जलविद्युत प्लान्ट र हाइड्रो टर्बाइन जेनेरेटरले कसरी काम गर्छ

विश्वव्यापी रूपमा, जलविद्युत प्लान्टहरूले विश्वको लगभग २४ प्रतिशत बिजुली उत्पादन गर्छन् र १ अर्बभन्दा बढी मानिसहरूलाई बिजुली आपूर्ति गर्छन्। राष्ट्रिय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशालाका अनुसार विश्वका जलविद्युत प्लान्टहरूले कुल ६७५,००० मेगावाट उत्पादन गर्छन्, जुन ३.६ अर्ब ब्यारेल तेल बराबरको ऊर्जा हो। संयुक्त राज्य अमेरिकामा २,००० भन्दा बढी जलविद्युत प्लान्टहरू सञ्चालनमा छन्, जसले जलविद्युतलाई देशको सबैभन्दा ठूलो नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत बनाउँछ।
यस लेखमा, हामी झर्ने पानीले कसरी ऊर्जा सिर्जना गर्छ भन्ने कुरा हेर्नेछौं र जलविद्युतको लागि आवश्यक पानीको प्रवाह सिर्जना गर्ने जलविद्युत चक्रको बारेमा जान्नेछौं। तपाईंले आफ्नो दैनिक जीवनलाई असर गर्न सक्ने जलविद्युतको एउटा अनौठो प्रयोगको झलक पनि पाउनुहुनेछ।
नदी बगिरहेको देख्दा, यसले बोकेको शक्तिको कल्पना गर्न गाह्रो हुन्छ। यदि तपाईंले कहिल्यै सेतो पानीमा र्‍याफ्टिङ गर्नुभएको छ भने, तपाईंले नदीको शक्तिको सानो अंश महसुस गर्नुभएको छ। सेतो पानीको तीव्रता नदीको रूपमा सिर्जना गरिन्छ, जसले ठूलो मात्रामा पानी ओरालोमा बोकेर, साँघुरो बाटो हुँदै अवरोधहरू पार गर्छ। नदीलाई यो खोलबाट जबरजस्ती पार गर्दा, यसको प्रवाह तीव्र हुन्छ। बाढी पानीको विशाल मात्रामा कति बल हुन सक्छ भन्ने अर्को उदाहरण हो।

जलविद्युत प्लान्टहरूले पानीको ऊर्जा प्रयोग गर्छन् र त्यो ऊर्जालाई बिजुलीमा रूपान्तरण गर्न सरल मेकानिक्स प्रयोग गर्छन्। जलविद्युत प्लान्टहरू वास्तवमा एउटा साधारण अवधारणामा आधारित हुन्छन् - बाँधबाट बग्ने पानीले टर्बाइन घुमाउँछ, जसले जेनेरेटर घुमाउँछ।
परम्परागत जलविद्युत प्लान्टका आधारभूत घटकहरू यहाँ दिइएका छन्:
टर्बाइन र जेनेरेटरलाई जोड्ने शाफ्ट
बाँध - धेरैजसो जलविद्युत प्लान्टहरू पानीलाई रोकेर राख्ने बाँधमा निर्भर हुन्छन्, जसले ठूलो जलाशय सिर्जना गर्दछ। प्रायः, यो जलाशय मनोरञ्जन तालको रूपमा प्रयोग गरिन्छ, जस्तै वाशिंगटन राज्यको ग्रान्ड कौली बाँधमा रहेको ताल रुजवेल्ट।
इनटेक - बाँधका ढोकाहरू खुल्छन् र गुरुत्वाकर्षणले पानीलाई पेनस्टकबाट तान्छ, जुन पाइपलाइन टर्बाइनमा पुर्‍याउँछ। यस पाइपबाट पानी बग्दा दबाब बढ्छ।
टर्बाइन - पानीले टर्बाइनको ठूला ब्लेडहरूलाई ठोक्काउँछ र घुमाउँछ, जुन शाफ्टको माध्यमबाट यसको माथिको जेनेरेटरमा जोडिएको हुन्छ। जलविद्युत प्लान्टहरूको लागि सबैभन्दा सामान्य प्रकारको टर्बाइन फ्रान्सिस टर्बाइन हो, जुन घुमाउरो ब्लेड भएको ठूलो डिस्क जस्तो देखिन्छ। फाउन्डेसन फर वाटर एण्ड इनर्जी एजुकेशन (FWEE) का अनुसार, एउटा टर्बाइनको तौल १७२ टनसम्म हुन सक्छ र प्रति मिनेट ९० रिभोलुसन (rpm) को दरले घुम्न सक्छ।
जेनेरेटरहरू - टर्बाइन ब्लेडहरू घुम्दा, जेनेरेटर भित्र चुम्बकहरूको श्रृंखला पनि घुम्छ। विशाल चुम्बकहरू तामाको कुण्डलीहरू वरिपरि घुम्छन्, इलेक्ट्रोनहरू सारेर वैकल्पिक धारा (AC) उत्पादन गर्छन्। (तपाईंले पछि जेनेरेटर कसरी काम गर्छ भन्ने बारे थप जान्नुहुनेछ।)
ट्रान्सफर्मर - पावरहाउस भित्र रहेको ट्रान्सफर्मरले एसी लिन्छ र यसलाई उच्च-भोल्टेज करेन्टमा रूपान्तरण गर्छ।
पावर लाइनहरू - प्रत्येक पावर प्लान्टबाट चार तारहरू निस्कन्छन्: एकैसाथ उत्पादन हुने तीन चरणहरूको बिजुली र तीनैमा साझा तटस्थ वा जमिन। (पावर लाइन प्रसारणको बारेमा थप जान्नको लागि पावर डिस्ट्रिब्युसन ग्रिडहरूले कसरी काम गर्छन् पढ्नुहोस्।)
बहिर्गमन - प्रयोग गरिएको पानी टेलरेस भनिने पाइपलाइनहरू मार्फत बोकिन्छ र नदीको तल्लो भागमा पुन: प्रवेश गर्छ।
जलाशयमा रहेको पानीलाई भण्डारण गरिएको ऊर्जा मानिन्छ। जब ढोकाहरू खुल्छन्, पेनस्टकबाट बग्ने पानी गतिज ऊर्जा बन्छ किनभने यो गतिमा हुन्छ। उत्पन्न हुने बिजुलीको मात्रा धेरै कारकहरूद्वारा निर्धारण गरिन्छ। ती कारकहरू मध्ये दुई हुन् पानीको प्रवाहको आयतन र हाइड्रोलिक हेडको मात्रा। हेडले पानीको सतह र टर्बाइनहरू बीचको दूरीलाई जनाउँछ। हेड र प्रवाह बढ्दै जाँदा, उत्पादन हुने बिजुली पनि बढ्छ। हेड सामान्यतया जलाशयमा रहेको पानीको मात्रामा निर्भर गर्दछ।
अर्को प्रकारको जलविद्युत प्लान्ट छ, जसलाई पम्प्ड-स्टोरेज प्लान्ट भनिन्छ। परम्परागत जलविद्युत प्लान्टमा, जलाशयबाट पानी प्लान्टबाट बग्छ, बाहिर निस्कन्छ र तल बग्छ। पम्प्ड-स्टोरेज प्लान्टमा दुई जलाशयहरू हुन्छन्:

माथिल्लो जलाशय - परम्परागत जलविद्युत प्लान्ट जस्तै, बाँधले जलाशय सिर्जना गर्दछ। यस जलाशयमा रहेको पानी जलविद्युत प्लान्टबाट बग्छ र बिजुली उत्पादन गर्दछ।
तल्लो जलाशय - जलविद्युत केन्द्रबाट निस्कने पानी नदीमा पुन: प्रवेश गरेर तलतिर बग्नुको सट्टा तल्लो जलाशयमा बग्छ।
रिभर्सेबल टर्बाइन प्रयोग गरेर, प्लान्टले पानीलाई माथिल्लो जलाशयमा फिर्ता पम्प गर्न सक्छ। यो अफ-पिक घण्टामा गरिन्छ। मूलतः, दोस्रो जलाशयले माथिल्लो जलाशयलाई पुन: भर्छ। माथिल्लो जलाशयमा पानी फिर्ता पम्प गरेर, प्लान्टमा उच्च खपतको अवधिमा बिजुली उत्पादन गर्न बढी पानी हुन्छ।

जेनेरेटर
जलविद्युत केन्द्रको मुटु भनेको जेनेरेटर हो। धेरैजसो जलविद्युत केन्द्रहरूमा यस्ता धेरै जेनेरेटरहरू हुन्छन्।
तपाईंले अनुमान गर्नुभएको होला, जेनेरेटरले बिजुली उत्पादन गर्छ। यस तरिकाले बिजुली उत्पादन गर्ने आधारभूत प्रक्रिया भनेको तारको कुण्डली भित्र चुम्बकहरूको श्रृंखला घुमाउनु हो। यो प्रक्रियाले इलेक्ट्रोनहरूलाई सार्छ, जसले विद्युतीय प्रवाह उत्पादन गर्छ।
हूवर बाँधमा जम्मा १७ वटा जेनेरेटरहरू छन्, जसमध्ये प्रत्येकले १३३ मेगावाटसम्म उत्पादन गर्न सक्छ। हूवर बाँध जलविद्युत केन्द्रको कुल क्षमता २,०७४ मेगावाट छ। प्रत्येक जेनेरेटर निश्चित आधारभूत भागहरू मिलेर बनेको हुन्छ:

टर्बाइन घुम्दा, एक्साइटरले रोटरमा विद्युतीय प्रवाह पठाउँछ। रोटर ठूला विद्युत चुम्बकहरूको श्रृंखला हो जुन तामाको तारको कडा चोट लागेको कुण्डली भित्र घुम्छ, जसलाई स्टेटर भनिन्छ। कुण्डली र चुम्बक बीचको चुम्बकीय क्षेत्रले विद्युतीय प्रवाह सिर्जना गर्दछ।
हूवर बाँधमा, १६,५०० एम्पियरको करेन्ट जेनेरेटरबाट ट्रान्सफर्मरमा सर्छ, जहाँ करेन्ट प्रसारण हुनुभन्दा पहिले २,३०,००० एम्पियरसम्म र्‍याम्प हुन्छ।
जलविद्युत प्लान्टहरूले प्राकृतिक रूपमा हुने, निरन्तर प्रक्रियाको फाइदा उठाउँछन् - त्यो प्रक्रिया जसले वर्षा गराउँछ र नदीहरू माथि उठ्छन्। हरेक दिन, हाम्रो ग्रहले वायुमण्डलबाट थोरै मात्रामा पानी गुमाउँछ किनकि पराबैंगनी किरणहरूले पानीका अणुहरू तोड्छन्। तर एकै समयमा, ज्वालामुखी गतिविधि मार्फत पृथ्वीको भित्री भागबाट नयाँ पानी उत्सर्जन हुन्छ। सिर्जना गरिएको पानीको मात्रा र हराएको पानीको मात्रा लगभग उस्तै छ।
कुनै पनि समयमा, संसारको कुल पानीको परिमाण धेरै फरक-फरक रूपमा हुन्छ। यो तरल हुन सक्छ, जस्तै महासागर, नदी र वर्षामा; ठोस हुन सक्छ, जस्तै हिमनदीहरूमा; वा ग्यासयुक्त हुन सक्छ, जस्तै हावामा अदृश्य जल वाष्पमा। पानीले हावाको धाराद्वारा ग्रह वरिपरि घुम्दा अवस्था परिवर्तन गर्छ। हावाको धारा सूर्यको ताप गतिविधिबाट उत्पन्न हुन्छ। वायु-धारा चक्रहरू ग्रहको अन्य क्षेत्रहरू भन्दा भूमध्य रेखामा सूर्य बढी चम्किएर सिर्जना हुन्छन्।

वायु-धारा चक्रले पृथ्वीको पानी आपूर्तिलाई आफ्नै चक्र मार्फत चलाउँछ, जसलाई हाइड्रोलोजिकल चक्र भनिन्छ। सूर्यले तरल पानीलाई तताउँदा, पानी हावामा वाष्पीकरण हुन्छ। सूर्यले हावालाई तताउँछ, जसले गर्दा वायुमण्डलमा हावा माथि उठ्छ। हावा माथि चिसो हुन्छ, त्यसैले पानीको वाष्प बढ्दै जाँदा, यो चिसो हुन्छ, थोपाहरूमा सघन हुन्छ। जब एक क्षेत्रमा पर्याप्त थोपाहरू जम्मा हुन्छन्, थोपाहरू वर्षाको रूपमा पृथ्वीमा फर्कन पर्याप्त भारी हुन सक्छन्।
जलविद्युत प्लान्टहरूको लागि जलचक्र महत्त्वपूर्ण छ किनभने तिनीहरू पानीको प्रवाहमा निर्भर हुन्छन्। यदि प्लान्ट नजिकै वर्षाको कमी छ भने, पानी माथिल्लो भागमा जम्मा हुँदैन। माथिल्लो भागमा पानी जम्मा नभएको कारणले गर्दा, जलविद्युत प्लान्टबाट कम पानी बग्छ र कम बिजुली उत्पादन हुन्छ।
जलविद्युतको आधारभूत विचार भनेको टर्बाइन ब्लेड घुमाउन चल तरल पदार्थको शक्ति प्रयोग गर्नु हो। सामान्यतया, यो कार्य गर्न नदीको बीचमा ठूलो बाँध बनाउनु पर्छ। पोर्टेबल इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरूको लागि बिजुली प्रदान गर्न धेरै सानो स्तरमा जलविद्युतको विचारलाई पूँजीकृत गर्दै एउटा नयाँ आविष्कार भइरहेको छ।

क्यानडाको ओन्टारियोका आविष्कारक रोबर्ट कोमारेच्काले जुत्ताको तलामा साना जलविद्युत जेनेरेटरहरू राख्ने विचार ल्याएका छन्। उनको विश्वास छ कि यी माइक्रो-टर्बाइनहरूले लगभग कुनै पनि ग्याजेटलाई बिजुली दिन पर्याप्त बिजुली उत्पादन गर्नेछन्। मे २००१ मा, कोमारेच्काले आफ्नो अद्वितीय खुट्टाले चल्ने उपकरणको लागि पेटेन्ट प्राप्त गरे।
हामी कसरी हिँड्छौं भन्ने कुरामा एउटा आधारभूत सिद्धान्त छ: प्रत्येक पाइलाको क्रममा खुट्टा कुर्कुच्चादेखि खुट्टासम्म खस्छ। तपाईंको खुट्टा जमिनमा टेक्दा, तपाईंको कुर्कुच्चाबाट बल तल ल्याइन्छ। जब तपाईं आफ्नो अर्को पाइलाको लागि तयारी गर्नुहुन्छ, तपाईं आफ्नो खुट्टा अगाडि घुमाउनुहुन्छ, त्यसैले बल तपाईंको खुट्टाको बलमा स्थानान्तरण हुन्छ। कोमारेच्काले हिँड्ने यो आधारभूत सिद्धान्तलाई स्पष्ट रूपमा याद गरे र यो दैनिक गतिविधिको शक्तिलाई उपयोग गर्ने विचार विकास गरे।
कोमारेचकाको "हाइड्रोइलेक्ट्रिक जेनेरेटर एसेम्बली सहितको जुत्ता" मा पाँच भागहरू छन्, जसको पेटेन्टमा वर्णन गरिएको छ:

तरल पदार्थ - प्रणालीले विद्युतीय रूपमा प्रवाहकीय तरल पदार्थ प्रयोग गर्नेछ।
तरल पदार्थ राख्ने थैलीहरू - एउटा थैली जुत्ताको कुर्कुच्चामा र अर्को खुट्टाको औंलाको भागमा राखिन्छ।
नालीहरू - नालीहरूले प्रत्येक थैलीलाई माइक्रोजेनेरेटरमा जोड्छन्।
टर्बाइन - पानी सोलमा अगाडि पछाडि सर्दा, यसले सानो टर्बाइनको ब्लेडलाई पनि सार्छ।
माइक्रोजेनेरेटर - जेनेरेटर दुई तरल पदार्थले भरिएका थैलीहरूको बीचमा अवस्थित हुन्छ, र यसमा एउटा भेन रोटर समावेश हुन्छ, जसले शाफ्ट चलाउँछ र जेनेरेटरलाई घुमाउँछ।
व्यक्ति हिँड्दा, जुत्ताको कुर्कुच्चामा रहेको थैलीमा रहेको तरल पदार्थको कम्प्रेसनले तरल पदार्थलाई नाली हुँदै जलविद्युत जेनेरेटर मोड्युलमा पुर्‍याउँछ। प्रयोगकर्ता हिँडिरहने क्रममा, कुर्कुच्चा माथि उठाइनेछ र व्यक्तिको खुट्टाको बल मुनिको थैलीमा तलतिर दबाब दिइनेछ। तरल पदार्थको चालले रोटर र शाफ्टलाई घुमाएर बिजुली उत्पादन गर्नेछ।

पोर्टेबल उपकरणमा तारहरू जडान गर्न बाहिरी सकेट प्रदान गरिनेछ। प्रयोगकर्ताको बेल्टमा लगाउनको लागि पावर-नियन्त्रण आउटपुट युनिट पनि प्रदान गर्न सकिन्छ। त्यसपछि इलेक्ट्रोनिक उपकरणहरू यस पावर-नियन्त्रण आउटपुट युनिटमा जोड्न सकिन्छ, जसले बिजुलीको स्थिर आपूर्ति प्रदान गर्नेछ।
"ब्याट्रीबाट चल्ने, पोर्टेबल उपकरणहरूको संख्यामा वृद्धिसँगै," पेटेन्टमा लेखिएको छ, "दीर्घकालीन, अनुकूलनीय, कुशल विद्युतीय स्रोत प्रदान गर्ने आवश्यकता बढ्दै गएको छ।" कोमारेच्काले आफ्नो उपकरण पोर्टेबल कम्प्युटर, सेल फोन, सीडी प्लेयर, जीपीएस रिसीभर र दुई-तर्फी रेडियोहरूलाई पावर दिन प्रयोग गरिने अपेक्षा गरेका छन्।