जलविद्युत विद्युत उत्पादन का एक सिंहावलोकन

जलविद्युत प्राकृतिक नदियों की जल ऊर्जा को लोगों के उपयोग के लिए बिजली में परिवर्तित करना है।बिजली उत्पादन में उपयोग की जाने वाली ऊर्जा के विभिन्न स्रोत हैं, जैसे सौर ऊर्जा, नदियों में जल शक्ति, और वायु प्रवाह द्वारा उत्पन्न पवन ऊर्जा।जलविद्युत का उपयोग करके जल विद्युत उत्पादन की लागत सस्ती है, और जलविद्युत स्टेशनों के निर्माण को अन्य जल संरक्षण परियोजनाओं के साथ भी जोड़ा जा सकता है।हमारा देश जलविद्युत संसाधनों में बहुत समृद्ध है और स्थितियां भी बहुत अच्छी हैं।राष्ट्रीय अर्थव्यवस्था के निर्माण में जलविद्युत एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
किसी नदी का ऊपरी जल स्तर उसके अनुप्रवाह जल स्तर से अधिक होता है।नदी के जल स्तर में अंतर के कारण जल ऊर्जा उत्पन्न होती है।इस ऊर्जा को स्थितिज ऊर्जा या स्थितिज ऊर्जा कहते हैं।नदी के पानी की ऊंचाई के बीच के अंतर को बूंद कहा जाता है, जिसे जल स्तर का अंतर या जल शीर्ष भी कहा जाता है।हाइड्रोलिक पावर के निर्माण के लिए यह ड्रॉप एक बुनियादी शर्त है।इसके अलावा, हाइड्रोलिक पावर का परिमाण नदी में पानी के प्रवाह के परिमाण पर भी निर्भर करता है, जो कि बूंद के रूप में महत्वपूर्ण एक और बुनियादी शर्त है।ड्रॉप और प्रवाह दोनों सीधे हाइड्रोलिक पावर को प्रभावित करते हैं;बूंद की पानी की मात्रा जितनी बड़ी होगी, हाइड्रोलिक पावर उतनी ही अधिक होगी;यदि बूंद और पानी की मात्रा अपेक्षाकृत कम है, तो जल विद्युत स्टेशन का उत्पादन छोटा होगा।
गिरावट आम तौर पर मीटर में व्यक्त की जाती है।ढाल बूंद और दूरी का अनुपात है, जो बूंद की एकाग्रता की डिग्री को इंगित कर सकता है।ड्रॉप अधिक केंद्रित है, और हाइड्रोलिक पावर का उपयोग अधिक सुविधाजनक है।हाइड्रोपावर स्टेशन द्वारा उपयोग की जाने वाली बूंद, टर्बाइन से गुजरने के बाद हाइड्रोपावर स्टेशन की अपस्ट्रीम पानी की सतह और डाउनस्ट्रीम पानी की सतह के बीच का अंतर है।

प्रवाह एक नदी में प्रति इकाई समय में बहने वाले पानी की मात्रा है, और इसे एक सेकंड में घन मीटर में व्यक्त किया जाता है।एक घन मीटर पानी एक टन है।नदी का प्रवाह किसी भी समय बदल जाता है, इसलिए जब हम प्रवाह के बारे में बात करते हैं, तो हमें उस विशिष्ट स्थान के समय की व्याख्या करनी चाहिए जहां वह बहती है।समय के साथ प्रवाह बहुत महत्वपूर्ण रूप से बदलता है।हमारे देश में नदियों का प्रवाह सामान्यतः वर्षा ऋतु में ग्रीष्म और पतझड़ में बड़ा होता है, और शीत ऋतु और वसंत ऋतु में अपेक्षाकृत छोटा होता है।आम तौर पर, नदी का प्रवाह अपस्ट्रीम में अपेक्षाकृत छोटा होता है;क्योंकि सहायक नदियाँ विलीन हो जाती हैं, नीचे की ओर प्रवाह धीरे-धीरे बढ़ता है।इसलिए, हालांकि अपस्ट्रीम ड्रॉप केंद्रित है, प्रवाह छोटा है;डाउनस्ट्रीम प्रवाह बड़ा है, लेकिन बूंद अपेक्षाकृत बिखरी हुई है।इसलिए, नदी के मध्य भाग में हाइड्रोलिक पावर का उपयोग करना अक्सर सबसे किफायती होता है।
जलविद्युत स्टेशन द्वारा उपयोग की जाने वाली बूंद और प्रवाह को जानने के बाद, इसके उत्पादन की गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
एन = जीक्यूएच
सूत्र में, एन-आउटपुट, किलोवाट में, को शक्ति भी कहा जा सकता है;
क्यू-प्रवाह, घन मीटर प्रति सेकंड में;
एच - ड्रॉप, मीटर में;
जी = 9.8, गुरुत्वाकर्षण का त्वरण है, इकाई: न्यूटन/किग्रा
उपरोक्त सूत्र के अनुसार, सैद्धांतिक शक्ति की गणना बिना किसी नुकसान को घटाए की जाती है।वास्तव में, पनबिजली उत्पादन की प्रक्रिया में, टर्बाइन, ट्रांसमिशन उपकरण, जनरेटर, आदि सभी को अपरिहार्य बिजली नुकसान होता है।इसलिए, सैद्धांतिक शक्ति को छूट दी जानी चाहिए, अर्थात वास्तविक शक्ति जिसका हम उपयोग कर सकते हैं उसे दक्षता गुणांक (प्रतीक: K) से गुणा किया जाना चाहिए।
पनबिजली स्टेशन में जनरेटर की डिज़ाइन की गई शक्ति को रेटेड शक्ति कहा जाता है, और वास्तविक शक्ति को वास्तविक शक्ति कहा जाता है।ऊर्जा परिवर्तन की प्रक्रिया में, ऊर्जा का एक हिस्सा खोना अनिवार्य है।जलविद्युत उत्पादन की प्रक्रिया में मुख्य रूप से टर्बाइनों और जनरेटरों की हानि होती है (पाइपलाइनों में भी हानियाँ होती हैं)।ग्रामीण माइक्रो-हाइड्रोपावर स्टेशन में विभिन्न नुकसान कुल सैद्धांतिक शक्ति का लगभग 40-50% है, इसलिए हाइड्रोपावर स्टेशन का उत्पादन वास्तव में केवल 50-60% सैद्धांतिक शक्ति का उपयोग कर सकता है, अर्थात दक्षता लगभग है 0.5-0.60 (जिनमें से टर्बाइन दक्षता 0.70-0.85 है, जनरेटर की दक्षता 0.85 से 0.90 है, और पाइपलाइनों और ट्रांसमिशन उपकरण की दक्षता 0.80 से 0.85 है)।इसलिए, जलविद्युत स्टेशन की वास्तविक शक्ति (उत्पादन) की गणना निम्नानुसार की जा सकती है:
K- हाइड्रोपावर स्टेशन की दक्षता, (0.5～0.6) का उपयोग माइक्रो-हाइड्रोपावर स्टेशन की किसी न किसी गणना में किया जाता है;इस मान को सरल बनाया जा सकता है:
एन = (0.5～0.6) क्यूएचजी वास्तविक शक्ति = दक्षता × प्रवाह × ड्रॉप × 9.8
जलविद्युत का उपयोग एक मशीन को चलाने के लिए जल शक्ति का उपयोग करना है, जिसे जल टरबाइन कहा जाता है।उदाहरण के लिए, हमारे देश में प्राचीन जलचक्र एक बहुत ही साधारण जल टरबाइन है।वर्तमान में उपयोग की जाने वाली विभिन्न हाइड्रोलिक टर्बाइनों को विभिन्न विशिष्ट हाइड्रोलिक स्थितियों के अनुकूल बनाया गया है, ताकि वे अधिक कुशलता से घूम सकें और जल ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित कर सकें।एक अन्य प्रकार की मशीनरी, एक जनरेटर, टरबाइन से जुड़ा होता है, जिससे जनरेटर का रोटर बिजली उत्पन्न करने के लिए टरबाइन के साथ घूमता है।जनरेटर को दो भागों में विभाजित किया जा सकता है: वह भाग जो टरबाइन के साथ घूमता है और जनरेटर का निश्चित भाग।वह भाग जो टर्बाइन से जुड़ा होता है और घूमता है, जनरेटर का रोटर कहलाता है, और रोटर के चारों ओर कई चुंबकीय ध्रुव होते हैं;रोटर के चारों ओर एक चक्र जनरेटर का निश्चित भाग होता है, जिसे जनरेटर का स्टेटर कहा जाता है, और स्टेटर को कई तांबे के कॉइल से लपेटा जाता है।जब रोटर के कई चुंबकीय ध्रुव स्टेटर के तांबे के कॉइल के बीच में घूमते हैं, तो तांबे के तारों पर एक करंट उत्पन्न होता है, और जनरेटर यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
पावर स्टेशन द्वारा उत्पन्न विद्युत ऊर्जा को विभिन्न विद्युत उपकरणों द्वारा यांत्रिक ऊर्जा (विद्युत मोटर या मोटर), प्रकाश ऊर्जा (विद्युत लैंप), तापीय ऊर्जा (विद्युत भट्ठी) आदि में परिवर्तित किया जाता है।
जलविद्युत स्टेशन की संरचना
जलविद्युत स्टेशन की संरचना में शामिल हैं: हाइड्रोलिक संरचनाएं, यांत्रिक उपकरण और विद्युत उपकरण।
(1) हाइड्रोलिक संरचनाएं
इसमें वियर (बांध), इनटेक गेट, चैनल (या सुरंग), प्रेशर फोर टैंक (या रेगुलेटिंग टैंक), प्रेशर पाइप, पावरहाउस और टेल्रेस आदि हैं।
नदी के पानी को अवरुद्ध करने और जलाशय बनाने के लिए पानी की सतह को ऊपर उठाने के लिए नदी में एक बांध (बांध) बनाया जाता है।इस तरह, बांध पर जलाशय की पानी की सतह और बांध के नीचे नदी की पानी की सतह के बीच एक केंद्रित बूंद बनाई जाती है, और फिर पानी के पाइप के उपयोग के माध्यम से जल को जलविद्युत पावर स्टेशन में पेश किया जाता है। या सुरंगें।अपेक्षाकृत खड़ी नदियों में, डायवर्जन चैनलों का उपयोग भी एक बूंद बना सकता है।उदाहरण के लिए: आम तौर पर, एक प्राकृतिक नदी की बूंद प्रति किलोमीटर 10 मीटर होती है।यदि नदी के इस खंड के ऊपरी छोर पर नदी के पानी को लाने के लिए एक चैनल खोला जाता है, तो नदी के किनारे चैनल की खुदाई की जाएगी, और चैनल का ढलान समतल होगा।यदि चैनल में बूंद प्रति किलोमीटर की जाती है तो यह केवल 1 मीटर गिरती है, जिससे पानी चैनल में 5 किलोमीटर बहता है, और पानी की सतह केवल 5 मीटर गिरती है, जबकि पानी प्राकृतिक चैनल में 5 किलोमीटर की यात्रा करने के बाद 50 मीटर गिर जाता है। .इस समय, चैनल से पानी पानी के पाइप या सुरंग के साथ नदी द्वारा बिजली संयंत्र में वापस ले जाया जाता है, और 45 मीटर की एक केंद्रित बूंद होती है जिसका उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।चित्र 2

डायवर्सन चैनल, सुरंग या पानी के पाइप (जैसे प्लास्टिक पाइप, स्टील पाइप, कंक्रीट पाइप, आदि) का उपयोग एक केंद्रित बूंद के साथ हाइड्रोपावर स्टेशन बनाने के लिए डायवर्सन चैनल हाइड्रोपावर स्टेशन कहलाता है, जो हाइड्रोपावर स्टेशनों का एक विशिष्ट लेआउट है। .
(2) यांत्रिक और विद्युत उपकरण
उपर्युक्त हाइड्रोलिक कार्यों (वियर, चैनल, फोरकोर्ट, प्रेशर पाइप, वर्कशॉप) के अलावा, जलविद्युत स्टेशन को निम्नलिखित उपकरणों की भी आवश्यकता होती है:
(1) यांत्रिक उपकरण
टर्बाइन, गवर्नर, गेट वाल्व, ट्रांसमिशन उपकरण और गैर-उत्पादक उपकरण हैं।
(2) विद्युत उपकरण
जनरेटर, वितरण नियंत्रण पैनल, ट्रांसफार्मर और ट्रांसमिशन लाइनें हैं।
लेकिन सभी छोटे जलविद्युत स्टेशनों में उपर्युक्त हाइड्रोलिक संरचनाएं और यांत्रिक और विद्युत उपकरण नहीं होते हैं।यदि लो-हेड हाइड्रोपावर स्टेशन में वाटर हेड 6 मीटर से कम है, तो आमतौर पर वाटर गाइड चैनल और ओपन चैनल वाटर चैनल का उपयोग किया जाता है, और कोई प्रेशर फोरपूल और प्रेशर वॉटर पाइप नहीं होता है।छोटे बिजली आपूर्ति रेंज और कम संचरण दूरी वाले बिजली स्टेशनों के लिए, प्रत्यक्ष विद्युत संचरण अपनाया जाता है और किसी ट्रांसफार्मर की आवश्यकता नहीं होती है।जलाशयों वाले जल विद्युत स्टेशनों को बांध बनाने की आवश्यकता नहीं है।डीप इंटेक, डैम इनर पाइप (या टनल) और स्पिलवे का उपयोग हाइड्रोलिक संरचनाओं जैसे कि वियर, इंटेक गेट्स, चैनल और प्रेशर फोर-पूल की आवश्यकता को समाप्त करता है।
जलविद्युत स्टेशन बनाने के लिए सबसे पहले सावधानीपूर्वक सर्वेक्षण और डिजाइन का काम किया जाना चाहिए।डिजाइन कार्य में, तीन डिजाइन चरण होते हैं: प्रारंभिक डिजाइन, तकनीकी डिजाइन और निर्माण विवरण।डिजाइन कार्य में एक अच्छा काम करने के लिए, सबसे पहले पूरी तरह से सर्वेक्षण कार्य करना आवश्यक है, यानी स्थानीय प्राकृतिक और आर्थिक स्थितियों को पूरी तरह से समझना - जैसे स्थलाकृति, भूविज्ञान, जल विज्ञान, पूंजी आदि।इन स्थितियों में महारत हासिल करने और उनका विश्लेषण करने के बाद ही डिजाइन की शुद्धता और विश्वसनीयता की गारंटी दी जा सकती है।
जल विद्युत स्टेशन के प्रकार के आधार पर छोटे जल विद्युत स्टेशनों के घटकों के विभिन्न रूप होते हैं।
3. स्थलाकृतिक सर्वेक्षण
स्थलाकृतिक सर्वेक्षण कार्य की गुणवत्ता का इंजीनियरिंग लेआउट और इंजीनियरिंग मात्रा के अनुमान पर बहुत प्रभाव पड़ता है।
भूगर्भीय अन्वेषण (भूवैज्ञानिक स्थितियों की समझ) के अलावा वाटरशेड और नदी के भूविज्ञान पर सामान्य समझ और शोध के अलावा, यह समझना भी आवश्यक है कि क्या मशीन रूम की नींव ठोस है, जो सीधे बिजली की सुरक्षा को प्रभावित करती है। स्टेशन ही।एक बार जब एक निश्चित जलाशय मात्रा वाला बैराज नष्ट हो जाता है, तो यह न केवल जलविद्युत स्टेशन को ही नुकसान पहुंचाएगा, बल्कि नीचे की ओर जीवन और संपत्ति का भारी नुकसान भी करेगा।
4. हाइड्रोलॉजिकल टेस्ट
जलविद्युत स्टेशनों के लिए, सबसे महत्वपूर्ण हाइड्रोलॉजिकल डेटा नदी जल स्तर, प्रवाह, तलछट सामग्री, बर्फ़ीली स्थिति, मौसम संबंधी डेटा और बाढ़ सर्वेक्षण डेटा के रिकॉर्ड हैं।नदी के प्रवाह का आकार जल विद्युत स्टेशन के स्पिलवे के लेआउट को प्रभावित करता है।बाढ़ की गंभीरता को कम करके आंकने से बांध को नुकसान होगा;नदी द्वारा ले जाया गया तलछट सबसे खराब स्थिति में जलाशय को जल्दी से भर सकता है।उदाहरण के लिए, प्रवाह चैनल चैनल को गाद का कारण बनेगा, और मोटे दाने वाली तलछट टरबाइन से होकर गुजरेगी और टरबाइन के पहनने का कारण बनेगी।इसलिए, जलविद्युत स्टेशनों के निर्माण में पर्याप्त हाइड्रोलॉजिकल डेटा होना चाहिए।
इसलिए, जलविद्युत स्टेशन बनाने का निर्णय लेने से पहले, हमें पहले बिजली आपूर्ति क्षेत्र में आर्थिक विकास की दिशा और बिजली की भविष्य की मांग की जांच करनी चाहिए।साथ ही विकास क्षेत्र में अन्य बिजली स्रोतों की स्थिति का आकलन करें।उपरोक्त स्थिति के अनुसंधान और विश्लेषण के बाद ही हम तय कर सकते हैं कि हाइड्रोपावर स्टेशन बनाने की जरूरत है और पैमाना कितना बड़ा होना चाहिए।
सामान्य तौर पर, जलविद्युत सर्वेक्षण कार्य का उद्देश्य जलविद्युत स्टेशनों के डिजाइन और निर्माण के लिए आवश्यक सटीक और विश्वसनीय बुनियादी जानकारी प्रदान करना है।
5. साइट चयन के लिए सामान्य शर्तें
साइट के चयन की सामान्य शर्तों को निम्नलिखित चार पहलुओं से समझाया जा सकता है:
(1) चयनित साइट को सबसे किफायती तरीके से जल ऊर्जा का उपयोग करने में सक्षम होना चाहिए और लागत बचत के सिद्धांत का पालन करना चाहिए, अर्थात पावर स्टेशन के पूरा होने के बाद, कम से कम राशि खर्च की जाती है और सबसे अधिक बिजली उत्पन्न होती है .यह आमतौर पर वार्षिक बिजली उत्पादन राजस्व और स्टेशन के निर्माण में निवेश का अनुमान लगाकर मापा जा सकता है कि यह देखने के लिए कि निवेशित पूंजी को कितना समय वसूल किया जा सकता है।हालांकि, अलग-अलग जगहों पर हाइड्रोलॉजिकल और स्थलाकृतिक स्थितियां अलग-अलग हैं, और बिजली की जरूरतें भी अलग-अलग हैं, इसलिए निर्माण लागत और निवेश कुछ मूल्यों तक सीमित नहीं होना चाहिए।
(2) चयनित स्थल की स्थलाकृतिक, भूवैज्ञानिक और जल विज्ञान की स्थिति अपेक्षाकृत बेहतर होनी चाहिए, और डिजाइन और निर्माण में संभावनाएं होनी चाहिए।छोटे जलविद्युत स्टेशनों के निर्माण में निर्माण सामग्री का उपयोग यथासंभव "स्थानीय सामग्री" के सिद्धांत के अनुसार होना चाहिए।
(3) बिजली पारेषण उपकरण के निवेश और बिजली की हानि को कम करने के लिए चयनित साइट को बिजली आपूर्ति और प्रसंस्करण क्षेत्र के जितना संभव हो उतना करीब होना आवश्यक है।
(4) साइट का चयन करते समय, मौजूदा हाइड्रोलिक संरचनाओं का यथासंभव उपयोग किया जाना चाहिए।उदाहरण के लिए, पानी की बूंद का उपयोग एक सिंचाई चैनल में एक जल विद्युत स्टेशन बनाने के लिए किया जा सकता है, या सिंचाई के प्रवाह से बिजली उत्पन्न करने के लिए एक सिंचाई जलाशय के बगल में एक जल विद्युत स्टेशन बनाया जा सकता है, और इसी तरह।चूंकि ये जलविद्युत संयंत्र पानी होने पर बिजली पैदा करने के सिद्धांत को पूरा कर सकते हैं, इसलिए उनका आर्थिक महत्व अधिक स्पष्ट है।