जलविद्युत उत्पादन, जलविद्युत उपकरण और हाइड्रोलिक संरचनाओं का अवलोकन

1、 जलविद्युत उत्पादन का अवलोकन
जलविद्युत उत्पादन का मतलब है प्राकृतिक नदियों की जल ऊर्जा को लोगों के उपयोग के लिए विद्युत ऊर्जा में बदलना। बिजलीघरों द्वारा उपयोग किए जाने वाले ऊर्जा स्रोत विविध हैं, जैसे सौर ऊर्जा, नदियों की जल शक्ति और वायु प्रवाह से उत्पन्न पवन ऊर्जा। जलविद्युत का उपयोग करके जलविद्युत उत्पादन की लागत सस्ती है, और जलविद्युत स्टेशनों के निर्माण को अन्य जल संरक्षण उपक्रमों के साथ भी जोड़ा जा सकता है। चीन जल संसाधनों से समृद्ध है और इसकी स्थितियाँ उत्कृष्ट हैं। राष्ट्रीय आर्थिक निर्माण में जलविद्युत की महत्वपूर्ण भूमिका है।
किसी नदी का अपस्ट्रीम जल स्तर उसके डाउनस्ट्रीम जल स्तर से अधिक होता है। नदी के जल स्तर के बीच अंतर के कारण, जल ऊर्जा उत्पन्न होती है। इस ऊर्जा को स्थितिज ऊर्जा या स्थितिज ऊर्जा कहते हैं। नदी के पानी की सतह की ऊंचाई के बीच के अंतर को ड्रॉप कहा जाता है, जिसे जल स्तर अंतर या हेड भी कहा जाता है। यह ड्रॉप हाइड्रोलिक पावर के लिए एक बुनियादी शर्त है। इसके अलावा, जल शक्ति का आकार नदी में पानी के प्रवाह के आकार पर भी निर्भर करता है, जो ड्रॉप की तरह ही एक और बुनियादी शर्त है। ड्रॉप और डिस्चार्ज दोनों सीधे हाइड्रोलिक पावर के आकार को प्रभावित करते हैं; पानी जितना अधिक गिरता है, हाइड्रोलिक पावर भी उतनी ही अधिक होती है; यदि ड्रॉप और पानी की मात्रा अपेक्षाकृत कम है, तो जल विद्युत स्टेशन का उत्पादन छोटा होगा।
ड्रॉप को आम तौर पर मीटर में व्यक्त किया जाता है। जल सतह ढाल ड्रॉप और दूरी का अनुपात है, जो ड्रॉप की सांद्रता की डिग्री को इंगित कर सकता है। यदि ड्रॉप अपेक्षाकृत केंद्रित है, तो जल शक्ति का उपयोग अधिक सुविधाजनक है। एक जलविद्युत स्टेशन द्वारा उपयोग की जाने वाली ड्रॉप हाइड्रोपावर स्टेशन की अपस्ट्रीम जल सतह और हाइड्रोलिक टरबाइन से गुजरने के बाद डाउनस्ट्रीम जल सतह के बीच का अंतर है।
प्रवाह एक इकाई समय में एक नदी के माध्यम से बहने वाले पानी की मात्रा है, जिसे प्रति सेकंड क्यूबिक मीटर में व्यक्त किया जाता है। एक घन मीटर पानी एक टन है। किसी नदी का प्रवाह किसी भी समय और कहीं भी बदल जाता है, इसलिए जब हम प्रवाह के बारे में बात करते हैं, तो हमें उस विशिष्ट स्थान का समय स्पष्ट करना चाहिए जहां यह बहती है। समय के साथ प्रवाह काफी बदल जाता है। सामान्य तौर पर, चीन में नदियों में गर्मियों, शरद ऋतु और बरसात के मौसम में बड़ा प्रवाह होता है, लेकिन सर्दियों और वसंत में छोटा प्रवाह होता है। प्रवाह महीने-दर-दिन बदलता रहता है, और पानी की मात्रा साल-दर-साल बदलती रहती है। सामान्य नदियों का प्रवाह अपस्ट्रीम में अपेक्षाकृत कम होता है; जैसे-जैसे सहायक नदियाँ मिलती हैं, डाउनस्ट्रीम प्रवाह धीरे-धीरे बढ़ता है। इसलिए, हालांकि अपस्ट्रीम ड्रॉप केंद्रित है, प्रवाह छोटा है; हालांकि डाउनस्ट्रीम प्रवाह बड़ा है, गिरावट अपेक्षाकृत बिखरी हुई है।
किसी जलविद्युत स्टेशन द्वारा उपयोग की जाने वाली बूंद और प्रवाह को जानकर, इसके उत्पादन की गणना निम्नलिखित सूत्र से की जा सकती है:
एन= जीक्यूएच
सूत्र में, N – आउटपुट, इकाई: kW, जिसे शक्ति भी कहा जाता है;
क्यू — प्रवाह, प्रति सेकंड घन मीटर में;
एच — बूंद, मीटर में;
G=9.8, गुरुत्वाकर्षण का त्वरण है, न्यूटन/किलोग्राम में
सैद्धांतिक शक्ति की गणना उपरोक्त सूत्र के अनुसार की जाती है, और कोई हानि नहीं काटी जाती है। वास्तव में, जल विद्युत उत्पादन की प्रक्रिया में, जल टर्बाइन, ट्रांसमिशन उपकरण, जनरेटर आदि में अपरिहार्य रूप से बिजली की हानि होती है। इसलिए, सैद्धांतिक शक्ति को छूट दी जानी चाहिए, अर्थात, हम जो वास्तविक शक्ति उपयोग कर सकते हैं उसे दक्षता गुणांक (प्रतीक: K) से गुणा किया जाना चाहिए।
जलविद्युत स्टेशन में जनरेटर की डिज़ाइन की गई शक्ति को रेटेड पावर कहा जाता है, और वास्तविक शक्ति को वास्तविक शक्ति कहा जाता है। ऊर्जा परिवर्तन की प्रक्रिया में, कुछ ऊर्जा खोना अपरिहार्य है। जलविद्युत उत्पादन की प्रक्रिया में, मुख्य रूप से हाइड्रोलिक टर्बाइन और जनरेटर (पाइपलाइनों के नुकसान सहित) का नुकसान होता है। ग्रामीण सूक्ष्म जलविद्युत स्टेशनों में, विभिन्न नुकसान कुल सैद्धांतिक शक्ति का 40 ~ 50% हिस्सा होते हैं, इसलिए जलविद्युत स्टेशनों का उत्पादन सैद्धांतिक शक्ति का केवल 50 ~ 60% ही उपयोग कर सकता है, अर्थात दक्षता लगभग 0.5 ~ 0.60 है (टरबाइन दक्षता 0.70 ~ 0.85, जनरेटर दक्षता 0.85 ~ 0.90, और पाइप और ट्रांसमिशन उपकरण दक्षता 0.80 ~ 0.85 सहित)। इसलिए, जलविद्युत स्टेशन की वास्तविक शक्ति (आउटपुट) की गणना निम्नानुसार की जा सकती है:
K - जलविद्युत स्टेशन की दक्षता, (0.5 ~ 0.6) को माइक्रो जलविद्युत स्टेशन की मोटे तौर पर गणना के लिए अपनाया जाता है; उपरोक्त सूत्र को इस प्रकार सरल किया जा सकता है:
N=(0.5 ～ 0.6) QHG वास्तविक शक्ति=दक्षता × प्रवाह × गिरावट × नौ दशमलव आठ
जलविद्युत का उपयोग पानी का उपयोग करके एक प्रकार की मशीनरी को चलाना है, जिसे जल टरबाइन कहा जाता है। उदाहरण के लिए, चीन में प्राचीन जलचक्र एक बहुत ही सरल जल टरबाइन है। अब उपयोग किए जाने वाले विभिन्न हाइड्रोलिक टर्बाइन विभिन्न विशिष्ट हाइड्रोलिक स्थितियों के अनुकूल हैं, ताकि वे अधिक प्रभावी ढंग से घूम सकें और जल ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में बदल सकें। एक अन्य मशीन, जनरेटर, जल टरबाइन से जुड़ा हुआ है ताकि जनरेटर का रोटर जल टरबाइन के साथ घूम सके, और फिर बिजली पैदा की जा सके। जनरेटर को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है: वह भाग जो हाइड्रोलिक टरबाइन के साथ घूमता है और जनरेटर का स्थिर भाग। हाइड्रोलिक टरबाइन के साथ घूमने वाले भाग को जनरेटर का रोटर कहा जाता है, और रोटर के चारों ओर कई चुंबकीय ध्रुव होते हैं; रोटर के चारों ओर एक घेरा जनरेटर का स्थिर भाग होता है, जिसे जनरेटर का स्टेटर कहा जाता है। स्टेटर कई तांबे के कॉइल से लिपटा होता है। जब रोटर के कई चुंबकीय ध्रुव स्टेटर कॉपर कॉइल के बीच में घूमते हैं, तो तांबे के तार पर करंट उत्पन्न होगा, और जनरेटर यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करेगा।
पावर स्टेशन द्वारा उत्पन्न विद्युत ऊर्जा को विभिन्न विद्युत उपकरणों से यांत्रिक ऊर्जा (मोटर या मोटर), प्रकाश ऊर्जा (विद्युत लैंप), ऊष्मा ऊर्जा (विद्युत भट्टी) आदि में परिवर्तित किया जाता है।

2、 जलविद्युत स्टेशन की संरचना
जलविद्युत स्टेशन में हाइड्रोलिक संरचनाएं, यांत्रिक उपकरण और विद्युत उपकरण शामिल हैं।
（1） हाइड्रोलिक संरचनाएं
इसमें वियर (बांध), अंतर्ग्रहण द्वार, चैनल (या सुरंग), फोरबे (या विनियमन टैंक), पेनस्टॉक, पावर हाउस और टेलरेस आदि शामिल हैं।
नदी को रोकने, पानी की सतह को ऊपर उठाने और जलाशय बनाने के लिए नदी में एक वीयर (बांध) बनाएं। इस तरह, वीयर (बांध) पर जलाशय की पानी की सतह से बांध के नीचे नदी की पानी की सतह तक एक केंद्रित बूंद बनती है, और फिर पानी को पानी के पाइप या सुरंगों के माध्यम से जलविद्युत स्टेशन में पेश किया जाता है। खड़ी नदी चैनल में, डायवर्सन चैनलों का उपयोग करके भी एक बूंद बनाई जा सकती है। उदाहरण के लिए, एक प्राकृतिक नदी की गिरावट 10 मीटर प्रति किलोमीटर है। यदि पानी को पेश करने के लिए नदी के इस खंड के ऊपरी छोर पर एक चैनल खोला जाता है, तो चैनल नदी के साथ खोदा जाएगा, और चैनल का ढाल समतल होगा। यदि चैनल में गिरावट केवल 1 मीटर प्रति किलोमीटर है, तो पानी चैनल में 5 किलोमीटर बहेगा, और पानी केवल 5 मीटर नीचे गिरेगा, जबकि प्राकृतिक नदी में 5 किलोमीटर चलने के बाद पानी 50 मीटर नीचे गिरेगा। इस समय, चैनल के पानी को नदी द्वारा जल पाइपों या सुरंगों के माध्यम से वापस पावर हाउस तक ले जाया जाता है, तथा वहां 45 मीटर की सघन गिरावट होती है, जिसका उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।
एक जलविद्युत स्टेशन जो एक केंद्रित बूंद बनाने के लिए डायवर्सन चैनलों, सुरंगों या पानी के पाइप (जैसे प्लास्टिक पाइप, स्टील पाइप, कंक्रीट पाइप, आदि) का उपयोग करता है, उसे डायवर्सन चैनल प्रकार का जलविद्युत स्टेशन कहा जाता है, जो जलविद्युत स्टेशनों का एक विशिष्ट लेआउट है।
（2） यांत्रिक और विद्युत उपकरण
उपरोक्त हाइड्रोलिक कार्यों (वियर, नहर, फोरबे, पेनस्टॉक और पावरहाउस) के अलावा, जलविद्युत स्टेशन को निम्नलिखित उपकरणों की भी आवश्यकता होती है:
(1) यांत्रिक उपकरण
इसमें हाइड्रोलिक टर्बाइन, गवर्नर, गेट वाल्व, ट्रांसमिशन उपकरण और गैर विद्युत उत्पादन उपकरण शामिल हैं।
(2) विद्युत उपकरण
इनमें जनरेटर, वितरण नियंत्रण पैनल, ट्रांसफार्मर, ट्रांसमिशन लाइनें आदि शामिल हैं।
हालांकि, सभी छोटे जलविद्युत स्टेशनों में उपरोक्त हाइड्रोलिक संरचनाएं और यांत्रिक और विद्युत उपकरण नहीं होते हैं। यदि 6 मीटर से कम जल शीर्ष वाले कम हेड हाइड्रोपावर स्टेशन आम तौर पर डायवर्सन चैनल और ओपन चैनल डायवर्सन चैंबर का रास्ता अपनाते हैं, तो कोई फोरबे और पेनस्टॉक नहीं होगा। छोटी बिजली आपूर्ति सीमा और कम संचरण दूरी वाले पावर स्टेशन बिना ट्रांसफार्मर के सीधे ट्रांसमिशन को अपनाते हैं। जलाशयों वाले हाइड्रोपावर स्टेशनों को बांध बनाने की आवश्यकता नहीं होती है। गहरे पानी के इनलेट को अपनाया जाता है, और बांध के आंतरिक पाइप (या सुरंग) और स्पिलवे को वियर, इनटेक गेट, चैनल और फोरबे जैसी हाइड्रोलिक संरचनाओं का उपयोग करने की आवश्यकता नहीं होती है।
हाइड्रोपावर स्टेशन बनाने के लिए सबसे पहले सावधानीपूर्वक सर्वेक्षण और डिजाइन किया जाना चाहिए। डिजाइन में तीन चरण होते हैं: प्रारंभिक डिजाइन, तकनीकी डिजाइन और निर्माण विवरण। डिजाइन में अच्छा काम करने के लिए, हमें पहले गहन सर्वेक्षण करना चाहिए, यानी स्थानीय प्राकृतिक और आर्थिक स्थितियों को पूरी तरह से समझना चाहिए - यानी स्थलाकृति, भूविज्ञान, जल विज्ञान, पूंजी, आदि। इन स्थितियों में महारत हासिल करने और उनका विश्लेषण करने के बाद ही डिजाइन की शुद्धता और विश्वसनीयता की गारंटी दी जा सकती है।
विभिन्न प्रकार के जलविद्युत स्टेशनों के अनुसार छोटे जलविद्युत स्टेशनों के घटकों के विभिन्न रूप होते हैं।

3、 स्थलाकृतिक सर्वेक्षण
स्थलाकृतिक सर्वेक्षण की गुणवत्ता का परियोजना के लेआउट और मात्रा के आकलन पर बहुत प्रभाव पड़ता है।
भूवैज्ञानिक अन्वेषण (भूवैज्ञानिक स्थितियों की समझ) के लिए न केवल बेसिन भूविज्ञान और नदी के किनारे भूविज्ञान पर सामान्य समझ और शोध की आवश्यकता होती है, बल्कि यह भी समझना होता है कि मशीन रूम की नींव ठोस है या नहीं, जो सीधे बिजली स्टेशन की सुरक्षा को प्रभावित करती है। एक बार एक निश्चित जलाशय मात्रा वाला बैराज नष्ट हो जाता है, तो यह न केवल जलविद्युत स्टेशन को नुकसान पहुंचाएगा, बल्कि डाउनस्ट्रीम में जान-माल का भी भारी नुकसान होगा। इसलिए, फोरबे का भूवैज्ञानिक चयन आम तौर पर पहले स्थान पर रखा जाता है।

4、 हाइड्रोमेट्री
जलविद्युत स्टेशनों के लिए, सबसे महत्वपूर्ण हाइड्रोलॉजिकल डेटा नदी के जल स्तर, प्रवाह, तलछट सांद्रता, हिमपात, मौसम संबंधी डेटा और बाढ़ सर्वेक्षण डेटा के रिकॉर्ड हैं। नदी के प्रवाह का आकार जलविद्युत स्टेशन के स्पिलवे के लेआउट को प्रभावित करता है, और बाढ़ की गंभीरता को कम करके आंका जाता है, जिससे बांध का विनाश होगा; नदी द्वारा लाई गई तलछट सबसे खराब स्थिति में जलाशय को जल्दी से भर सकती है। उदाहरण के लिए, चैनल में प्रवाह चैनल गाद का कारण बनेगा, और मोटे तलछट हाइड्रोलिक टरबाइन से गुजरेंगे और हाइड्रोलिक टरबाइन के पहनने का कारण बनेंगे। इसलिए, जलविद्युत स्टेशनों के निर्माण में पर्याप्त हाइड्रोलॉजिकल डेटा होना चाहिए।
इसलिए, जलविद्युत स्टेशन बनाने का निर्णय लेने से पहले, बिजली आपूर्ति क्षेत्र में आर्थिक विकास की दिशा और बिजली की भविष्य की मांग की जांच और अध्ययन करना आवश्यक है। साथ ही, विकास क्षेत्र में अन्य बिजली स्रोतों की स्थिति का अनुमान लगाना आवश्यक है। उपरोक्त स्थितियों का अध्ययन और विश्लेषण करने के बाद ही हम यह तय कर सकते हैं कि जलविद्युत स्टेशन बनाने की आवश्यकता है या नहीं और निर्माण का पैमाना कितना बड़ा होना चाहिए।
सामान्यतः, जलविद्युत सर्वेक्षण का उद्देश्य जलविद्युत स्टेशनों के डिजाइन और निर्माण के लिए आवश्यक सटीक और विश्वसनीय बुनियादी डेटा प्रदान करना है।

5. चयनित स्टेशन स्थल की सामान्य शर्तें
स्टेशन स्थल के चयन के लिए सामान्य शर्तों को निम्नलिखित चार पहलुओं में वर्णित किया जा सकता है:
（1） चयनित स्टेशन स्थल जल ऊर्जा का सबसे किफायती उपयोग करने में सक्षम होना चाहिए और लागत बचत के सिद्धांत के अनुरूप होना चाहिए, अर्थात, बिजली स्टेशन के पूरा होने के बाद, न्यूनतम लागत खर्च की जाएगी और अधिकतम बिजली पैदा की जाएगी। आम तौर पर, बिजली उत्पादन और स्टेशन निर्माण में निवेश से होने वाली वार्षिक आय का अनुमान लगाकर यह मापा जा सकता है कि निवेशित पूंजी की वसूली कब तक की जा सकती है। हालांकि, विभिन्न जल विज्ञान और स्थलाकृतिक स्थितियों और बिजली की अलग-अलग मांगों के कारण, लागत और निवेश को कुछ मूल्यों तक सीमित नहीं किया जाना चाहिए।
（2） चयनित स्टेशन स्थल में बेहतर स्थलाकृतिक, भूवैज्ञानिक और जल विज्ञान संबंधी स्थितियां होनी चाहिए, और डिजाइन और निर्माण में संभव होना चाहिए। छोटे जलविद्युत स्टेशनों का निर्माण निर्माण सामग्री के संदर्भ में यथासंभव "स्थानीय सामग्रियों" के सिद्धांत के अनुरूप होना चाहिए।
（3） चयनित स्टेशन स्थल विद्युत आपूर्ति और प्रसंस्करण क्षेत्र के जितना संभव हो सके उतना करीब होना चाहिए ताकि ट्रांसमिशन उपकरण और बिजली की हानि में निवेश को कम किया जा सके।
（4） स्टेशन स्थल का चयन करते समय, मौजूदा हाइड्रोलिक संरचनाओं का यथासंभव उपयोग किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, सिंचाई चैनलों में जलविद्युत स्टेशन बनाने के लिए पानी की बूंदों का उपयोग किया जा सकता है, या सिंचाई जलाशयों के पास जलविद्युत स्टेशन बनाकर सिंचाई प्रवाह का उपयोग करके बिजली पैदा की जा सकती है, आदि। क्योंकि ये जलविद्युत स्टेशन पानी होने पर बिजली पैदा करने के सिद्धांत का पालन कर सकते हैं, इसलिए उनका आर्थिक महत्व अधिक स्पष्ट है।