कम या अस्थिर पवन गति वाले क्षेत्रों में पवन टर्बाइनों की विद्युत उत्पादन दक्षता क्या है?

यह एक बहुत ही अच्छा प्रश्न है और पवन ऊर्जा उद्योग के लिए अपने बाजार का विस्तार करने में आने वाली प्रमुख चुनौतियों में से एक है। सरल शब्दों में कहें तो, कम या अस्थिर पवन गति वाले क्षेत्रों में, पारंपरिक पवन टर्बाइनों की बिजली उत्पादन क्षमता वास्तव में काफी कम हो जाती है, लेकिन लक्षित तकनीकी नवाचारों और समग्र समाधानों की एक श्रृंखला के माध्यम से, आर्थिक रूप से व्यवहार्य विकास हासिल किया जा सकता है।

नीचे कई विस्तृत स्पष्टीकरण दिए गए हैं:
1. चुनौती: कार्यकुशलता में कमी क्यों आती है?

पवन गति और बिजली उत्पादन के बीच घन संबंध: पवन टरबाइन की उत्पादन क्षमता पवन गति के घन के सीधे समानुपाती होती है। इसका अर्थ यह है कि यदि पवन गति आधी कर दी जाए, तो सैद्धांतिक रूप से बिजली उत्पादन मूल उत्पादन का 1/8 रह जाएगा। इसलिए, कम पवन गति बिजली उत्पादन के लिए हानिकारक होती है।

हवा की गति की सीमा में कटौती: पारंपरिक पवन टर्बाइनों में "हवा की गति में कटौती" (आमतौर पर 3-4 मीटर/सेकंड) होती है, जिसके नीचे टर्बाइन बिजली उत्पन्न करना शुरू नहीं कर सकती है।

अस्थिर पवन गति: पवन गति में बार-बार होने वाले उतार-चढ़ाव से पवन टरबाइन में बार-बार चालू-बंद होने, घूर्णन और झुकाव में परिवर्तन हो सकते हैं, जिससे न केवल यांत्रिक हानि बढ़ती है बल्कि यह इष्टतम शक्ति वक्र पर स्थिर रूप से काम भी नहीं कर पाती है, जिसके परिणामस्वरूप समग्र क्षमता उपयोग कम हो जाता है।

तेज़ हवा का बहाव: अस्थिर हवाओं के साथ अक्सर तेज़ हवा का बहाव होता है, जिससे पंखे पर भार बढ़ जाता है। सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए, कभी-कभी बिजली की खपत कम करना या उसे बंद करना आवश्यक हो जाता है।

2. समाधान: कम पवन गति/अस्थिर क्षेत्रों में बिजली उत्पादन दक्षता में सुधार कैसे किया जाए?

इन चुनौतियों के जवाब में, आधुनिक पवन ऊर्जा प्रौद्योगिकी, विशेष रूप से कम गति वाली पवन टर्बाइनों ने परिपक्व समाधान विकसित किए हैं:

1. सफाई क्षेत्र बढ़ाएँ:

ब्लेडों को लंबा करना: यह सबसे सीधा और प्रभावी तरीका है। लंबे ब्लेड अधिक पवन ऊर्जा को ग्रहण कर सकते हैं और कम हवा की गति में भी जनरेटर को चलाने के लिए पर्याप्त टॉर्क उत्पन्न कर सकते हैं। आधुनिक कम गति वाले पंखों के इंपेलर का व्यास लगातार बढ़ता जा रहा है।

वायुगतिकीय डिजाइन को अनुकूलित करें: पवन ऊर्जा को पकड़ने की दक्षता बढ़ाने के लिए अधिक उन्नत एयरफ़ॉइल और ब्लेड आकृतियों को अपनाएं।

2. हवा की गति और निर्धारित हवा की गति में कटौती को कम करें:

नियंत्रण रणनीति और जनरेटर डिजाइन में सुधार करके, हवा की गति में कटौती को 2-2.5 मीटर प्रति सेकंड या उससे भी कम तक कम किया जा सकता है।

पवन टरबाइन को कम हवा की गति पर भी निर्धारित क्षमता तक पहुंचने में सक्षम बनाने के लिए, 'निर्धारित हवा की गति' (वह हवा की गति जिस पर पूरी क्षमता प्राप्त होती है) को कम करें।

3. टावर की ऊंचाई बढ़ाएं:

ऊंचाई बढ़ने के साथ हवा की गति भी बढ़ती है (पवन अपरूपण प्रभाव)। ऊंचे टावर का उपयोग करके, हब को अधिक हवा की गति में भी अधिक स्थिर ऊंचाई पर स्थापित किया जा सकता है, जिससे बिजली उत्पादन में उल्लेखनीय वृद्धि होती है।

4. उन्नत बुद्धिमान नियंत्रण प्रौद्योगिकी:

बुद्धिमान पिच और टॉर्क नियंत्रण: तात्कालिक पवन गति के आधार पर ब्लेड कोण और जनरेटर टॉर्क को सटीक रूप से समायोजित करें, ऊर्जा प्राप्ति को अधिकतम करें और अस्थिर हवा के कारण होने वाले भार को कम करें।

पूर्वानुमानित नियंत्रण: हवा की गति को पहले से मापने, पंखे की स्थिति को पहले से समायोजित करने, बिजली उत्पादन को सुचारू बनाने और यांत्रिक झटके को कम करने के लिए लिडार के साथ संयोजन करना।

पवन ऊर्जा संयंत्रों का सहयोगात्मक नियंत्रण: पूरे पवन ऊर्जा संयंत्र में पवन टर्बाइनों की संचालन रणनीति को अनुकूलित करें, तरंग के प्रभाव को कम करें और पूरे स्थल की कुल बिजली उत्पादन क्षमता को बढ़ाएं।

5. विशिष्ट पवन परिस्थितियों के लिए उपयुक्त मॉडल डिजाइन:

उच्च अशांति और जटिल भूभाग (जैसे पहाड़ी क्षेत्र) वाले पवन क्षेत्रों के लिए उन्नत पवन टर्बाइन डिजाइन करें जो अधिक जटिल भार को सहन कर सकें और कुशल संचालन बनाए रख सकें।

3. व्यापक प्रभाव और मापन संकेतक

उपरोक्त अनुकूलन के बाद, कम हवा की गति वाले क्षेत्रों (जैसे कि औसत वार्षिक हवा की गति 5.5-6.5 मीटर/सेकंड) में आधुनिक कम गति वाली पवन टर्बाइनों के वार्षिक समतुल्य पूर्ण परिचालन घंटे 2000 घंटे से अधिक हो सकते हैं, जिसका आर्थिक विकास में महत्व है। पारंपरिक उच्च हवा की गति वाले क्षेत्रों (औसत वार्षिक हवा की गति 8 मीटर प्रति सेकंड से अधिक) में यह संख्या 3000-4000 घंटे के बीच हो सकती है।

प्रमुख मापन संकेतक - विद्युत की समतुल्य लागत (एलसीओई):
अंतिम मूल्यांकन मानदंड केवल 'दक्षता' नहीं, बल्कि बिजली उत्पादन की लागत है। उपरोक्त तकनीक के माध्यम से, यद्यपि एक इकाई (विशेषकर ब्लेड और टावर) की लागत बढ़ सकती है, लेकिन यह कम पवन गति वाले क्षेत्रों में बिजली उत्पादन को उल्लेखनीय रूप से बढ़ाती है, जिससे प्रति किलोवाट घंटे बिजली की समतुल्य लागत कम हो जाती है और इस प्रकार समग्र परियोजना में निवेश पर लाभ प्राप्त होता है।

4. भविष्य के रुझान

बड़े और अनुकूलित: पवन टर्बाइन लगातार बड़े ब्लेड व्यास और ऊंचे टावर संरचनाओं की ओर विकसित हो रहे हैं, और विभिन्न पवन संसाधन क्षेत्रों के लिए अत्यधिक अनुकूलित समाधान प्रदान करते हैं।

ऊर्जा भंडारण के साथ संयोजन: अस्थिर पवन गति वाले क्षेत्रों के लिए, "पवन ऊर्जा + ऊर्जा भंडारण" (जैसे बैटरी ऊर्जा भंडारण) उत्पादन को सुचारू बनाने, ग्रिड आवृत्ति विनियमन में भाग लेने, बिजली की गुणवत्ता में सुधार करने और अधिक अनुकूल ग्रिड कनेक्शन प्राप्त करने के लिए एक मानक संयोजन बन जाएगा।

वितरित और सामुदायिक पवन ऊर्जा: कम पवन गति वाले क्षेत्रों में, लेकिन बिजली आपूर्ति के करीब (जैसे कि चीन के मध्य और दक्षिणपूर्वी क्षेत्र), एक या कई कम पवन गति वाले पवन टर्बाइन स्थापित करने से पार्क या समुदाय को सीधे बिजली की आपूर्ति की जा सकती है, जिससे पारेषण हानि कम होती है, और इसके आर्थिक लाभ स्पष्ट होने लगे हैं।

सारांश

कम या अस्थिर पवन गति वाले क्षेत्रों में, पारंपरिक मानक पवन टर्बाइनों की विद्युत उत्पादन क्षमता आदर्श नहीं होती। हालांकि, विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए आधुनिक कम पवन गति वाले पवन टर्बाइनों ने वायुगतिकीय अनुकूलन, बुद्धिमान नियंत्रण और आकार एवं ऊंचाई बढ़ाने जैसी तकनीकों के माध्यम से पवन ऊर्जा को कुशलतापूर्वक ग्रहण करना संभव बना दिया है। इससे पहले विकास के लिए अनुपयोगी माने जाने वाले पवन संसाधनों को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बिजली उत्पादन में परिवर्तित किया जा सका है। इसलिए, इन क्षेत्रों में "विद्युत उत्पादन क्षमता" एक तकनीकी चुनौती से हटकर व्यापक तकनीकी समाधानों के माध्यम से अनुकूलन का मुद्दा बन गई है और वैश्विक पवन ऊर्जा विकास के लिए एक महत्वपूर्ण विकासशील बाजार बन गई है।