टर्बाइन एक ऐसी मशीन है जो घूमते हुए तरल पदार्थ की गतिज ऊर्जा को रोटर सिस्टम के माध्यम से उपयोगी कार्य या ऊर्जा में परिवर्तित करती है। मैकेनिकल गियरिंग या इलेक्ट्रोमैग्नेटिक इंडक्शन टर्बाइन को इस तरह से बिजली उत्पन्न करने की अनुमति देता है। टर्बाइन के विभिन्न प्रकार हैं लेकिन प्रचलित टर्बाइन को क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर-अक्ष पवन टर्बाइन के रूप में वर्गीकृत किया जाता है। इस लेख में, आप क्षैतिज अक्ष पवन टर्बाइनों के बारे में सब कुछ जानेंगे, उनके कार्य, और क्षैतिज अक्ष पवन टर्बाइन के प्रकार भी जानेंगे।
क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन क्या है?
आजकल सबसे ज़्यादा प्रचलित पवन टरबाइन क्षैतिज अक्षीय पवन टरबाइन (HAWT) है। HAWT में वायुगतिकीय ब्लेडों (यानी, एयरफ़ॉइल) से युक्त एक रोटर होता है; यह रोटर हवा की दिशा में या उससे विपरीत दिशा में घूम सकता है। उच्च-ऊंचाई वाले पवन टरबाइनों में आमतौर पर दो या तीन ब्लेड होते हैं जो बहुत तेज़ गति से घूमते हैं। हवा की दिशा में घूमने वाले रोटरों पर शंकु के आकार के ब्लेड लगे होते हैं जिससे टरबाइन स्वयं हवा की दिशा में उन्मुख हो जाता है, जबकि हवा के विपरीत दिशा में घूमने वाले रोटरों को सही दिशा में घूमने के लिए यॉ या टेल वेन की आवश्यकता होती है। हालांकि, कम गति पर हवा की दिशा में घूमने वाले रोटरों में हवा के साथ संरेखण के दौरान भटकने की समस्या देखी गई है, जिसके परिणामस्वरूप उन गतियों पर ऊर्जा उत्पादन कम हो जाता है।
HAWT में क्षैतिज रूप से माउंट किए गए शाफ्ट होते हैं जो जमीन के लंबवत होते हैं। VAWT की तरह HAWT में भी दो या तीन ब्लेड हो सकते हैं। आज तक, तीन-ब्लेड वाला HAWT सबसे प्रभावी डिज़ाइन साबित हुआ है, हालाँकि, दो-ब्लेड वाला रोटर और हवा के सामने वाला रोटर मॉडल दोनों को कुछ सफलता मिली है। नैसेल का टर्बाइन या तो हवा के ऊपर (सामने) या हवा के नीचे (पीछे) हो सकता है। डाउनविंड डिवाइस में मैकेनिकल ओरिएंटेशन सिस्टम की कोई ज़रूरत नहीं है क्योंकि वे हमेशा हवा की दिशा में इशारा करते हैं। हवा के झोंकों से लगातार हिलना सबसे बड़ी कमी है क्योंकि इससे अधिक थकान होती है। अब आइए क्षैतिज अक्ष वाले पवन टर्बाइन के प्रकारों के बारे में जानें।
क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन के प्रकार क्या हैं?
क्षैतिज अक्ष वाली पवन टर्बाइनों का डिज़ाइन बहुत ही प्रभावशाली है और ये बाज़ार में काफ़ी मशहूर हैं। अन्य पवन टर्बाइनों की तरह, क्षैतिज अक्ष वाली पवन टर्बाइनों के भी कई प्रकार हैं। ये प्रकार इस प्रकार हैं-
1. अपविंड टर्बाइन
अपविंड पवन टरबाइन का रोटर टावर के शीर्ष पर स्थापित होता है । इस टरबाइन का मुख्य उद्देश्य हवा को टावर के पिछले हिस्से पर छाया डालने से रोकना है। चूंकि यह कठोर होता है और टावर से कुछ दूरी पर स्थित होता है, इसलिए वर्तमान में अधिकांश HAWT (हॉट विंड टर्बाइन) में इसी संरचना का उपयोग किया जाता है।
2. डाउनविंड टर्बाइन
डाउनविंड टरबाइन का रोटर संरचना के आधार पर स्थित होता है । यह टरबाइन हवा को पहले टावर की ओर और फिर रोटर ब्लेड की ओर निर्देशित करता है। रोटर के टावर की विंड शेड से गुजरने के कारण, इस पवन टरबाइन में पवन ऊर्जा में कुछ उतार-चढ़ाव आते हैं। यहां, पवन ऊर्जा में उतार-चढ़ाव टावर के नैसेल के पीछे रोटर की स्थिति के कारण होते हैं। इससे आपको क्षैतिज अक्षीय पवन टरबाइन के प्रकारों को समझने में मदद मिली होगी।
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क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन का कार्य सिद्धांत क्या है?
क्षैतिज अक्षीय पवन टरबाइन के प्रकारों को समझने के बाद, आइए अब इसके कार्य सिद्धांत के बारे में भी जानें। रोटर द्वारा पवन ऊर्जा को टॉर्क में परिवर्तित किया जाता है , जिसे फिर एक धीमी गति से चलने वाले शाफ्ट में स्थानांतरित किया जाता है। नैकेल गियरबॉक्स, उच्च गति वाले शाफ्ट और जनरेटर की सुरक्षा करता है, जो कम गति वाले शाफ्ट से शक्ति प्राप्त करते हैं। ब्लेड रोटर और शाफ्ट से जुड़े होते हैं। इस शाफ्ट को कम गति वाला शाफ्ट कहा जाता है क्योंकि घूर्णनशील असेंबली हवा द्वारा केवल 10 से 20 आरपीएम की धीमी गति से घूमती है।
वांछित आउटपुट आवृत्ति 60 हर्ट्ज़ प्राप्त करने के लिए, कम गति वाले शाफ्ट को गियरबॉक्स से जोड़ा जाता है, जिसमें गियरों की एक प्रणाली होती है जो शाफ्ट की आउटपुट गति को लगभग 1,800 आरपीएम (या 50 हर्ट्ज़ की आवृत्ति पर 1,500 आरपीएम) तक बढ़ा देती है। इसी कारण, गियरबॉक्स से निकलने वाले शाफ्ट को अक्सर उच्च गति वाला शाफ्ट कहा जाता है। अंत में, उच्च गति वाले शाफ्ट को जनरेटर से जोड़ा जाता है , जो घूर्णी गति को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित करता है। यदि इस गति का उपयोग सीधे जनरेटर को घुमाने के लिए किया जाता है, तो एसी आउटपुट की आवृत्ति जनरेटर के घूमने की दर के ठीक समानुपाती होती है।
उदाहरण के लिए, डायरेक्ट-ड्राइव विंड टर्बाइन, आमतौर पर AC के बजाय DC जनरेटर का उपयोग करते हैं, और उनमें गियरबॉक्स नहीं होता है। यह स्पष्ट नहीं है कि AC-to-DC कनवर्टर इनका हिस्सा है या नहीं (जो टावर बेस पर स्थित हो सकता है)। औद्योगिक टर्बाइनों में नियंत्रक के रूप में एक प्रोग्रामेबल लॉजिक कंट्रोलर (PLC) या कंप्यूटर का उपयोग किया जाता है। एनीमोमीटर की रीडिंग का उपयोग नियंत्रक द्वारा किया जाता है, जो तब तय करता है कि पवन टर्बाइन को किस दिशा में रखना चाहिए, इसे कितनी ऊर्जा एकत्र करनी चाहिए, और तेज हवाओं के दौरान टर्बाइन को गति देने की अनुमति दी जानी चाहिए या नहीं। यह क्षैतिज अक्ष पवन टर्बाइन कार्य सिद्धांत है। इसके बाद, आइए क्षैतिज अक्ष पवन टर्बाइन घटकों के बारे में जानें।
क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन घटक क्या हैं?
एक क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन के घटकों में आधार, टॉवर, नैसेले, जनरेटर, रोटर ब्लेड, हब, शाफ्ट, गियरबॉक्स और एनीमोमीटर शामिल हैं।
1. आधार: पवन टरबाइन के टावर और अन्य घटकों का वजन काफी टन होता है; इसलिए, उन्हें एक मजबूत आधार पर सुरक्षित रूप से बांधने की आवश्यकता होती है।
2. टावर: एक ऊँची संरचना जो रोटर हब और नैसेल को अपनी जगह पर रखती है। ये स्टील लैटिस, कंक्रीट या ट्यूबलर स्टील से निर्मित हो सकते हैं। क्षैतिज अक्षीय पवन टरबाइन डिज़ाइन का एक महत्वपूर्ण पहलू टावर की ऊँचाई है। टावर की ऊँचाई बढ़ाने से टरबाइन अधिक पवन ऊर्जा अवशोषित कर पाते हैं और अधिक बिजली उत्पन्न करते हैं क्योंकि ऊँचाई के साथ हवा की गति बढ़ती है। पवन प्रणाली की ऊँचाई बढ़ाने से आमतौर पर अधिक बिजली उत्पादन होता है और हवा में अशांति भी कम होती है।
3. रोटर ब्लेड: पवन टरबाइन के ब्लेड हवा की गतिज ऊर्जा को ग्रहण करके उसे यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। ये ब्लेड लकड़ी-एपॉक्सी या पॉलिएस्टर से बने होते हैं जिन्हें फाइबर ग्लास से मजबूत किया जाता है। डिज़ाइन के आधार पर, पवन टरबाइन में एक ब्लेड, दो ब्लेड, तीन ब्लेड या इससे अधिक हो सकते हैं। तीन ब्लेड वाले पवन टरबाइन आमतौर पर उपयोग किए जाते हैं। ये रोटर के केंद्र से जुड़े होते हैं। पहले लोग पानी पंप करने, भोजन पीसने और अन्य कार्यों के लिए कई ब्लेड का उपयोग करते थे।
4. नैसेल: नैसेल टरबाइन के प्रमुख घटकों का आवरण होता है। गियरबॉक्स, उच्च और निम्न गति शाफ्ट, जनरेटर, नियंत्रक और ब्रेक सभी टावर के सबसे ऊपरी भाग में स्थापित होते हैं। नैसेल में हवा की गति मापने के लिए एक एनीमोमीटर और हवा की दिशा का पता लगाने के लिए एक विंड वेन लगा होता है।
5. हब: पवन टरबाइन के शाफ्ट से रोटर ब्लेड को जोड़ने के लिए रोटर हब की आवश्यकता होती है। हब असेंबली में हब, बोल्ट, ब्लेड बेयरिंग, पिच सिस्टम और आंतरिक भाग शामिल होते हैं। रोटर हब के उत्पादन में स्टील, लोहा और जाली स्टील का उपयोग किया जाता है , और वेल्डिंग प्रक्रिया आवश्यक है। रोटर हब के कुछ उदाहरण इस प्रकार हैं:
6. शाफ्ट: शाफ्ट ड्राइव पहियों को शक्ति संचारित करता है। ड्राइव शाफ्ट की खोखली या ठोस स्टील संरचना में टॉर्क और तनाव का स्तर अत्यंत उच्च होता है। ड्राइव शाफ्ट के उपयोग से ब्लेड हब से यांत्रिक ऊर्जा को जनरेटर तक भेजा जा सकता है, जिससे जनरेटर घूर्णन गति को विद्युत धारा में परिवर्तित कर सकता है। आमतौर पर, एक पवन टरबाइन में दो शाफ्ट होते हैं ।
7. गियरबॉक्स: गियरबॉक्स का आउटपुट शाफ्ट जनरेटर से जुड़ा होता है, जो घूर्णी यांत्रिक ऊर्जा को स्थानांतरित करता है। फैराडे का विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का नियम इसके संचालन का मूल सिद्धांत है। यह एक ऐसा उपकरण है जो यांत्रिक ऊर्जा से बिजली उत्पन्न करता है। पवन टरबाइनों के संदर्भ में, गियरबॉक्स के कुछ विशिष्ट प्रकार होते हैं: प्लेनेटरी ट्रांसमिशन, हेलिकल गियरबॉक्स और वर्म गियर वाला ट्रांसमिशन।
8. वायुमापी (एनीमोमीटर): हवा की गतिज ऊर्जा का परिमाण काफी हद तक उसकी गति पर निर्भर करता है। हवा की गति का घन हवा की शक्ति के सीधे समानुपाती होता है। स्थान का चुनाव करते समय, उस क्षेत्र में औसत हवा की गति को ध्यान में रखना महत्वपूर्ण है। वायुमापी एक ऐसा उपकरण है जिसका उपयोग हवा के प्रवाह की गति निर्धारित करने के लिए किया जाता है। आमतौर पर, ये नैसेल के ऊपर लगे होते हैं।
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क्षैतिज अक्ष टर्बाइन का उपयोग किस लिए किया जाता है?
बिजली उत्पादन और ऊर्जा दक्षता को अधिकतम करने के लिए, बड़े पैमाने पर पवन ऊर्जा संयंत्र अक्सर क्षैतिज-अक्ष पवन टर्बाइनों का उपयोग करते हैं। ये पवन टर्बाइन आम तौर पर देखे जाते हैं
- सुविधाओं का निर्माण
- विशाल पवन फार्म
- सरकार द्वारा प्रायोजित इमारतें
अब आप जान चुके हैं कि क्षैतिज अक्षीय टर्बाइन का उपयोग किस लिए किया जाता है। इसके बाद, आप क्षैतिज अक्षीय पवन टर्बाइन के फायदे और नुकसान के बारे में भी जान सकते हैं ।
क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन के लाभ और नुकसान क्या हैं?
अन्य उपकरणों की तरह, क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन के फायदे और नुकसान भी काफी स्पष्ट हैं। आइए यहाँ उनके बारे में विस्तार से जानें।
क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन के लाभ-
1. शक्तिशाली पीढ़ियाँ
उपयोग के आधार पर, क्षैतिज अक्षीय पवन टर्बाइन 2 मेगावाट से 8 मेगावाट तक की विद्युत क्षमता के साथ निर्मित किए जा सकते हैं। 2.5-3.0 मेगावाट क्षमता वाला एक तटवर्ती पवन टर्बाइन प्रति वर्ष लगभग 6 मिलियन किलोवाट-घंटे बिजली उत्पन्न कर सकता है, जो यूरोपीय संघ के 1,500 सामान्य घरों को बिजली प्रदान करने के लिए पर्याप्त है। यह टर्बाइन के आकार और हवा की गति पर निर्भर करता है।
2. पर्याप्त रूप से भरोसेमंद
क्षैतिज अक्ष वाली पवन टर्बाइनें कई वर्षों से बाज़ार पर छाई हुई हैं, इसलिए उनका डिज़ाइन और विकास काफ़ी उन्नत है। क्षैतिज अक्ष वाली पवन टर्बाइनों की व्यावहारिकता और उपयोगिता, जो पहले से ही बाज़ार में उपलब्ध हैं और उनके संभावित भविष्य के विकास की जाँच की जाती है।
3. असाधारण रूप से मजबूत परिचालन हवाएं
क्षैतिज अक्षीय पवन टर्बाइनें अपने रोटरों की ऊंचाई के कारण अधिक गति से हवा प्राप्त करती हैं । इसका अर्थ है कि वे संभवतः अधिक हवा की गति पर कार्य करेंगी, जो उनके प्रदर्शन के लिए आदर्श है। उच्च ऊंचाई पर वायु प्रवाह आमतौर पर स्थिर होता है, जिससे क्षैतिज अक्षीय पवन टर्बाइनें नवीकरणीय ऊर्जा का अधिक विश्वसनीय स्रोत बन जाती हैं।
4. अत्यंत उच्च स्तर पर दक्षता
ऊर्जा को परिवर्तित करने में कुछ न कुछ ऊर्जा का अपव्यय अवश्य होता है। पवन ऊर्जा क्षेत्र में नए उत्पाद विकास का एक प्रमुख लक्ष्य ऊर्जा रूपांतरण की दक्षता को बढ़ाना है। फिलहाल, सबसे अधिक उत्पादक पवन टरबाइन क्षैतिज अक्ष वाली हैं। ये आने वाली पवन ऊर्जा के 40-50 प्रतिशत को उपयोगी बिजली में परिवर्तित करने में सक्षम हैं।
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क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन के नुकसान-
1. इसे स्थानांतरित करना, स्थापित करना और चालू हालत में रखना कठिन है।
क्षैतिज अक्षीय पवन टर्बाइनें बहुत विशाल होती हैं , इसलिए इनके परिवहन और स्थापना में महत्वपूर्ण रसद और तकनीकी बाधाएँ आती हैं। क्षैतिज अक्षीय पवन टर्बाइनों के ब्लेड 70 मीटर तक लंबे और 20 टन तक भारी हो सकते हैं, जिससे पहाड़ी क्षेत्रों की संकरी, घुमावदार सड़कों या शहरी सड़कों पर इन्हें स्थापित करना असंभव हो जाता है, जहाँ आवासीय क्षेत्र, बिजली लाइनें और स्ट्रीट लैंप स्थित होते हैं।
2. पर्यावरण को नुकसान पहुंचाना
क्षैतिज अक्षीय पवन टर्बाइनों का आसपास के पर्यावरण पर क्या प्रभाव पड़ता है, इस विषय पर अभी भी काफी बहस और विवाद जारी है। हवा को चीरते हुए विशाल ब्लेडों की गर्जना, उनसे पड़ने वाली विशाल छाया और आसपास के जीव-जंतुओं और पारिस्थितिक तंत्रों में होने वाली गड़बड़ी, ये सभी चिंता के विषय हैं।
3. समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र में परिवर्तन
अपतटीय पवन टर्बाइनों से समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र में ऐसे परिवर्तन आने की संभावना है, जिन्हें हम अभी तक समझ नहीं पाए हैं, जबकि क्षैतिज अक्ष वाली पवन टर्बाइन ब्लेडें एक प्रकार की समुद्री पारिस्थितिकी तंत्र का प्रतिनिधित्व करती हैं। उड़ने वाले जीवों से टकराने का खतराअनेक अध्ययनों से पता चला है कि संयुक्त राज्य अमेरिका में मानव निर्मित वस्तुओं और प्रथाओं के कारण होने वाली वार्षिक पक्षी मृत्यु में से एक प्रतिशत से अधिक के लिए पवन टर्बाइन सीधे तौर पर जिम्मेदार नहीं हैं।
4. सेटअप के लिए सख्त आवश्यकताएं
पवन टरबाइन के विकास और स्थापना के लिए नियम-कानून बाधा बन सकते हैं, भले ही दुनिया भर की सरकारों ने नवीकरणीय ऊर्जा क्रांति को बढ़ावा देने के लिए प्रोत्साहन प्रदान किए हों। उदाहरण के लिए, क्षैतिज अक्ष वाले पवन टरबाइन के लिए, आस-पास के घरों से आवश्यक दूरी आमतौर पर टरबाइन की पूरी ऊंचाई से चार गुना होती है। शहर सरकार को किसी भी स्थान पर पवन ऊर्जा संयंत्र के निर्माण की अनुमति देने से पहले शोर का अध्ययन करना आवश्यक है। पृष्ठभूमि शोर और पवन टरबाइन द्वारा उत्पन्न होने वाले शोर, दोनों पर विचार करना महत्वपूर्ण है। हालांकि आमतौर पर एक अच्छा मानक होता है, फिर भी नीति राजनीतिक माहौल, सामाजिक माहौल और प्राकृतिक माहौल जैसे कारकों के आधार पर भिन्न हो सकती है।
HAWTs आपके अक्षय ऊर्जा आधारित भविष्य में एक बड़ी भूमिका निभा रहे हैं और निभाएंगे। क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन के फायदे और नुकसान, क्षैतिज अक्ष पवन टरबाइन के प्रकार आदि जैसी तकनीकों के बारे में सभी चीजों को समझना बहुत जरूरी है। वे आपको आने वाले भविष्य के लिए तैयार रहने में मदद करते हैं।
