વિદ્યુત-પવનચક્કી

વિદ્યુત-પવનચક્કી : પવન-ઊર્જાનો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુત પેદા કરવા માટેની પ્રયુક્તિ. પવનની ઊર્જાનો ઉપયોગ સદીઓ પૂર્વેથી થતો આવ્યો છે. પવનચક્કીનો ઉપયોગ કરીને ખેતરોમાં પાણી પાવામાં આવતું તથા અનાજ દળવામાં આવતું. થોડાં વર્ષોથી પવનની શક્તિનો ઉપયોગ વીજ-ઉત્પાદન કરવાની દિશામાં કરવાના પ્રયત્નો ચાલી રહ્યા છે અને અમુક પ્રમાણમાં પવનશક્તિ(wind-power)-પ્લાન્ટ ચાલી રહ્યા છે. પવનશક્તિ-પ્લાન્ટમાં અમુક મુશ્કેલીઓ છે તે દૂર કરવા માટે સંશોધનો તથા પ્રયત્નો થઈ રહ્યાં છે.

સિદ્ધાંત : પવનશક્તિ પ્લાન્ટમાં ઍરો-ટર્બાઇન હોય છે, જે પવનને લીધે ફરે છે. તેની સાથે ગિયર મારફતે પ્રત્યાવર્તક (alternator) જોડવામાં આવે છે. આથી વિદ્યુત-ઊર્જા ઉત્પન્ન થાય છે.

પવનશક્તિ : પવનશક્તિની શક્યતાઓ જાણવા માટે પસંદ કરેલ પ્રદેશમાં પવનની ઝડપ માપવામાં આવે છે અને પવનની ઝડપ તથા સમયનો આલેખ દોરવામાં આવે છે. આ આલેખ એક વર્ષના ગાળા માટે દોરવામાં આવે છે. આ આલેખ પરથી પવનના સમયગાળા(duration)નો આલેખ દોરવામાં આવે છે. ત્યારબાદ તેને અનુરૂપ જણાતી પવનશક્તિનો આલેખ દોરવામાં આવે છે. આ આલેખ દર્શાવે છે કે મોટાભાગના સમયગાળા દરમિયાન પવનશક્તિ મળે છે; પરંતુ તેનું મૂલ્ય અચળ હોતું નથી. પવન-સમયગાળાની વક્રરેખા (curve) ઉપર વિવિધ ઝડપ દર્શાવવામાં આવે છે. પવનની 30 કિમી. પ્રતિકલાકથી ઓછી ઝડપ તેમ; તેમ 50 કિમી. પ્રતિ કલાકથી વધારે ઝડપ પણ વિદ્યુત-ઉત્પાદન માટે અનુકૂળ નથી.

પવનશક્તિ–પ્લાન્ટના ઘટકો : પવનશક્તિ-પ્લાન્ટના ઘટકો 1. ઍરો-ટર્બાઇન; 2. ગિયર-બૉક્સ; 3. વીજ-જનરેટર અને 4. નિયંત્રક (controller) હોય છે. ઍરો-ટર્બાઇનમાંથી પવન પસાર થવાથી તેની બ્લેડો ભ્રમણ કરે છે. બ્લેડની સંખ્યા બે કે તેથી વધારે હોય છે. તેની ફરવાની ઝડપ પવનની ગતિ ઉપર આધારિત હોય છે. ઍરોટર્બાઇનના મુખ્ય ભાગોમાં બ્લેડ, નાભિ (hub), પિચ ચેઇન્જર, માઉન્ટિંગ વગેરે છે. ઍરોટર્બાઇન ઊંચા થાંભલા પર રાખવામાં આવે છે. તેને ગિયર મારફત વીજ-જનરેટર સાથે જોડવામાં આવે છે. આથી વીજ-જનરેટરની ઝડપ વધે છે.

વીજ-જનરેટર ડી.સી. કે એ.સી. પ્રકારનું હોય છે. એ.સી. જનરેટર તુલ્યકાલીન (સિન્ક્રોનસ) કે વીજપ્રેરણ (induction) પ્રકારનું હોય છે. જનરેટરનો આઉટપુટ (નિર્ગમ) ભાર(load)ને આપવામાં આવે છે અથવા ગ્રીડમાં ‘ફીડ’ કરવામાં આવે છે.

નિયામક દ્વારા વિવિધ પ્રાચલ(parameters)નું નિયમન કરવામાં આવે છે. પવનની ઝડપ, પવનની દિશા, ધરીની ઝડપ, ટૉર્ક (બળ આઘૂર્ણ) વગેરે માપીને તેને અનુરૂપ સિગ્નલ કન્ટ્રોલરને આપવામાં આવે છે. તે પ્રમાણમાં કન્ટ્રોલર ઍરોટર્બાઇનને ઝડપ, દિશા તથા પિચના ફેરફારની માહિતી મોકલે છે. આ ઉપરાંત જનરેટરનો આઉટપુટ તથા તાપમાન પણ માપીને તેના સિગ્નલ કન્ટ્રોલરને આપવામાં આવે છે. આધુનિક ક્ધટ્રોલરમાં માઇક્રોપ્રોસેસર કન્ટ્રોલનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

વિન્ડ-ટર્બાઇનના પ્રકારો : વિન્ડ-ટર્બાઇનના બે પ્રકારો છે : (1) હૉરિઝૉન્ટલ ઍક્સિસ (સમક્ષિતિજ ધરીવાળી) વિન્ડ મિલ; (2) વર્ટિકલ ઍક્સિસ (ઊર્ધ્વ ધરીવાળી) વિન્ડ મિલ.

હૉરિઝૉન્ટલ ઍક્સિસ વિન્ડ મિલમાં ધરી હૉરિઝૉન્ટલ (સમક્ષિતિજ) હોય છે. આમાં થાંભલા પર 25 મીટર વ્યાસની પોલી પ્રોપેલર-બ્લેડ રાખવામાં આવે છે (જુઓ આકૃતિ), જે પવનથી ફરે છે. પવન પોલી બ્લેડમાં થઈને બહાર નીકળે છે, આથી પોલી ચીમનીના નીચેના ભાગે આવેલા દ્વારમાંથી હવા દાખલ થઈને ઉપર જાય છે. આ હવા ઍરટર્બાઇનની નોઝલ તથા બકેટમાંથી પસાર થાય છે અને ટર્બાઇન ફરે છે. સ્ટેપ અપ ગિયર મારફત ઇન્ડક્શન જનરેટર ફરે છે અને વીજશક્તિનું ઉત્પાદન થાય છે.

હૉરિઝૉન્ટલ ઍક્સિસ વિન્ડ મિલની બીજી રચનામાં બ્લેડ પોલી નથી હોતી. ટર્બાઇનને થાંભલા પર રાખવામાં આવે છે. પવન બ્લેડની ઉપરથી જાય છે ત્યારે બ્લેડથી પવનની દિશા બદલાય છે. આથી બ્લેડ પર ધક્કો લાગે છે અને બ્લેડ ભ્રમણ કરે છે. આથી પવનની ગતિશક્તિનું યાંત્રિક શક્તિમાં અને તેનું વીજશક્તિમાં રૂપાંતર થાય છે.

સમક્ષિતિજ ધરી (horizontal axis) વિન્ડ મિલને વિન્ડ ઍક્સિસ મશીન પણ કહે છે. આમાં મશીનની ફરવાની ધરી પવનની દિશાને સમાંતર હોય છે. આમાં બ્લેડની સંખ્યા પ્રમાણે સિંગલ બ્લેડ, ડબલ બ્લેડ, ટ્રિપલ બ્લેડ, મલ્ટી બ્લેડ અને બાઇસિકલ બ્લેડ વગેરે પ્રકારો છે.

ઊર્ધ્વ ધરી(vertical axis)વાળી વિન્ડ મિલને ક્રૉસ વિન્ડ ઍક્સિસ મશીન પણ કહે છે. આમાં ફરવાની ધરી પવનની દિશાને લંબ હોય છે. આ પ્રકારની વિન્ડ મિલનું વજન અને ખર્ચ ઓછાં હોય છે.

પાવર ઉત્પાદન માટે બે કે ત્રણ બ્લેડવાળાં સમક્ષિતિજ ધરીવાળાં પ્રોપેલર પ્રકારનું મશીન વધારે અનુકૂળ રહે છે.

વિન્ડ ઇલેક્ટ્રિક જનરેટરના પ્રકારો : વિન્ડ ઇલેક્ટ્રિક જનરેટરના પ્રકારો નીચે મુજબ છે :

(1) ડી. સી. આઉટપુટ : આમાં ડી. સી. જનરેટરનો ઉપયોગ થાય છે. જનરેટર ડી. સી. વીજશક્તિ પેદા કરે છે. ઘણી વાર એ. સી. જનરેટર રાખવામાં આવે છે જે એ. સી. વીજશક્તિ પેદા કરે છે અને રેક્ટિફાયર દ્વારા એ. સી. વીજશક્તિનું ડી. સી. વીજશક્તિમાં રૂપાંતર કરવામાં આવે છે.

(2) એ. સી. આઉટપુટ : (a) એક પ્રકારમાં આવૃત્તિ (frequency) ચલિત (variable) હોય છે જ્યારે એ. સી. વોલ્ટેજ અચળ હોય છે. (b) બીજા પ્રકારમાં આવૃત્તિ અચળ હોય છે, જ્યારે એ. સી. વોલ્ટેજ ચલિત હોય છે. આ જનરેટર ઇન્ડક્શન પ્રકારના અથવા તુલ્યકાલીન પ્રકારના હોય છે.

ઍરો–ટર્બાઇનની ઝડપ : (1) ચલિત પિચ-બ્લેડ સાથે અચળ ઝડપ : આમાં ઝડપ અચળ મળે છે. પવનની ઝડપ પ્રમાણે બ્લેડની પિચ બદલવામાં આવે છે. આ માટે અચળ આવૃત્તિવાળાં વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન કરતું તુલ્યકાલીન જનરેટર હોય છે.

(2) લગભગ અચળ ઝડપ અને નિયત પિચવાળી બ્લેડ : આમાં ઝડપ લગભગ અચળ હોય છે. બ્લેડની પિચ અચળ હોય છે. આ માટે ઇન્ડક્શન જનરેટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. આવૃત્તિ-પરિવર્તક(ફ્રીક્વન્સી ક્ધવર્ટર)ની મદદથી અચળ આવૃત્તિ મેળવવામાં આવે છે.

(3) નિયત બ્લેડ પિચ સાથેનું ચલિત સ્પીડ ઍરો–ટર્બાઇન : આમાં બ્લેડની પિચ નિયત હોય છે અને ઝડપ ચલિત હોય છે. અચળ આવૃત્તિવાળો એ. સી. વોલ્ટેજ ઉત્પન્ન થાય છે. આમાં ફિલ્ડ મૉડ્યુલેટેડ જનરેટર સિસ્ટમ અથવા એ. સી.  ડી. સી.  એ. સી. લિન્ક અથવા એ. સી. કૉમ્યૂટેટર જનરેટરનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

રમેશ પ. અજવાળિયા