જળવિદ્યુત : દ્રવચાલિત (hydraulic) ઊર્જાના રૂપાંતરણથી પ્રાપ્ત થતી વિદ્યુત. ઊંચા સ્થાનેથી નીચા સ્થાને પડતા પાણીની સ્થિતિઊર્જાનું ગતિઊર્જામાં રૂપાંતર થતું હોય છે, જેનું જનિત્ર (generator) વડે વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરણ કરવામાં આવે છે.
નદી, સરોવર અને સમુદ્રના પાણીનું સૂર્યના તાપથી બાષ્પીભવન થાય છે અને બાષ્પનાં વાદળ રચાય છે, જે વરસાદના પાણી રૂપે પૃથ્વી ઉપર પરત આવે છે. આ પાણી વધુ ઊંચાઈએથી નીચાણ તરફ વહે છે અને અંતે તે સમુદ્રમાં એકત્રિત થાય છે.
h મીટર ઊંચાઈએ રહેલા m કિલોગ્રામ દળના પાણીની સ્થિતિ ઊર્જા mgh જૂલ હોય છે. અહીં g પૃથ્વીનો ગુરુત્વપ્રવેગ છે જેનું મૂલ્ય 9.80 મીટર / સેકન્ડ2 છે. જનરેટર ટર્બાઇનને દર સેકન્ડે m કિગ્રા. પાણી મળતું હોય ત્યારે પાવર (કાર્યત્વરા) P = Qgh વૉટ છે, જ્યાં Q = 103 (કિગ્રા / સેકન્ડ) = 1 (મીટર3 / સેકન્ડ) છે, કારણ કે MKS માપપદ્ધતિમાં પાણીની ઘનતા 103 (કિગ્રા / મીટર3) હોવાથી 103 (કિગ્રા / સેકન્ડ) = 1 (મીટર3 / સેકન્ડ) છે. આ ઉપરથી સ્પષ્ટ થાય છે કે જળવિદ્યુત યોજના વડે પ્રાપ્ત થતો પાવર (એક સેકન્ડમાં પ્રાપ્ત થતી ઊર્જા) દર સેકન્ડે મળતા પાણીના જથ્થા ઉપર આધારિત છે. પાણીનો પ્રવાહ સતત મળતો નથી, આથી વરસાદના પાણીને બંધ (dam) જેવા જળાશય(reservoir)માં એકત્રિત કરવામાં આવે છે. વિદ્યુતપાવરનું ઉત્પાદન બંધમાં પાણીની આવક અને એકત્રિત થયેલા પાણીની સપાટીની ઊંચાઈ એ બંને ઉપર આધારિત છે.
જળવિદ્યુત પાવર પ્લાન્ટના મુખ્ય ભાગ નીચે પ્રમાણે છે, જે આકૃતિમાં દર્શાવ્યા છે :
(1) પ્રોત્કર્ષ ટાંકી (surge tank) : આ ટાંકીના પાણીની સપાટી બંધના પાણીની સપાટી સુધી હોય છે. બંને સપાટીઓ લગભગ સમાન ઊંચાઈએ હોઈ ટર્બાઇન ઉપર પાણી પડતું નથી અને તે સુરક્ષિત રહે છે. તદુપરાંત પાણીની ગતિ બદલવાની ક્રિયાને તે અવરોધે છે. આ રીતે, તે એક ગતિપાલક ચક્ર(fly wheel)ની જેમ વર્તે છે.
(2) પેનસ્ટોક (penstoke) : પેનસ્ટોકની મદદથી જળાશયના પાણીને ટર્બાઇન સુધી લઈ જવામાં આવે છે. ઊંચા દબાણે કામ કરતો સ્ટીલનો અને નીચા દબાણે કામ કરતો સિમેન્ટ પાઇપનો એમ બે પ્રકારના પેનસ્ટોક હોય છે. પાણીનાં જથ્થા, ગતિ અને દબાણને અનુલક્ષી તેનાં પરિમાણ નક્કી કરીને તેની રચના કરવામાં આવે છે.
(3) વધારાનું પાણી વહેવડાવવાની નીક (spill way) : વધારે પડતું પાણી જળાશયમાં જમા થાય તો તે છલકાય છે. તેથી એકત્રિત થતા વધારાના પાણીને વહેવડાવવા માટે નીક તૈયાર કરવામાં આવે છે. આવી નીક દ્વારા વધારાનું પાણી વહી જતાં જળાશય છલકાતું નથી.
જળવિદ્યુત પાવર પ્લાન્ટની રેખાકૃતિ
(4) મૂળ ચાલક (prime mover) ટર્બાઇન : ઊંચાઈએ સ્થિર રહેલું પાણી સ્થિતિઊર્જા ધરાવે છે. આવા પાણીને નીચે જનિત્રના ઘૂર્ણક (rotar) ઉપર પડવા દેવામાં આવે તો સ્થિતિઊર્જાનું ગતિઊર્જામાં રૂપાંતર થાય છે અને ઘૂર્ણક ભ્રમણ કરી ગતિ પ્રાપ્ત કરે છે.
સામાન્યત : ટર્બોજનિત્રની ઝડપ 3000 rpm (revolutions per minute પરિભ્રમણ પ્રતિ મિનિટ) હોય છે, પણ જળવિદ્યુતના જનિત્રની ઝડપ આના પ્રમાણમાં ખૂબ ઓછી હોય છે. આવા જનિત્રનો વ્યાસ પ્રમાણમાં વધુ અને લંબાઈ ઓછી હોય છે.
ઉત્પાદન વિદ્યુતદબાણ (generation voltage) 11 કિલોવોલ્ટ હોય છે. રૂપાંતરક(transformer)ની મદદથી તેનું ઉચ્ચયન (step up) કરવામાં આવે છે અને પ્રવહન (transmission) માટે જરૂરી હોય તેટલા વિદ્યુતદબાણ સુધી વધારવામાં આવે છે. ત્યારબાદ પ્રવહન તારનાં દોરડાં (transmission lines) દ્વારા પાવરને દૂર સુધી લઈ જવામાં આવે છે.
(5) પુચ્છ વિભાગ (tail race) : મૂળ ચાલકને ગતિ આપ્યા પછી આ વિભાગ, પાણીને નદીમાં જવાનો માર્ગ આપે છે. ટર્બાઇનના પ્રકારને અનુલક્ષી પુચ્છ વિભાગમાં પાણીનું સમતલ નક્કી કરવામાં આવે છે. આને કારણે પાણીના માર્ગમાં પાણીનું દબાણ ઘટી જતાં પાણીના બાષ્પીભવનની સમસ્યા ઊભી થતી નથી.
(6) જનિત્ર (generator) : જળવિદ્યુતના જનિત્રને સ્થિતક (stator), ઘૂર્ણક (rotar) અને શીતકપ્રણાલી (cooling system) હોય છે. 0.9થી 0.95 જેટલા ઊંચા કાર્યત્વરાગુણક (power factor) પર જનિત્રને ચલાવવામાં આવે છે. જેથી તેના ઘૂર્ણક પર આવેલ ઉત્તેજન કુંડલન (exciter winding) અને તેને પ્રવાહ આપનાર ઉત્તેજકનું કદ (size) ઘટાડી શકાય છે. સ્થિતક પરથી 50 CPS(cycle per second)નો પ્રત્યાવર્તી (alternate current), 11 કિલોવોલ્ટનો 3 પ્રાવસ્થા(phase)નો પાવર મળે છે. તેને વિદ્યુતસાંકળ (grid) સાથે જોડી સમક્રમિત (synchronised) કરવામાં આવે છે. આવાં જનિત્ર નાનાં હોવાથી હવાની મદદથી ઠંડાં પાડવામાં આવે છે.
જળવિદ્યુત કાર્યત્વરા સંયંત્ર (hydraulic power plant) મહત્ત્વની યોજના છે. કારણ કે પાણીનો વિપુલ જથ્થો પ્રાપ્ય હોય ત્યારે આવી યોજના આખો દિવસ કામ આપે છે. પાણી ઓછું હોય ત્યારે આવી યોજના ઉચ્ચતમ ભારણ(peak load)ના સમય દરમિયાન ચાલુ કરવામાં આવે છે. આ રીતે ચોમાસામાં જળવિદ્યુત યોજનાથી પૂરનિયંત્રણની સાથે પાવરનું ઉત્પાદન પણ થાય છે. બાકીના સમયમાં તેનો ઉપયોગ ઉચ્ચતમ ભારણ દરમિયાન તંત્રનો ઉદભારગુણક (load factor) સુધારવા માટે થાય છે.
સમગ્ર વિસ્તારમાં અનુક્રમિક અવરોધ(sequential tripping)થી પાવર જતો રહે ત્યારે જળવિદ્યુત યોજનાથી પાવર ઉત્પન્ન કરીને ઉષ્મીય તંત્રની સહાયક (auxiliary) પ્રણાલી શરૂ કરી દેવાય છે. તે રીતે એક પછી એક ઉષ્મીય તંત્રને ફરી શરૂ કરી શકાય છે.
જરૂર પડે ત્યારે આવા પ્લાન્ટ ચાલુ કરી શકાય છે. અલ્પ સમયમાં, બે મિનિટમાં, તે પોતાની પૂરતી ક્ષમતાથી કાર્યરત બને છે. એટલે કે તે પોતાના કાર્ય માટે સતત તૈયાર હોય છે.
ભારતમાં જળવિદ્યુત માટે ઘણી સારી તકો છે. હિમાલયનો બરફ ઓગળતાં ઉત્તરપ્રદેશમાં કેટલીક નદીઓ બારમાસી હોય છે. જળવિદ્યુત માટે તૈયાર કરવામાં આવતા બંધની સ્થાપનાનું ખર્ચ વધારે હોય છે. પણ આવી યોજના એક વખત ચાલુ થયા પછી નજીવા ખર્ચે તેનો નિભાવ કરી શકાય છે. આ રીતે મળતી વિદ્યુત શુદ્ધ અને પ્રમાણમાં સસ્તી હોય છે.
મહારાષ્ટ્ર, કર્ણાટક, કેરલમાં જળવિદ્યુત યોજનાઓ છે. ગુજરાતમાં ઉકાઈ ખાતે 300 મેગાવૉટ અને કડાણા ખાતે 240 મેગાવૉટ જળવિદ્યુત ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે. નર્મદા સરોવર યોજના વડે 1250 મેગાવૉટ જળવિદ્યુતનો અંદાજ છે. પંજાબમાં ભાખરા-નાંગલ જળવિદ્યુત યોજના વડે 600 મેગાવૉટ વિદ્યુત પેદા કરવામાં આવે છે.
બ્રિટન આવી ઘણી જળવિદ્યુત યોજનાઓ ધરાવે છે. રશિયા અને યુ.એસ.માં 1200થી 2500 મેગાવૉટની જંગી યોજનાઓ છે.
દરિયાનાં મોજાં વડે પણ જળવિદ્યુત પેદા કરી શકાય છે. જળવિદ્યુત ઉત્પન્ન કરવાથી પર્યાવરણને હાનિ પહોંચતી નથી.
વેલજીભાઈ બાબરિયા