जलविद्युत उत्पादनको एक सिंहावलोकन

जलविद्युत भनेको प्राकृतिक नदीहरूको पानी ऊर्जालाई मानिसहरूले प्रयोग गर्नको लागि बिजुलीमा रूपान्तरण गर्नु हो। सौर्य ऊर्जा, नदीहरूमा पानी ऊर्जा, र हावा प्रवाहबाट उत्पन्न हुने वायु ऊर्जा जस्ता ऊर्जा उत्पादनमा प्रयोग हुने विभिन्न स्रोतहरू छन्। जलविद्युत प्रयोग गरेर जलविद्युत उत्पादनको लागत सस्तो छ, र जलविद्युत स्टेशनहरूको निर्माणलाई अन्य जल संरक्षण परियोजनाहरूसँग पनि जोड्न सकिन्छ। हाम्रो देश जलविद्युत स्रोतहरूमा धेरै धनी छ र अवस्था पनि धेरै राम्रो छ। राष्ट्रिय अर्थतन्त्रको निर्माणमा जलविद्युतले महत्त्वपूर्ण भूमिका खेल्छ।
नदीको माथिल्लो भागको पानीको स्तर यसको तलतिरको पानीको स्तर भन्दा बढी हुन्छ। नदीको पानीको स्तरमा भिन्नताको कारणले गर्दा, पानीको ऊर्जा उत्पन्न हुन्छ। यो ऊर्जालाई सम्भाव्य ऊर्जा वा सम्भाव्य ऊर्जा भनिन्छ। नदीको पानीको उचाइ बीचको भिन्नतालाई थोपा भनिन्छ, जसलाई पानीको स्तर भिन्नता वा पानीको टाउको पनि भनिन्छ। यो थोपा हाइड्रोलिक शक्तिको निर्माणको लागि आधारभूत अवस्था हो। थप रूपमा, हाइड्रोलिक शक्तिको परिमाण नदीमा पानीको प्रवाहको परिमाणमा पनि निर्भर गर्दछ, जुन थोपा जत्तिकै महत्त्वपूर्ण अर्को आधारभूत अवस्था हो। थोपा र प्रवाह दुवैले हाइड्रोलिक शक्तिलाई प्रत्यक्ष रूपमा असर गर्छ; थोपाको पानीको मात्रा जति ठूलो हुन्छ, हाइड्रोलिक शक्ति त्यति नै ठूलो हुन्छ; यदि थोपा र पानीको मात्रा तुलनात्मक रूपमा सानो छ भने, जलविद्युत स्टेशनको उत्पादन सानो हुनेछ।
ड्रपलाई सामान्यतया मिटरमा व्यक्त गरिन्छ। ग्रेडियन्ट भनेको ड्रप र दूरीको अनुपात हो, जसले ड्रप सांद्रताको डिग्रीलाई संकेत गर्न सक्छ। ड्रप बढी केन्द्रित हुन्छ, र हाइड्रोलिक पावरको प्रयोग बढी सुविधाजनक हुन्छ। जलविद्युत स्टेशनले प्रयोग गर्ने ड्रप भनेको टर्बाइनबाट गुज्रेपछि जलविद्युत स्टेशनको माथिल्लो पानीको सतह र डाउनस्ट्रीम पानीको सतह बीचको भिन्नता हो।

प्रवाह भनेको प्रति एकाइ समयमा नदीमा बग्ने पानीको मात्रा हो, र यसलाई एक सेकेन्डमा घनमिटरमा व्यक्त गरिन्छ। एक घनमिटर पानी एक टन हुन्छ। नदीको प्रवाह जुनसुकै समयमा परिवर्तन हुन्छ, त्यसैले जब हामी प्रवाहको बारेमा कुरा गर्छौं, हामीले यो बग्ने विशिष्ट स्थानको समय व्याख्या गर्नुपर्छ। प्रवाह समयमा धेरै महत्त्वपूर्ण रूपमा परिवर्तन हुन्छ। हाम्रो देशका नदीहरूमा सामान्यतया गर्मी र शरद ऋतुमा वर्षायाममा ठूलो प्रवाह हुन्छ, र जाडो र वसन्तमा अपेक्षाकृत सानो हुन्छ। सामान्यतया, माथिल्लो भागमा नदीको प्रवाह अपेक्षाकृत सानो हुन्छ; सहायक नदीहरू मिल्ने भएकाले, तलको प्रवाह बिस्तारै बढ्छ। त्यसकारण, माथिल्लो भागको थोपा केन्द्रित भए पनि, प्रवाह सानो हुन्छ; तलको प्रवाह ठूलो हुन्छ, तर थोपा अपेक्षाकृत छरिएको हुन्छ। त्यसकारण, नदीको बीचको भागमा हाइड्रोलिक पावर प्रयोग गर्नु प्रायः किफायती हुन्छ।
जलविद्युत स्टेशनले प्रयोग गर्ने ड्रप र फ्लो थाहा पाएर, यसको आउटपुट निम्न सूत्र प्रयोग गरेर गणना गर्न सकिन्छ:
N= GQH
सूत्रमा, किलोवाटमा N–आउटपुटलाई पावर पनि भन्न सकिन्छ;
Q–प्रवाह, प्रति सेकेन्ड घन मिटरमा;
H - ड्रप, मिटरमा;
G = ९.८, गुरुत्वाकर्षणको प्रवेग हो, एकाइ: न्यूटन/किग्रा
माथिको सूत्र अनुसार, कुनै पनि हानि घटाए बिना सैद्धान्तिक शक्ति गणना गरिन्छ। वास्तवमा, जलविद्युत उत्पादनको प्रक्रियामा, टर्बाइनहरू, प्रसारण उपकरणहरू, जेनेरेटरहरू, आदि सबैमा अपरिहार्य शक्ति घाटा हुन्छ। त्यसकारण, सैद्धान्तिक शक्तिलाई छुट दिनुपर्छ, अर्थात्, हामीले प्रयोग गर्न सक्ने वास्तविक शक्तिलाई दक्षता गुणांक (प्रतीक: K) ले गुणा गर्नुपर्छ।
जलविद्युत स्टेशनमा जेनेरेटरको डिजाइन गरिएको शक्तिलाई मूल्याङ्कन गरिएको शक्ति भनिन्छ, र वास्तविक शक्तिलाई वास्तविक शक्ति भनिन्छ। ऊर्जा रूपान्तरणको प्रक्रियामा, ऊर्जाको एक भाग गुमाउनु अपरिहार्य छ। जलविद्युत उत्पादनको प्रक्रियामा, मुख्यतया टर्बाइन र जेनेरेटरहरूको क्षति हुन्छ (पाइपलाइनहरूमा पनि क्षति हुन्छ)। ग्रामीण सूक्ष्म जलविद्युत स्टेशनमा विभिन्न क्षतिहरू कुल सैद्धान्तिक शक्तिको लगभग ४०-५०% हुन्छन्, त्यसैले जलविद्युत स्टेशनको उत्पादनले वास्तवमा सैद्धान्तिक शक्तिको ५०-६०% मात्र प्रयोग गर्न सक्छ, अर्थात्, दक्षता लगभग ०.५-०.६० हुन्छ (जसमध्ये टर्बाइन दक्षता ०.७०-०.८५, जेनेरेटरहरूको दक्षता ०.८५ देखि ०.९०, र पाइपलाइन र प्रसारण उपकरणहरूको दक्षता ०.८० देखि ०.८५ सम्म)। त्यसकारण, जलविद्युत स्टेशनको वास्तविक शक्ति (आउटपुट) निम्नानुसार गणना गर्न सकिन्छ:
K–जलविद्युत स्टेशनको दक्षता, (०.५～०.६) सूक्ष्म-जलविद्युत स्टेशनको मोटामोटी गणनामा प्रयोग गरिन्छ; यो मानलाई यसरी सरलीकृत गर्न सकिन्छ:
N=(०.५~०.६)QHG वास्तविक शक्ति=दक्षता×प्रवाह×ड्रप×९.८
जलविद्युतको प्रयोग भनेको पानीको शक्ति प्रयोग गरेर मेसिनलाई चलाउनु हो, जसलाई पानी टर्बाइन भनिन्छ। उदाहरणका लागि, हाम्रो देशमा प्राचीन पानीको पाङ्ग्रा एकदमै साधारण पानीको पाङ्ग्रा हो। हाल प्रयोग हुने विभिन्न हाइड्रोलिक टर्बाइनहरू विभिन्न विशिष्ट हाइड्रोलिक अवस्थाहरूमा अनुकूलित हुन्छन्, जसले गर्दा तिनीहरू अझ कुशलतापूर्वक घुम्न सक्छन् र पानीको ऊर्जालाई यान्त्रिक ऊर्जामा रूपान्तरण गर्न सक्छन्। अर्को प्रकारको मेसिनरी, जेनेरेटर, टर्बाइनमा जोडिएको हुन्छ, जसले गर्दा जेनेरेटरको रोटर टर्बाइनसँग घुम्छ र बिजुली उत्पादन गर्छ। जेनेरेटरलाई दुई भागमा विभाजन गर्न सकिन्छ: टर्बाइनसँग घुम्ने भाग र जेनेरेटरको स्थिर भाग। टर्बाइनसँग जोडिएको र घुम्ने भागलाई जेनेरेटरको रोटर भनिन्छ, र रोटरको वरिपरि धेरै चुम्बकीय ध्रुवहरू हुन्छन्; रोटरको वरिपरिको घेरा जेनेरेटरको स्थिर भाग हो, जसलाई जेनेरेटरको स्टेटर भनिन्छ, र स्टेटर धेरै तामाको कुण्डलहरूले बेरिएको हुन्छ। जब रोटरका धेरै चुम्बकीय ध्रुवहरू स्टेटरको तामाको कुण्डलहरूको बीचमा घुम्छन्, तामाको तारहरूमा करेन्ट उत्पन्न हुन्छ, र जेनेरेटरले यान्त्रिक ऊर्जालाई विद्युतीय ऊर्जामा रूपान्तरण गर्दछ।
पावर स्टेशनबाट उत्पन्न हुने विद्युतीय ऊर्जालाई विभिन्न विद्युतीय उपकरणहरूद्वारा यान्त्रिक ऊर्जा (विद्युतीय मोटर वा मोटर), प्रकाश ऊर्जा (विद्युतीय बत्ती), तापीय ऊर्जा (विद्युतीय भट्टी) आदिमा रूपान्तरण गरिन्छ।
जलविद्युत स्टेशनको संरचना
जलविद्युत स्टेशनको संरचनामा निम्न समावेश छन्: हाइड्रोलिक संरचना, मेकानिकल उपकरण, र विद्युतीय उपकरण।
(१) हाइड्रोलिक संरचनाहरू
यसमा बाँधहरू (बाँधहरू), इन्टेक गेटहरू, च्यानलहरू (वा सुरुङहरू), प्रेसर फोर ट्याङ्कहरू (वा रेगुलेटिंग ट्याङ्कहरू), प्रेसर पाइपहरू, पावरहाउसहरू र टेलरेसहरू, आदि छन्।
नदीको पानीलाई रोक्न र पानीको सतहलाई माथि उठाएर जलाशय बनाउन नदीमा एउटा बाँध (बाँध) बनाइन्छ। यसरी, बाँध (बाँध) मा रहेको जलाशयको पानीको सतह र बाँध मुनिको नदीको पानीको सतहको बीचमा एक गाढा थोपा बनाइन्छ, र त्यसपछि पानीको पाइप वा सुरुङ प्रयोग गरेर पानीलाई जलविद्युत केन्द्रमा प्रवेश गराइन्छ। अपेक्षाकृत भिरालो नदीहरूमा, डाइभर्सन च्यानलहरूको प्रयोगले पनि थोपा बनाउन सक्छ। उदाहरणका लागि: सामान्यतया, प्राकृतिक नदीको प्रति किलोमिटर थोपा १० मिटर हुन्छ। यदि नदीको पानी परिचय गराउन नदीको यस खण्डको माथिल्लो छेउमा च्यानल खोलियो भने, च्यानल नदीको किनारमा उत्खनन गरिनेछ, र च्यानलको ढलान समतल हुनेछ। यदि च्यानलमा थोपा प्रति किलोमिटर बनाइयो भने यो केवल १ मिटर मात्र खस्यो, जसले गर्दा पानी च्यानलमा ५ किलोमिटर बग्यो, र पानीको सतह केवल ५ मिटर खस्यो, जबकि प्राकृतिक च्यानलमा ५ किलोमिटर यात्रा गरेपछि पानी ५० मिटर खस्यो। यस समयमा, च्यानलबाट पानीलाई पानीको पाइप वा सुरुङको प्रयोग गरेर नदीद्वारा विद्युत केन्द्रमा फिर्ता लगिन्छ, र त्यहाँ ४५ मिटरको गाढा थोपा हुन्छ जुन बिजुली उत्पादन गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। चित्र २

डाइभर्सन च्यानलहरू, सुरुङहरू वा पानीका पाइपहरू (जस्तै प्लास्टिक पाइपहरू, स्टील पाइपहरू, कंक्रीट पाइपहरू, आदि) को प्रयोग गरेर गाढा थोपा भएको जलविद्युत स्टेशन बनाउनुलाई डाइभर्सन च्यानल जलविद्युत स्टेशन भनिन्छ, जुन जलविद्युत स्टेशनहरूको एक विशिष्ट लेआउट हो।
(२) मेकानिकल र विद्युतीय उपकरण
माथि उल्लेखित हाइड्रोलिक कार्यहरू (वायर, च्यानल, फोरकोर्ट, प्रेसर पाइप, कार्यशाला) को अतिरिक्त, जलविद्युत स्टेशनलाई निम्न उपकरणहरू पनि आवश्यक पर्दछ:
(१) मेकानिकल उपकरण
त्यहाँ टर्बाइन, गभर्नर, गेट भल्भ, ट्रान्समिसन उपकरण र नन-जेनेरेटर उपकरणहरू छन्।
(२) विद्युतीय उपकरण
त्यहाँ जेनेरेटर, वितरण नियन्त्रण प्यानल, ट्रान्सफर्मर र प्रसारण लाइनहरू छन्।
तर सबै साना जलविद्युत स्टेशनहरूमा माथि उल्लेखित हाइड्रोलिक संरचनाहरू र मेकानिकल र विद्युतीय उपकरणहरू हुँदैनन्। यदि कम-हेड जलविद्युत स्टेशनमा पानीको टाउको ६ मिटर भन्दा कम छ भने, पानी गाइड च्यानल र खुला च्यानल पानी च्यानल सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ, र त्यहाँ कुनै दबाब फोरपूल र दबाब पानी पाइप हुँदैन। सानो विद्युत आपूर्ति दायरा र छोटो प्रसारण दूरी भएका पावर स्टेशनहरूको लागि, प्रत्यक्ष पावर ट्रान्समिशन अपनाइन्छ र कुनै ट्रान्सफर्मर आवश्यक पर्दैन। जलाशय भएका जलविद्युत स्टेशनहरूले बाँधहरू निर्माण गर्न आवश्यक पर्दैन। गहिरो इन्टेकहरू, बाँध भित्री पाइपहरू (वा सुरुङहरू) र स्पिलवेहरूको प्रयोगले वेयरहरू, इन्टेक गेटहरू, च्यानलहरू र दबाब फोर-पूलहरू जस्ता हाइड्रोलिक संरचनाहरूको आवश्यकतालाई हटाउँछ।
जलविद्युत स्टेशन निर्माण गर्न, सबैभन्दा पहिले, सावधानीपूर्वक सर्वेक्षण र डिजाइन कार्य गर्नुपर्छ। डिजाइन कार्यमा, तीन डिजाइन चरणहरू छन्: प्रारम्भिक डिजाइन, प्राविधिक डिजाइन र निर्माण विवरण। डिजाइन कार्यमा राम्रो काम गर्नको लागि, पहिले पूर्ण सर्वेक्षण कार्य गर्नु आवश्यक छ, अर्थात्, स्थानीय प्राकृतिक र आर्थिक अवस्थाहरू - जस्तै स्थलाकृति, भूगर्भ, जलविज्ञान, पूँजी आदि - लाई पूर्ण रूपमा बुझ्नु। यी परिस्थितिहरूमा निपुणता हासिल गरेपछि र तिनीहरूलाई विश्लेषण गरेपछि मात्र डिजाइनको शुद्धता र विश्वसनीयताको ग्यारेन्टी गर्न सकिन्छ।
साना जलविद्युत स्टेशनका घटकहरू जलविद्युत स्टेशनको प्रकारमा निर्भर गर्दै विभिन्न रूपहरू हुन्छन्।
३. टोपोग्राफिक सर्वेक्षण
स्थलाकृतिक सर्वेक्षण कार्यको गुणस्तरले इन्जिनियरिङ लेआउट र इन्जिनियरिङ मात्राको अनुमानमा ठूलो प्रभाव पार्छ।
जलाधार क्षेत्र र नदी किनारको भूगर्भको बारेमा सामान्य बुझाइ र अनुसन्धानको अतिरिक्त भूगर्भीय अन्वेषण (भौगोलिक अवस्थाको बुझाइ) मा, मेसिन कोठाको जग बलियो छ कि छैन भनेर पनि बुझ्न आवश्यक छ, जसले प्रत्यक्ष रूपमा पावर स्टेशनको सुरक्षालाई असर गर्छ। एक पटक निश्चित जलाशयको मात्रा भएको ब्यारेज नष्ट भएपछि, यसले जलविद्युत स्टेशनलाई मात्र क्षति पुर्‍याउँदैन, तर तलतिर ठूलो मात्रामा जनधनको क्षति पनि पुर्‍याउँछ।
४. जलविज्ञान परीक्षण
जलविद्युत स्टेशनहरूको लागि, सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण जलविद्युत डेटा भनेको नदीको पानीको स्तर, प्रवाह, तलछटको मात्रा, आइसिङ अवस्था, मौसम विज्ञान डेटा र बाढी सर्वेक्षण डेटाको रेकर्ड हो। नदीको प्रवाहको आकारले जलविद्युत स्टेशनको स्पिलवेको लेआउटलाई असर गर्छ। बाढीको गम्भीरतालाई कम आँकलन गर्नाले बाँधको क्षति हुनेछ; नदीले बोकेको तलछटले सबैभन्दा खराब अवस्थामा जलाशयलाई छिट्टै भर्न सक्छ। उदाहरणका लागि, प्रवाह च्यानलले च्यानललाई माटो जम्मा गर्नेछ, र मोटो-दाना भएको तलछट टर्बाइनबाट जान्छ र टर्बाइनको घिसार निम्त्याउँछ। त्यसकारण, जलविद्युत स्टेशनहरूको निर्माणमा पर्याप्त जलविद्युत डेटा हुनुपर्छ।
त्यसकारण, जलविद्युत स्टेशन निर्माण गर्ने निर्णय गर्नु अघि, हामीले पहिले विद्युत आपूर्ति क्षेत्रमा आर्थिक विकासको दिशा र भविष्यमा हुने बिजुलीको मागको अनुसन्धान गर्नुपर्छ। साथै, विकास क्षेत्रमा रहेका अन्य ऊर्जा स्रोतहरूको अवस्थाको अनुमान गर्नुहोस्। माथिको अवस्थाको अनुसन्धान र विश्लेषण पछि मात्र हामी जलविद्युत स्टेशन निर्माण गर्न आवश्यक छ कि छैन र यसको स्केल कति ठूलो हुनुपर्छ भन्ने निर्णय गर्न सक्छौं।
सामान्यतया, जलविद्युत सर्वेक्षण कार्यको उद्देश्य जलविद्युत स्टेशनहरूको डिजाइन र निर्माणको लागि आवश्यक सही र भरपर्दो आधारभूत जानकारी प्रदान गर्नु हो।
५. साइट छनोटको लागि सामान्य सर्तहरू
साइट छनौट गर्ने सामान्य अवस्थाहरूलाई निम्न चार पक्षहरूबाट व्याख्या गर्न सकिन्छ:
(१) छनोट गरिएको स्थलले सबैभन्दा किफायती तरिकाले पानीको ऊर्जा प्रयोग गर्न सक्षम हुनुपर्छ र लागत बचतको सिद्धान्तको पालना गर्नुपर्छ, अर्थात्, विद्युत स्टेशन पूरा भएपछि, सबैभन्दा कम पैसा खर्च हुन्छ र सबैभन्दा धेरै बिजुली उत्पादन हुन्छ। लगानी गरिएको पूँजी कति समय पुन: प्राप्ति गर्न सकिन्छ भनेर हेर्नको लागि सामान्यतया वार्षिक विद्युत उत्पादन राजस्व र स्टेशनको निर्माणमा लगानी अनुमान गरेर मापन गर्न सकिन्छ। यद्यपि, विभिन्न ठाउँहरूमा जलविज्ञान र स्थलाकृतिक अवस्था फरक हुन्छ, र बिजुलीको आवश्यकता पनि फरक हुन्छ, त्यसैले निर्माण लागत र लगानी निश्चित मानहरू द्वारा सीमित हुनु हुँदैन।
(२) छनोट गरिएको स्थलको स्थलाकृतिक, भूगर्भीय र जलविद्युतीय अवस्था तुलनात्मक रूपमा उच्च हुनुपर्छ, र डिजाइन र निर्माणमा सम्भावनाहरू हुनुपर्छ। साना जलविद्युत स्टेशनहरूको निर्माणमा, निर्माण सामग्रीको प्रयोग सकेसम्म "स्थानीय सामग्री" को सिद्धान्त अनुसार हुनुपर्छ।
(३) विद्युत प्रसारण उपकरणको लगानी र विद्युत् नोक्सानी कम गर्न छनोट गरिएको स्थान सकेसम्म विद्युत् आपूर्ति र प्रशोधन क्षेत्रको नजिक हुनुपर्छ।
(४) साइट छनौट गर्दा, अवस्थित हाइड्रोलिक संरचनाहरू सकेसम्म धेरै प्रयोग गर्नुपर्छ। उदाहरणका लागि, पानीको थोपा सिँचाइ च्यानलमा जलविद्युत स्टेशन निर्माण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, वा सिँचाइ प्रवाहबाट बिजुली उत्पादन गर्न सिँचाइ जलाशयको छेउमा जलविद्युत स्टेशन निर्माण गर्न सकिन्छ, आदि। किनभने यी जलविद्युत प्लान्टहरूले पानी हुँदा बिजुली उत्पादन गर्ने सिद्धान्त पूरा गर्न सक्छन्, तिनीहरूको आर्थिक महत्त्व बढी स्पष्ट छ।