நீர் மின் நிலையங்களும் நீர் விசையாழி ஜெனரேட்டரும் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன

உலகளவில், நீர்மின் நிலையங்கள் உலகின் மின்சாரத்தில் சுமார் 24 சதவீதத்தை உற்பத்தி செய்கின்றன மற்றும் 1 பில்லியனுக்கும் அதிகமான மக்களுக்கு மின்சாரத்தை வழங்குகின்றன. உலகின் நீர்மின் நிலையங்கள் மொத்தம் 675,000 மெகாவாட்களை உற்பத்தி செய்கின்றன, இது 3.6 பில்லியன் பீப்பாய்கள் எண்ணெயுக்கு சமமான ஆற்றலாகும் என்று தேசிய புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி ஆய்வகம் தெரிவித்துள்ளது. அமெரிக்காவில் 2,000 க்கும் மேற்பட்ட நீர்மின் நிலையங்கள் இயங்குகின்றன, இது நாட்டின் மிகப்பெரிய புதுப்பிக்கத்தக்க எரிசக்தி மூலமாக நீர்மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது.
இந்தக் கட்டுரையில், விழும் நீர் எவ்வாறு ஆற்றலை உருவாக்குகிறது என்பதைப் பார்ப்போம், மேலும் நீர் மின்சக்திக்குத் தேவையான நீர் ஓட்டத்தை உருவாக்கும் நீர்நிலை சுழற்சியைப் பற்றி அறிந்து கொள்வோம். உங்கள் அன்றாட வாழ்க்கையைப் பாதிக்கக்கூடிய நீர் மின்சக்தியின் ஒரு தனித்துவமான பயன்பாட்டைப் பற்றிய ஒரு பார்வையையும் நீங்கள் பெறுவீர்கள்.
ஒரு நதி உருண்டு செல்வதைப் பார்க்கும்போது, ​​அது சுமந்து செல்லும் சக்தியை கற்பனை செய்வது கூட கடினம். நீங்கள் எப்போதாவது வெள்ளை நீர் ராஃப்டிங் செய்திருந்தால், ஆற்றின் சக்தியின் ஒரு சிறிய பகுதியை நீங்கள் உணர்ந்திருப்பீர்கள். வெள்ளை நீர் விரைவுகள் ஒரு நதியாக உருவாக்கப்படுகின்றன, அவை ஒரு குறுகிய பாதை வழியாக அதிக அளவு தண்ணீரை கீழ்நோக்கி, தடைகளை சுமந்து செல்கின்றன. இந்த திறப்பு வழியாக நதி தள்ளப்படும்போது, ​​அதன் ஓட்டம் துரிதப்படுத்தப்படுகிறது. ஒரு மிகப்பெரிய அளவிலான நீர் எவ்வளவு சக்தியைக் கொண்டிருக்கலாம் என்பதற்கு வெள்ளம் மற்றொரு எடுத்துக்காட்டு.

நீர்மின் நிலையங்கள் நீரின் ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி, அந்த ஆற்றலை மின்சாரமாக மாற்ற எளிய இயக்கவியலைப் பயன்படுத்துகின்றன. நீர்மின் நிலையங்கள் உண்மையில் ஒரு எளிமையான கருத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டவை - ஒரு அணை வழியாகப் பாயும் நீர் ஒரு விசையாழியை மாற்றுகிறது, இது ஒரு ஜெனரேட்டரை மாற்றுகிறது.
ஒரு வழக்கமான நீர்மின் நிலையத்தின் அடிப்படை கூறுகள் இங்கே:
டர்பைன் மற்றும் ஜெனரேட்டரை இணைக்கும் தண்டு
அணை - பெரும்பாலான நீர்மின் நிலையங்கள் தண்ணீரைத் தடுத்து நிறுத்தும் அணையை நம்பியுள்ளன, இதனால் ஒரு பெரிய நீர்த்தேக்கம் உருவாகிறது. பெரும்பாலும், இந்த நீர்த்தேக்கம் வாஷிங்டன் மாநிலத்தில் உள்ள கிராண்ட் கூலி அணையில் உள்ள ரூஸ்வெல்ட் ஏரி போன்ற பொழுதுபோக்கு ஏரியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது.
உட்கொள்ளல் - அணையின் கதவுகள் திறக்கின்றன, மேலும் ஈர்ப்பு விசை பென்ஸ்டாக் வழியாக தண்ணீரை இழுக்கிறது, இது டர்பைனுக்கு வழிவகுக்கும் ஒரு குழாய். இந்த குழாய் வழியாக நீர் பாயும்போது அழுத்தத்தை உருவாக்குகிறது.
விசையாழி - நீர் ஒரு விசையாழியின் பெரிய கத்திகளைத் தாக்கித் திருப்புகிறது, இது ஒரு தண்டு மூலம் அதன் மேலே உள்ள ஒரு ஜெனரேட்டருடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. நீர் மின் நிலையங்களுக்கான மிகவும் பொதுவான வகை விசையாழி பிரான்சிஸ் விசையாழி ஆகும், இது வளைந்த கத்திகளுடன் கூடிய பெரிய வட்டு போல இருக்கும். ஒரு விசையாழி 172 டன்கள் வரை எடையும், நிமிடத்திற்கு 90 சுழற்சிகள் (rpm) என்ற விகிதத்தில் சுழலும் என்று நீர் மற்றும் எரிசக்தி கல்விக்கான அறக்கட்டளை (FWEE) தெரிவித்துள்ளது.
ஜெனரேட்டர்கள் - டர்பைன் கத்திகள் திரும்பும்போது, ​​ஜெனரேட்டருக்குள் தொடர்ச்சியான காந்தங்களும் திரும்புகின்றன. ராட்சத காந்தங்கள் செப்பு சுருள்களைக் கடந்து சுழன்று, எலக்ட்ரான்களை நகர்த்துவதன் மூலம் மாற்று மின்னோட்டத்தை (AC) உருவாக்குகின்றன. (ஜெனரேட்டர் எவ்வாறு செயல்படுகிறது என்பது பற்றி நீங்கள் பின்னர் மேலும் அறிந்து கொள்வீர்கள்.)
மின்மாற்றி - மின் நிலையத்திற்குள் இருக்கும் மின்மாற்றி, ஏசியை எடுத்து அதிக மின்னழுத்த மின்னோட்டமாக மாற்றுகிறது.
மின் இணைப்புகள் - ஒவ்வொரு மின் நிலையத்திலிருந்தும் நான்கு கம்பிகள் வருகின்றன: மூன்று கட்ட மின்சாரம் ஒரே நேரத்தில் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது, மேலும் மூன்றிற்கும் பொதுவான ஒரு நடுநிலை அல்லது தரை. (மின் இணைப்பு பரிமாற்றம் பற்றி மேலும் அறிய மின் விநியோக கட்டங்கள் எவ்வாறு செயல்படுகின்றன என்பதைப் படியுங்கள்.)
வெளியேற்றம் - பயன்படுத்தப்பட்ட நீர் டெயில்ரேஸ்கள் எனப்படும் குழாய்கள் வழியாக கொண்டு செல்லப்பட்டு, மீண்டும் நதியின் கீழ்நோக்கிச் செல்கிறது.
நீர்த்தேக்கத்தில் உள்ள நீர் சேமிக்கப்பட்ட ஆற்றலாகக் கருதப்படுகிறது. வாயில்கள் திறக்கும்போது, ​​பென்ஸ்டாக் வழியாகப் பாயும் நீர் இயக்கத்தில் இருப்பதால் இயக்க ஆற்றலாக மாறுகிறது. உருவாக்கப்படும் மின்சாரத்தின் அளவு பல காரணிகளால் தீர்மானிக்கப்படுகிறது. அந்த காரணிகளில் இரண்டு நீர் ஓட்டத்தின் அளவு மற்றும் ஹைட்ராலிக் ஹெட்டின் அளவு. ஹெட் என்பது நீர் மேற்பரப்புக்கும் டர்பைன்களுக்கும் இடையிலான தூரத்தைக் குறிக்கிறது. ஹெட் மற்றும் ஃப்ளோ அதிகரிக்கும் போது, ​​உற்பத்தி செய்யப்படும் மின்சாரமும் அதிகரிக்கும். ஹெட் பொதுவாக நீர்த்தேக்கத்தில் உள்ள நீரின் அளவைப் பொறுத்தது.
பம்ப் செய்யப்பட்ட சேமிப்பு ஆலை என்று அழைக்கப்படும் மற்றொரு வகை நீர்மின் நிலையம் உள்ளது. ஒரு வழக்கமான நீர்மின் நிலையத்தில், நீர்த்தேக்கத்திலிருந்து வரும் நீர் ஆலை வழியாகப் பாய்ந்து, வெளியேறி, நீரோட்டத்தில் கொண்டு செல்லப்படுகிறது. ஒரு பம்ப் செய்யப்பட்ட சேமிப்பு ஆலையில் இரண்டு நீர்த்தேக்கங்கள் உள்ளன:

மேல் நீர்த்தேக்கம் - ஒரு வழக்கமான நீர்மின் நிலையத்தைப் போலவே, ஒரு அணை ஒரு நீர்த்தேக்கத்தை உருவாக்குகிறது. இந்த நீர்த்தேக்கத்தில் உள்ள நீர் நீர்மின் நிலையத்தின் வழியாக பாய்ந்து மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது.
கீழ் நீர்த்தேக்கம் - நீர்மின் நிலையத்திலிருந்து வெளியேறும் நீர், ஆற்றில் மீண்டும் நுழைந்து கீழ்நோக்கிப் பாய்வதற்குப் பதிலாக, கீழ் நீர்த்தேக்கத்தில் பாய்கிறது.
மீளக்கூடிய விசையாழியைப் பயன்படுத்தி, ஆலை மேல் நீர்த்தேக்கத்திற்கு தண்ணீரை மீண்டும் பம்ப் செய்ய முடியும். இது உச்சம் இல்லாத நேரங்களில் செய்யப்படுகிறது. அடிப்படையில், இரண்டாவது நீர்த்தேக்கம் மேல் நீர்த்தேக்கத்தை மீண்டும் நிரப்புகிறது. மேல் நீர்த்தேக்கத்திற்கு தண்ணீரை மீண்டும் பம்ப் செய்வதன் மூலம், உச்ச நுகர்வு காலங்களில் மின்சாரம் தயாரிக்க ஆலைக்கு அதிக தண்ணீர் கிடைக்கும்.

ஜெனரேட்டர்
நீர் மின் நிலையத்தின் இதயம் ஜெனரேட்டர் ஆகும். பெரும்பாலான நீர் மின் நிலையங்களில் இந்த ஜெனரேட்டர்களில் பல உள்ளன.
நீங்கள் யூகித்திருக்கலாம், ஜெனரேட்டர் மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது. இந்த முறையில் மின்சாரத்தை உருவாக்குவதற்கான அடிப்படை செயல்முறை கம்பி சுருள்களுக்குள் தொடர்ச்சியான காந்தங்களைச் சுழற்றுவதாகும். இந்த செயல்முறை எலக்ட்ரான்களை நகர்த்துகிறது, இது மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது.
ஹூவர் அணையில் மொத்தம் 17 ஜெனரேட்டர்கள் உள்ளன, ஒவ்வொன்றும் 133 மெகாவாட் வரை உற்பத்தி செய்யக்கூடியவை. ஹூவர் அணை நீர்மின் நிலையத்தின் மொத்த கொள்ளளவு 2,074 மெகாவாட் ஆகும். ஒவ்வொரு ஜெனரேட்டரும் சில அடிப்படை பகுதிகளால் ஆனது:

டர்பைன் சுழலும்போது, ​​எக்சிட்டர் ரோட்டருக்கு ஒரு மின்சாரத்தை அனுப்புகிறது. ரோட்டார் என்பது ஸ்டேட்டர் எனப்படும் செப்பு கம்பியின் இறுக்கமாகச் சுற்றப்பட்ட சுருளுக்குள் சுழலும் பெரிய மின்காந்தங்களின் தொடராகும். சுருள் மற்றும் காந்தங்களுக்கு இடையிலான காந்தப்புலம் ஒரு மின்சாரத்தை உருவாக்குகிறது.
ஹூவர் அணையில், 16,500 ஆம்பியர்ஸ் மின்னோட்டம் ஜெனரேட்டரிலிருந்து மின்மாற்றிக்கு நகர்கிறது, அங்கு மின்னோட்டம் கடத்தப்படுவதற்கு முன்பு 230,000 ஆம்பியர்ஸ் வரை உயர்கிறது.
நீர்மின் நிலையங்கள் இயற்கையாக நிகழும், தொடர்ச்சியான செயல்முறையைப் பயன்படுத்திக் கொள்கின்றன - மழை பெய்யவும் ஆறுகள் பெருகவும் காரணமான செயல்முறை. ஒவ்வொரு நாளும், புற ஊதா கதிர்கள் நீர் மூலக்கூறுகளைப் பிரிக்கும்போது நமது கிரகம் வளிமண்டலத்தின் வழியாக ஒரு சிறிய அளவு தண்ணீரை இழக்கிறது. ஆனால் அதே நேரத்தில், எரிமலை செயல்பாடு மூலம் பூமியின் உள் பகுதியிலிருந்து புதிய நீர் வெளியேற்றப்படுகிறது. உருவாக்கப்பட்ட நீரின் அளவும் இழக்கப்படும் நீரின் அளவும் தோராயமாக ஒரே மாதிரியாக இருக்கும்.
எந்த நேரத்திலும், உலகின் மொத்த நீரின் அளவு பல வடிவங்களில் உள்ளது. அது பெருங்கடல்கள், ஆறுகள் மற்றும் மழையைப் போல திரவமாகவும்; பனிப்பாறைகளைப் போல திடமாகவும்; அல்லது காற்றில் உள்ள கண்ணுக்குத் தெரியாத நீராவியைப் போல வாயுவாகவும் இருக்கலாம். காற்று நீரோட்டங்கள் மூலம் கிரகத்தைச் சுற்றி நகரும்போது நீர் நிலைகளை மாற்றுகிறது. சூரியனின் வெப்பச் செயல்பாட்டால் காற்று நீரோட்டங்கள் உருவாகின்றன. கிரகத்தின் மற்ற பகுதிகளை விட பூமத்திய ரேகையில் சூரியன் அதிகமாக பிரகாசிப்பதால் காற்று மின்னோட்ட சுழற்சிகள் உருவாக்கப்படுகின்றன.

காற்று-நீரோட்ட சுழற்சிகள் பூமியின் நீர் விநியோகத்தை அதன் சொந்த சுழற்சியான நீரியல் சுழற்சி மூலம் இயக்குகின்றன. சூரியன் திரவ நீரை சூடாக்கும்போது, ​​நீர் காற்றில் ஆவியாகிறது. சூரியன் காற்றை வெப்பப்படுத்துகிறது, இதனால் காற்று வளிமண்டலத்தில் உயரும். மேலே காற்று குளிர்ச்சியாக இருப்பதால், நீராவி உயரும்போது, ​​அது குளிர்ந்து, நீர்த்துளிகளாக ஒடுங்குகிறது. ஒரு பகுதியில் போதுமான நீர்த்துளிகள் குவிந்தால், நீர்த்துளிகள் மழைப்பொழிவாக பூமிக்குத் திரும்பும் அளவுக்கு கனமாக மாறக்கூடும்.
நீர்மின் நிலையங்களுக்கு நீர் சுழற்சி முக்கியமானது, ஏனெனில் அவை நீர் ஓட்டத்தை சார்ந்துள்ளது. மின் நிலையத்திற்கு அருகில் மழை இல்லாதபோது, ​​நீர் மேல்நோக்கிச் செல்லாது. மேல்நோக்கிச் செல்ல நீர் சேகரிக்கப்படாவிட்டால், நீர் மின் நிலையம் வழியாக குறைவான நீர் பாய்கிறது மற்றும் குறைவான மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது.
நீர்மின்சாரத்தின் அடிப்படைக் கருத்து, நகரும் திரவத்தின் சக்தியைப் பயன்படுத்தி ஒரு டர்பைன் பிளேட்டைத் திருப்புவதாகும். பொதுவாக, இந்தச் செயல்பாட்டைச் செய்ய ஆற்றின் நடுவில் ஒரு பெரிய அணை கட்டப்பட வேண்டும். சிறிய அளவிலான நீர்மின்சாரத்தின் யோசனையைப் பயன்படுத்தி, எடுத்துச் செல்லக்கூடிய மின்னணு சாதனங்களுக்கு மின்சாரம் வழங்க ஒரு புதிய கண்டுபிடிப்பு உருவாகியுள்ளது.

கனடாவின் ஒன்டாரியோவைச் சேர்ந்த கண்டுபிடிப்பாளர் ராபர்ட் கோமரெச்கா, சிறிய நீர்மின்சார ஜெனரேட்டர்களை காலணிகளின் அடிப்பகுதியில் வைக்கும் யோசனையைக் கொண்டு வந்துள்ளார். இந்த மைக்ரோ-டர்பைன்கள் கிட்டத்தட்ட எந்த கேஜெட்டையும் இயக்க போதுமான மின்சாரத்தை உருவாக்கும் என்று அவர் நம்புகிறார். மே 2001 இல், கோமரெச்கா தனது தனித்துவமான கால்-இயங்கும் சாதனத்திற்கான காப்புரிமையைப் பெற்றார்.
நாம் எப்படி நடக்கிறோம் என்பதற்கு ஒரு அடிப்படைக் கொள்கை உள்ளது: ஒவ்வொரு அடியிலும் கால் குதிகால் முதல் கால் வரை விழுகிறது. உங்கள் கால் தரையில் இறங்கும்போது, ​​உங்கள் குதிகால் வழியாக விசை கீழே கொண்டு வரப்படுகிறது. உங்கள் அடுத்த அடிக்கு நீங்கள் தயாராகும்போது, ​​உங்கள் பாதத்தை முன்னோக்கி உருட்டுகிறீர்கள், அதனால் சக்தி உங்கள் பாதத்தின் பந்துக்கு மாற்றப்படுகிறது. கோமரெச்கா நடைபயிற்சியின் இந்த அடிப்படைக் கொள்கையை கவனித்ததாகத் தெரிகிறது, மேலும் இந்த அன்றாட செயல்பாட்டின் சக்தியைப் பயன்படுத்த ஒரு யோசனையை உருவாக்கியுள்ளார்.
காப்புரிமையில் விவரிக்கப்பட்டுள்ளபடி, கோமரெச்சாவின் "நீர் மின் ஜெனரேட்டர் அசெம்பிளி கொண்ட பாதணிகள்" ஐந்து பகுதிகளைக் கொண்டுள்ளன:

திரவம் - இந்த அமைப்பு மின்சாரம் கடத்தும் திரவத்தைப் பயன்படுத்தும்.
திரவத்தைத் தக்கவைத்துக்கொள்ள பைகள் - ஒரு பை குதிகாலிலும், மற்றொன்று ஷூவின் கால்விரல் பகுதியிலும் வைக்கப்படும்.
குழாய்கள் - குழாய்கள் ஒவ்வொரு பையையும் ஒரு மைக்ரோஜெனரேட்டருடன் இணைக்கின்றன.
விசையாழி - தண்ணீர் உள்ளங்காலில் முன்னும் பின்னுமாக நகரும்போது, ​​அது ஒரு சிறிய விசையாழியின் கத்திகளை நகர்த்துகிறது.
மைக்ரோஜெனரேட்டர் - ஜெனரேட்டர் இரண்டு திரவம் நிறைந்த பைகளுக்கு இடையில் அமைந்துள்ளது, மேலும் ஒரு வேன் ரோட்டரை உள்ளடக்கியது, இது ஒரு தண்டை இயக்கி ஜெனரேட்டரைத் திருப்புகிறது.
ஒருவர் நடக்கும்போது, ​​ஷூவின் குதிகாலில் அமைந்துள்ள பையில் உள்ள திரவத்தின் சுருக்கம், குழாய் வழியாகவும், நீர்மின்சார ஜெனரேட்டர் தொகுதிக்குள் திரவத்தை கட்டாயப்படுத்தும். பயனர் தொடர்ந்து நடக்கும்போது, ​​குதிகால் உயர்த்தப்பட்டு, நபரின் பாதத்தின் பந்தின் கீழ் உள்ள பையில் கீழ்நோக்கிய அழுத்தம் செலுத்தப்படும். திரவத்தின் இயக்கம் ரோட்டார் மற்றும் தண்டைச் சுழற்றி மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்யும்.

ஒரு சிறிய சாதனத்துடன் கம்பிகளை இணைக்க ஒரு வெளிப்புற சாக்கெட் வழங்கப்படும். பயனரின் பெல்ட்டில் அணிய ஒரு மின் கட்டுப்பாட்டு வெளியீட்டு அலகும் வழங்கப்படலாம். பின்னர் மின்னணு சாதனங்களை இந்த மின் கட்டுப்பாட்டு வெளியீட்டு அலகுடன் இணைக்கலாம், இது நிலையான மின்சார விநியோகத்தை வழங்கும்.
"பேட்டரியில் இயங்கும், எடுத்துச் செல்லக்கூடிய சாதனங்களின் எண்ணிக்கை அதிகரித்து வருவதால்," காப்புரிமை கூறுகிறது, "நீண்ட கால, தகவமைப்புக்கு ஏற்ற, திறமையான மின் மூலத்தை வழங்குவதற்கான தேவை அதிகரித்து வருகிறது." கோமரெச்கா தனது சாதனம் எடுத்துச் செல்லக்கூடிய கணினிகள், செல்போன்கள், சிடி பிளேயர்கள், ஜிபிஎஸ் ரிசீவர்கள் மற்றும் இருவழி ரேடியோக்களுக்கு சக்தி அளிக்கப் பயன்படுத்தப்படும் என்று எதிர்பார்க்கிறார்.