जलविद्युत निर्मितीचा आढावा

जलविद्युत म्हणजे नैसर्गिक नद्यांच्या पाण्याच्या ऊर्जेचे लोकांसाठी वापरण्यासाठी विजेमध्ये रूपांतर करणे. वीज निर्मितीमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या उर्जेचे विविध स्रोत आहेत, जसे की सौर ऊर्जा, नद्यांमधील पाण्याची ऊर्जा आणि हवेच्या प्रवाहाने निर्माण होणारी पवन ऊर्जा. जलविद्युत वापरून जलविद्युत निर्मितीचा खर्च स्वस्त आहे आणि जलविद्युत केंद्रांचे बांधकाम इतर जलसंधारण प्रकल्पांसह देखील एकत्र केले जाऊ शकते. आपला देश जलविद्युत संसाधनांमध्ये खूप समृद्ध आहे आणि परिस्थिती देखील खूप चांगली आहे. राष्ट्रीय अर्थव्यवस्थेच्या उभारणीत जलविद्युत महत्त्वाची भूमिका बजावते.
नदीची वरच्या प्रवाहातील पाण्याची पातळी तिच्या प्रवाहातील पाण्याच्या पातळीपेक्षा जास्त असते. नदीच्या पाण्याच्या पातळीतील फरकामुळे, पाण्याची ऊर्जा निर्माण होते. या ऊर्जेला स्थितीज ऊर्जा किंवा स्थितीज ऊर्जा म्हणतात. नदीच्या पाण्याच्या उंचीमधील फरकाला थेंब म्हणतात, ज्याला पाण्याच्या पातळीतील फरक किंवा पाण्याचे डोके देखील म्हणतात. हा थेंब जलविद्युत शक्तीच्या निर्मितीसाठी एक मूलभूत अट आहे. याव्यतिरिक्त, जलविद्युत शक्तीचे परिमाण नदीतील पाण्याच्या प्रवाहाच्या परिमाणावर देखील अवलंबून असते, जी थेंबाइतकीच महत्त्वाची दुसरी मूलभूत अट आहे. थेंब आणि प्रवाह दोन्ही थेट जलविद्युत शक्तीवर परिणाम करतात; थेंबाचे पाण्याचे प्रमाण जितके मोठे असेल तितकी जलविद्युत शक्ती जास्त असेल; जर थेंब आणि पाण्याचे प्रमाण तुलनेने लहान असेल तर जलविद्युत केंद्राचे उत्पादन कमी असेल.
थेंब सामान्यतः मीटरमध्ये व्यक्त केला जातो. ग्रेडियंट म्हणजे थेंब आणि अंतराचे गुणोत्तर, जे थेंबाच्या एकाग्रतेचे प्रमाण दर्शवू शकते. थेंब अधिक केंद्रित असतो आणि हायड्रॉलिक पॉवरचा वापर अधिक सोयीस्कर असतो. जलविद्युत केंद्राद्वारे वापरलेला थेंब म्हणजे टर्बाइनमधून गेल्यानंतर जलविद्युत केंद्राच्या वरच्या पाण्याच्या पृष्ठभागातील आणि खालच्या पाण्याच्या पृष्ठभागातील फरक.

प्रवाह म्हणजे नदीत प्रति युनिट वेळेत वाहणाऱ्या पाण्याचे प्रमाण, आणि ते एका सेकंदात घनमीटरमध्ये व्यक्त केले जाते. एक घनमीटर पाणी एक टन असते. नदीचा प्रवाह कधीही बदलतो, म्हणून जेव्हा आपण प्रवाहाबद्दल बोलतो तेव्हा आपण ती ज्या ठिकाणी वाहते त्या विशिष्ट ठिकाणाचा काळ स्पष्ट केला पाहिजे. प्रवाह वेळेनुसार खूप लक्षणीय बदलतो. आपल्या देशातील नद्यांचा प्रवाह साधारणपणे उन्हाळ्यात आणि शरद ऋतूमध्ये पावसाळ्यात मोठा असतो आणि हिवाळा आणि वसंत ऋतूमध्ये तुलनेने कमी असतो. साधारणपणे, नदीचा प्रवाह वरच्या प्रवाहात तुलनेने लहान असतो; उपनद्या एकत्र झाल्यामुळे, खाली प्रवाह हळूहळू वाढतो. म्हणून, वरच्या प्रवाहातील थेंब केंद्रित असला तरी प्रवाह लहान असतो; खाली प्रवाह मोठा असतो, परंतु खाली प्रवाह तुलनेने विखुरलेला असतो. म्हणून, नदीच्या मध्यभागी हायड्रॉलिक पॉवर वापरणे बहुतेकदा सर्वात किफायतशीर असते.
जलविद्युत केंद्राद्वारे वापरल्या जाणाऱ्या ड्रॉप आणि फ्लोची माहिती असल्यास, त्याचे उत्पादन खालील सूत्र वापरून मोजता येते:
एन = जीक्यूएच
सूत्रात, किलोवॅटमध्ये N–आउटपुटला पॉवर देखील म्हटले जाऊ शकते;
क्यू–प्रवाह, प्रति सेकंद घनमीटरमध्ये;
एच - ड्रॉप, मीटरमध्ये;
G = 9.8, गुरुत्वाकर्षणाचा त्वरण आहे, एकक: न्यूटन/किलो
वरील सूत्रानुसार, सैद्धांतिक शक्तीची गणना कोणत्याही नुकसानाची वजाबाकी न करता केली जाते. खरं तर, जलविद्युत निर्मिती प्रक्रियेत, टर्बाइन, ट्रान्समिशन उपकरणे, जनरेटर इत्यादी सर्वांमध्ये अपरिहार्य वीज तोटा होतो. म्हणून, सैद्धांतिक शक्ती कमी केली पाहिजे, म्हणजेच, आपण वापरू शकणारी प्रत्यक्ष शक्ती कार्यक्षमता गुणांकाने (प्रतीक: K) गुणाकार केली पाहिजे.
जलविद्युत केंद्रातील जनरेटरच्या डिझाइन केलेल्या शक्तीला रेटेड पॉवर म्हणतात आणि प्रत्यक्ष शक्तीला प्रत्यक्ष शक्ती म्हणतात. ऊर्जा परिवर्तनाच्या प्रक्रियेत, उर्जेचा काही भाग गमावणे अपरिहार्य आहे. जलविद्युत निर्मिती प्रक्रियेत, प्रामुख्याने टर्बाइन आणि जनरेटरचे नुकसान होते (पाइपलाइनमध्ये देखील नुकसान होते). ग्रामीण सूक्ष्म जलविद्युत केंद्रातील विविध नुकसान एकूण सैद्धांतिक उर्जेच्या सुमारे ४०-५०% आहे, म्हणून जलविद्युत केंद्राचे उत्पादन प्रत्यक्षात केवळ ५०-६०% सैद्धांतिक उर्जेचा वापर करू शकते, म्हणजेच कार्यक्षमता सुमारे ०.५-०.६० आहे (ज्यापैकी टर्बाइन कार्यक्षमता ०.७०-०.८५ आहे, जनरेटरची कार्यक्षमता ०.८५ ते ०.९० आहे आणि पाइपलाइन आणि ट्रान्समिशन उपकरणांची कार्यक्षमता ०.८० ते ०.८५ आहे). म्हणून, जलविद्युत केंद्राची प्रत्यक्ष शक्ती (आउटपुट) खालीलप्रमाणे मोजता येते:
सूक्ष्म-जलविद्युत केंद्राच्या ढोबळ गणनेमध्ये K–जलविद्युत केंद्राची कार्यक्षमता, (0.5~0.6) वापरली जाते; हे मूल्य खालीलप्रमाणे सरलीकृत केले जाऊ शकते:
N=(0.5~0.6)QHG प्रत्यक्ष शक्ती=कार्यक्षमता×प्रवाह×ड्रॉप×९.८
जलविद्युत म्हणजे पाण्याच्या उर्जेचा वापर करून एखाद्या यंत्राला चालना देणे, ज्याला वॉटर टर्बाइन म्हणतात. उदाहरणार्थ, आपल्या देशातील प्राचीन वॉटरव्हील हे एक अतिशय साधे वॉटर टर्बाइन आहे. सध्या वापरल्या जाणाऱ्या विविध हायड्रॉलिक टर्बाइन विविध विशिष्ट हायड्रॉलिक परिस्थितींशी जुळवून घेतल्या जातात, जेणेकरून त्या अधिक कार्यक्षमतेने फिरू शकतील आणि पाण्याच्या उर्जेचे यांत्रिक उर्जेमध्ये रूपांतर करू शकतील. आणखी एक प्रकारची यंत्रसामग्री, जनरेटर, टर्बाइनशी जोडलेली असते, ज्यामुळे जनरेटरचा रोटर टर्बाइनसह फिरतो आणि वीज निर्माण करतो. जनरेटरचे दोन भाग करता येतात: टर्बाइनसह फिरणारा भाग आणि जनरेटरचा स्थिर भाग. जो भाग टर्बाइनशी जोडलेला असतो आणि फिरतो त्याला जनरेटरचा रोटर म्हणतात आणि रोटरभोवती अनेक चुंबकीय ध्रुव असतात; रोटरभोवती एक वर्तुळ म्हणजे जनरेटरचा स्थिर भाग, ज्याला जनरेटरचा स्टेटर म्हणतात आणि स्टेटर अनेक तांब्याच्या कॉइलने गुंडाळलेला असतो. जेव्हा रोटरचे अनेक चुंबकीय ध्रुव स्टेटरच्या तांब्याच्या कॉइलच्या मध्यभागी फिरतात तेव्हा तांब्याच्या तारांवर एक विद्युत प्रवाह निर्माण होतो आणि जनरेटर यांत्रिक उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करतो.
वीज केंद्रातून निर्माण होणारी विद्युत ऊर्जा विविध विद्युत उपकरणांद्वारे यांत्रिक ऊर्जा (विद्युत मोटर किंवा मोटर), प्रकाश ऊर्जा (विद्युत दिवा), औष्णिक ऊर्जा (विद्युत भट्टी) इत्यादींमध्ये रूपांतरित होते.
जलविद्युत केंद्राची रचना
जलविद्युत केंद्राच्या रचनेत हे समाविष्ट आहे: हायड्रॉलिक संरचना, यांत्रिक उपकरणे आणि विद्युत उपकरणे.
(१) हायड्रॉलिक संरचना
त्यात बांध (धरण), इनटेक गेट्स, चॅनेल (किंवा बोगदे), प्रेशर फॉर टँक (किंवा रेग्युलेटिंग टँक), प्रेशर पाईप्स, पॉवरहाऊस आणि टेलरेस इत्यादी आहेत.
नदीचे पाणी अडविण्यासाठी आणि पाण्याचा पृष्ठभाग उंचावण्यासाठी जलाशय तयार करण्यासाठी नदीत एक बांध (धरण) बांधला जातो. अशाप्रकारे, बांध (धरण) वरील जलाशयाच्या पाण्याच्या पृष्ठभागाच्या आणि धरणाखालील नदीच्या पाण्याच्या पृष्ठभागाच्या दरम्यान एक सांद्रित थेंब तयार होतो आणि नंतर पाण्याच्या पाईप्स किंवा बोगद्यांच्या वापराद्वारे पाणी जलविद्युत केंद्रात आणले जाते. तुलनेने तीव्र नद्यांमध्ये, वळवण्याच्या वाहिन्यांच्या वापरामुळे देखील थेंब तयार होऊ शकतो. उदाहरणार्थ: साधारणपणे, नैसर्गिक नदीचा प्रति किलोमीटर थेंब १० मीटर असतो. नदीच्या या भागाच्या वरच्या टोकावर नदीचे पाणी आणण्यासाठी एक वाहिनी उघडल्यास, नदीच्या बाजूने वाहिनी खोदली जाईल आणि वाहिनीचा उतार सपाट होईल. जर वाहिनीतील थेंब प्रति किलोमीटर केला तर तो फक्त १ मीटर खाली पडला, ज्यामुळे पाणी वाहिनीत ५ किलोमीटर वाहत गेले आणि पाण्याचा पृष्ठभाग फक्त ५ मीटर खाली आला, तर नैसर्गिक वाहिनीत ५ किलोमीटर प्रवास केल्यानंतर पाणी ५० मीटर खाली आले. यावेळी, जलवाहिनीतील पाणी नदीद्वारे पाण्याच्या पाईप किंवा बोगद्याच्या सहाय्याने वीज प्रकल्पात परत नेले जाते आणि तेथे ४५ मीटरचा एक केंद्रित थेंब असतो जो वीज निर्मितीसाठी वापरला जाऊ शकतो. आकृती २

एकाग्र थेंबासह जलविद्युत केंद्र तयार करण्यासाठी डायव्हर्शन चॅनेल, बोगदे किंवा पाण्याच्या पाईप्स (जसे की प्लास्टिक पाईप्स, स्टील पाईप्स, काँक्रीट पाईप्स इ.) चा वापर करणे याला डायव्हर्शन चॅनेल जलविद्युत केंद्र म्हणतात, जे जलविद्युत केंद्रांचे एक सामान्य लेआउट आहे.
(२) यांत्रिक आणि विद्युत उपकरणे
वर नमूद केलेल्या हायड्रॉलिक कामांव्यतिरिक्त (वायर, चॅनेल, फोरकोर्ट, प्रेशर पाईप्स, वर्कशॉप्स), जलविद्युत केंद्राला खालील उपकरणांची देखील आवश्यकता असते:
(१) यांत्रिक उपकरणे
टर्बाइन, गव्हर्नर, गेट व्हॉल्व्ह, ट्रान्समिशन उपकरणे आणि नॉन-जनरेटिंग उपकरणे आहेत.
(२) विद्युत उपकरणे
येथे जनरेटर, वितरण नियंत्रण पॅनेल, ट्रान्सफॉर्मर आणि ट्रान्समिशन लाईन्स आहेत.
परंतु सर्वच लहान जलविद्युत केंद्रांमध्ये वर उल्लेख केलेल्या हायड्रॉलिक संरचना आणि यांत्रिक आणि विद्युत उपकरणे नसतात. जर लो-हेड जलविद्युत केंद्रात पाण्याचे डोके 6 मीटरपेक्षा कमी असेल, तर सामान्यतः वॉटर गाईड चॅनेल आणि ओपन चॅनेल वॉटर चॅनेल वापरले जातात आणि तेथे प्रेशर फोरपूल आणि प्रेशर वॉटर पाईप नसते. लहान वीज पुरवठा श्रेणी आणि कमी ट्रान्समिशन अंतर असलेल्या पॉवर स्टेशनसाठी, थेट पॉवर ट्रान्समिशनचा अवलंब केला जातो आणि ट्रान्सफॉर्मरची आवश्यकता नसते. जलाशय असलेल्या जलविद्युत केंद्रांना धरणे बांधण्याची आवश्यकता नसते. खोल सेवन, धरणातील आतील पाईप (किंवा बोगदे) आणि स्पिलवे वापरल्याने वेअर, इनटेक गेट्स, चॅनेल आणि प्रेशर फोर-पूल सारख्या हायड्रॉलिक संरचनांची आवश्यकता नाही.
जलविद्युत केंद्र बांधण्यासाठी, सर्वप्रथम, काळजीपूर्वक सर्वेक्षण आणि डिझाइनचे काम करणे आवश्यक आहे. डिझाइनच्या कामात, तीन डिझाइन टप्पे असतात: प्राथमिक डिझाइन, तांत्रिक डिझाइन आणि बांधकाम तपशील. डिझाइनच्या कामात चांगले काम करण्यासाठी, प्रथम सखोल सर्वेक्षणाचे काम करणे आवश्यक आहे, म्हणजेच स्थानिक नैसर्गिक आणि आर्थिक परिस्थिती - म्हणजे स्थलाकृति, भूगर्भशास्त्र, जलविज्ञान, भांडवल इत्यादी - पूर्णपणे समजून घेणे. या परिस्थितींवर प्रभुत्व मिळवल्यानंतर आणि त्यांचे विश्लेषण केल्यानंतरच डिझाइनची शुद्धता आणि विश्वासार्हता हमी दिली जाऊ शकते.
जलविद्युत केंद्रांच्या प्रकारानुसार लहान जलविद्युत केंद्रांचे घटक वेगवेगळे असतात.
३. स्थलाकृतिक सर्वेक्षण
स्थलाकृतिक सर्वेक्षण कामाच्या गुणवत्तेचा अभियांत्रिकी मांडणीवर आणि अभियांत्रिकी प्रमाणाच्या अंदाजावर मोठा प्रभाव पडतो.
भूगर्भीय अन्वेषण (भूगर्भीय परिस्थिती समजून घेणे) पाणलोट आणि नदीकाठच्या भूगर्भशास्त्राविषयी सामान्य समज आणि संशोधनाव्यतिरिक्त, मशीन रूमचा पाया मजबूत आहे की नाही हे देखील समजून घेणे आवश्यक आहे, ज्याचा थेट परिणाम पॉवर स्टेशनच्या सुरक्षिततेवर होतो. एकदा विशिष्ट जलाशयाच्या आकारमानाचा बॅरेज नष्ट झाला की, तो केवळ जलविद्युत केंद्राचेच नुकसान करणार नाही तर प्रवाहाच्या प्रवाहात मोठ्या प्रमाणात जीवित आणि मालमत्तेचे नुकसान करेल.
४. जलविज्ञान चाचणी
जलविद्युत केंद्रांसाठी, सर्वात महत्त्वाचा जलविद्युत डेटा म्हणजे नदीच्या पाण्याची पातळी, प्रवाह, गाळाचे प्रमाण, बर्फाची परिस्थिती, हवामानशास्त्रीय डेटा आणि पूर सर्वेक्षण डेटा. नदीच्या प्रवाहाचा आकार जलविद्युत केंद्राच्या स्पिलवेच्या लेआउटवर परिणाम करतो. पुराची तीव्रता कमी लेखल्याने धरणाचे नुकसान होईल; नदीने वाहून नेलेला गाळ सर्वात वाईट परिस्थितीत जलाशयात लवकर भरू शकतो. उदाहरणार्थ, प्रवाह वाहिनीमुळे वाहिनीमध्ये गाळ साचेल आणि खडबडीत गाळ टर्बाइनमधून जाईल आणि टर्बाइनची झीज होईल. म्हणून, जलविद्युत केंद्रांच्या बांधकामात पुरेसा जलविद्युत डेटा असणे आवश्यक आहे.
म्हणून, जलविद्युत केंद्र बांधण्याचा निर्णय घेण्यापूर्वी, आपण प्रथम वीजपुरवठा क्षेत्रातील आर्थिक विकासाची दिशा आणि भविष्यातील विजेची मागणी तपासली पाहिजे. त्याच वेळी, विकास क्षेत्रातील इतर वीज स्रोतांच्या परिस्थितीचा अंदाज लावला पाहिजे. वरील परिस्थितीचे संशोधन आणि विश्लेषण केल्यानंतरच आपण जलविद्युत केंद्र बांधण्याची आवश्यकता आहे की नाही आणि त्याचे प्रमाण किती मोठे असावे हे ठरवू शकतो.
सर्वसाधारणपणे, जलविद्युत सर्वेक्षण कार्याचा उद्देश जलविद्युत केंद्रांच्या डिझाइन आणि बांधकामासाठी आवश्यक असलेली अचूक आणि विश्वासार्ह मूलभूत माहिती प्रदान करणे आहे.
५. साइट निवडीसाठी सामान्य अटी
साइट निवडण्यासाठीच्या सामान्य अटी खालील चार पैलूंवरून स्पष्ट केल्या जाऊ शकतात:
(१) निवडलेल्या जागेवर पाण्याची ऊर्जेचा वापर सर्वात किफायतशीर पद्धतीने करता आला पाहिजे आणि खर्च बचतीच्या तत्त्वाचे पालन केले पाहिजे, म्हणजेच वीज केंद्र पूर्ण झाल्यानंतर, कमीत कमी पैसे खर्च केले जातात आणि सर्वाधिक वीज निर्मिती केली जाते. गुंतवलेले भांडवल किती वेळात वसूल करता येते हे पाहण्यासाठी वार्षिक वीज निर्मिती महसूल आणि स्टेशनच्या बांधकामातील गुंतवणुकीचा अंदाज घेऊन ते मोजता येते. तथापि, वेगवेगळ्या ठिकाणी जलविज्ञान आणि स्थलाकृतिक परिस्थिती भिन्न असते आणि विजेच्या गरजा देखील भिन्न असतात, म्हणून बांधकाम खर्च आणि गुंतवणूक काही विशिष्ट मूल्यांद्वारे मर्यादित नसावी.
(२) निवडलेल्या जागेची स्थलाकृतिक, भूगर्भीय आणि जलशास्त्रीय परिस्थिती तुलनेने उत्तम असावी आणि डिझाइन आणि बांधकामात शक्यता असायला हव्यात. लहान जलविद्युत केंद्रांच्या बांधकामात, बांधकाम साहित्याचा वापर शक्य तितका "स्थानिक साहित्य" या तत्त्वानुसार असावा.
(३) निवडलेली जागा वीज पुरवठा आणि प्रक्रिया क्षेत्राच्या शक्य तितक्या जवळ असणे आवश्यक आहे जेणेकरून वीज ट्रान्समिशन उपकरणांची गुंतवणूक आणि वीज तोटा कमी होईल.
(४) जागा निवडताना, विद्यमान हायड्रॉलिक स्ट्रक्चर्सचा जास्तीत जास्त वापर करावा. उदाहरणार्थ, पाण्याच्या थेंबाचा वापर सिंचन वाहिनीमध्ये जलविद्युत केंद्र बांधण्यासाठी केला जाऊ शकतो, किंवा सिंचन प्रवाहातून वीज निर्मितीसाठी सिंचन जलाशयाजवळ जलविद्युत केंद्र बांधता येते, इत्यादी. कारण हे जलविद्युत केंद्र पाणी असताना वीज निर्मितीच्या तत्त्वाची पूर्तता करू शकतात, त्यामुळे त्यांचे आर्थिक महत्त्व अधिक स्पष्ट होते.