ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टर्बाइन के प्रकार: कार्यप्रणाली, लाभ और हानि

ग्लोबल वार्मिंग के खिलाफ़ लड़ाई और हमारे ग्रह के प्राकृतिक संसाधनों के संरक्षण के लिए अक्षय ऊर्जा स्रोतों का विकास महत्वपूर्ण है। पवन और सौर ऊर्जा संचयन तकनीकें बढ़ रही हैं। इससे ऊर्ध्वाधर अक्ष वाली पवन टर्बाइनों की मांग बढ़ रही है। आइए उनके बारे में ज़्यादा जानें।

ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टरबाइन के प्रकार

बाजार में उपलब्ध वीएडब्ल्यूटी के 2 प्रकार हैं: डैरियस पवन टरबाइन और सैवोनियस पवन टरबाइन ।

आवासीय उपयोगों में सबसे अधिक इस्तेमाल होने वाली पवन टरबाइन का एक प्रकार ऊर्ध्वाधर अक्षीय पवन टरबाइन है । इसमें 2 या 3 ब्लेड और एक ऊर्ध्वाधर रूप से घूमने वाला रोटर शाफ्ट होता है। VAWT में, जनरेटर नीचे स्थित होता है और ब्लेड टावर के शाफ्ट के चारों ओर लगे होते हैं।

ये टर्बाइन अक्सर राजमार्ग के विभाजकों पर लगाए जाते हैं और चलते वाहन टर्बाइन के घुमावदार ब्लेडों को घुमाकर बिजली उत्पन्न करते हैं। टर्बाइन आवश्यकतानुसार हवा की विभिन्न गतियों का अलग-अलग तरीकों से उपयोग करता है।

1. डेरियस पवन टरबाइन (लिफ्ट-प्रकार)

इस पवन टरबाइन का नाम इसके आविष्कारक जॉर्जेस डारियस के नाम पर रखा गया है। डारियस पवन टरबाइन में लंबे और घुमावदार ब्लेड होते हैं जो रोटर शाफ्ट के ऊपर और नीचे से जुड़े होते हैं । इसे एग बीटर के नाम से भी जाना जाता है, इस टरबाइन का प्रत्येक सिरा रोटर शाफ्ट से जुड़ा होता है।

डैरियस टर्बाइन वायुगतिकीय बल द्वारा प्रदान की गई लिफ्ट से घूमते हैं। हवा के प्रवाह से टर्बाइन के सामने की तरफ एक सक्शन उत्पन्न होता है, जिससे ब्लेड विपरीत दिशा में घूमने लगते हैं।

2. सवोनियस पवन टरबाइन (ड्रैग-टाइप)

इस टरबाइन की सतह ठोस होती है और इसके ब्लेड कुंडलित संरचना के कारण ऊर्ध्वाधर शाफ्ट के चारों ओर लिपटे होते हैं । सैवोनियस टरबाइन मुख्य रूप से प्रवाह प्रतिरोध प्रक्रिया पर निर्भर करते हैं जिससे मोटर सक्रिय होती है।

रोटर्स को घुमाने के लिए सक्रिय बल के रूप में कार्य करने वाले गतिशील वायु बल के अलावा यह आवश्यक है। ब्लेड के पीछे की ओर एक साथ वायुगतिकीय प्रतिरोध बल का सामना करना पड़ता है। इस वजह से, ये टर्बाइन हवा की गति के अनुपात में घूमते हैं।

दोनों पवन टरबाइनों के पंखों का आकार विशेष प्रकार का होता है जिससे उन पर लगने वाला घर्षण बल कम हो जाता है। एक बार घूर्णन शुरू होने पर, बेहतर प्रदर्शन के लिए टरबाइन की गति भी हवा की गति से अधिक हो जाती है।

ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टरबाइन कार्य सिद्धांत

आइये ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टरबाइन घटकों पर एक नजर डालें।

1. गियर बॉक्स – यह कम गति वाले शाफ्ट की घूर्णन गति को बढ़ाता है ताकि वह उच्च गति वाले शाफ्ट से जुड़ सके, जो जनरेटर से जुड़ा होता है।
2. जनक - यह पवन टरबाइन में यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
3. बैटरी – यह जनरेटर द्वारा उत्पन्न बिजली उत्पादन को संग्रहीत करता है।
4. एलडीआर सर्किट - यह सिस्टम में लाइट को चालू/बंद करने का काम करता है। यह लाइट डिपेंडेंट रेसिस्टर (LDR), बैटरी, LED, ट्रांजिस्टर और रेसिस्टर से बना होता है।

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काम कर रहे

एक VAWT गियरबॉक्स से जुड़ा होता है जिसमें गियर शामिल होते हैं और यह गियरबॉक्स सीधे इलेक्ट्रिक जनरेटर शाफ्ट से जुड़ा होता है। हवा टर्बाइन को घुमाना शुरू कर देती है जिससे यांत्रिक ऊर्जा उत्पन्न होती है।

गियरबॉक्स आंतरिक रूप से टर्बाइन के चक्करों को बेहतर बनाता है और इन घुमावों को यांत्रिक इनपुट के रूप में जनरेटर में स्थानांतरित करता है। जनरेटर इस ऊर्जा का उपयोग करता है और इसे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है, जिसे फिर बैटरियों में संग्रहीत किया जाता है। इस संग्रहीत ऊर्जा का उपयोग एक स्वचालित प्रकाश व्यवस्था के माध्यम से किया जाता है।

सर्किट की कार्यप्रणाली

ट्रांजिस्टर का एमिटर GND से जुड़ा होता है और कलेक्टर LED के नेगेटिव टर्मिनल से जुड़ा होता है। प्रतिरोधक के टर्मिनल सीधे वोल्टेज स्रोत से जुड़े होते हैं और LDR नेगेटिव टर्मिनल से जुड़ा होता है। एक बार जब LDR सर्किट सीधे बैटरी से जुड़ जाता है तो यह प्रकाश की उपस्थिति को महसूस कर सकता है। इसके बाद, प्राप्त होने वाले प्रकाश (सूर्य के प्रकाश) की मात्रा कम होने पर LED अपने आप चालू हो जाती है।

ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टरबाइन अनुप्रयोग

निम्नलिखित ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टर्बाइनों के प्रकार के आदर्श अनुप्रयोगों की सूची है।

• छोटी पवन ऊर्जा परियोजनाओं और कम व्यापक पवन ऊर्जा प्रतिष्ठानों में
• आवासीय भवनों के निर्माण या उपयोग में।
• अस्थिर मौसम या वायु की स्थिति वाले क्षेत्रों में बिजली उत्पन्न करने के लिए।

ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टरबाइन के लाभ

ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टरबाइन के लाभ इस प्रकार हैं:

1. सर्वदिशात्मक रोटर

VAWT में लगे रोटर ब्लेड किसी भी दिशा से आने वाली हवा को ग्रहण करने में सक्षम होते हैं । इस प्रकार, ये टर्बाइन तूफानी और अशांत हवाओं जैसी अस्थिर मौसम स्थितियों में भी बिजली उत्पन्न कर सकते हैं। इसके अलावा, ये तटीय और पहाड़ी क्षेत्रों के लिए भी आदर्श हैं।

2. निकट अंतराल

प्रत्येक टरबाइन को हवा की दिशा में 5 व्यास की दूरी पर और नीचे की ओर लगभग 10 व्यास की दूरी पर रखा जाता है। यह दूरी प्रणाली वायु प्रवाह में व्यवधान से बचने में सहायक होती है। इससे टरबाइनों के आपस में टकराने के कारण हवा की गति में कमी आने की संभावना भी कम हो जाती है। कम दूरी पर टरबाइन लगाने से, ऊर्ध्वाधर अक्षीय पवन टरबाइन प्रति वर्ग मीटर भूमि पर अधिक ऊर्जा प्रभावी ढंग से प्राप्त कर पाती हैं।

स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय में मैकेनिकल इंजीनियरिंग की डॉक्टरेट छात्रा अन्ना क्रेग द्वारा 2017 में किए गए एक शोध के अनुसार , क्षैतिज अक्षीय पवन टर्बाइनों (व्यास-भिन्न दूरी पर स्थित) के समूह की तुलना में वीएडब्ल्यूटी प्रति इकाई भूमि पर 10 गुना अधिक बिजली उत्पन्न कर सकता है ।

3. कम प्रारंभिक हवा की गति

ऊर्ध्वाधर अक्ष टर्बाइनों की प्रारंभिक पवन गति 2 से 3 मीटर/सेकंड होती है, जिससे वे कमजोर हवा की स्थिति में भी बिजली उत्पन्न कर सकते हैं। हालांकि धीमी पवन गति पर कुल उत्पादन कम होता है, फिर भी ये टर्बाइनें अपने समकक्षों की तरह कमजोर हवा की स्थिति में भी बेकार नहीं होतीं।

4. पर्यावरण पर कम प्रभाव

ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टर्बाइनें पारंपरिक टर्बाइनों से छोटी होती हैं । शाफ्ट के चारों ओर निर्मित होने के कारण, रोटर ब्लेड छाया नहीं बनाते हैं। पक्षी भी ब्लेड को आसानी से देख सकते हैं, जिससे दुर्घटनाओं की संभावना कम हो जाती है । साथ ही, VAWT सबसे कम शोर करती हैं, इसलिए इनसे ध्वनि प्रदूषण नहीं होता है।

5. स्थापित करने और बनाए रखने में आसान

अपने छोटे आकार के कारण, इन टर्बाइनों का परिवहन, स्थापना और रखरखाव आसान है । एक बड़ा ट्रक एक बार में पूरी टर्बाइन को आसानी से ले जा सकता है। इसकी मरम्मत या रखरखाव के लिए अत्यधिक ऊँचाई पर चढ़ने की आवश्यकता नहीं होती है। इस प्रकार, ऊर्ध्वाधर अक्ष टर्बाइनों का रखरखाव आसान है।

6. स्थापना पर कम प्रतिबंध

अपने आकार के कारण, ऊर्ध्वाधर अक्षीय पवन टर्बाइनें अन्य टर्बाइनों की तुलना में आसानी से स्वीकृत हो जाती हैं । विभिन्न क्षेत्रों में निर्माण की अधिकतम ऊंचाई के लिए अलग-अलग नियम और विनियम हैं। चूंकि ऊर्ध्वाधर टर्बाइनें बहुत ऊंची नहीं होती हैं, इसलिए अधिकांश राज्यों में इनका निर्माण स्वीकृत है।

7. सौन्दर्यात्मक आकर्षण

ऊर्ध्वाधर पवन टर्बाइनों में आधुनिक ज्यामितीय डिजाइन होते हैं जो उन्हें बेहतर प्रदर्शन और आकर्षक रूप प्रदान करते हैं। इनका स्वरूप आसपास के स्कूल/कॉलेज परिसरों, पार्कों और अन्य भवनों जैसी संरचनाओं के साथ सहजता से मेल खाता है।

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ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टरबाइन के नुकसान

कई जगहों पर फायदेमंद होने के बावजूद, ऊर्ध्वाधर अक्ष वाली पवन टर्बाइनों के नुकसान उनके प्रदर्शन को बाधित करते हैं। आइए जानें।

1. कम रोटेशन दक्षता

अपने रोटर डिज़ाइन के कारण, सभी ब्लेडों को एक साथ हवा नहीं मिलती । हवा की दिशा में स्थित ब्लेड घूमते हैं जबकि अन्य ब्लेड उनका अनुसरण करते हैं, जिससे घूर्णन दक्षता कम हो जाती है। इसके अलावा, सैवोनियस पवन टर्बाइनों में ब्लेड की चौड़ी सतहों के कारण अधिक घर्षण होता है।

2. कम हवा की गति तक पहुंच

VAWT (वाइन एट्रियल विंड टर्बाइन) जमीन पर स्थापित किए जाते हैं, इसलिए वे अधिक ऊंचाई पर बहने वाली तेज हवाओं का उपयोग नहीं कर सकते । इससे टर्बाइनों का कार्य कम हवा की गति तक ही सीमित हो जाता है।

3. घटकों का शीघ्र खराब होना

ऊर्ध्वाधर पवन टरबाइनें आबादी वाले क्षेत्रों में ज़मीन पर स्थापित की जाती हैं, इसलिए उन्हें कंपन और अशांति जैसी समस्याओं का सामना करना पड़ता है । ब्लेडों को अधिक बल सहन करना पड़ता है, और मस्तूल तथा रोटर के बीच लगे बेयरिंग पर भी अधिक दबाव पड़ता है। इससे कभी-कभी ब्लेडों में दरारें या टेढ़ापन आ जाता है।

4. कम समग्र दक्षता

ऊर्ध्वाधर अक्षीय पवन टर्बाइनों की दक्षता क्षैतिज अक्षीय पवन टर्बाइनों (HAWT) की तुलना में कम होती है, जिसका कारण उनकी डिजाइन और परिचालन संबंधी विशेषताएं हैं।

5. मैनुअल-स्टार्टिंग मैकेनिज्म

डैरियस पवन टर्बाइनों में मैन्युअल स्टार्टिंग मैकेनिज्म होता है क्योंकि उनके विंग डिज़ाइन में ऑटोरोटेशन के लिए पर्याप्त टॉर्क नहीं बनता है। वे सवोनियस और क्षैतिज टर्बाइनों की तरह स्वचालित रूप से शुरू नहीं होते हैं।

इसलिए, 2 प्रकार के ऊर्ध्वाधर अक्ष पवन टर्बाइन सड़कों और राजमार्गों पर बिजली पैदा करने के लिए एक टिकाऊ और आसान समाधान हैं। हालाँकि, उनका डिज़ाइन और निर्माण उनके पक्ष में और उनके खिलाफ दोनों काम करता है। फिर भी, वे अभी भी जीवाश्म ईंधन आधारित समाधानों की तुलना में बेहतर विकल्प हैं।

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