जलविद्युत प्रकल्प कसे कार्य करतात

जगभरात, जलविद्युत प्रकल्प जगातील सुमारे 24 टक्के विजेचे उत्पादन करतात आणि 1 अब्जाहून अधिक लोकांना वीज पुरवतात.नॅशनल रिन्युएबल एनर्जी लॅबोरेटरीनुसार, जगातील जलविद्युत प्रकल्प एकत्रितपणे 675,000 मेगावॅटचे उत्पादन करतात, ही ऊर्जा 3.6 अब्ज बॅरल तेलाच्या समतुल्य आहे.युनायटेड स्टेट्समध्ये 2,000 हून अधिक जलविद्युत प्रकल्प कार्यरत आहेत, ज्यामुळे जलविद्युत हा देशातील सर्वात मोठा अक्षय ऊर्जा स्त्रोत बनला आहे.
या लेखात, आम्ही पडणाऱ्या पाण्यामुळे ऊर्जा कशी निर्माण होते यावर एक नजर टाकू आणि हायड्रोलॉजिक चक्राविषयी जाणून घेऊ ज्यामुळे जलविद्युतसाठी आवश्यक पाण्याचा प्रवाह निर्माण होतो.तुमच्या दैनंदिन जीवनावर परिणाम करू शकणार्‍या हायड्रोपॉवरच्या एका अनोख्या ऍप्लिकेशनची झलकही तुम्हाला मिळेल.
नदी वाहून जाताना पाहताना, ती वाहून नेत असलेल्या शक्तीची कल्पना करणे कठीण आहे.तुम्ही कधी व्हाईट-वॉटर राफ्टिंग करत असाल, तर तुम्हाला नदीच्या शक्तीचा एक छोटासा भाग जाणवला असेल.व्हाईट-वॉटर रॅपिड्स नदीच्या रूपात तयार केले जातात, जे मोठ्या प्रमाणात पाणी उतारावर वाहून नेतात, अरुंद पॅसेजवेमधून अडथळे येतात.या ओपनिंगमधून नदीला सक्ती केल्याने तिचा प्रवाह वेगवान होतो.पूर हे पाण्याच्या प्रचंड प्रमाणामध्ये किती शक्ती असू शकते याचे आणखी एक उदाहरण आहे.
जलविद्युत प्रकल्प पाण्याच्या ऊर्जेचा वापर करतात आणि त्या ऊर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर करण्यासाठी साध्या यांत्रिकी वापरतात.जलविद्युत प्रकल्प प्रत्यक्षात एका सोप्या संकल्पनेवर आधारित आहेत - धरणातून वाहणारे पाणी टर्बाइन बनवते, जे जनरेटर बनवते.

पारंपारिक जलविद्युत प्रकल्पाचे मूलभूत घटक येथे आहेत:
धरण – बहुतांश जलविद्युत प्रकल्प पाणी साठवून ठेवणाऱ्या धरणावर अवलंबून असतात, ज्यामुळे मोठा जलाशय निर्माण होतो.बर्‍याचदा, हा जलाशय मनोरंजक तलाव म्हणून वापरला जातो, जसे की वॉशिंग्टन राज्यातील ग्रँड कौली धरणातील रूझवेल्ट तलाव.
सेवन - धरणावरील दरवाजे उघडतात आणि गुरुत्वाकर्षण पेनस्टॉकमधून पाणी खेचते, एक पाइपलाइन जी टर्बाइनकडे जाते.या पाईपमधून पाणी वाहत असल्याने दाब वाढतो.
टर्बाइन - पाणी टर्बाइनच्या मोठ्या ब्लेडला धडकते आणि वळते, जे शाफ्टच्या मार्गाने त्याच्या वर असलेल्या जनरेटरला जोडलेले असते.हायड्रोपॉवर प्लांटसाठी टर्बाइनचा सर्वात सामान्य प्रकार फ्रान्सिस टर्बाइन आहे, जो वक्र ब्लेडसह मोठ्या डिस्कसारखा दिसतो.फाऊंडेशन फॉर वॉटर अँड एनर्जी एज्युकेशन (FWEE) नुसार, टर्बाइनचे वजन 172 टन इतके असू शकते आणि 90 क्रांती प्रति मिनिट (आरपीएम) वेगाने वळते.
जनरेटर - जसजसे टर्बाइन ब्लेड वळतात, त्याचप्रमाणे जनरेटरच्या आत चुंबकांची मालिका करा.महाकाय चुंबक तांब्याच्या कॉइल्सच्या मागे फिरतात, इलेक्ट्रॉन हलवून अल्टरनेटिंग करंट (AC) तयार करतात.(जनरेटर कसे कार्य करते याबद्दल आपण नंतर अधिक जाणून घ्याल.)
ट्रान्सफॉर्मर - पॉवरहाऊसमधील ट्रान्सफॉर्मर एसी घेतो आणि त्याला उच्च-व्होल्टेज करंटमध्ये रूपांतरित करतो.
पॉवर लाईन्स - प्रत्येक पॉवर प्लांटमधून चार वायर्स येतात: एकाच वेळी तयार होणार्‍या पॉवरचे तीन टप्पे आणि तिन्हींसाठी समान तटस्थ किंवा ग्राउंड.(पॉवर लाइन ट्रान्समिशनबद्दल अधिक जाणून घेण्यासाठी पॉवर डिस्ट्रिब्युशन ग्रिड कसे कार्य करतात ते वाचा.)
बहिर्वाह - वापरलेले पाणी पाइपलाइनद्वारे वाहून नेले जाते, ज्याला टेलरेसेस म्हणतात आणि नदीच्या प्रवाहात पुन्हा प्रवेश केला जातो.
जलाशयातील पाणी ही साठवलेली ऊर्जा मानली जाते.जेव्हा गेट्स उघडतात, तेव्हा पेनस्टॉकमधून वाहणारे पाणी गतिज ऊर्जा बनते कारण ते गतिमान असते.निर्माण होणाऱ्या विजेचे प्रमाण अनेक घटकांद्वारे निश्चित केले जाते.त्यातील दोन घटक म्हणजे पाण्याच्या प्रवाहाचे प्रमाण आणि हायड्रॉलिक हेडचे प्रमाण.डोके पाण्याची पृष्ठभाग आणि टर्बाइनमधील अंतर दर्शवते.जसजसे डोके आणि प्रवाह वाढतात, तसतसे वीज निर्माण होते.डोके सहसा जलाशयातील पाण्याच्या प्रमाणावर अवलंबून असते.

हायड्रोपॉवर प्लांटचा आणखी एक प्रकार आहे, ज्याला पंप-स्टोरेज प्लांट म्हणतात.पारंपारिक जलविद्युत प्रकल्पात, जलाशयातील पाणी प्लांटमधून वाहते, बाहेर पडते आणि प्रवाहात वाहून जाते.पंप-स्टोरेज प्लांटमध्ये दोन जलाशय असतात:
वरचा जलाशय - पारंपारिक जलविद्युत प्रकल्पाप्रमाणे, धरण एक जलाशय तयार करते.या जलाशयातील पाणी वीज निर्मितीसाठी जलविद्युत प्रकल्पातून वाहून जाते.
खालचा जलाशय - जलविद्युत प्रकल्पातून बाहेर पडणारे पाणी नदीत पुन्हा प्रवेश करून खाली वाहून जाण्याऐवजी खालच्या जलाशयात वाहते.
उलट करता येण्याजोग्या टर्बाइनचा वापर करून, वनस्पती पाणी परत वरच्या जलाशयात पंप करू शकते.हे ऑफ-पीक अवर्समध्ये केले जाते.मूलत:, दुसरा जलाशय वरचा जलाशय पुन्हा भरतो.वरच्या जलाशयात पाणी परत पंप करून, सर्वाधिक वापराच्या काळात वीज निर्माण करण्यासाठी प्लांटमध्ये जास्त पाणी असते.

जनरेटर
जलविद्युत प्रकल्पाचे हृदय जनरेटर आहे.बहुतेक जलविद्युत प्रकल्पांमध्ये यापैकी अनेक जनरेटर असतात.
जनरेटर, जसे तुम्ही अंदाज लावला असेल, वीज निर्माण करतो.अशा प्रकारे वीज निर्मितीची मूलभूत प्रक्रिया म्हणजे वायरच्या कॉइलमध्ये चुंबकांची मालिका फिरवणे.ही प्रक्रिया इलेक्ट्रॉन्स हलवते, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो.
हूवर धरणात एकूण 17 जनरेटर आहेत, ज्यापैकी प्रत्येक 133 मेगावॅटपर्यंत वीज निर्माण करू शकते.हूवर धरण जलविद्युत प्रकल्पाची एकूण क्षमता 2,074 मेगावॅट आहे.प्रत्येक जनरेटर काही मूलभूत भागांनी बनलेला असतो:
शाफ्ट
उत्तेजक
रोटर
स्टेटर
जसजसे टर्बाइन वळते, उत्तेजक रोटरला विद्युत प्रवाह पाठवतो.रोटर ही मोठ्या इलेक्ट्रोमॅग्नेट्सची एक शृंखला आहे जी तांब्याच्या ताराच्या घट्ट जखमेच्या कॉइलमध्ये फिरते, ज्याला स्टेटर म्हणतात.कॉइल आणि चुंबक यांच्यातील चुंबकीय क्षेत्र विद्युत प्रवाह तयार करते.
हूवर धरणामध्ये, 16,500 amps चा विद्युतप्रवाह जनरेटरमधून ट्रान्सफॉर्मरकडे जातो, जेथे प्रसारित होण्यापूर्वी वर्तमान रॅम्प 230,000 amps पर्यंत पोहोचतो.

जलविद्युत प्रकल्प नैसर्गिकरीत्या घडणाऱ्या, निरंतर प्रक्रियेचा फायदा घेतात - ही प्रक्रिया ज्यामुळे पाऊस पडतो आणि नद्या वाढतात.दररोज, आपला ग्रह वातावरणातून थोड्या प्रमाणात पाणी गमावतो कारण अल्ट्राव्हायोलेट किरण पाण्याचे रेणू वेगळे करतात.परंतु त्याच वेळी, ज्वालामुखीच्या क्रियेद्वारे पृथ्वीच्या आतील भागातून नवीन पाणी उत्सर्जित केले जाते.निर्माण झालेल्या पाण्याचे प्रमाण आणि वाया गेलेल्या पाण्याचे प्रमाण जवळपास समान आहे.
कोणत्याही एका वेळी, जगातील एकूण पाण्याचे प्रमाण वेगवेगळ्या स्वरूपात असते.हे महासागर, नद्या आणि पावसाप्रमाणे द्रव असू शकते;घन, हिमनद्यांप्रमाणे;किंवा वायू, हवेतील अदृश्य पाण्याच्या वाफेप्रमाणे.वाऱ्याच्या प्रवाहांद्वारे ग्रहाभोवती फिरत असताना पाण्याची स्थिती बदलते.वाऱ्याचे प्रवाह हे सूर्याच्या तापदायक क्रियांमुळे निर्माण होतात.ग्रहाच्या इतर भागांपेक्षा विषुववृत्तावर सूर्य जास्त चमकत असल्याने वायु-वर्तमान चक्र तयार केले जाते.
वायु-वर्तमान चक्र पृथ्वीच्या पाण्याचा पुरवठा स्वतःच्या चक्रातून चालवतात, ज्याला हायड्रोलॉजिक सायकल म्हणतात.सूर्य जसा द्रव पाणी तापवतो, तसे पाण्याचे बाष्पीभवन हवेतील बाष्प बनते.सूर्य हवा गरम करतो, त्यामुळे वातावरणात हवा वाढते.हवा वरच्या वर थंड असते, त्यामुळे पाण्याची वाफ जसजशी वाढते तसतशी ती थंड होते, थेंबांमध्ये घनरूप होते.जेव्हा एका भागात पुरेसे थेंब जमा होतात, तेव्हा थेंब वर्षाव म्हणून पृथ्वीवर परत येण्यासाठी पुरेसे जड होऊ शकतात.
जलविद्युत प्रकल्पांसाठी जलविज्ञान चक्र महत्त्वाचे आहे कारण ते पाण्याच्या प्रवाहावर अवलंबून असतात.झाडाजवळ पावसाची कमतरता असल्यास, वरच्या बाजूला पाणी जमा होणार नाही.प्रवाहात पाणी साठत नसल्यामुळे जलविद्युत प्रकल्पातून कमी पाणी वाहते आणि कमी वीज निर्माण होते.