हाइड्रो जलविद्युत परियोजना के लिए जलचक्र डिजाइन

जल ऊर्जा के लिए जलचक्र डिजाइन
हाइड्रो ऊर्जा आइकन हाइड्रो ऊर्जा एक ऐसी तकनीक है जो गतिमान जल की गतिज ऊर्जा को यांत्रिक या विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है, और गतिमान जल की ऊर्जा को उपयोगी कार्य में परिवर्तित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले शुरुआती उपकरणों में से एक वाटरव्हील डिज़ाइन था।
जल चक्र का डिजाइन समय के साथ विकसित हुआ है, कुछ जल चक्र ऊर्ध्वाधर दिशा में, कुछ क्षैतिज दिशा में तथा कुछ में विस्तृत घिरनियां और गियर लगे होते हैं, लेकिन वे सभी एक ही कार्य करने के लिए डिजाइन किए गए हैं और वह भी, "चलते पानी की रैखिक गति को घूर्णी गति में परिवर्तित करना, जिसका उपयोग एक घूर्णन शाफ्ट के माध्यम से इससे जुड़ी किसी भी मशीनरी को चलाने के लिए किया जा सकता है"।

विशिष्ट जलचक्र डिजाइन
प्रारंभिक जलचक्र डिजाइन काफी आदिम और सरल मशीनें थीं, जिनमें एक ऊर्ध्वाधर लकड़ी का पहिया होता था, जिसके चारों ओर लकड़ी के ब्लेड या बाल्टियां समान रूप से लगी होती थीं। ये सभी एक क्षैतिज शाफ्ट पर टिकी होती थीं, जिसके नीचे से बहते पानी का बल पहिये को ब्लेड के विपरीत स्पर्शरेखीय दिशा में धकेलता था।
ये ऊर्ध्वाधर जलचक्र प्राचीन यूनानियों और मिस्रियों द्वारा पहले बनाए गए क्षैतिज जलचक्र से बहुत बेहतर थे, क्योंकि वे चलते पानी की गति को शक्ति में बदलकर अधिक कुशलता से काम कर सकते थे। फिर पुली और गियरिंग को जलचक्र से जोड़ा गया जिससे मिलस्टोन, लकड़ी को काटने, अयस्क को कुचलने, मुद्रांकन और काटने आदि के लिए घूर्णन शाफ्ट की दिशा को क्षैतिज से ऊर्ध्वाधर में बदलने की अनुमति मिली।

जल पहिया डिजाइन के प्रकार
अधिकांश वाटरव्हील जिन्हें वाटरमिल या बस वाटर व्हील के नाम से भी जाना जाता है, क्षैतिज धुरी के चारों ओर घूमने वाले लंबवत रूप से लगे पहिए होते हैं, और इस प्रकार के वाटरव्हील को इस आधार पर वर्गीकृत किया जाता है कि पहिए की धुरी के सापेक्ष पानी को पहिए पर किस तरह लगाया जाता है। जैसा कि आप उम्मीद कर सकते हैं, वाटरव्हील अपेक्षाकृत बड़ी मशीनें हैं जो कम कोणीय गति से घूमती हैं, और घर्षण से होने वाले नुकसान और बाल्टियों के अधूरे भरने आदि के कारण उनकी दक्षता कम होती है।
पानी के पहियों की बाल्टियों या पैडल के खिलाफ धकेलने की क्रिया से धुरी पर टॉर्क विकसित होता है, लेकिन पानी को पहिए पर अलग-अलग स्थितियों से इन पैडल और बाल्टियों पर निर्देशित करके घूर्णन की गति और इसकी दक्षता में सुधार किया जा सकता है। वाटरव्हील डिज़ाइन के दो सबसे आम प्रकार "अंडरशॉट वॉटरव्हील" और "ओवरशॉट वॉटरव्हील" हैं।

अंडरशॉट वॉटर व्हील डिज़ाइन
अंडरशॉट वॉटर व्हील डिजाइन, जिसे "स्ट्रीम व्हील" के रूप में भी जाना जाता है, प्राचीन यूनानियों और रोमनों द्वारा डिजाइन किया गया सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला वॉटरव्हील था क्योंकि यह निर्माण करने के लिए सबसे सरल, सस्ता और आसान प्रकार का पहिया था।
इस प्रकार के वाटरव्हील डिज़ाइन में, पहिए को सीधे तेज़ बहती नदी में रखा जाता है और ऊपर से सहारा दिया जाता है। नीचे के पानी की गति पहिए के निचले हिस्से पर डूबे हुए पैडल के खिलाफ़ एक धक्का देने वाली क्रिया बनाती है जिससे यह पानी के प्रवाह की दिशा के सापेक्ष केवल एक दिशा में घूम सकता है।
इस प्रकार के वाटरव्हील डिज़ाइन का उपयोग आम तौर पर समतल क्षेत्रों में किया जाता है जहाँ भूमि का कोई प्राकृतिक ढलान नहीं होता है या जहाँ पानी का प्रवाह पर्याप्त रूप से तेज़ होता है। अन्य वाटरव्हील डिज़ाइनों की तुलना में, इस प्रकार का डिज़ाइन बहुत ही अक्षम है, जिसमें पानी की संभावित ऊर्जा का केवल 20% ही वास्तव में पहिये को घुमाने के लिए उपयोग किया जाता है। साथ ही पानी की ऊर्जा का उपयोग पहिये को घुमाने के लिए केवल एक बार किया जाता है, जिसके बाद यह बाकी पानी के साथ बह जाता है।
अंडरशॉट वॉटर व्हील का एक और नुकसान यह है कि इसके लिए बड़ी मात्रा में पानी की आवश्यकता होती है जो तेजी से बहता हो। इसलिए, अंडरशॉट वॉटरव्हील आमतौर पर नदियों के किनारों पर स्थित होते हैं क्योंकि छोटी धाराओं या नालों में बहते पानी में पर्याप्त संभावित ऊर्जा नहीं होती है।
अंडरशॉट वॉटरव्हील की दक्षता को थोड़ा बेहतर बनाने का एक तरीका नदी में पानी के एक प्रतिशत हिस्से को एक संकीर्ण चैनल या डक्ट के साथ मोड़ना है ताकि मोड़े गए पानी का 100% हिस्सा व्हील को घुमाने में इस्तेमाल हो सके। इसे हासिल करने के लिए अंडरशॉट व्हील को संकीर्ण होना चाहिए और चैनल के भीतर बहुत सटीक रूप से फिट होना चाहिए ताकि पानी को किनारों से बाहर निकलने से रोका जा सके या पैडल की संख्या या आकार को बढ़ाया जा सके।

ओवरशॉट वॉटरव्हील डिज़ाइन
ओवरशॉट वॉटर व्हील डिज़ाइन वॉटरव्हील डिज़ाइन का सबसे आम प्रकार है। ओवरशॉट वॉटरव्हील अपने निर्माण और डिज़ाइन में पिछले अंडरशॉट वॉटरव्हील की तुलना में अधिक जटिल है क्योंकि इसमें पानी को पकड़ने और रखने के लिए बाल्टियों या छोटे डिब्बों का उपयोग किया जाता है।
ये बाल्टियाँ पहिये के ऊपर से बहते पानी से भर जाती हैं। भरी हुई बाल्टियों में पानी का गुरुत्वाकर्षण भार पहिये को अपनी केंद्रीय धुरी पर घुमाता है, जबकि पहिये के दूसरी तरफ़ खाली बाल्टियाँ हल्की हो जाती हैं।
इस प्रकार का जल चक्र गुरुत्वाकर्षण का उपयोग करके आउटपुट के साथ-साथ पानी को भी बेहतर बनाता है, इस प्रकार ओवरशॉट वॉटरव्हील अंडरशॉट डिज़ाइन की तुलना में बहुत अधिक कुशल होते हैं क्योंकि लगभग सभी पानी और उसके वजन का उपयोग आउटपुट पावर बनाने के लिए किया जाता है। हालाँकि पहले की तरह, पानी की ऊर्जा का उपयोग केवल एक बार पहिए को घुमाने के लिए किया जाता है, जिसके बाद यह बाकी पानी के साथ बह जाता है।
ओवरशॉट वॉटरव्हील नदी या नाले के ऊपर लटके होते हैं और आम तौर पर पहाड़ियों के किनारों पर बनाए जाते हैं, जो ऊपर से पानी की आपूर्ति प्रदान करते हैं, जिसमें 5 से 20 मीटर के बीच कम हेड (शीर्ष पर पानी और नीचे नदी या नाले के बीच ऊर्ध्वाधर दूरी) होता है। एक छोटा बांध या वीयर बनाया जा सकता है और इसका उपयोग चैनल बनाने और पानी की गति को बढ़ाने के लिए किया जा सकता है, जिससे पहिए को अधिक ऊर्जा मिलती है, लेकिन यह पानी की मात्रा है जो इसकी गति के बजाय पहिए को घुमाने में मदद करती है।

आम तौर पर, ओवरशॉट वॉटरव्हील को जितना संभव हो सके उतना बड़ा बनाया जाता है ताकि पानी के गुरुत्वाकर्षण भार को पहिया घुमाने के लिए अधिकतम संभव हेड डिस्टेंस मिल सके। हालांकि, बड़े व्यास वाले वॉटरव्हील को पहिए और पानी के वजन के कारण बनाना अधिक जटिल और महंगा होता है।
जब अलग-अलग बाल्टियाँ पानी से भर जाती हैं, तो पानी का गुरुत्वाकर्षण भार पहिए को पानी के प्रवाह की दिशा में घुमाता है। जैसे-जैसे घूर्णन का कोण पहिए के निचले हिस्से के करीब पहुँचता है, बाल्टी के अंदर का पानी नीचे नदी या नाले में खाली हो जाता है, लेकिन उसके पीछे घूमने वाली बाल्टियों का वजन पहिए को अपनी घूर्णन गति के साथ जारी रखने का कारण बनता है। खाली बाल्टी घूमते हुए पहिए के चारों ओर तब तक घूमती रहती है जब तक कि वह फिर से ऊपर नहीं आ जाती और अधिक पानी से भरने के लिए तैयार हो जाती है और चक्र दोहराया जाता है। ओवरशॉट वॉटरव्हील डिज़ाइन का एक नुकसान यह है कि पानी का उपयोग केवल एक बार किया जाता है क्योंकि यह पहिए के ऊपर से बहता है।

पिचबैक वॉटरव्हील डिज़ाइन
पिचबैक वॉटर व्हील डिज़ाइन पिछले ओवरशॉट वॉटरव्हील पर एक बदलाव है क्योंकि यह पानी के गुरुत्वाकर्षण भार का उपयोग करके व्हील को घुमाने में मदद करता है, लेकिन यह अतिरिक्त धक्का देने के लिए इसके नीचे के अपशिष्ट जल के प्रवाह का भी उपयोग करता है। इस प्रकार के वॉटरव्हील डिज़ाइन में कम हेड इनफ़ीड सिस्टम का उपयोग किया जाता है जो ऊपर के पेंट्रो से पानी को व्हील के शीर्ष के पास प्रदान करता है।
ओवरशॉट वॉटरव्हील के विपरीत, जो पानी को सीधे पहिये के ऊपर प्रवाहित करता है, जिससे वह पानी के प्रवाह की दिशा में घूमता है, पिचबैक वॉटरव्हील पानी को एक फनल के माध्यम से नीचे की ओर लंबवत रूप से डालता है और नीचे की बाल्टी में डालता है, जिससे पहिया ऊपर के पानी के प्रवाह के विपरीत दिशा में घूमता है।
पिछले ओवरशॉट वॉटरव्हील की तरह, बाल्टियों में पानी का गुरुत्वाकर्षण भार पहिये को घुमाता है लेकिन घड़ी की विपरीत दिशा में। जैसे-जैसे घूर्णन कोण पहिये के निचले हिस्से के करीब आता है, बाल्टियों के अंदर फंसा पानी नीचे खाली हो जाता है। जैसे ही खाली बाल्टी पहिये से जुड़ी होती है, वह पहले की तरह पहिये के साथ घूमती रहती है जब तक कि वह फिर से ऊपर नहीं आ जाती और अधिक पानी से भरने के लिए तैयार नहीं हो जाती और चक्र दोहराया जाता है।
इस बार अंतर यह है कि घूमती हुई बाल्टी से खाली होने वाला अपशिष्ट जल घूमते हुए पहिये की दिशा में बह जाता है (क्योंकि उसके पास जाने के लिए कोई और जगह नहीं होती), अंडरशॉट वॉटरव्हील सिद्धांत के समान। इस प्रकार पिचबैक वॉटरव्हील का मुख्य लाभ यह है कि यह पानी की ऊर्जा का दो बार उपयोग करता है, एक बार ऊपर से और एक बार नीचे से, ताकि पहिया अपनी केंद्रीय धुरी के चारों ओर घूम सके।
इसका परिणाम यह होता है कि वाटरव्हील डिज़ाइन की दक्षता पानी की ऊर्जा के 80% से भी ज़्यादा हो जाती है क्योंकि यह आने वाले पानी के गुरुत्वाकर्षण भार और ऊपर से बाल्टियों में निर्देशित पानी के बल या दबाव, साथ ही नीचे से अपशिष्ट जल के प्रवाह द्वारा बाल्टियों को धकेलने से संचालित होती है। हालांकि पिचबैक वाटरव्हील का नुकसान यह है कि इसे च्यूट और पेंट्रो के साथ सीधे पहिये के ऊपर थोड़ी अधिक जटिल जल आपूर्ति व्यवस्था की आवश्यकता होती है।

ब्रेस्टशॉट वॉटरव्हील डिज़ाइन
ब्रेस्टशॉट वॉटर व्हील डिज़ाइन एक और लंबवत रूप से माउंटेड वॉटरव्हील डिज़ाइन है, जहाँ पानी बाल्टी में धुरी की ऊँचाई पर लगभग आधे रास्ते से या उसके ठीक ऊपर से प्रवेश करता है, और फिर पहियों के घूमने की दिशा में नीचे की ओर बहता है। आम तौर पर, ब्रेस्टशॉट वॉटरव्हील का उपयोग उन स्थितियों में किया जाता है जहाँ पानी का सिर ऊपर से ओवरशॉट या पिचबैक वॉटरव्हील डिज़ाइन को शक्ति देने के लिए अपर्याप्त होता है।
यहाँ नुकसान यह है कि पानी का गुरुत्वाकर्षण भार केवल एक चौथाई चक्कर के लिए ही इस्तेमाल किया जाता है, जबकि पहले यह आधे चक्कर के लिए होता था। इस कम सिर की ऊँचाई को दूर करने के लिए, पानी से आवश्यक मात्रा में संभावित ऊर्जा निकालने के लिए वाटरव्हील बाल्टियों को चौड़ा बनाया जाता है।
ब्रेस्टशॉट वॉटरव्हील पानी के गुरुत्वाकर्षण भार का उपयोग करके पहिये को घुमाते हैं, लेकिन चूंकि पानी की ऊँचाई एक सामान्य ओवरशॉट वॉटरव्हील की ऊँचाई से लगभग आधी होती है, इसलिए बाल्टियाँ पिछले वॉटरव्हील डिज़ाइन की तुलना में बहुत अधिक चौड़ी होती हैं, ताकि बाल्टियों में पकड़े गए पानी की मात्रा बढ़ जाए। इस तरह के डिज़ाइन का नुकसान यह है कि प्रत्येक बाल्टी द्वारा ले जाए जाने वाले पानी की चौड़ाई और वजन में वृद्धि होती है। पिचबैक डिज़ाइन की तरह, ब्रेस्टशॉट व्हील पानी की ऊर्जा का दोगुना उपयोग करता है क्योंकि वॉटरव्हील को पानी में बैठने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे अपशिष्ट जल को नीचे की ओर बहने पर पहिये के घूमने में मदद मिलती है।

जलचक्र का उपयोग करके बिजली उत्पन्न करें
ऐतिहासिक रूप से पानी के पहियों का इस्तेमाल आटा, अनाज और ऐसे अन्य यांत्रिक कार्यों के लिए किया जाता रहा है। लेकिन पानी के पहियों का इस्तेमाल बिजली पैदा करने के लिए भी किया जा सकता है, जिसे हाइड्रो पावर सिस्टम कहा जाता है। वाटरव्हील के घूमने वाले शाफ्ट से विद्युत जनरेटर को जोड़कर, या तो सीधे या परोक्ष रूप से ड्राइव बेल्ट और पुली का उपयोग करके, वाटरव्हील का उपयोग सौर ऊर्जा के विपरीत दिन में 24 घंटे लगातार बिजली पैदा करने के लिए किया जा सकता है। यदि वाटरव्हील को सही तरीके से डिज़ाइन किया गया है, तो एक छोटा या "सूक्ष्म" हाइड्रोइलेक्ट्रिक सिस्टम एक औसत घर में प्रकाश व्यवस्था और/या विद्युत उपकरणों को चलाने के लिए पर्याप्त बिजली पैदा कर सकता है।
अपेक्षाकृत कम गति पर इष्टतम आउटपुट देने के लिए डिज़ाइन किए गए वाटर व्हील जेनरेटर की तलाश करें। छोटी परियोजनाओं के लिए, एक छोटी डीसी मोटर को कम गति वाले जनरेटर या ऑटोमोटिव अल्टरनेटर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन इन्हें बहुत अधिक गति पर काम करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, इसलिए कुछ प्रकार की गियरिंग की आवश्यकता हो सकती है। एक पवन टरबाइन जनरेटर एक आदर्श वाटरव्हील जनरेटर बनाता है क्योंकि इसे कम गति, उच्च आउटपुट संचालन के लिए डिज़ाइन किया गया है।
अगर आपके घर या बगीचे के पास कोई तेज़ बहने वाली नदी या नाला है जिसका आप उपयोग कर सकते हैं, तो एक छोटे पैमाने की हाइड्रो पावर प्रणाली "पवन ऊर्जा" या "सौर ऊर्जा" जैसे अन्य नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों के लिए एक बेहतर विकल्प हो सकती है क्योंकि इसका दृश्य प्रभाव बहुत कम होता है। पवन और सौर ऊर्जा की तरह ही, स्थानीय उपयोगिता ग्रिड से जुड़े ग्रिड से जुड़े छोटे पैमाने के वाटरव्हील डिज़ाइन किए गए जनरेटिंग सिस्टम के साथ, आपके द्वारा उत्पादित लेकिन उपयोग नहीं की गई कोई भी बिजली बिजली कंपनी को वापस बेची जा सकती है।
हाइड्रो एनर्जी के बारे में अगले ट्यूटोरियल में, हम उपलब्ध विभिन्न प्रकार के टर्बाइनों को देखेंगे जिन्हें हम हाइड्रो पावर उत्पादन के लिए अपने वॉटरव्हील डिज़ाइन से जोड़ सकते हैं। वॉटरव्हील डिज़ाइन और पानी की शक्ति का उपयोग करके अपनी खुद की बिजली कैसे उत्पन्न करें, या उपलब्ध विभिन्न वॉटरव्हील डिज़ाइनों के बारे में अधिक हाइड्रो ऊर्जा जानकारी प्राप्त करने, या हाइड्रो ऊर्जा के फायदे और नुकसान का पता लगाने के लिए, आज ही Amazon से अपनी कॉपी ऑर्डर करने के लिए यहाँ क्लिक करें। वॉटरव्हील के सिद्धांतों और निर्माण के बारे में जो बिजली पैदा करने के लिए इस्तेमाल किए जा सकते हैं।