జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు ఎలా పని చేస్తాయి

ప్రపంచవ్యాప్తంగా, జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు ప్రపంచంలోని విద్యుత్తులో 24 శాతం ఉత్పత్తి చేస్తాయి మరియు 1 బిలియన్ కంటే ఎక్కువ మంది ప్రజలకు విద్యుత్తును సరఫరా చేస్తాయి.నేషనల్ రెన్యూవబుల్ ఎనర్జీ లాబొరేటరీ ప్రకారం, ప్రపంచంలోని జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు మొత్తం 675,000 మెగావాట్లను ఉత్పత్తి చేస్తాయి, ఇది 3.6 బిలియన్ బారెల్స్ చమురుకు సమానమైన శక్తి.యునైటెడ్ స్టేట్స్‌లో 2,000 కంటే ఎక్కువ జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు పనిచేస్తున్నాయి, దేశంలోని అతిపెద్ద పునరుత్పాదక శక్తి వనరుగా జలవిద్యుత్‌ను తయారు చేసింది.
ఈ కథనంలో, పడిపోయే నీరు శక్తిని ఎలా సృష్టిస్తుందో చూద్దాం మరియు జలవిద్యుత్ కోసం అవసరమైన నీటి ప్రవాహాన్ని సృష్టించే జలసంబంధ చక్రం గురించి తెలుసుకుందాం.మీ దైనందిన జీవితాన్ని ప్రభావితం చేసే ఒక ప్రత్యేకమైన జలవిద్యుత్ అప్లికేషన్‌ను కూడా మీరు చూడవచ్చు.
ఒక నది ప్రవహిస్తున్నప్పుడు, అది మోసుకెళ్ళే శక్తిని ఊహించడం కష్టం.మీరు ఎప్పుడైనా వైట్-వాటర్ రాఫ్టింగ్ చేసినట్లయితే, మీరు నది యొక్క శక్తిలో కొంత భాగాన్ని అనుభవించారు.వైట్-వాటర్ రాపిడ్‌లు ఒక నదిగా సృష్టించబడతాయి, పెద్ద మొత్తంలో నీటిని దిగువకు తీసుకువెళతాయి, ఇరుకైన మార్గం ద్వారా అడ్డంకులు ఏర్పడతాయి.నది ఈ ద్వారం గుండా బలవంతంగా ప్రవహించడంతో, దాని ప్రవాహం వేగవంతం అవుతుంది.విపరీతమైన నీటి పరిమాణం ఎంత శక్తిని కలిగి ఉంటుందో వరదలు మరొక ఉదాహరణ.
జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు నీటి శక్తిని ఉపయోగించుకుంటాయి మరియు ఆ శక్తిని విద్యుత్తుగా మార్చడానికి సాధారణ మెకానిక్‌లను ఉపయోగిస్తాయి.జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు వాస్తవానికి చాలా సరళమైన భావనపై ఆధారపడి ఉంటాయి - ఆనకట్ట ద్వారా ప్రవహించే నీరు టర్బైన్‌గా మారుతుంది, ఇది జనరేటర్‌గా మారుతుంది.

సాంప్రదాయ జలవిద్యుత్ ప్లాంట్ యొక్క ప్రాథమిక భాగాలు ఇక్కడ ఉన్నాయి:
ఆనకట్ట - చాలా జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు ఒక పెద్ద రిజర్వాయర్‌ను సృష్టించే నీటిని వెనుకకు ఉంచే ఆనకట్టపై ఆధారపడతాయి.తరచుగా, ఈ రిజర్వాయర్ వాషింగ్టన్ స్టేట్‌లోని గ్రాండ్ కౌలీ డ్యామ్ వద్ద లేక్ రూజ్‌వెల్ట్ వంటి వినోద సరస్సుగా ఉపయోగించబడుతుంది.
తీసుకోవడం - డ్యామ్‌పై గేట్లు తెరవబడతాయి మరియు గురుత్వాకర్షణ పెన్‌స్టాక్ ద్వారా నీటిని లాగుతుంది, ఇది టర్బైన్‌కు దారితీసే పైప్‌లైన్.ఈ పైపు ద్వారా నీరు ప్రవహించేటప్పుడు ఒత్తిడిని పెంచుతుంది.
టర్బైన్ - నీరు టర్బైన్ యొక్క పెద్ద బ్లేడ్‌లను తాకి, తిప్పుతుంది, ఇది షాఫ్ట్ ద్వారా దాని పైన ఉన్న జనరేటర్‌కు జోడించబడుతుంది.జలవిద్యుత్ ప్లాంట్ల కోసం అత్యంత సాధారణ రకం టర్బైన్ ఫ్రాన్సిస్ టర్బైన్, ఇది వక్ర బ్లేడ్‌లతో పెద్ద డిస్క్ లాగా కనిపిస్తుంది.ఫౌండేషన్ ఫర్ వాటర్ & ఎనర్జీ ఎడ్యుకేషన్ (FWEE) ప్రకారం, ఒక టర్బైన్ 172 టన్నుల బరువు ఉంటుంది మరియు నిమిషానికి 90 విప్లవాల (rpm) చొప్పున తిరుగుతుంది.
జనరేటర్లు - టర్బైన్ బ్లేడ్లు మారినప్పుడు, జనరేటర్ లోపల అయస్కాంతాల శ్రేణిని చేయండి.జెయింట్ అయస్కాంతాలు గత రాగి కాయిల్స్‌ను తిరుగుతాయి, ఎలక్ట్రాన్‌లను కదిలించడం ద్వారా ఆల్టర్నేటింగ్ కరెంట్ (AC)ని ఉత్పత్తి చేస్తాయి.(జనరేటర్ ఎలా పని చేస్తుందనే దాని గురించి మీరు తర్వాత మరింత తెలుసుకుంటారు.)
ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ - పవర్‌హౌస్ లోపల ఉన్న ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ ACని తీసుకొని దానిని అధిక-వోల్టేజ్ కరెంట్‌గా మారుస్తుంది.
విద్యుత్ లైన్లు - ప్రతి పవర్ ప్లాంట్ నుండి నాలుగు తీగలు వస్తాయి: మూడు దశల విద్యుత్ ఏకకాలంలో ఉత్పత్తి చేయబడుతుంది మరియు మూడింటికి సాధారణమైన తటస్థ లేదా గ్రౌండ్.(పవర్ లైన్ ట్రాన్స్‌మిషన్ గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి పవర్ డిస్ట్రిబ్యూషన్ గ్రిడ్‌లు ఎలా పనిచేస్తాయో చదవండి.)
అవుట్‌ఫ్లో - ఉపయోగించిన నీరు పైప్‌లైన్‌ల ద్వారా తీసుకువెళ్లబడుతుంది, దీనిని టెయిల్‌రేస్ అని పిలుస్తారు మరియు నది దిగువకు తిరిగి ప్రవేశిస్తుంది.
రిజర్వాయర్‌లోని నీటిని నిల్వ శక్తిగా పరిగణిస్తారు.గేట్లు తెరిచినప్పుడు, పెన్‌స్టాక్ ద్వారా ప్రవహించే నీరు చలనంలో ఉన్నందున అది గతి శక్తిగా మారుతుంది.ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్ మొత్తం అనేక కారకాలచే నిర్ణయించబడుతుంది.ఆ కారకాలలో రెండు నీటి ప్రవాహం యొక్క పరిమాణం మరియు హైడ్రాలిక్ హెడ్ మొత్తం.తల నీటి ఉపరితలం మరియు టర్బైన్ల మధ్య దూరాన్ని సూచిస్తుంది.తల మరియు ప్రవాహం పెరిగేకొద్దీ, ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్తు కూడా పెరుగుతుంది.తల సాధారణంగా రిజర్వాయర్‌లోని నీటి పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది.

పంప్-స్టోరేజ్ ప్లాంట్ అని పిలువబడే మరొక రకమైన జలవిద్యుత్ ప్లాంట్ ఉంది.సాంప్రదాయ జలవిద్యుత్ కేంద్రంలో, రిజర్వాయర్ నుండి నీరు ప్లాంట్ గుండా ప్రవహిస్తుంది, నిష్క్రమిస్తుంది మరియు దిగువకు తీసుకువెళుతుంది.పంప్-నిల్వ ప్లాంట్‌లో రెండు రిజర్వాయర్లు ఉన్నాయి:
ఎగువ జలాశయం - ఒక సంప్రదాయ జలవిద్యుత్ కేంద్రం వలె, ఒక ఆనకట్ట ఒక జలాశయాన్ని సృష్టిస్తుంది.ఈ రిజర్వాయర్‌లోని నీరు విద్యుత్తును సృష్టించేందుకు జలవిద్యుత్ కేంద్రం ద్వారా ప్రవహిస్తుంది.
దిగువ జలాశయం - జలవిద్యుత్ కేంద్రం నుండి నిష్క్రమించే నీరు నదిలోకి తిరిగి ప్రవేశించి దిగువకు ప్రవహించకుండా దిగువ జలాశయంలోకి ప్రవహిస్తుంది.
రివర్సిబుల్ టర్బైన్‌ని ఉపయోగించి, ప్లాంట్ నీటిని ఎగువ రిజర్వాయర్‌కు తిరిగి పంపుతుంది.ఇది రద్దీ లేని గంటలలో జరుగుతుంది.ముఖ్యంగా, రెండవ రిజర్వాయర్ ఎగువ రిజర్వాయర్‌ను రీఫిల్ చేస్తుంది.ఎగువ రిజర్వాయర్‌కు నీటిని తిరిగి పంపింగ్ చేయడం ద్వారా, ప్లాంట్ గరిష్ట వినియోగం సమయంలో విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేయడానికి ఎక్కువ నీటిని కలిగి ఉంటుంది.

జనరేటర్
జలవిద్యుత్ ప్లాంట్ యొక్క గుండె జనరేటర్.చాలా జలవిద్యుత్ కేంద్రాలు ఈ జనరేటర్లలో అనేకం ఉన్నాయి.
జనరేటర్, మీరు ఊహించినట్లుగా, విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేస్తుంది.ఈ పద్ధతిలో విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేసే ప్రాథమిక ప్రక్రియ వైర్ కాయిల్స్ లోపల అయస్కాంతాల శ్రేణిని తిప్పడం.ఈ ప్రక్రియ ఎలక్ట్రాన్లను కదిలిస్తుంది, ఇది విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
హూవర్ డ్యామ్‌లో మొత్తం 17 జనరేటర్లు ఉన్నాయి, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి 133 మెగావాట్ల వరకు ఉత్పత్తి చేయగలదు.హూవర్ డ్యామ్ జలవిద్యుత్ కేంద్రం మొత్తం సామర్థ్యం 2,074 మెగావాట్లు.ప్రతి జనరేటర్ కొన్ని ప్రాథమిక భాగాలతో తయారు చేయబడింది:
షాఫ్ట్
ఉత్తేజితం
రోటర్
స్టేటర్
టర్బైన్ మారినప్పుడు, ఎక్సైటర్ రోటర్‌కు విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని పంపుతుంది.రోటర్ అనేది పెద్ద విద్యుదయస్కాంతాల శ్రేణి, ఇది రాగి తీగ యొక్క గట్టిగా-గాయం చేయబడిన కాయిల్ లోపల తిరుగుతుంది, దీనిని స్టేటర్ అని పిలుస్తారు.కాయిల్ మరియు అయస్కాంతాల మధ్య అయస్కాంత క్షేత్రం విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని సృష్టిస్తుంది.
హూవర్ డ్యామ్‌లో, 16,500 ఆంప్స్ విద్యుత్ జనరేటర్ నుండి ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌కు కదులుతుంది, ఇక్కడ కరెంట్ ప్రసారం చేయడానికి ముందు 230,000 ఆంప్స్ వరకు ఉంటుంది.

జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లు సహజంగా సంభవించే, నిరంతర ప్రక్రియను సద్వినియోగం చేసుకుంటాయి - వర్షపాతం మరియు నదులు పెరగడానికి కారణమయ్యే ప్రక్రియ.అతినీలలోహిత కిరణాలు నీటి అణువులను విచ్ఛిన్నం చేయడం వల్ల ప్రతిరోజూ, మన గ్రహం వాతావరణం ద్వారా కొద్దిపాటి 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 ఉంటుంది.
ఏ సమయంలోనైనా, ప్రపంచంలోని మొత్తం నీటి పరిమాణం అనేక రూపాల్లో ఉంటుంది.ఇది మహాసముద్రాలు, నదులు మరియు వర్షం వంటి ద్రవంగా ఉంటుంది;ఘన, హిమానీనదాలలో వలె;లేదా వాయువు, గాలిలో కనిపించని నీటి ఆవిరిలో వలె.గాలి ప్రవాహాల ద్వారా గ్రహం చుట్టూ తిరిగేటప్పుడు నీరు స్థితిని మారుస్తుంది.సూర్యుని వేడి చేసే చర్య ద్వారా గాలి ప్రవాహాలు ఉత్పన్నమవుతాయి.గ్రహంలోని ఇతర ప్రాంతాల కంటే భూమధ్యరేఖపై సూర్యుడు ఎక్కువగా ప్రకాశించడం ద్వారా గాలి-ప్రస్తుత చక్రాలు సృష్టించబడతాయి.
గాలి-ప్రస్తుత చక్రాలు భూమి యొక్క నీటి సరఫరాను హైడ్రోలాజిక్ సైకిల్ అని పిలవబడే దాని స్వంత చక్రం ద్వారా నడిపిస్తాయి.సూర్యుడు ద్రవ నీటిని వేడి చేయడంతో, నీరు గాలిలో ఆవిరిగా మారుతుంది.సూర్యుడు గాలిని వేడి చేయడం వల్ల వాతావరణంలో గాలి పెరుగుతుంది.గాలి పైకి చల్లగా ఉంటుంది, కాబట్టి నీటి ఆవిరి పెరిగేకొద్దీ, అది చల్లబడుతుంది, బిందువులుగా ఘనీభవిస్తుంది.ఒక ప్రాంతంలో తగినంత బిందువులు పేరుకుపోయినప్పుడు, తుంపరలు అవపాతం వలె తిరిగి భూమికి పడిపోయేంత భారీగా మారవచ్చు.
జలవిద్యుత్ ప్లాంట్లకు జలసంబంధ చక్రం ముఖ్యమైనది ఎందుకంటే అవి నీటి ప్రవాహంపై ఆధారపడి ఉంటాయి.ప్లాంట్ దగ్గర వర్షాభావం ఉంటే, నీరు ఎగువకు చేరదు.ప్రవాహం పైకి నీరు చేరకపోవడంతో, జలవిద్యుత్ కేంద్రం ద్వారా తక్కువ నీరు ప్రవహిస్తుంది మరియు తక్కువ విద్యుత్ ఉత్పత్తి అవుతుంది.