पवन ऊर्जा क्या है? परिभाषा और यह कैसे काम करता है

पवन ऊर्जा पृथ्वी के वायुमंडल में प्राकृतिक रूप से बहने वाली हवा से प्राप्त होने वाली बिजली है। एक नवीकरणीय संसाधन के रूप में जो उपयोग के माध्यम से समाप्त नहीं होगा, पर्यावरण और जलवायु संकट पर इसका प्रभाव जीवाश्म ईंधन जलाने की तुलना में काफी कम है।

हम 8-फुट पाल के एक सेट जैसी सरल चीज़ बनाकर पवन ऊर्जा बना सकते हैं जो प्रचलित हवाओं को पकड़ने के लिए तैनात की जाती है जो पत्थर में बदल जाती हैं और अनाज (एक चक्की) पीस देती हैं। या, एक पवन ऊर्जा संरचना 150 फुट के वेन जितनी जटिल हो सकती है जो एक जनरेटर को घुमाती है जो बैटरी में संग्रहीत करने या बिजली वितरण प्रणाली पर तैनात करने के लिए बिजली का उत्पादन करती है। यहाँ तक कि ब्लेड रहित पवन टरबाइन भी हैं।

2021 तक, संयुक्त राज्य अमेरिका में 44 राज्यों, गुआम और प्यूर्टो रिको में 67,000 से अधिक पवन टर्बाइन संचालित होते हैं। पवन ऊर्जा तंत्र ने 2020 में अमेरिका में लगभग 8.4% बिजली उत्पन्न की। दुनिया भर में, पवन दुनिया की बिजली की जरूरतों का लगभग 6% प्रदान करता है। पवन ऊर्जा साल-दर-साल लगभग 10% बढ़ रही है और यह चीन, भारत, जर्मनी और संयुक्त राज्य अमेरिका सहित कई देशों में जलवायु परिवर्तन में कमी और टिकाऊ विकास योजनाओं का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।

पवन ऊर्जा परिभाषा

मनुष्य पवन ऊर्जा का उपयोग कई तरीकों से करते हैं, सरल से (यह अभी भी दूरदराज के स्थानों में पशुओं के लिए पानी पंप करने के लिए उपयोग किया जाता है) से लेकर तेजी से जटिल तक – हजारों टरबाइनों के बारे में सोचें जो कैलिफोर्निया में राजमार्ग 580 को काटने वाली पहाड़ियों पर हावी हैं (ऊपर चित्र) .

किसी भी पवन ऊर्जा प्रणाली के बुनियादी घटक काफी हद तक समान होते हैं। कुछ आकार और आकार के ब्लेड एक ड्राइव शाफ्ट और एक पंप या जनरेटर से जुड़े होते हैं जो पवन ऊर्जा का उपयोग या संग्रह करते हैं। यदि पवन ऊर्जा का उपयोग सीधे यांत्रिक बल के रूप में किया जाता है, जैसे अनाज पीसना या पानी पंप करना, तो इसे पवनचक्की कहा जाता है; यदि यह पवन ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करता है, तो इसे पवन टरबाइन के रूप में जाना जाता है। टरबाइन प्रणाली को अतिरिक्त घटकों की आवश्यकता होती है, जैसे बिजली भंडारण के लिए बैटरी, या बिजली लाइनों जैसे बिजली वितरण प्रणाली से जुड़ा होता है।

कोई नहीं जानता कि मानव ने पहली बार हवा का उपयोग कब किया, लेकिन पवन ऊर्जा ने लगभग 5,000 ईसा पूर्व मिस्र की नील नदी पर नावें चलायीं। 200 ईसा पूर्व तक, चीन में लोग साधारण जल पंपों को चलाने के लिए हवा का उपयोग करते थे और मध्य पूर्व के निवासी हाथ से बुने हुए ब्लेड वाली पवन चक्कियों का उपयोग करते थे। अनाज पीसना। समय के साथ, पवन पंपों और मिलों ने वहां कई प्रकार के भोजन का उत्पादन करने में मदद की, और यह अवधारणा यूरोप तक फैल गई, जहां डचों ने आर्द्रभूमि को खाली करने के लिए बड़े पवन पंप बनाए – वहां से यह विचार अमेरिका तक पहुंच गया।

पवन ऊर्जा मूल बातें

हवा प्राकृतिक रूप से तब उत्पन्न होती है जब सूर्य पृथ्वी की सतह में बदलाव और ग्रह के घूमने से वातावरण को गर्म करता है। जल निकायों, जंगलों, घास के मैदानों और अन्य वनस्पतियों और ऊंचाई में परिवर्तन के प्रभाव के कारण हवा बढ़ या घट सकती है। हवा के पैटर्न और गति अलग-अलग इलाकों और मौसम के हिसाब से काफी भिन्न होती हैं, लेकिन उनमें से कुछ पैटर्न योजना बनाने के लिए पर्याप्त रूप से पूर्वानुमानित होते हैं।

साइट चयन

गोलाकार पहाड़ियों की चोटियाँ, खुले मैदान (या अपतटीय हवा के लिए खुला पानी), और पहाड़ी दर्रे (जहाँ हवा प्राकृतिक रूप से फ़नल होती है, जिससे नियमित रूप से तेज़ हवा की गति पैदा होती है) पवन टरबाइन लगाने के लिए सबसे अच्छे स्थान हैं। आम तौर पर, ऊंचाई जितनी अधिक होगी उतना बेहतर होगा, क्योंकि अधिक ऊंचाई पर आमतौर पर अधिक हवा होती है।

पवन टरबाइन स्थापित करने के लिए पवन ऊर्जा पूर्वानुमान एक महत्वपूर्ण उपकरण है। अनेक हवा की गति के मानचित्र और अमेरिका में राष्ट्रीय समुद्री और वायुमंडलीय प्रशासन (एनओएए) या राष्ट्रीय नवीकरणीय ऊर्जा प्रयोगशाला (एनआरईएल) के डेटा ये विवरण प्रदान करते हैं।

स्थानीय पवन स्थितियों का आकलन करने और अधिकतम दक्षता के लिए पवन टरबाइन लगाने की सर्वोत्तम दिशा निर्धारित करने के लिए एक साइट-विशिष्ट सर्वेक्षण करना चाहिए। पवन टरबाइन बनाने का इरादा रखने वाले किसी भी व्यक्ति को कम से कम एक वर्ष तक वांछित स्थान पर हवा की गति, अशांति, दिशा, हवा का तापमान और आर्द्रता पर नज़र रखनी चाहिए। उस जानकारी का मूल्यांकन करने के बाद, टर्बाइनों का निर्माण करना आसान हो जाता है जो पूर्वानुमानित परिणाम देंगे।

टर्बाइन स्थापित करने के लिए हवा ही एकमात्र कारक नहीं है। पवन फ़ार्म के डेवलपर्स को इस बात पर विचार करना चाहिए कि फ़ार्म ट्रांसमिशन लाइनों (और शहर जो बिजली का उपयोग कर सकते हैं) से कितना करीब है; स्थानीय हवाई अड्डों और विमान यातायात में संभावित हस्तक्षेप; अंतर्निहित चट्टान और दोष; पक्षियों और चमगादड़ों के उड़ान पैटर्न; और स्थानीय समुदाय प्रभाव (शोर और अन्य संभावित प्रभाव)।

अधिकांश बड़ी पवन परियोजनाएं अधिक नहीं तो कम से कम 20 वर्षों तक चलने के लिए डिज़ाइन की गई हैं, इसलिए इन कारकों पर लंबी अवधि में विचार किया जाना चाहिए।

पवन ऊर्जा के प्रकार

उपयोगिता स्केल पवन ऊर्जा

ये बड़े पैमाने पर पवन परियोजनाएं हैं जिन्हें उपयोगिता कंपनी के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। वे कोयले से चलने वाले या प्राकृतिक गैस बिजली संयंत्र के दायरे में समान हैं, जिन्हें वे कभी-कभी प्रतिस्थापित या पूरक करते हैं। टर्बाइन आकार में 100 किलोवाट बिजली से अधिक हैं और आमतौर पर महत्वपूर्ण बिजली प्रदान करने के लिए समूहों में स्थापित किए जाते हैं – वर्तमान में, इस प्रकार की प्रणालियाँ संयुक्त राज्य अमेरिका में सभी ऊर्जा का लगभग 8.4% प्रदान करती हैं।

अपतटीय पवन ऊर्जा

ये आम तौर पर उपयोगिता-पैमाने की पवन ऊर्जा परियोजनाएं हैं जिनकी योजना तटीय क्षेत्रों के पानी में बनाई जाती है। वे बड़े शहरों के पास जबरदस्त बिजली पैदा कर सकते हैं (जो संयुक्त राज्य अमेरिका के अधिकांश हिस्सों में तट के करीब जमा होते हैं)। अमेरिकी ऊर्जा विभाग के अनुसार, ज़मीन की तुलना में अपतटीय क्षेत्रों में हवा अधिक लगातार और तेज़ी से चलती है। संगठन के डेटा और गणना के आधार पर, अमेरिका में अपतटीय पवन ऊर्जा की क्षमता 2,000 गीगावाट से अधिक बिजली है, जो सभी अमेरिकी विद्युत ऊर्जा संयंत्रों की उत्पादन क्षमता से दो गुना है। अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा एजेंसी के अनुसार, दुनिया भर में पवन ऊर्जा वर्तमान में उपयोग की जाने वाली मात्रा से 18 गुना अधिक ऊर्जा प्रदान कर सकती है।

लघु स्तर या वितरित पवन ऊर्जा

इस प्रकार की पवन ऊर्जा उपरोक्त उदाहरणों के विपरीत है। ये पवन टरबाइन हैं जो भौतिक आकार में छोटे होते हैं और किसी विशिष्ट साइट या स्थानीय क्षेत्र की ऊर्जा मांगों को पूरा करने के लिए उपयोग किए जाते हैं। कभी-कभी, ये टर्बाइन बड़े ऊर्जा वितरण ग्रिड से जुड़े होते हैं, और कभी-कभी ये ऑफ-ग्रिड होते हैं। आप आवासीय सेटिंग्स में इन छोटे इंस्टॉलेशन (5-किलोवाट आकार) को देखेंगे, जहां वे मौसम के आधार पर घर की कुछ या अधिकतर ज़रूरतें प्रदान कर सकते हैं, और औद्योगिक या सामुदायिक साइटों पर मध्यम आकार के संस्करण (20 किलोवाट या उससे अधिक) देख सकते हैं। जहां वे नवीकरणीय ऊर्जा प्रणाली का हिस्सा हो सकते हैं जिसमें सौर ऊर्जा, भूतापीय, या अन्य ऊर्जा स्रोत भी शामिल हैं।

पवन ऊर्जा कैसे काम करती है?

पवन टरबाइन का कार्य हवा की गतिज ऊर्जा को पकड़ने के लिए कुछ आकार के ब्लेड (जो भिन्न हो सकते हैं) का उपयोग करना है। जैसे ही हवा ब्लेडों के ऊपर से बहती है, वह उन्हें उठा लेती है, ठीक वैसे ही जैसे वह नाव को आगे बढ़ाने के लिए पाल को उठाती है। हवा का वह धक्का ब्लेडों को घुमा देता है और उस ड्राइव शाफ्ट को हिला देता है जिससे वे जुड़े हुए हैं। फिर वह शाफ्ट किसी प्रकार के पंप को घुमाता है – चाहे सीधे पत्थर के टुकड़े को अनाज (पवनचक्की) के ऊपर ले जाना हो या उस ऊर्जा को जनरेटर में धकेलना हो जो बिजली बनाता है जिसे तुरंत इस्तेमाल किया जा सकता है या बैटरी में संग्रहीत किया जा सकता है।

बिजली पैदा करने वाली प्रणाली (पवन टरबाइन) की प्रक्रिया में निम्नलिखित चरण शामिल हैं:

हवा ब्लेडों को धकेलती है

आदर्श रूप से, एक पवनचक्की या पवन टरबाइन नियमित और लगातार हवाओं वाले स्थान पर स्थित है। हवा की वह गति विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए ब्लेडों को धक्का देती है जो हवा को यथासंभव आसानी से उन्हें धक्का देने की अनुमति देती है। ब्लेडों को डिज़ाइन किया जा सकता है ताकि वे अपने स्थान से ऊपर या नीचे की ओर धकेले जा सकें।

गतिज ऊर्जा रूपांतरित होती है

गतिज ऊर्जा वह मुक्त ऊर्जा है जो हवा से आती है। हमें उस ऊर्जा का उपयोग या भंडारण करने में सक्षम होने के लिए, इसे ऊर्जा के उपयोग योग्य रूप में बदलने की आवश्यकता है। जब हवा पवनचक्की के ब्लेडों से मिलती है और उन्हें धक्का देती है तो गतिज ऊर्जा यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। ब्लेड की गति फिर ड्राइव शाफ्ट को घुमाती है।

बिजली उत्पन्न होती है

पवन टरबाइन में, एक स्पिनिंग ड्राइव शाफ्ट एक गियरबॉक्स से जुड़ा होता है जो रोटेशन की गति को 100 गुना तक बढ़ा देता है – जो बदले में एक जनरेटर को घुमाता है। इसलिए, हवा द्वारा धकेले जाने वाले ब्लेडों की तुलना में गियर बहुत तेजी से घूमते हैं। एक बार जब ये गियर पर्याप्त तेज़ गति तक पहुँच जाते हैं, तो वे एक जनरेटर को शक्ति प्रदान कर सकते हैं जो बिजली पैदा करता है।

गियरबॉक्स टरबाइन का सबसे महंगा और भारी हिस्सा है, और इंजीनियर डायरेक्ट ड्राइव जनरेटर पर काम कर रहे हैं जो कम गति पर काम कर सकते हैं (इसलिए उन्हें गियरबॉक्स की आवश्यकता नहीं है)।

ट्रांसफार्मर बिजली परिवर्तित करता है

जनरेटर द्वारा उत्पादित बिजली 60-चक्र एसी (प्रत्यावर्ती धारा) बिजली है। स्थानीय आवश्यकताओं के आधार पर, उसे किसी अन्य प्रकार की बिजली में परिवर्तित करने के लिए एक ट्रांसफार्मर की आवश्यकता हो सकती है।

बिजली का उपयोग या भंडारण किया जाता है

पवन टरबाइन द्वारा उत्पादित बिजली का उपयोग साइट पर किया जा सकता है (छोटी या मध्यम आकार की पवन परियोजनाओं में ऐसा होने की अधिक संभावना है), इसे तुरंत उपयोग के लिए ट्रांसमिशन लाइनों तक पहुंचाया जा सकता है, या इसे बैटरी में संग्रहीत किया जा सकता है।

भविष्य में पवन ऊर्जा में प्रगति के लिए अधिक कुशल बैटरी भंडारण महत्वपूर्ण है। भंडारण क्षमता में वृद्धि का मतलब है कि जिन दिनों हवा कम चलती है, उन दिनों में संग्रहित बिजली इसकी पूर्ति कर सकती है। तब हवा की परिवर्तनशीलता हवा से विश्वसनीय बिजली के लिए कम बाधा बन जाएगी।

पवन फार्म क्या है?

पवन फ़ार्म पवन टर्बाइनों का एक संग्रह है जो एक प्रकार का बिजली संयंत्र बनाता है, जो हवा से बिजली का उत्पादन करता है। किसी स्थापना को पवन फ़ार्म मानने के लिए कोई आधिकारिक संख्या की आवश्यकता नहीं है, इसलिए इसमें एक ही क्षेत्र में काम करने वाले कुछ या सैकड़ों पवन टरबाइन शामिल हो सकते हैं, चाहे वह भूमि पर हो या अपतटीय पर।

पवन ऊर्जा के पक्ष और विपक्ष