট ২৩০,০০০ অ্যাম্পিয়ার পর্যন্ত বেড়ে যায়।
জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলি প্রাকৃতিকভাবে ঘটে চলা, ধারাবাহিক প্রক্রিয়ার সুবিধা গ্রহণ করে - এই প্রক্রিয়ার ফলে বৃষ্টিপাত হয় এবং নদীগুলি জলের স্তর বৃদ্ধি পায়। প্রতিদিন, আমাদের গ্রহটি বায়ুমণ্ডলের মধ্য দিয়ে অল্প পরিমাণে জল হারায় কারণ অতিবেগুনী রশ্মি জলের অণুগুলিকে ভেঙে দেয়। কিন্তু একই সময়ে, আগ্নেয়গিরির ক্রিয়াকলাপের মাধ্যমে পৃথিবীর অভ্যন্তরীণ অংশ থেকে নতুন জল নির্গত হয়। যে পরিমাণ জল তৈরি হয় এবং যে পরিমাণ জল নষ্ট হয় তা প্রায় একই রকম।
যেকোনো সময়ে, পৃথিবীর মোট পানির পরিমাণ বিভিন্ন রূপে থাকে। এটি তরল হতে পারে, যেমন সমুদ্র, নদী এবং বৃষ্টিতে; কঠিন হতে পারে, যেমন হিমবাহে; অথবা গ্যাসীয় হতে পারে, যেমন বাতাসে অদৃশ্য জলীয় বাষ্পে। বায়ুপ্রবাহের মাধ্যমে গ্রহের চারপাশে জল চলাচলের সময় তার অবস্থা পরিবর্তিত হয়। সূর্যের উত্তাপের ক্রিয়াকলাপের ফলে বায়ুপ্রবাহ তৈরি হয়। গ্রহের অন্যান্য অঞ্চলের তুলনায় বিষুবরেখায় সূর্যের আলো বেশি থাকার ফলে বায়ু-প্রবাহ চক্র তৈরি হয়।

বায়ু-প্রবাহ চক্র পৃথিবীর জল সরবরাহকে একটি নিজস্ব চক্রের মধ্য দিয়ে পরিচালিত করে, যাকে জলচক্র বলা হয়। সূর্য তরল জলকে উত্তপ্ত করার সাথে সাথে জল বাতাসে বাষ্পে পরিণত হয়। সূর্য বাতাসকে উত্তপ্ত করে, যার ফলে বায়ুমণ্ডলে বাতাস উপরে উঠে যায়। বাতাস যত উপরে ঠান্ডা থাকে, তাই জলীয়বাষ্প যত উপরে ওঠে, তত ঠান্ডা হয়ে ঘনীভূত হয় এবং ফোঁটায় পরিণত হয়। যখন একটি জায়গায় পর্যাপ্ত ফোঁটায় জমা হয়, তখন ফোঁটায় বৃষ্টিপাতের আকারে পৃথিবীতে ফিরে আসার জন্য যথেষ্ট ভারী হয়ে উঠতে পারে।
জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রগুলির জন্য জলচক্র গুরুত্বপূর্ণ কারণ এগুলি জলপ্রবাহের উপর নির্ভর করে। যদি কেন্দ্রের কাছে বৃষ্টিপাতের অভাব হয়, তাহলে উজানে পানি জমা হবে না। উজানে পানি জমা না হলে, জলবিদ্যুৎ কেন্দ্রের মধ্য দিয়ে কম পানি প্রবাহিত হয় এবং কম বিদ্যুৎ উৎপন্ন হয়।
জলবিদ্যুতের মূল ধারণা হল একটি চলমান তরলের শক্তি ব্যবহার করে একটি টারবাইন ব্লেড ঘুরানো। সাধারণত, এই কাজটি সম্পাদন করার জন্য নদীর মাঝখানে একটি বড় বাঁধ তৈরি করতে হয়। একটি নতুন আবিষ্কার পোর্টেবল ইলেকট্রনিক ডিভাইসের জন্য বিদ্যুৎ সরবরাহের জন্য অনেক ছোট স্কেলে জলবিদ্যুতের ধারণাকে পুঁজি করছে।

কানাডার অন্টারিওর উদ্ভাবক রবার্ট কোমারেচকা জুতার তলায় ছোট জলবিদ্যুৎ জেনারেটর স্থাপনের ধারণাটি নিয়ে এসেছেন। তিনি বিশ্বাস করেন যে এই মাইক্রো-টারবাইনগুলি প্রায় যেকোনো ডিভাইসকে চালিত করার জন্য যথেষ্ট বিদ্যুৎ উৎপন্ন করবে। ২০০১ সালের মে মাসে, কোমারেচকা তার অনন্য পা-চালিত ডিভাইসের জন্য একটি পেটেন্ট পান।
আমরা কীভাবে হাঁটছি তার একটি খুব মৌলিক নীতি আছে: প্রতিটি পদক্ষেপের সময় পা গোড়ালি থেকে পা পর্যন্ত পড়ে। আপনার পা মাটিতে পড়ার সাথে সাথে, আপনার গোড়ালি দিয়ে বল নেমে আসে। যখন আপনি আপনার পরবর্তী পদক্ষেপের জন্য প্রস্তুতি নেন, তখন আপনি আপনার পা সামনের দিকে ঘুরিয়ে দেন, ফলে শক্তি আপনার পায়ের গোড়ালিতে স্থানান্তরিত হয়। কোমারেচকা স্পষ্টতই হাঁটার এই মৌলিক নীতিটি লক্ষ্য করেছেন এবং এই দৈনন্দিন কার্যকলাপের শক্তিকে কাজে লাগানোর জন্য একটি ধারণা তৈরি করেছেন।
কোমারেচকার "জলবিদ্যুৎ জেনারেটর সমাবেশ সহ পাদুকা" এর পাঁচটি অংশ রয়েছে, যেমনটি এর পেটেন্টে বর্ণিত হয়েছে:

তরল - সিস্টেমটি একটি বৈদ্যুতিক পরিবাহী তরল ব্যবহার করবে।
তরল ধরে রাখার জন্য থলি - একটি থলি জুতার গোড়ালিতে এবং আরেকটি পায়ের আঙুলের অংশে রাখা হয়।
নালী - নালী প্রতিটি থলিকে একটি মাইক্রোজেনারেটরের সাথে সংযুক্ত করে।
টারবাইন - সোলে পানি যখন এদিক-ওদিক ঘুরতে থাকে, তখন এটি একটি ক্ষুদ্র টারবাইনের ব্লেডগুলিকেও ঘুরতে দেয়।
মাইক্রোজেনারেটর - জেনারেটরটি দুটি তরল-ভরা থলির মধ্যে অবস্থিত এবং এতে একটি ভ্যান রোটর রয়েছে, যা একটি শ্যাফ্ট চালায় এবং জেনারেটরটি ঘুরিয়ে দেয়।
একজন ব্যক্তি যখন হাঁটেন, তখন জুতার গোড়ালিতে অবস্থিত থলির তরলের সংকোচনের ফলে তরল পদার্থটি নালীর মধ্য দিয়ে জলবিদ্যুৎ জেনারেটর মডিউলে প্রবেশ করবে। ব্যবহারকারী যখন হাঁটতে থাকবেন, তখন গোড়ালিটি উপরে উঠবে এবং ব্যক্তির পায়ের বলের নীচে থলির উপর নিম্নমুখী চাপ পড়বে। তরলটির চলাচল রটার এবং শ্যাফ্টকে ঘুরিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করবে।

একটি পোর্টেবল ডিভাইসের সাথে তার সংযোগ করার জন্য একটি বহিরাগত সকেট প্রদান করা হবে। ব্যবহারকারীর বেল্টে পরার জন্য একটি পাওয়ার-কন্ট্রোল আউটপুট ইউনিটও প্রদান করা যেতে পারে। এরপর ইলেকট্রনিক ডিভাইসগুলি এই পাওয়ার-কন্ট্রোল আউটপুট ইউনিটের সাথে সংযুক্ত করা যেতে পারে, যা বিদ্যুতের একটি স্থির সরবরাহ প্রদান করবে।
"ব্যাটারি চালিত, পোর্টেবল ডিভাইসের সংখ্যা বৃদ্ধির সাথে সাথে," পেটেন্টে লেখা আছে, "দীর্ঘস্থায়ী, অভিযোজিত, দক্ষ বৈদ্যুতিক উৎস প্রদানের প্রয়োজনীয়তা ক্রমবর্ধমান।" কোমারেচকা আশা করেন যে তার ডিভাইসটি পোর্টেবল কম্পিউটার, সেল ফোন, সিডি প্লেয়ার, জিপিএস রিসিভার এবং দ্বি-মুখী রেডিওতে শক্তি সরবরাহের জন্য ব্যবহৃত হবে।