ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു

ലോകമെമ്പാടുമുള്ള ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ ലോകത്തിലെ വൈദ്യുതിയുടെ ഏകദേശം 24 ശതമാനം ഉത്പാദിപ്പിക്കുകയും 1 ബില്യണിലധികം ആളുകൾക്ക് വൈദ്യുതി നൽകുകയും ചെയ്യുന്നു. ലോകത്തിലെ ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ മൊത്തം 675,000 മെഗാവാട്ട് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് നാഷണൽ റിന്യൂവബിൾ എനർജി ലബോറട്ടറിയുടെ കണക്കനുസരിച്ച് 3.6 ബില്യൺ ബാരൽ എണ്ണയ്ക്ക് തുല്യമായ ഊർജ്ജമാണ്. യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സിൽ 2,000-ത്തിലധികം ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ പ്രവർത്തിക്കുന്നതിനാൽ ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ രാജ്യത്തെ ഏറ്റവും വലിയ പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സായി മാറുന്നു.
ഈ ലേഖനത്തിൽ, വീഴുന്ന വെള്ളം എങ്ങനെ ഊർജ്ജം സൃഷ്ടിക്കുന്നുവെന്ന് നോക്കാം, ജലവൈദ്യുതിക്ക് ആവശ്യമായ ജലപ്രവാഹം സൃഷ്ടിക്കുന്ന ജലചക്രത്തെക്കുറിച്ച് പഠിക്കാം. നിങ്ങളുടെ ദൈനംദിന ജീവിതത്തെ ബാധിച്ചേക്കാവുന്ന ജലവൈദ്യുതിയുടെ ഒരു സവിശേഷ പ്രയോഗത്തെക്കുറിച്ചും നിങ്ങൾക്ക് ഒരു ദർശനം ലഭിക്കും.
ഒരു നദി ഒഴുകി നീങ്ങുന്നത് കാണുമ്പോൾ, അത് വഹിക്കുന്ന ശക്തി സങ്കൽപ്പിക്കാൻ പോലും പ്രയാസമാണ്. നിങ്ങൾ എപ്പോഴെങ്കിലും വൈറ്റ്-വാട്ടർ റാഫ്റ്റിംഗ് നടത്തിയിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, നദിയുടെ ശക്തിയുടെ ഒരു ചെറിയ ഭാഗം നിങ്ങൾക്ക് അനുഭവപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടാകും. വൈറ്റ്-വാട്ടർ റാപ്പിഡുകൾ ഒരു നദിയായി സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു, വലിയ അളവിൽ വെള്ളം താഴേക്ക് കൊണ്ടുപോകുന്നു, ഇടുങ്ങിയ വഴിയിലൂടെ തടസ്സങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. നദി ഈ ദ്വാരത്തിലൂടെ തള്ളിവിടുമ്പോൾ, അതിന്റെ ഒഴുക്ക് വേഗത്തിലാകുന്നു. ഒരു വലിയ അളവിലുള്ള വെള്ളത്തിന് എത്രത്തോളം ശക്തിയുണ്ടാകുമെന്നതിന്റെ മറ്റൊരു ഉദാഹരണമാണ് വെള്ളപ്പൊക്കം.
ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ ജലത്തിന്റെ ഊർജ്ജം ഉപയോഗപ്പെടുത്തുകയും ആ ഊർജ്ജത്തെ വൈദ്യുതിയാക്കി മാറ്റാൻ ലളിതമായ മെക്കാനിക്സ് ഉപയോഗിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ യഥാർത്ഥത്തിൽ വളരെ ലളിതമായ ഒരു ആശയത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് - ഒരു അണക്കെട്ടിലൂടെ ഒഴുകുന്ന വെള്ളം ഒരു ടർബൈൻ ആക്കുന്നു, അത് ഒരു ജനറേറ്ററായി മാറുന്നു.

ഒരു പരമ്പരാഗത ജലവൈദ്യുത നിലയത്തിന്റെ അടിസ്ഥാന ഘടകങ്ങൾ ഇതാ:
അണക്കെട്ട് - മിക്ക ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങളും വെള്ളം തടഞ്ഞുനിർത്തുന്ന ഒരു അണക്കെട്ടിനെ ആശ്രയിക്കുന്നു, ഇത് ഒരു വലിയ ജലസംഭരണി സൃഷ്ടിക്കുന്നു. പലപ്പോഴും, ഈ ജലസംഭരണി ഒരു വിനോദ തടാകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഉദാഹരണത്തിന് വാഷിംഗ്ടൺ സ്റ്റേറ്റിലെ ഗ്രാൻഡ് കൂലി അണക്കെട്ടിലെ റൂസ്‌വെൽറ്റ് തടാകം.
ഇൻടേക്ക് – അണക്കെട്ടിലെ ഗേറ്റുകൾ തുറക്കുകയും ഗുരുത്വാകർഷണം വെള്ളം പെൻസ്റ്റോക്കിലൂടെ വലിച്ചെടുക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ടർബൈനിലേക്ക് നയിക്കുന്ന പൈപ്പ്ലൈനാണ്. വെള്ളം ഈ പൈപ്പിലൂടെ ഒഴുകുമ്പോൾ സമ്മർദ്ദം വർദ്ധിക്കുന്നു.
ടർബൈൻ - വെള്ളം ഒരു ടർബൈനിന്റെ വലിയ ബ്ലേഡുകളിൽ തട്ടി തിരിക്കുന്നു, അത് ഒരു ഷാഫ്റ്റ് വഴി മുകളിലുള്ള ഒരു ജനറേറ്ററിൽ ഘടിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾക്കായുള്ള ഏറ്റവും സാധാരണമായ തരം ടർബൈൻ ഫ്രാൻസിസ് ടർബൈൻ ആണ്, ഇത് വളഞ്ഞ ബ്ലേഡുകളുള്ള ഒരു വലിയ ഡിസ്ക് പോലെ കാണപ്പെടുന്നു. ഒരു ടർബൈന് 172 ടൺ വരെ ഭാരമുണ്ടാകുകയും മിനിറ്റിൽ 90 റൊട്ടേഷൻസ് (rpm) നിരക്കിൽ തിരിയുകയും ചെയ്യുമെന്ന് ഫൗണ്ടേഷൻ ഫോർ വാട്ടർ & എനർജി എഡ്യൂക്കേഷൻ (FWEE) പറയുന്നു.
ജനറേറ്ററുകൾ – ടർബൈൻ ബ്ലേഡുകൾ തിരിയുമ്പോൾ, ജനറേറ്ററിനുള്ളിലെ കാന്തങ്ങളുടെ ഒരു പരമ്പരയും തിരിയുന്നു. ഭീമൻ കാന്തങ്ങൾ ചെമ്പ് കോയിലുകൾക്കിടയിലൂടെ കറങ്ങുന്നു, ഇലക്ട്രോണുകളെ ചലിപ്പിച്ച് ആൾട്ടർനേറ്റിംഗ് കറന്റ് (AC) ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു. (ജനറേറ്റർ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ച് പിന്നീട് നിങ്ങൾക്ക് കൂടുതലറിയാം.)
ട്രാൻസ്‌ഫോർമർ - പവർഹൗസിനുള്ളിലെ ട്രാൻസ്‌ഫോർമർ എസി എടുത്ത് ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് കറന്റിലേക്ക് പരിവർത്തനം ചെയ്യുന്നു.
വൈദ്യുതി ലൈനുകൾ - ഓരോ പവർ പ്ലാന്റിൽ നിന്നും നാല് വയറുകൾ വരുന്നു: ഒരേസമയം ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന മൂന്ന് ഘട്ടങ്ങൾ, മൂന്നിനും പൊതുവായ ഒരു ന്യൂട്രൽ അല്ലെങ്കിൽ ഗ്രൗണ്ട്. (പവർ ലൈൻ ട്രാൻസ്മിഷനെക്കുറിച്ച് കൂടുതലറിയാൻ പവർ ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ ഗ്രിഡുകൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്ന് വായിക്കുക.)
ഒഴുക്ക് - ഉപയോഗിച്ച വെള്ളം ടെയിൽറേസുകൾ എന്നറിയപ്പെടുന്ന പൈപ്പ്‌ലൈനുകൾ വഴി കൊണ്ടുപോയി വീണ്ടും നദിയുടെ താഴേക്ക് ഒഴുകുന്നു.
റിസർവോയറിലെ വെള്ളത്തെ സംഭരിച്ച ഊർജ്ജമായി കണക്കാക്കുന്നു. ഗേറ്റുകൾ തുറക്കുമ്പോൾ, പെൻസ്റ്റോക്കിലൂടെ ഒഴുകുന്ന വെള്ളം ചലനത്തിലായതിനാൽ അത് ഗതികോർജ്ജമായി മാറുന്നു. ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന വൈദ്യുതിയുടെ അളവ് നിരവധി ഘടകങ്ങളാൽ നിർണ്ണയിക്കപ്പെടുന്നു. അവയിൽ രണ്ട് ഘടകങ്ങളാണ് ജലപ്രവാഹത്തിന്റെ അളവും ഹൈഡ്രോളിക് ഹെഡിന്റെ അളവും. ജലോപരിതലത്തിനും ടർബൈനുകൾക്കും ഇടയിലുള്ള ദൂരത്തെയാണ് ഹെഡ് സൂചിപ്പിക്കുന്നത്. ഹെഡ്, ഫ്ലോ എന്നിവ വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന വൈദ്യുതിയും വർദ്ധിക്കുന്നു. ഹെഡ് സാധാരണയായി റിസർവോയറിലെ ജലത്തിന്റെ അളവിനെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.

പമ്പ്ഡ്-സ്റ്റോറേജ് പ്ലാന്റ് എന്നറിയപ്പെടുന്ന മറ്റൊരു തരം ജലവൈദ്യുത നിലയമുണ്ട്. ഒരു പരമ്പരാഗത ജലവൈദ്യുത നിലയത്തിൽ, റിസർവോയറിൽ നിന്നുള്ള വെള്ളം പ്ലാന്റിലൂടെ ഒഴുകുകയും, പുറത്തേക്ക് പോകുകയും, താഴേക്ക് കൊണ്ടുപോകുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒരു പമ്പ്ഡ്-സ്റ്റോറേജ് പ്ലാന്റിൽ രണ്ട് റിസർവോയറുകളുണ്ട്:
മുകളിലെ ജലസംഭരണി - ഒരു പരമ്പരാഗത ജലവൈദ്യുത നിലയം പോലെ, ഒരു അണക്കെട്ട് ഒരു ജലസംഭരണി സൃഷ്ടിക്കുന്നു. ഈ ജലസംഭരണിയിലെ വെള്ളം ജലവൈദ്യുത നിലയത്തിലൂടെ ഒഴുകി വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു.
താഴ്ന്ന ജലസംഭരണി - ജലവൈദ്യുത നിലയത്തിൽ നിന്ന് പുറത്തേക്ക് വരുന്ന വെള്ളം നദിയിലേക്ക് വീണ്ടും പ്രവേശിച്ച് താഴേക്ക് ഒഴുകുന്നതിനു പകരം താഴ്ന്ന ജലസംഭരണിയിലേക്ക് ഒഴുകുന്നു.
ഒരു റിവേഴ്‌സിബിൾ ടർബൈൻ ഉപയോഗിച്ച്, പ്ലാന്റിന് മുകളിലെ റിസർവോയറിലേക്ക് വെള്ളം തിരികെ പമ്പ് ചെയ്യാൻ കഴിയും. തിരക്ക് കുറഞ്ഞ സമയങ്ങളിലാണ് ഇത് ചെയ്യുന്നത്. അടിസ്ഥാനപരമായി, രണ്ടാമത്തെ റിസർവോയർ മുകളിലെ റിസർവോയർ വീണ്ടും നിറയ്ക്കുന്നു. മുകളിലെ റിസർവോയറിലേക്ക് വെള്ളം തിരികെ പമ്പ് ചെയ്യുന്നതിലൂടെ, പീക്ക് ഉപഭോഗ സമയങ്ങളിൽ വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാൻ പ്ലാന്റിന് കൂടുതൽ വെള്ളം ലഭിക്കും.

ജനറേറ്റർ
ജലവൈദ്യുത നിലയത്തിന്റെ ഹൃദയം ജനറേറ്ററാണ്. മിക്ക ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങളിലും ഇവയിൽ നിരവധി ജനറേറ്ററുകൾ ഉണ്ട്.
നിങ്ങൾ ഊഹിച്ചതുപോലെ, ജനറേറ്ററാണ് വൈദ്യുതി ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നത്. ഈ രീതിയിൽ വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള അടിസ്ഥാന പ്രക്രിയ കമ്പികളുടെ ചുരുളുകൾക്കുള്ളിൽ ഒരു കൂട്ടം കാന്തങ്ങൾ തിരിക്കലാണ്. ഈ പ്രക്രിയ ഇലക്ട്രോണുകളെ ചലിപ്പിക്കുന്നു, ഇത് വൈദ്യുത പ്രവാഹം ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്നു.
ഹൂവർ അണക്കെട്ടിൽ ആകെ 17 ജനറേറ്ററുകളുണ്ട്, അവയിൽ ഓരോന്നിനും 133 മെഗാവാട്ട് വരെ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കഴിയും. ഹൂവർ അണക്കെട്ട് ജലവൈദ്യുത നിലയത്തിന്റെ ആകെ ശേഷി 2,074 മെഗാവാട്ട് ആണ്. ഓരോ ജനറേറ്ററും ചില അടിസ്ഥാന ഭാഗങ്ങൾ കൊണ്ടാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്:
ഷാഫ്റ്റ്
എക്‌സിറ്റർ
റോട്ടർ
സ്റ്റേറ്റർ
ടർബൈൻ തിരിയുമ്പോൾ, എക്‌സിറ്റർ റോട്ടറിലേക്ക് ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹം അയയ്ക്കുന്നു. സ്റ്റേറ്റർ എന്നറിയപ്പെടുന്ന ചെമ്പ് കമ്പിയുടെ ദൃഡമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു കോയിലിനുള്ളിൽ കറങ്ങുന്ന വലിയ വൈദ്യുത കാന്തങ്ങളുടെ ഒരു പരമ്പരയാണ് റോട്ടർ. കോയിലിനും കാന്തങ്ങൾക്കും ഇടയിലുള്ള കാന്തികക്ഷേത്രം ഒരു വൈദ്യുത പ്രവാഹം സൃഷ്ടിക്കുന്നു.
ഹൂവർ അണക്കെട്ടിൽ, ജനറേറ്ററിൽ നിന്ന് ട്രാൻസ്‌ഫോർമറിലേക്ക് 16,500 ആമ്പിയർ വൈദ്യുതി പ്രവഹിക്കുന്നു, അവിടെ നിന്ന് പ്രക്ഷേപണം ചെയ്യുന്നതിന് മുമ്പ് വൈദ്യുതധാര 230,000 ആമ്പിയർ വരെ ഉയരുന്നു.

ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ സ്വാഭാവികമായി സംഭവിക്കുന്ന, തുടർച്ചയായ ഒരു പ്രക്രിയയെ പ്രയോജനപ്പെടുത്തുന്നു - മഴ പെയ്യുന്നതിനും നദികൾ ഉയരുന്നതിനും കാരണമാകുന്ന പ്രക്രിയ. അൾട്രാവയലറ്റ് രശ്മികൾ ജല തന്മാത്രകളെ വേർതിരിക്കുന്നതിനാൽ നമ്മുടെ ഗ്രഹത്തിന് എല്ലാ ദിവസവും അന്തരീക്ഷത്തിലൂടെ ഒരു ചെറിയ അളവിൽ വെള്ളം നഷ്ടപ്പെടുന്നു. എന്നാൽ അതേ സമയം, അഗ്നിപർവ്വത പ്രവർത്തനങ്ങൾ വഴി ഭൂമിയുടെ ഉൾഭാഗത്ത് നിന്ന് പുതിയ വെള്ളം പുറപ്പെടുവിക്കുന്നു. സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്ന ജലത്തിന്റെ അളവും നഷ്ടപ്പെടുന്ന ജലത്തിന്റെ അളവും ഏകദേശം തുല്യമാണ്.
ലോകത്തിലെ മൊത്തം ജലത്തിന്റെ അളവ് പല രൂപങ്ങളിലാണ്. സമുദ്രങ്ങളിലും നദികളിലും മഴയിലും ദ്രാവകമാകാം; ഹിമാനികളിലെന്നപോലെ ഖരരൂപത്തിലാകാം; വായുവിലെ അദൃശ്യ ജലബാഷ്പത്തിലെന്നപോലെ വാതകമാകാം. കാറ്റിന്റെ പ്രവാഹങ്ങൾ വഴി ഗ്രഹത്തിന് ചുറ്റും നീങ്ങുമ്പോൾ ജലത്തിന്റെ അവസ്ഥ മാറുന്നു. സൂര്യന്റെ ചൂടാക്കൽ പ്രവർത്തനത്തിലൂടെയാണ് കാറ്റിന്റെ പ്രവാഹങ്ങൾ ഉണ്ടാകുന്നത്. ഗ്രഹത്തിന്റെ മറ്റ് ഭാഗങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് ഭൂമധ്യരേഖയിൽ സൂര്യൻ കൂടുതൽ പ്രകാശിക്കുന്നതിലൂടെയാണ് വായുപ്രവാഹ ചക്രങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നത്.
ഭൂമിയുടെ ജലവിതരണത്തെ അതിന്റേതായ ഒരു ചക്രത്തിലൂടെ വായുപ്രവാഹ ചക്രങ്ങൾ നയിക്കുന്നു, ഇതിനെ ജലചക്രം എന്ന് വിളിക്കുന്നു. സൂര്യൻ ദ്രാവക ജലത്തെ ചൂടാക്കുമ്പോൾ, വെള്ളം വായുവിൽ ബാഷ്പീകരിക്കപ്പെടുന്നു. സൂര്യൻ വായുവിനെ ചൂടാക്കുന്നു, ഇത് അന്തരീക്ഷത്തിൽ വായു ഉയരാൻ കാരണമാകുന്നു. മുകളിലെ വായു കൂടുതൽ തണുപ്പുള്ളതിനാൽ, ജലബാഷ്പം ഉയരുമ്പോൾ അത് തണുക്കുകയും തുള്ളികളായി ഘനീഭവിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. ഒരു പ്രദേശത്ത് ആവശ്യത്തിന് തുള്ളികൾ അടിഞ്ഞുകൂടുമ്പോൾ, തുള്ളികൾ മഴയായി ഭൂമിയിലേക്ക് തിരികെ വീഴാൻ തക്ക ഭാരമുള്ളതായിത്തീരും.
ജലവൈദ്യുത നിലയങ്ങൾ ജലപ്രവാഹത്തെ ആശ്രയിക്കുന്നതിനാൽ ജലവൈദ്യുത ചക്രം പ്രധാനമാണ്. പ്ലാന്റിന് സമീപം മഴയില്ലെങ്കിൽ, വെള്ളം മുകളിലേക്ക് ശേഖരിക്കപ്പെടില്ല. ജലവൈദ്യുത നിലയത്തിലൂടെ വെള്ളം കുറയുകയും വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യും.