હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ કેવી રીતે કામ કરે છે

વિશ્વભરમાં, હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ્સ વિશ્વની લગભગ 24 ટકા વીજળીનું ઉત્પાદન કરે છે અને 1 અબજથી વધુ લોકોને પાવર સપ્લાય કરે છે.નેશનલ રિન્યુએબલ એનર્જી લેબોરેટરીના જણાવ્યા અનુસાર વિશ્વના હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ્સ કુલ મળીને 675,000 મેગાવોટનું ઉત્પાદન કરે છે, જે 3.6 બિલિયન બેરલ તેલની ઊર્જા સમકક્ષ છે.યુનાઇટેડ સ્ટેટ્સમાં 2,000 થી વધુ હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ કાર્યરત છે, જે હાઇડ્રોપાવરને દેશનો સૌથી મોટો રિન્યુએબલ એનર્જી સ્ત્રોત બનાવે છે.
આ લેખમાં, અમે એક નજર કરીશું કે કેવી રીતે પાણી ઘટીને ઊર્જા બનાવે છે અને હાઇડ્રોલોજિક ચક્ર વિશે જાણીશું જે હાઇડ્રોપાવર માટે જરૂરી પાણીના પ્રવાહને બનાવે છે.તમને હાઇડ્રોપાવરની એક અનોખી એપ્લિકેશનની ઝલક પણ મળશે જે તમારા રોજિંદા જીવનને અસર કરી શકે છે.
જ્યારે કોઈ નદીને વહેતી જોવામાં આવે છે, ત્યારે તે જે બળ વહન કરે છે તેની કલ્પના કરવી મુશ્કેલ છે.જો તમે ક્યારેય વ્હાઇટ-વોટર રાફ્ટિંગ કર્યું હોય, તો તમે નદીની શક્તિનો એક નાનો ભાગ અનુભવ્યો હશે.વ્હાઇટ-વોટર રેપિડ્સ નદી તરીકે બનાવવામાં આવે છે, જે મોટા પ્રમાણમાં પાણીને ઉતાર પર લઈ જાય છે, એક સાંકડા માર્ગ દ્વારા અવરોધો છે.જેમ જેમ નદીને આ ઉદઘાટન દ્વારા દબાણ કરવામાં આવે છે, તેમ તેનો પ્રવાહ ઝડપી બને છે.પૂર એ પાણીના જબરદસ્ત જથ્થાને કેટલું બળ આપી શકે છે તેનું બીજું ઉદાહરણ છે.
હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ્સ પાણીની ઊર્જાનો ઉપયોગ કરે છે અને તે ઊર્જાને વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે સરળ મિકેનિક્સનો ઉપયોગ કરે છે.હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ વાસ્તવમાં એક સરળ ખ્યાલ પર આધારિત છે - ડેમમાંથી વહેતું પાણી ટર્બાઇન ફેરવે છે, જે જનરેટર ફેરવે છે.

અહીં પરંપરાગત હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટના મૂળભૂત ઘટકો છે:
ડેમ - મોટાભાગના હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ્સ એવા ડેમ પર આધાર રાખે છે જે પાણીને રોકી રાખે છે, એક વિશાળ જળાશય બનાવે છે.મોટેભાગે, આ જળાશયનો ઉપયોગ મનોરંજનના તળાવ તરીકે થાય છે, જેમ કે વોશિંગ્ટન રાજ્યમાં ગ્રાન્ડ કુલી ડેમ ખાતે રૂઝવેલ્ટ તળાવ.
ઇનટેક - ડેમ પરના દરવાજા ખુલ્લા છે અને ગુરુત્વાકર્ષણ પેનસ્ટોક દ્વારા પાણીને ખેંચે છે, એક પાઇપલાઇન જે ટર્બાઇન તરફ દોરી જાય છે.આ પાઈપમાંથી પાણી વહેતું હોવાથી દબાણ વધે છે.
ટર્બાઇન - પાણી ટર્બાઇનના મોટા બ્લેડને અથડાવે છે અને ફેરવે છે, જે શાફ્ટ દ્વારા તેની ઉપર જનરેટર સાથે જોડાયેલ છે.હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ્સ માટે સૌથી સામાન્ય પ્રકારનું ટર્બાઇન ફ્રાન્સિસ ટર્બાઇન છે, જે વક્ર બ્લેડ સાથે મોટી ડિસ્ક જેવી દેખાય છે.ફાઉન્ડેશન ફોર વોટર એન્ડ એનર્જી એજ્યુકેશન (FWEE) અનુસાર, ટર્બાઇનનું વજન 172 ટન જેટલું હોય છે અને તે 90 રિવોલ્યુશન પ્રતિ મિનિટ (rpm) ના દરે ફેરવી શકે છે.
જનરેટર - જેમ જેમ ટર્બાઇન બ્લેડ ફરે છે, તેમ જનરેટરની અંદર ચુંબકની શ્રેણી કરો.વિશાળ ચુંબક તાંબાના કોઇલની પાછળ ફરે છે, ઇલેક્ટ્રોન ખસેડીને વૈકલ્પિક પ્રવાહ (AC) ઉત્પન્ન કરે છે.(જનરેટર કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે વિશે તમે પછીથી વધુ શીખી શકશો.)
ટ્રાન્સફોર્મર - પાવરહાઉસની અંદરનું ટ્રાન્સફોર્મર એસી લે છે અને તેને ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ પ્રવાહમાં રૂપાંતરિત કરે છે.
પાવર લાઇન્સ - દરેક પાવર પ્લાન્ટમાંથી ચાર વાયર આવે છે: પાવરના ત્રણ તબક્કાઓ એકસાથે ઉત્પન્ન થાય છે અને ત્રણેય માટે સમાન તટસ્થ અથવા ગ્રાઉન્ડ.(પાવર લાઇન ટ્રાન્સમિશન વિશે વધુ જાણવા માટે પાવર ડિસ્ટ્રિબ્યુશન ગ્રીડ્સ કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે વાંચો.)
આઉટફ્લો - વપરાયેલ પાણીને પાઈપલાઈન દ્વારા વહન કરવામાં આવે છે, જેને ટેલરેસીસ કહેવાય છે અને નદીના ડાઉનસ્ટ્રીમમાં ફરી પ્રવેશ કરે છે.
જળાશયમાં રહેલા પાણીને સંગ્રહિત ઊર્જા ગણવામાં આવે છે.જ્યારે દરવાજા ખુલે છે, ત્યારે પેનસ્ટોકમાંથી વહેતું પાણી ગતિ ઊર્જા બની જાય છે કારણ કે તે ગતિમાં છે.ઉત્પન્ન થતી વીજળીની માત્રા અનેક પરિબળો દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.તેમાંથી બે પરિબળો પાણીના પ્રવાહનું પ્રમાણ અને હાઇડ્રોલિક હેડનું પ્રમાણ છે.માથું પાણીની સપાટી અને ટર્બાઇન વચ્ચેના અંતરને દર્શાવે છે.જેમ જેમ માથું અને પ્રવાહ વધે છે, તેમ તેમ વીજળી ઉત્પન્ન થાય છે.માથું સામાન્ય રીતે જળાશયમાં પાણીની માત્રા પર આધારિત હોય છે.

અન્ય પ્રકારનો હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ છે, જેને પમ્પ્ડ-સ્ટોરેજ પ્લાન્ટ કહેવાય છે.પરંપરાગત હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટમાં, જળાશયમાંથી પાણી પ્લાન્ટમાંથી વહે છે, બહાર નીકળે છે અને નીચે પ્રવાહમાં વહન કરે છે.પમ્પ્ડ-સ્ટોરેજ પ્લાન્ટમાં બે જળાશયો છે:
ઉપલા જળાશય - પરંપરાગત હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટની જેમ, ડેમ એક જળાશય બનાવે છે.આ જળાશયનું પાણી વીજળી બનાવવા માટે હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટમાંથી વહે છે.
નીચલું જળાશય - હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટમાંથી બહાર નીકળતું પાણી નદીમાં ફરી પ્રવેશવાને બદલે અને નીચેની તરફ વહેવાને બદલે નીચા જળાશયમાં વહે છે.
ઉલટાવી શકાય તેવું ટર્બાઇનનો ઉપયોગ કરીને, પ્લાન્ટ પાણીને ઉપરના જળાશયમાં પાછું પંપ કરી શકે છે.આ ઑફ-પીક અવર્સમાં કરવામાં આવે છે.આવશ્યકપણે, બીજું જળાશય ઉપલા જળાશયને ફરીથી ભરે છે.પાણીને ઉપલા જળાશયમાં પાછું પમ્પ કરીને, પ્લાન્ટ પાસે સૌથી વધુ વપરાશના સમયગાળા દરમિયાન વીજળી ઉત્પન્ન કરવા માટે વધુ પાણી હોય છે.

જનરેટર
હાઇડ્રોઇલેક્ટ્રિક પાવર પ્લાન્ટનું હૃદય જનરેટર છે.મોટાભાગના હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ્સમાં આમાંથી ઘણા જનરેટર હોય છે.
જનરેટર, જેમ તમે અનુમાન કર્યું હશે, વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે.આ રીતે વીજળી ઉત્પન્ન કરવાની મૂળભૂત પ્રક્રિયા વાયરની કોઇલની અંદર ચુંબકની શ્રેણીને ફેરવવાની છે.આ પ્રક્રિયા ઇલેક્ટ્રોનને ખસેડે છે, જે વિદ્યુત પ્રવાહ ઉત્પન્ન કરે છે.
હૂવર ડેમમાં કુલ 17 જનરેટર છે, જેમાંથી દરેક 133 મેગાવોટ સુધી જનરેટ કરી શકે છે.હૂવર ડેમ હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટની કુલ ક્ષમતા 2,074 મેગાવોટ છે.દરેક જનરેટર અમુક મૂળભૂત ભાગોથી બનેલું છે:
શાફ્ટ
ઉત્તેજક
રોટર
સ્ટેટર
જેમ જેમ ટર્બાઇન વળે છે, ઉત્તેજક રોટરને વિદ્યુત પ્રવાહ મોકલે છે.રોટર એ મોટા ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટની શ્રેણી છે જે તાંબાના તારની ચુસ્ત-ઘાતરી કોઇલની અંદર ફરે છે, જેને સ્ટેટર કહેવાય છે.કોઇલ અને ચુંબક વચ્ચેનું ચુંબકીય ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ બનાવે છે.
હૂવર ડેમમાં, 16,500 amps નો પ્રવાહ જનરેટરથી ટ્રાન્સફોર્મર તરફ જાય છે, જ્યાં પ્રસારિત થતા પહેલા વર્તમાન 230,000 amps સુધીનો પ્રવાહ વધે છે.

હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ્સ કુદરતી રીતે બનતી, સતત પ્રક્રિયાનો લાભ લે છે - તે પ્રક્રિયા જેના કારણે વરસાદ પડે છે અને નદીઓ વધે છે.દરરોજ, આપણો ગ્રહ વાતાવરણમાંથી પાણીની થોડી માત્રા ગુમાવે છે કારણ કે અલ્ટ્રાવાયોલેટ કિરણો પાણીના અણુઓને તોડી નાખે છે.પરંતુ તે જ સમયે, જ્વાળામુખીની પ્રવૃત્તિ દ્વારા પૃથ્વીના આંતરિક ભાગમાંથી નવા પાણીનું ઉત્સર્જન થાય છે.બનાવેલ પાણીની માત્રા અને ખોવાઈ ગયેલા પાણીની માત્રા લગભગ સમાન છે.
કોઈપણ એક સમયે, વિશ્વનું પાણીનું કુલ પ્રમાણ ઘણાં વિવિધ સ્વરૂપોમાં હોય છે.તે પ્રવાહી હોઈ શકે છે, જેમ કે મહાસાગરો, નદીઓ અને વરસાદમાં;નક્કર, ગ્લેશિયર્સની જેમ;અથવા વાયુયુક્ત, હવામાં અદ્રશ્ય જળ વરાળની જેમ.પાણીની સ્થિતિ બદલાય છે કારણ કે તે પવનના પ્રવાહો દ્વારા ગ્રહની આસપાસ ફરે છે.પવનના પ્રવાહો સૂર્યની ગરમીની પ્રવૃત્તિ દ્વારા ઉત્પન્ન થાય છે.ગ્રહના અન્ય વિસ્તારો કરતાં વિષુવવૃત્ત પર સૂર્ય વધુ ચમકતો હોવાથી હવા-વર્તમાન ચક્ર બનાવવામાં આવે છે.
હવા-વર્તમાન ચક્ર પૃથ્વીના પાણી પુરવઠાને તેના પોતાના ચક્ર દ્વારા ચલાવે છે, જેને હાઇડ્રોલોજિક ચક્ર કહેવાય છે.જેમ જેમ સૂર્ય પ્રવાહી પાણીને ગરમ કરે છે તેમ, પાણી હવામાં બાષ્પ બની જાય છે.સૂર્ય હવાને ગરમ કરે છે, જેના કારણે વાતાવરણમાં હવા વધે છે.હવા ઉપરથી વધુ ઠંડી હોય છે, તેથી જેમ જેમ પાણીની વરાળ વધે છે તેમ તેમ તે ઠંડુ થાય છે, ટીપાંમાં ઘનીકરણ થાય છે.જ્યારે એક વિસ્તારમાં પર્યાપ્ત ટીપાં એકઠા થાય છે, ત્યારે તે ટીપાં વરસાદ તરીકે પૃથ્વી પર પાછા પડી શકે તેટલા ભારે થઈ શકે છે.
હાઇડ્રોલોજિક ચક્ર હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટ માટે મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે પાણીના પ્રવાહ પર આધાર રાખે છે.જો પ્લાન્ટની નજીક વરસાદનો અભાવ હોય, તો ઉપરવાસમાં પાણી એકઠું થતું નથી.સ્ટ્રીમમાં પાણી એકઠું થતું નથી, હાઇડ્રોપાવર પ્લાન્ટમાંથી ઓછું પાણી વહે છે અને ઓછી વીજળી ઉત્પન્ન થાય છે.