జల విద్యుత్ ప్లాంట్లు మరియు హైడ్రో టర్బైన్ జనరేటర్ ఎలా పనిచేస్తాయి

ప్రపంచవ్యాప్తంగా, జల విద్యుత్ ప్లాంట్లు ప్రపంచంలోని విద్యుత్తులో దాదాపు 24 శాతం ఉత్పత్తి చేస్తాయి మరియు 1 బిలియన్ కంటే ఎక్కువ మందికి విద్యుత్తును సరఫరా చేస్తాయి. ప్రపంచంలోని జల విద్యుత్ ప్లాంట్లు మొత్తం 675,000 మెగావాట్లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, ఇది నేషనల్ రెన్యూవబుల్ ఎనర్జీ లాబొరేటరీ ప్రకారం 3.6 బిలియన్ బ్యారెళ్ల చమురుకు సమానమైన శక్తి. యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లో 2,000 కంటే ఎక్కువ జల విద్యుత్ ప్లాంట్లు పనిచేస్తున్నాయి, ఇది దేశంలో అతిపెద్ద పునరుత్పాదక ఇంధన వనరుగా జల విద్యుత్‌ను మారుస్తుంది.
ఈ వ్యాసంలో, పడే నీరు శక్తిని ఎలా సృష్టిస్తుందో మనం పరిశీలిస్తాము మరియు జలశక్తికి అవసరమైన నీటి ప్రవాహాన్ని సృష్టించే జలసంబంధ చక్రం గురించి తెలుసుకుంటాము. మీ దైనందిన జీవితాన్ని ప్రభావితం చేసే జలశక్తి యొక్క ఒక ప్రత్యేకమైన అప్లికేషన్ గురించి కూడా మీరు తెలుసుకుంటారు.
ఒక నది ప్రవహిస్తున్నప్పుడు, అది మోసుకెళ్ళే శక్తిని ఊహించడం కష్టం. మీరు ఎప్పుడైనా వైట్-వాటర్ రాఫ్టింగ్ చేసి ఉంటే, నది శక్తిలో కొంత భాగాన్ని మీరు అనుభవించి ఉంటారు. వైట్-వాటర్ రాపిడ్‌లు ఒక నదిగా సృష్టించబడతాయి, పెద్ద మొత్తంలో నీటిని క్రిందికి, ఇరుకైన మార్గం ద్వారా అడ్డంకులను మోసుకెళతాయి. ఈ ద్వారం ద్వారా నదిని బలవంతంగా పంపినప్పుడు, దాని ప్రవాహం వేగవంతం అవుతుంది. అపారమైన నీటి పరిమాణం ఎంత శక్తిని కలిగి ఉంటుందో వరదలు మరొక ఉదాహరణ.

జల విద్యుత్ ప్లాంట్లు నీటి శక్తిని వినియోగించుకుంటాయి మరియు ఆ శక్తిని విద్యుత్తుగా మార్చడానికి సరళమైన యాంత్రిక విధానాలను ఉపయోగిస్తాయి. జల విద్యుత్ ప్లాంట్లు వాస్తవానికి చాలా సరళమైన భావనపై ఆధారపడి ఉంటాయి - ఆనకట్ట ద్వారా ప్రవహించే నీరు టర్బైన్‌గా మారుతుంది, ఇది జనరేటర్‌గా మారుతుంది.
సాంప్రదాయ జలవిద్యుత్ ప్లాంట్ యొక్క ప్రాథమిక భాగాలు ఇక్కడ ఉన్నాయి:
టర్బైన్ మరియు జనరేటర్‌ను కలిపే షాఫ్ట్
ఆనకట్ట - చాలా జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు నీటిని నిలుపుకునే ఆనకట్టపై ఆధారపడతాయి, ఇది పెద్ద జలాశయాన్ని సృష్టిస్తుంది. తరచుగా, ఈ జలాశయాన్ని వినోద సరస్సుగా ఉపయోగిస్తారు, వాషింగ్టన్ రాష్ట్రంలోని గ్రాండ్ కూలీ ఆనకట్ట వద్ద ఉన్న లేక్ రూజ్‌వెల్ట్ లాగా.
ఇంటెక్ – ఆనకట్టపై గేట్లు తెరుచుకుంటాయి మరియు గురుత్వాకర్షణ నీటిని పెన్‌స్టాక్ ద్వారా లాగుతుంది, ఇది టర్బైన్‌కు దారితీసే పైప్‌లైన్. నీరు ఈ పైపు ద్వారా ప్రవహించేటప్పుడు ఒత్తిడిని పెంచుతుంది.
టర్బైన్ - నీరు టర్బైన్ యొక్క పెద్ద బ్లేడ్‌లను తాకి తిప్పుతుంది, ఇది షాఫ్ట్ ద్వారా దాని పైన ఉన్న జనరేటర్‌కు అనుసంధానించబడి ఉంటుంది. జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లకు అత్యంత సాధారణ రకం టర్బైన్ ఫ్రాన్సిస్ టర్బైన్, ఇది వంపుతిరిగిన బ్లేడ్‌లతో కూడిన పెద్ద డిస్క్ లాగా కనిపిస్తుంది. ఫౌండేషన్ ఫర్ వాటర్ & ఎనర్జీ ఎడ్యుకేషన్ (FWEE) ప్రకారం, ఒక టర్బైన్ 172 టన్నుల బరువు ఉంటుంది మరియు నిమిషానికి 90 విప్లవాల రేటుతో (rpm) తిరుగుతుంది.
జనరేటర్లు – టర్బైన్ బ్లేడ్‌లు తిరిగేటప్పుడు, జనరేటర్ లోపల ఉన్న అయస్కాంతాల శ్రేణి కూడా తిరుగుతుంది. జెయింట్ అయస్కాంతాలు రాగి కాయిల్స్‌ను దాటి తిరుగుతాయి, ఎలక్ట్రాన్‌లను కదిలించడం ద్వారా ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్ (AC) ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి. (జనరేటర్ ఎలా పనిచేస్తుందనే దాని గురించి మీరు తరువాత మరింత తెలుసుకుంటారు.)
ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ - పవర్‌హౌస్ లోపల ఉన్న ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ ACని తీసుకొని అధిక-వోల్టేజ్ కరెంట్‌గా మారుస్తుంది.
విద్యుత్ లైన్లు - ప్రతి విద్యుత్ ప్లాంట్ నుండి నాలుగు వైర్లు వస్తాయి: మూడు దశల విద్యుత్తు ఏకకాలంలో ఉత్పత్తి అవుతుంది మరియు మూడింటికి సాధారణమైన తటస్థ లేదా గ్రౌండ్. (విద్యుత్ లైన్ ట్రాన్స్మిషన్ గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి విద్యుత్ పంపిణీ గ్రిడ్లు ఎలా పనిచేస్తాయో చదవండి.)
బయటికి ప్రవాహం - ఉపయోగించిన నీటిని టెయిల్‌రేస్‌లు అని పిలువబడే పైపులైన్ల ద్వారా తీసుకువెళ్లి, తిరిగి నది దిగువ భాగంలోకి ప్రవేశిస్తుంది.
రిజర్వాయర్‌లోని నీటిని నిల్వ శక్తిగా పరిగణిస్తారు. గేట్లు తెరిచినప్పుడు, పెన్‌స్టాక్ గుండా ప్రవహించే నీరు చలనంలో ఉన్నందున గతి శక్తిగా మారుతుంది. ఉత్పత్తి అయ్యే విద్యుత్ మొత్తం అనేక అంశాల ద్వారా నిర్ణయించబడుతుంది. ఆ కారకాలలో రెండు నీటి ప్రవాహ పరిమాణం మరియు హైడ్రాలిక్ హెడ్ మొత్తం. హెడ్ అనేది నీటి ఉపరితలం మరియు టర్బైన్‌ల మధ్య దూరాన్ని సూచిస్తుంది. హెడ్ మరియు ఫ్లో పెరిగేకొద్దీ, ఉత్పత్తి అయ్యే విద్యుత్ కూడా పెరుగుతుంది. హెడ్ సాధారణంగా రిజర్వాయర్‌లోని నీటి పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
పంప్డ్-స్టోరేజ్ ప్లాంట్ అని పిలువబడే మరొక రకమైన జలవిద్యుత్ ప్లాంట్ ఉంది. సాంప్రదాయ జలవిద్యుత్ ప్లాంట్‌లో, రిజర్వాయర్ నుండి నీరు ప్లాంట్ గుండా ప్రవహిస్తుంది, బయటకు వెళ్లి ప్రవాహంలోకి తీసుకువెళుతుంది. పంప్డ్-స్టోరేజ్ ప్లాంట్‌లో రెండు జలాశయాలు ఉన్నాయి:

ఎగువ జలాశయం - సాంప్రదాయ జలవిద్యుత్ కేంద్రం లాగా, ఒక ఆనకట్ట ఒక జలాశయాన్ని సృష్టిస్తుంది. ఈ జలాశయంలోని నీరు విద్యుత్తును సృష్టించడానికి జలవిద్యుత్ కేంద్రం ద్వారా ప్రవహిస్తుంది.
దిగువ జలాశయం - జలవిద్యుత్ కేంద్రం నుండి బయటకు వచ్చే నీరు నదిలోకి తిరిగి ప్రవేశించి దిగువకు ప్రవహించే బదులు దిగువ జలాశయంలోకి ప్రవహిస్తుంది.
రివర్సిబుల్ టర్బైన్ ఉపయోగించి, ప్లాంట్ నీటిని ఎగువ రిజర్వాయర్‌కు తిరిగి పంప్ చేయగలదు. ఇది ఆఫ్-పీక్ గంటలలో జరుగుతుంది. ముఖ్యంగా, రెండవ రిజర్వాయర్ ఎగువ రిజర్వాయర్‌ను తిరిగి నింపుతుంది. ఎగువ రిజర్వాయర్‌కు నీటిని తిరిగి పంపింగ్ చేయడం ద్వారా, గరిష్ట వినియోగం ఉన్న సమయాల్లో విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి ప్లాంట్‌కు ఎక్కువ నీరు ఉంటుంది.

జనరేటర్
జలవిద్యుత్ ప్లాంట్ యొక్క గుండె జనరేటర్. చాలా జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లలో ఈ జనరేటర్లు చాలా ఉన్నాయి.
మీరు ఊహించినట్లుగానే జనరేటర్ విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ విధంగా విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేసే ప్రాథమిక ప్రక్రియ వైర్ కాయిల్స్ లోపల వరుస అయస్కాంతాలను తిప్పడం. ఈ ప్రక్రియ ఎలక్ట్రాన్లను కదిలిస్తుంది, ఇది విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
హూవర్ ఆనకట్టలో మొత్తం 17 జనరేటర్లు ఉన్నాయి, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి 133 మెగావాట్ల వరకు ఉత్పత్తి చేయగలవు. హూవర్ ఆనకట్ట జలవిద్యుత్ కేంద్రం మొత్తం సామర్థ్యం 2,074 మెగావాట్లు. ప్రతి జనరేటర్ కొన్ని ప్రాథమిక భాగాలతో తయారు చేయబడింది:

టర్బైన్ తిరిగేటప్పుడు, ఎక్సైటర్ రోటర్‌కు విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని పంపుతుంది. రోటర్ అనేది స్టేటర్ అని పిలువబడే రాగి తీగ యొక్క గట్టిగా చుట్టబడిన కాయిల్ లోపల తిరుగుతున్న పెద్ద విద్యుదయస్కాంతాల శ్రేణి. కాయిల్ మరియు అయస్కాంతాల మధ్య అయస్కాంత క్షేత్రం విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని సృష్టిస్తుంది.
హూవర్ ఆనకట్టలో, 16,500 ఆంప్స్ కరెంట్ జనరేటర్ నుండి ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌కు కదులుతుంది, అక్కడ కరెంట్ ప్రసారం అయ్యే ముందు 230,000 ఆంప్స్ వరకు పెరుగుతుంది.
జల విద్యుత్ కేంద్రాలు సహజంగా జరిగే, నిరంతర ప్రక్రియను సద్వినియోగం చేసుకుంటాయి - వర్షం పడటానికి మరియు నదులు పెరగడానికి కారణమయ్యే ప్రక్రియ. ప్రతిరోజూ, అతినీలలోహిత కిరణాలు నీటి అణువులను విచ్ఛిన్నం చేయడం వలన మన గ్రహం వాతావరణం ద్వారా కొద్ది మొత్తంలో నీటిని కోల్పోతుంది. కానీ అదే సమయంలో, అగ్నిపర్వత కార్యకలాపాల ద్వారా భూమి లోపలి భాగం నుండి కొత్త నీరు విడుదల అవుతుంది. సృష్టించబడిన నీటి పరిమాణం మరియు కోల్పోయిన నీటి పరిమాణం దాదాపు ఒకే విధంగా ఉంటాయి.
ఏ సమయంలోనైనా, ప్రపంచంలోని మొత్తం నీటి పరిమాణం అనేక రూపాల్లో ఉంటుంది. ఇది మహాసముద్రాలు, నదులు మరియు వర్షంలో వలె ద్రవంగా ఉండవచ్చు; హిమానీనదాలలో వలె ఘనంగా ఉండవచ్చు; లేదా గాలిలోని అదృశ్య నీటి ఆవిరిలో వలె వాయు రూపంలో ఉండవచ్చు. గాలి ప్రవాహాల ద్వారా గ్రహం చుట్టూ కదిలేటప్పుడు నీరు స్థితులను మారుస్తుంది. సూర్యుని తాపన చర్య ద్వారా గాలి ప్రవాహాలు ఉత్పత్తి అవుతాయి. గ్రహం యొక్క ఇతర ప్రాంతాల కంటే భూమధ్యరేఖపై సూర్యుడు ఎక్కువగా ప్రకాశించడం ద్వారా వాయు-ప్రవాహ చక్రాలు సృష్టించబడతాయి.

వాయు-ప్రవాహ చక్రాలు భూమి యొక్క నీటి సరఫరాను దాని స్వంత చక్రం ద్వారా నడిపిస్తాయి, దీనిని హైడ్రోలాజిక్ చక్రం అని పిలుస్తారు. సూర్యుడు ద్రవ నీటిని వేడి చేసినప్పుడు, నీరు గాలిలో ఆవిరిగా మారుతుంది. సూర్యుడు గాలిని వేడి చేస్తాడు, దీనివల్ల గాలి వాతావరణంలోకి పెరుగుతుంది. గాలి పైకి చల్లగా ఉంటుంది, కాబట్టి నీటి ఆవిరి పైకి లేచినప్పుడు, అది చల్లబడి, బిందువులుగా ఘనీభవిస్తుంది. ఒక ప్రాంతంలో తగినంత బిందువులు పేరుకుపోయినప్పుడు, బిందువులు అవపాతం వలె భూమికి తిరిగి పడేంత భారీగా మారవచ్చు.
జల విద్యుత్ ప్లాంట్లకు జల చక్రం ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే అవి నీటి ప్రవాహంపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ప్లాంట్ దగ్గర వర్షం లేకపోతే, నీరు పైకి చేరదు. పైకి నీరు చేరకపోవడంతో, జల విద్యుత్ ప్లాంట్ ద్వారా తక్కువ నీరు ప్రవహిస్తుంది మరియు తక్కువ విద్యుత్ ఉత్పత్తి అవుతుంది.
జలశక్తి యొక్క ప్రాథమిక ఆలోచన ఏమిటంటే, కదిలే ద్రవం యొక్క శక్తిని ఉపయోగించి టర్బైన్ బ్లేడ్‌ను తిప్పడం. సాధారణంగా, ఈ పనిని నిర్వహించడానికి నది మధ్యలో ఒక పెద్ద ఆనకట్టను నిర్మించాలి. పోర్టబుల్ ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలకు విద్యుత్తును అందించడానికి చాలా చిన్న స్థాయిలో జలశక్తి ఆలోచనను ఉపయోగించుకుంటూ ఒక కొత్త ఆవిష్కరణ జరుగుతోంది.

కెనడాలోని ఒంటారియోకు చెందిన ఆవిష్కర్త రాబర్ట్ కొమారెచ్కా, బూట్ల అరికాళ్ళలో చిన్న జలవిద్యుత్ జనరేటర్లను ఉంచే ఆలోచనతో ముందుకు వచ్చారు. ఈ మైక్రో-టర్బైన్లు దాదాపు ఏ గాడ్జెట్‌కైనా శక్తినిచ్చేంత విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేస్తాయని ఆయన నమ్ముతున్నారు. మే 2001లో, కొమారెచ్కా తన ప్రత్యేకమైన పాదంతో నడిచే పరికరానికి పేటెంట్ పొందారు.
మనం ఎలా నడుస్తామో దానికి చాలా ప్రాథమిక సూత్రం ఉంది: ప్రతి అడుగు వేసేటప్పుడు పాదం మడమ నుండి కాలి వరకు వస్తుంది. మీ పాదం నేలపై పడుతున్నప్పుడు, మీ మడమ ద్వారా శక్తి క్రిందికి వస్తుంది. మీరు మీ తదుపరి అడుగుకు సిద్ధమైనప్పుడు, మీరు మీ పాదాన్ని ముందుకు తిప్పుతారు, కాబట్టి శక్తి మీ పాదం యొక్క బంతికి బదిలీ చేయబడుతుంది. కొమరెచ్కా నడక యొక్క ఈ ప్రాథమిక సూత్రాన్ని గమనించినట్లు తెలుస్తోంది మరియు ఈ రోజువారీ కార్యకలాపాల శక్తిని ఉపయోగించుకునే ఆలోచనను అభివృద్ధి చేశారు.
కొమరెచ్కా యొక్క పేటెంట్‌లో వివరించిన విధంగా “జలవిద్యుత్ జనరేటర్ అసెంబ్లీతో కూడిన పాదరక్షలు”లో ఐదు భాగాలు ఉన్నాయి:

ద్రవం - ఈ వ్యవస్థ విద్యుత్ వాహక ద్రవాన్ని ఉపయోగిస్తుంది.
ద్రవాన్ని పట్టుకోవడానికి సంచులు - ఒక సంచిని మడమలో మరియు మరొకటి షూ యొక్క కాలి భాగంలో ఉంచుతారు.
కండ్యూట్లు – కండ్యూట్లు ప్రతి సంచిని మైక్రోజెనరేటర్‌కు కలుపుతాయి.
టర్బైన్ - నీరు అరికాలిలో ముందుకు వెనుకకు కదులుతున్నప్పుడు, అది ఒక చిన్న టర్బైన్ బ్లేడ్‌లను కదిలిస్తుంది.
మైక్రోజెనరేటర్ - జనరేటర్ రెండు ద్రవంతో నిండిన సంచుల మధ్య ఉంటుంది మరియు ఒక వేన్ రోటర్‌ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది షాఫ్ట్‌ను నడుపుతుంది మరియు జనరేటర్‌ను తిప్పుతుంది.
ఒక వ్యక్తి నడుస్తున్నప్పుడు, షూ మడమలో ఉన్న సంచిలోని ద్రవం యొక్క కుదింపు వలన ద్రవం కండ్యూట్ ద్వారా మరియు జలవిద్యుత్ జనరేటర్ మాడ్యూల్‌లోకి బలవంతంగా ప్రవహిస్తుంది. వినియోగదారుడు నడుస్తూనే ఉన్నప్పుడు, మడమ పైకి లేస్తుంది మరియు వ్యక్తి పాదం యొక్క బంతి కింద ఉన్న సంచిపై క్రిందికి ఒత్తిడి ఉంటుంది. ద్రవం యొక్క కదలిక విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి రోటర్ మరియు షాఫ్ట్‌ను తిప్పుతుంది.

పోర్టబుల్ పరికరానికి వైర్లను కనెక్ట్ చేయడానికి బాహ్య సాకెట్ అందించబడుతుంది. వినియోగదారు బెల్ట్‌పై ధరించడానికి పవర్-కంట్రోల్ అవుట్‌పుట్ యూనిట్‌ను కూడా అందించవచ్చు. అప్పుడు ఎలక్ట్రానిక్ పరికరాలను ఈ పవర్-కంట్రోల్ అవుట్‌పుట్ యూనిట్‌కు జతచేయవచ్చు, ఇది స్థిరమైన విద్యుత్ సరఫరాను అందిస్తుంది.
"బ్యాటరీతో నడిచే, పోర్టబుల్ పరికరాల సంఖ్య పెరుగుతున్నందున," పేటెంట్ చదువుతుంది, "దీర్ఘకాలం ఉండే, అనుకూలీకరించదగిన, సమర్థవంతమైన విద్యుత్ వనరును అందించాల్సిన అవసరం పెరుగుతోంది." కొమరెచ్కా తన పరికరం పోర్టబుల్ కంప్యూటర్లు, సెల్ ఫోన్లు, CD ప్లేయర్లు, GPS రిసీవర్లు మరియు టూ-వే రేడియోలకు శక్తినివ్వడానికి ఉపయోగించబడుతుందని ఆశిస్తున్నారు.