ہائیڈرو پاور پلانٹس اور ہائیڈرو ٹربائن جنریٹر کیسے کام کرتے ہیں۔

دنیا بھر میں، ہائیڈرو پاور پلانٹس دنیا کی تقریباً 24 فیصد بجلی پیدا کرتے ہیں اور 1 بلین سے زیادہ لوگوں کو بجلی فراہم کرتے ہیں۔ نیشنل رینیوایبل انرجی لیبارٹری کے مطابق، دنیا کے ہائیڈرو پاور پلانٹس مجموعی طور پر 675,000 میگاواٹ بجلی پیدا کرتے ہیں، جو کہ 3.6 بلین بیرل تیل کے برابر توانائی ہے۔ ریاستہائے متحدہ میں 2,000 سے زیادہ ہائیڈرو پاور پلانٹس کام کر رہے ہیں، جو پن بجلی کو ملک کا سب سے بڑا قابل تجدید توانائی کا ذریعہ بناتا ہے۔
اس آرٹیکل میں، ہم اس پر ایک نظر ڈالیں گے کہ گرنے والا پانی کس طرح توانائی پیدا کرتا ہے اور ہائیڈروولوجک سائیکل کے بارے میں جانیں گے جو ہائیڈرو پاور کے لیے ضروری پانی کے بہاؤ کو تخلیق کرتا ہے۔ آپ کو ہائیڈرو پاور کی ایک منفرد ایپلی کیشن کی ایک جھلک بھی ملے گی جو آپ کی روزمرہ کی زندگی کو متاثر کر سکتی ہے۔
جب کسی دریا کو گزرتے ہوئے دیکھتے ہیں، تو اس کے لے جانے والی قوت کا تصور کرنا مشکل ہے۔ اگر آپ کبھی وائٹ واٹر رافٹنگ کرتے رہے ہیں، تو آپ نے دریا کی طاقت کا ایک چھوٹا سا حصہ محسوس کیا ہے۔ وائٹ واٹر ریپڈس ایک ندی کے طور پر بنائے گئے ہیں، جو پانی کی ایک بڑی مقدار کو نیچے کی طرف لے جاتے ہیں، ایک تنگ گزرگاہ سے رکاوٹیں ہیں۔ جیسے جیسے دریا اس سوراخ سے گزرتا ہے، اس کا بہاؤ تیز ہوجاتا ہے۔ سیلاب اس بات کی ایک اور مثال ہے کہ پانی کے ایک زبردست حجم میں کتنی طاقت ہو سکتی ہے۔

ہائیڈرو پاور پلانٹس پانی کی توانائی کو استعمال کرتے ہیں اور اس توانائی کو بجلی میں تبدیل کرنے کے لیے سادہ میکانکس کا استعمال کرتے ہیں۔ ہائیڈرو پاور پلانٹس دراصل ایک سادہ تصور پر مبنی ہیں - ڈیم سے بہنے والا پانی ٹربائن میں بدل جاتا ہے، جو کہ جنریٹر بن جاتا ہے۔
یہاں ایک روایتی ہائیڈرو پاور پلانٹ کے بنیادی اجزاء ہیں:
شافٹ جو ٹربائن اور جنریٹر کو جوڑتا ہے۔
ڈیم - زیادہ تر ہائیڈرو پاور پلانٹس ایسے ڈیم پر انحصار کرتے ہیں جو پانی کو روکتا ہے، جس سے ایک بڑا ذخیرہ بنتا ہے۔ اکثر، اس ذخائر کو تفریحی جھیل کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، جیسے کہ ریاست واشنگٹن میں گرینڈ کوولی ڈیم پر روزویلٹ جھیل۔
انٹیک - ڈیم کے دروازے کھلتے ہیں اور کشش ثقل پانی کو پین اسٹاک کے ذریعے کھینچتی ہے، ایک پائپ لائن جو ٹربائن کی طرف جاتی ہے۔ اس پائپ سے گزرتے ہی پانی دباؤ بناتا ہے۔
ٹربائن - پانی ٹربائن کے بڑے بلیڈوں کو مارتا ہے اور موڑ دیتا ہے، جو شافٹ کے ذریعے اس کے اوپر ایک جنریٹر سے منسلک ہوتا ہے۔ ہائیڈرو پاور پلانٹس کے لیے ٹربائن کی سب سے عام قسم فرانسس ٹربائن ہے، جو مڑے ہوئے بلیڈ کے ساتھ ایک بڑی ڈسک کی طرح دکھائی دیتی ہے۔ فاؤنڈیشن فار واٹر اینڈ انرجی ایجوکیشن (FWEE) کے مطابق، ایک ٹربائن کا وزن 172 ٹن تک ہو سکتا ہے اور 90 ریوول فی منٹ (rpm) کی شرح سے مڑ سکتا ہے۔
جنریٹر - جیسے ہی ٹربائن کے بلیڈ پلٹتے ہیں، اسی طرح جنریٹر کے اندر میگنےٹس کی ایک سیریز کریں۔ دیوہیکل میگنےٹ تانبے کے کنڈلیوں کے پیچھے گھومتے ہیں، الیکٹرانوں کو حرکت دے کر الٹرنیٹنگ کرنٹ (AC) پیدا کرتے ہیں۔ (آپ بعد میں مزید جانیں گے کہ جنریٹر کیسے کام کرتا ہے۔)
ٹرانسفارمر - پاور ہاؤس کے اندر ٹرانسفارمر AC لیتا ہے اور اسے زیادہ وولٹیج کرنٹ میں تبدیل کرتا ہے۔
پاور لائنز - ہر پاور پلانٹ سے چار تاریں نکلتی ہیں: بجلی کے تین فیز بیک وقت تیار کیے جا رہے ہیں اور ان تینوں کے لیے ایک غیر جانبدار یا زمینی مشترک۔ (پاور لائن ٹرانسمیشن کے بارے میں مزید جاننے کے لیے پڑھیں کہ پاور ڈسٹری بیوشن گرڈز کیسے کام کرتے ہیں۔)
بہاؤ - استعمال شدہ پانی کو پائپ لائنوں کے ذریعے لے جایا جاتا ہے، جسے ٹیلریسس کہتے ہیں، اور دریا کے بہاو میں دوبارہ داخل ہوتا ہے۔
ذخائر میں موجود پانی کو ذخیرہ شدہ توانائی سمجھا جاتا ہے۔ جب دروازے کھلتے ہیں، تو پین اسٹاک سے بہنے والا پانی حرکی توانائی بن جاتا ہے کیونکہ یہ حرکت میں ہے۔ پیدا ہونے والی بجلی کی مقدار کا تعین کئی عوامل سے ہوتا ہے۔ ان میں سے دو عوامل پانی کے بہاؤ کا حجم اور ہائیڈرولک سر کی مقدار ہیں۔ سر سے مراد پانی کی سطح اور ٹربائن کے درمیان فاصلہ ہے۔ جیسا کہ سر اور بہاؤ میں اضافہ ہوتا ہے، اسی طرح بجلی پیدا ہوتی ہے. سر عام طور پر ذخائر میں پانی کی مقدار پر منحصر ہوتا ہے۔
ہائیڈرو پاور پلانٹ کی ایک اور قسم ہے، جسے پمپڈ اسٹوریج پلانٹ کہتے ہیں۔ ایک روایتی ہائیڈرو پاور پلانٹ میں، ذخائر سے پانی پلانٹ کے ذریعے بہتا ہے، باہر نکلتا ہے اور نیچے کی طرف لے جاتا ہے۔ پمپڈ اسٹوریج پلانٹ میں دو ذخائر ہوتے ہیں:

اپر ریزروائر - ایک روایتی ہائیڈرو پاور پلانٹ کی طرح، ایک ڈیم ایک ذخائر بناتا ہے۔ اس آبی ذخائر میں پانی بجلی بنانے کے لیے ہائیڈرو پاور پلانٹ سے گزرتا ہے۔
زیریں آبی ذخائر - ہائیڈرو پاور پلانٹ سے باہر نکلنے والا پانی دریا میں دوبارہ داخل ہونے اور نیچے کی طرف بہنے کی بجائے نچلے ذخائر میں بہتا ہے۔
الٹنے والی ٹربائن کا استعمال کرتے ہوئے، پلانٹ پانی کو واپس اوپری ذخائر میں پمپ کر سکتا ہے۔ یہ آف پیک اوقات میں کیا جاتا ہے۔ بنیادی طور پر، دوسرا ذخائر اوپری ذخائر کو دوبارہ بھرتا ہے۔ پانی کو واپس اوپری ذخائر میں پمپ کرنے سے، پلانٹ کے پاس زیادہ پانی ہوتا ہے تاکہ زیادہ استعمال کے دوران بجلی پیدا کی جا سکے۔

جنریٹر
ہائیڈرو الیکٹرک پاور پلانٹ کا دل جنریٹر ہے۔ زیادہ تر ہائیڈرو پاور پلانٹس میں ان میں سے کئی جنریٹر ہوتے ہیں۔
جنریٹر، جیسا کہ آپ نے اندازہ لگایا ہوگا، بجلی پیدا کرتا ہے۔ اس طریقے سے بجلی پیدا کرنے کا بنیادی عمل تار کی کنڈلیوں کے اندر مقناطیس کی ایک سیریز کو گھمانا ہے۔ یہ عمل الیکٹرانوں کو حرکت دیتا ہے، جو برقی رو پیدا کرتا ہے۔
ہوور ڈیم میں کل 17 جنریٹرز ہیں، جن میں سے ہر ایک 133 میگاواٹ تک بجلی پیدا کر سکتا ہے۔ ہوور ڈیم ہائیڈرو پاور پلانٹ کی کل صلاحیت 2,074 میگاواٹ ہے۔ ہر جنریٹر کچھ بنیادی حصوں سے بنا ہے:

جیسے ہی ٹربائن کا رخ موڑتا ہے، ایکسیٹر روٹر کو برقی کرنٹ بھیجتا ہے۔ روٹر بڑے برقی مقناطیسوں کا ایک سلسلہ ہے جو تانبے کے تار کے مضبوطی سے زخمی کنڈلی کے اندر گھومتا ہے، جسے سٹیٹر کہتے ہیں۔ کنڈلی اور میگنےٹ کے درمیان مقناطیسی میدان برقی رو پیدا کرتا ہے۔
ہوور ڈیم میں، 16,500 amps کا کرنٹ جنریٹر سے ٹرانسفارمر کی طرف جاتا ہے، جہاں کرنٹ ریمپ 230,000 amps تک منتقل ہونے سے پہلے ہوتا ہے۔
ہائیڈرو پاور پلانٹس قدرتی طور پر ہونے والے، مسلسل عمل سے فائدہ اٹھاتے ہیں - وہ عمل جس کی وجہ سے بارش ہوتی ہے اور دریا بڑھتے ہیں۔ ہر روز، ہمارا سیارہ ماحول کے ذریعے پانی کی ایک چھوٹی سی مقدار کھو دیتا ہے کیونکہ الٹرا وایلیٹ شعاعیں پانی کے مالیکیولز کو توڑ دیتی ہیں۔ لیکن اس کے ساتھ ہی زمین کے اندرونی حصے سے آتش فشاں سرگرمی کے ذریعے نیا پانی خارج ہوتا ہے۔ پیدا ہونے والے پانی کی مقدار اور ضائع ہونے والی پانی کی مقدار تقریباً ایک جیسی ہے۔
کسی بھی ایک وقت میں، دنیا کا پانی کا کل حجم کئی مختلف شکلوں میں ہوتا ہے۔ یہ مائع ہو سکتا ہے، جیسا کہ سمندروں، ندیوں اور بارش میں۔ ٹھوس، جیسے گلیشیئرز میں؛ یا گیسی، جیسا کہ ہوا میں نظر نہ آنے والے پانی کے بخارات میں۔ پانی حالتوں میں تبدیلی کرتا ہے کیونکہ یہ ہوا کے دھاروں کے ذریعہ سیارے کے گرد گھومتا ہے۔ ہوا کے دھارے سورج کی حرارتی سرگرمی سے پیدا ہوتے ہیں۔ کرہ ارض کے دیگر علاقوں کی نسبت خط استوا پر سورج کے زیادہ چمکنے سے ہوا کے موجودہ چکر پیدا ہوتے ہیں۔

ہوا سے چلنے والے چکر زمین کی پانی کی فراہمی کو اپنے ایک چکر کے ذریعے چلاتے ہیں، جسے ہائیڈرولوجک سائیکل کہتے ہیں۔ جیسے جیسے سورج مائع پانی کو گرم کرتا ہے، پانی ہوا میں بخارات بن جاتا ہے۔ سورج ہوا کو گرم کرتا ہے جس کی وجہ سے فضا میں ہوا بڑھ جاتی ہے۔ ہوا اوپر سے ٹھنڈی ہوتی ہے، اس لیے جیسے جیسے پانی کے بخارات اٹھتے ہیں، یہ ٹھنڈا ہو جاتا ہے، بوندوں میں گاڑھا ہوتا ہے۔ جب ایک علاقے میں کافی بوندیں جمع ہو جاتی ہیں، تو بوندیں اتنی بھاری ہو سکتی ہیں کہ ورن کے طور پر زمین پر واپس گر جائیں۔
ہائیڈرولوجک سائیکل ہائیڈرو پاور پلانٹس کے لیے اہم ہے کیونکہ وہ پانی کے بہاؤ پر منحصر ہیں۔ اگر پلانٹ کے قریب بارش کی کمی ہو تو پانی اوپر کی طرف جمع نہیں ہوگا۔ پانی جمع نہ ہونے کی وجہ سے ہائیڈرو پاور پلانٹ سے کم پانی بہتا ہے اور کم بجلی پیدا ہوتی ہے۔
ہائیڈرو پاور کا بنیادی خیال ٹربائن بلیڈ کو موڑنے کے لیے حرکت پذیر مائع کی طاقت کا استعمال کرنا ہے۔ عام طور پر اس کام کو انجام دینے کے لیے دریا کے بیچ میں ایک بڑا ڈیم بنانا پڑتا ہے۔ ایک نئی ایجاد پورٹ ایبل الیکٹرانک آلات کے لیے بجلی فراہم کرنے کے لیے بہت چھوٹے پیمانے پر ہائیڈرو پاور کے خیال سے فائدہ اٹھا رہی ہے۔

اونٹاریو، کینیڈا کے موجد رابرٹ کوماریچکا نے چھوٹے ہائیڈرو پاور جنریٹرز کو جوتوں کے تلووں میں رکھنے کا خیال پیش کیا ہے۔ ان کا خیال ہے کہ یہ مائیکرو ٹربائن تقریباً کسی بھی گیجٹ کو پاور کرنے کے لیے کافی بجلی پیدا کریں گی۔ مئی 2001 میں، کوماریچکا نے اپنے پیروں سے چلنے والے منفرد آلے کے لیے پیٹنٹ حاصل کیا۔
ہم کیسے چلتے ہیں اس کا ایک بہت بنیادی اصول ہے: ہر قدم کے دوران پاؤں ایڑی سے پیر تک گرتا ہے۔ جیسے ہی آپ کا پاؤں زمین پر آتا ہے، طاقت آپ کی ایڑی کے ذریعے نیچے لائی جاتی ہے۔ جب آپ اپنے اگلے قدم کی تیاری کرتے ہیں، تو آپ اپنے پاؤں کو آگے لڑھکتے ہیں، اس لیے قوت آپ کے پاؤں کی گیند پر منتقل ہو جاتی ہے۔ Komarechka نے بظاہر چلنے کے اس بنیادی اصول کو دیکھا اور اس روزمرہ کی سرگرمی کی طاقت کو بروئے کار لانے کے لیے ایک خیال تیار کیا۔
Komarechka کے "ہائیڈرو الیکٹرک جنریٹر اسمبلی کے ساتھ جوتے" کے پانچ حصے ہیں، جیسا کہ اس کے پیٹنٹ میں بیان کیا گیا ہے:

سیال - یہ نظام برقی طور پر چلنے والے سیال کا استعمال کرے گا۔
سیال کو پکڑنے کے لیے تھیلی - ایک تھیلی ایڑی میں اور دوسری جوتے کے پیر کے حصے میں رکھی جاتی ہے۔
نالی - نالی ہر تھیلی کو مائکروجنریٹر سے جوڑتے ہیں۔
ٹربائن - جیسے ہی پانی تلے میں آگے پیچھے ہوتا ہے، یہ ایک چھوٹی ٹربائن کے بلیڈ کو حرکت دیتا ہے۔
مائیکرو جنریٹر - جنریٹر دو سیالوں سے بھری تھیلیوں کے درمیان واقع ہے، اور اس میں وین روٹر شامل ہے، جو شافٹ چلاتا ہے اور جنریٹر کو موڑتا ہے۔
جیسے جیسے کوئی شخص چلتا ہے، جوتے کی ایڑی میں موجود تھیلی میں سیال کا کمپریشن نالی کے ذریعے اور ہائیڈرو الیکٹرک جنریٹر ماڈیول میں سیال کو مجبور کرے گا۔ جیسے ہی صارف چلنا جاری رکھے گا، ایڑی کو اٹھا لیا جائے گا اور اس شخص کے پاؤں کی گیند کے نیچے تھیلی پر نیچے کی طرف دباؤ ڈالا جائے گا۔ سیال کی حرکت روٹر اور شافٹ کو گھما کر بجلی پیدا کرے گی۔

پورٹیبل ڈیوائس سے تاروں کو جوڑنے کے لیے ایک بیرونی ساکٹ فراہم کیا جائے گا۔ صارف کے بیلٹ پر پہننے کے لیے پاور کنٹرول آؤٹ پٹ یونٹ بھی فراہم کیا جا سکتا ہے۔ اس کے بعد الیکٹرانک آلات کو اس پاور کنٹرول آؤٹ پٹ یونٹ سے منسلک کیا جا سکتا ہے، جو بجلی کی مستقل فراہمی فراہم کرے گا۔
"بیٹری سے چلنے والے، پورٹیبل آلات کی تعداد میں اضافے کے ساتھ،" پیٹنٹ پڑھتا ہے، "ایک دیرپا، موافقت پذیر، موثر برقی ذریعہ فراہم کرنے کی ضرورت بڑھ رہی ہے۔" کوماریچکا کو توقع ہے کہ اس کا آلہ پورٹیبل کمپیوٹرز، سیل فونز، سی ڈی پلیئرز، جی پی ایس ریسیورز اور دو طرفہ ریڈیو کو طاقت دینے کے لیے استعمال کیا جائے گا۔