हाइड्रोलिक हेड नदियों, नालों या झीलों में पानी की ऊर्जा का माप है । यह बहते जल निकाय में जल स्तर को दर्शाता है। सरल शब्दों में, यह किसी बिंदु से ऊपर पानी के स्तंभ की ऊंचाई को मापता है और आमतौर पर मीटर (या अमेरिका में फीट) में व्यक्त किया जाता है। जब जल स्तर या हाइड्रोलिक हेड अधिक होता है, तो उस विशेष स्थान पर अधिक ऊर्जा उपलब्ध होती है।
ऊर्जा संयंत्रों में, प्राप्त ऊर्जा की मात्रा जलाशय के ऊपरी जलस्तर और बांध के नीचे के निचले जलस्तर के बीच के अंतर पर निर्भर करती है। यहाँ जिस अंतर की बात हो रही है, उसे हाइड्रोलिक हेड अंतर कहा जाता है। यह उस ऊर्जा की मात्रा को दर्शाता है जिसे टरबाइन और जनरेटर का उपयोग करके बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है। आगे की गणनाओं से पता चलता है कि दूरी के अलावा, हेड लॉस नामक विभिन्न प्रकार के नुकसान भी ऊर्जा दोहन को प्रभावित करते हैं।
क्योंकि जलाशय में पानी ऊँचाई पर होने के कारण टेल रेस में पानी की तुलना में अधिक क्षैतिज गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा रखता है। पेनस्टॉक से नीचे आने वाले जलाशय के पानी की गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा टर्बाइनों को चलाने और बिजली उत्पादन के लिए आवश्यक ऊर्जा उत्पन्न करती है। बर्नौली के समीकरण का उपयोग करके, इस प्रक्रिया को यहाँ दर्शाया गया है। सामान्यतः, एक हाइड्रोलिक हेड एक गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा इकाई के बराबर होता है - इस मामले में, यह जल भंडारण होगा।
हाइड्रोइलेक्ट्रिक पावर समीकरण हाइड्रोलिक हेड के मान का उपयोग करके अनुमानित उपलब्ध शक्ति देता है। यह कारक समीकरण में एक भूमिका निभाता है जिसे इस प्रकार दर्शाया गया है:
पी = ρQgΔh
कहाँ:
- P - वह दर जिस पर शक्ति की गणना की जा रही है और माप को जूल प्रति सेकंड में व्यक्त किया जाता है जिसे W के रूप में जाना जाता है।
- Δh – मीटर में मापे गए बांध या टरबाइन में हाइड्रोलिक हेड अंतर को दर्शाता है।
- ρ – यह kg/m3 में मापे गए तरल के घनत्व पर निर्भर करता है।
- Q - मीटर प्रति सेकंड (m3/s) में मापे गए पानी के आयतनीय निर्वहन या प्रवाह दर को दर्शाता है।
- g - गुरुत्वाकर्षण के त्वरण को दर्शाता है, जिसे मीटर प्रति वर्ग सेकंड में मापा जाता है।
यह समीकरण बताता है कि शीर्ष में अधिक अंतर जलाशयों में संग्रहित यांत्रिक ऊर्जा की क्षमता को बढ़ाता है।
हाइड्रोलिक हेड के प्रकार
हाइड्रोलिक हेड के अंतर के आधार पर बांधों के तीन वर्गीकरण हैं: मध्यम और निम्न। इन हाइड्रोलिक हेड प्रकारों के बारे में आगे की जानकारी बाद में चर्चा की जाएगी।
1. उच्च सिर
जब जलस्तर में सौ मीटर से अधिक का अंतर होता है , तो इसे उच्च-जलस्तर कहा जाता है। पिछले प्रकार के विपरीत, इस संयंत्र में बहने वाला पानी आमतौर पर आसपास के वातावरण से अधिक ऊँचाई से लिया जाता है, जिसका अर्थ है कि समान ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए कम मात्रा की आवश्यकता होती है। चूंकि ऐसे सिस्टम में पानी तेज गति से नहीं बहता है, इसलिए छोटे टर्बाइन की आवश्यकता होती है।
पानी को भी लंबे पेनस्टॉक का उपयोग करके कुछ दूरी तय करनी पड़ती है, क्योंकि छोटी टर्बाइन और संकरा पेनस्टॉक भी हवा की जेबों के निर्माण की ओर ले जाएगा जिससे दक्षता कम हो जाती है। ज़्यादातर, बड़े जलविद्युत संयंत्र उच्च और मध्यम हेड वाले होते हैं।
2. मध्यम सिर
मध्यम जलस्तर प्रणालियों में, जलस्तर का अंतर 10 से 100 मीटर तक होता है। मध्यम जलस्तर वाले बांध में पेनस्टॉक को ध्यान में रखते हुए, उच्च जलस्तर वाले बांध की तुलना में ऊंचाई में गिरावट कम होती है। इस प्रकार का बांध पर्याप्त मात्रा में पानी और पानी की ऊंचाई में भारी कमी का लाभ उठाता है।
3. कम सिर
सामान्यतः इन प्रणालियों में 10 मीटर से कम ऊँचाई वाले कम जलस्तर के बांध होते हैं। इसी कारण, कम जलस्तर वाले जल-टर्बाइन आमतौर पर उन परिचालनों में उपयोग किए जाते हैं जिनमें नदियों को बिना जलस्तर बढ़ाए प्रवाहित किया जाता है।
एक सामान्य लो-हेड सिस्टम बहुत सारा पानी ले जाता है, इसलिए पानी की ऊर्जा को कुशलतापूर्वक बिजली में बदलने के लिए बड़ी टर्बाइनों की आवश्यकता होती है। इन प्रतिष्ठानों के लिए पानी को बांधने की आवश्यकता नहीं होती है क्योंकि कम पानी को संग्रहीत करने की आवश्यकता होती है।
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हाइड्रोलिक हेड हानियाँ
पाइपों के भीतर घर्षण के कारण ये हानियाँ होती हैं । इन ताप हानियों को ध्यान में रखने से पानी में ऊर्जा की मात्रा कम हो जाती है। हानियों को ध्यान में रखते हुए ताप के इस समायोजित मान को प्रभावी ताप कहा जाता है।
प्रभावी हेड, कुल हेड में से हेड की सभी हानियों को घटाने के बराबर होता है। सभी जलविद्युत संयंत्रों में हेड हानि होती है, जिसे मुख्य और गौण हेड हानि में विभाजित किया जाता है। हाइड्रोलिक हेड हानियों को मापा, परिकलित किया जाता है और हाइड्रोलिक हेड के बराबर ही व्यक्त किया जाता है, उदाहरण के लिए जल मीटर की समतुल्य ऊँचाई के रूप में । इसके लिए कुल सकल शक्ति में से हेड हानि के कारण बर्बाद हुई शक्ति को घटाना आवश्यक है; तब हमें वास्तविक शुद्ध शक्ति प्राप्त होती है जिसे हम उपयोग कर सकते हैं। समीकरण को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:
P नेट = P ग्रॉस − P लॉस
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शीर्ष हानि के प्रकार
शीर्ष हानि के प्रकार हैं:
प्रमुख ताप हानियाँ: अधिकांश प्रमुख ताप हानियाँ पाइपों में घर्षण के कारण होती हैं, और ये पाइपलाइन की लंबी दूरी तक फैली होती हैं, उदाहरण के लिए पेनस्टॉक में।
मामूली ताप हानि: घर्षण के अलावा किसी भी अन्य स्रोत से होने वाली मामूली ताप हानि। संक्षेप में, पाइप के मुड़ने या पानी की गति में परिवर्तन होने पर किसी न किसी प्रकार की हानि होती है, जिसे मामूली हानि कहा जाता है।
हालांकि, ऐसे मामले भी मौजूद हैं, जिनमें प्रमुख हेड हानियां छोटी हानियों से कम होती हैं, लेकिन वे मिलकर हाइड्रोलिक बांध के कुल विद्युत उत्पादन का निर्धारण करते हैं, जो उनके नाम से प्रतीत नहीं होता।
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