पवन ऊर्जा उत्पादन के लिए किस प्रकार का जनरेटर उपयुक्त है?

पवन टरबाइन का मुख्य कार्य हवा की गति के साथ लगातार बदलती यांत्रिक ऊर्जा को कुशलतापूर्वक और स्थिर रूप से विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करना है, जिसे ग्रिड से जोड़ा जा सके। इसलिए, पवन ऊर्जा उत्पादन के लिए उपयुक्त जनरेटर साधारण मॉडल नहीं होते; उनमें हवा की व्यापक गति के अनुकूल होने, जटिल भार सहन करने और ग्रिड नियंत्रण में आसानी जैसी विशेषताएं होनी चाहिए। आधुनिक पवन ऊर्जा उद्योग मुख्य रूप से तीन तकनीकी मार्गों पर केंद्रित है, जिनमें से प्रत्येक के अपने-अपने फायदे हैं और वे अलग-अलग परिस्थितियों के लिए उपयुक्त हैं।

1. डबल फीड एसिंक्रोनस जनरेटर: पूर्व उद्योग का मुख्य आधार

लंबे समय से, दोहरी फीड वाले अतुल्यकालिक जनरेटर पवन ऊर्जा बाजार में सर्वोपरि रहे हैं। इसका कार्य सिद्धांत बहुत ही सरल है: जनरेटर रोटर स्लिप रिंग और कार्बन ब्रश के माध्यम से एक छोटे आवृत्ति कनवर्टर से जुड़ा होता है, जबकि स्टेटर सीधे पावर ग्रिड से जुड़ा होता है।

इस डिज़ाइन का सबसे बड़ा लाभ इसकी आर्थिक दक्षता है। चूंकि फ़्रीक्वेंसी कन्वर्टर को रोटर सर्किट में केवल एक तिहाई शक्ति को ही संसाधित करने की आवश्यकता होती है, इसलिए उपकरण की लागत कम होती है और ऊर्जा हानि भी नगण्य होती है। इसके अलावा, अत्यंत परिपक्व तकनीक और एक पूर्ण औद्योगिक श्रृंखला के साथ, यह पिछले दो दशकों में तटवर्ती पवन ऊर्जा, विशेष रूप से मेगावाट स्तर की इकाइयों के लिए एक आम विकल्प बन गया है।

हालांकि, उद्योग के विकास के साथ-साथ इसकी कमियां भी स्पष्ट होती जा रही हैं। कार्बन ब्रश और स्लिप रिंग ऐसे यांत्रिक संपर्क घटक हैं जिन्हें पवन ऊर्जा संयंत्रों के कठोर परिचालन वातावरण में नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है और ये संभावित विफलता बिंदु हैं। इसके अलावा, स्टेटर का पावर ग्रिड से सीधा जुड़ाव होने के कारण, ग्रिड में वोल्टेज के उतार-चढ़ाव से निपटने की इसकी क्षमता (यानी "कम वोल्टेज पर काम करने की क्षमता") अपेक्षाकृत कमजोर है।

2. स्थायी चुंबक प्रत्यक्ष ड्राइव सिंक्रोनस जनरेटर: विश्वसनीयता का एक मॉडल

डायरेक्ट ड्राइव तकनीक एक बिल्कुल अलग दृष्टिकोण अपनाती है। यह हाई-स्पीड गियरबॉक्स को पूरी तरह से हटा देती है, जिससे पवन टरबाइन सीधे मल्टी-पोल परमानेंट मैग्नेट सिंक्रोनस जनरेटर को चला सकती है। कम गति के कारण, उत्सर्जित धारा की आवृत्ति में बहुत अधिक भिन्नता होती है, इसलिए ग्रिड में भेजने से पहले सभी विद्युत ऊर्जा को फुल पावर इन्वर्टर द्वारा संसाधित किया जाना आवश्यक है।

यह योजना क्रांतिकारी लाभ प्रदान करती है। सबसे अधिक विफलता दर वाले गियरबॉक्स को हटाने से यूनिट की विश्वसनीयता और रखरखाव क्षमता में काफी सुधार होता है, जो विशेष रूप से दुर्गम अपतटीय पवन फार्मों के लिए उपयुक्त है। स्थायी चुंबक बिना किसी उत्तेजना हानि के चुंबकीय क्षेत्र प्रदान करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप उच्च दक्षता प्राप्त होती है। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि पूर्ण शक्ति आवृत्ति कनवर्टर एक 'फायरवॉल' के रूप में कार्य करता है, जो जनरेटर को ग्रिड से पूरी तरह से अलग करता है, जिससे पवन टरबाइन ग्रिड के उतार-चढ़ाव के प्रति अत्यंत असंवेदनशील हो जाती है और ग्रिड को सक्रिय रूप से समर्थन देने में सक्षम होती है, जिसके परिणामस्वरूप उत्कृष्ट बिजली गुणवत्ता प्राप्त होती है।

इस जनरेटर को बनाने में एक बड़ी चुनौती है, जिसके व्यास और ध्रुवों की संख्या बहुत अधिक हो, ताकि कम गति पर पर्याप्त मात्रा में बिजली उत्पन्न की जा सके। इसके परिणामस्वरूप इसका आकार और वजन बहुत अधिक हो जाता है, जिससे परिवहन और उठाने में कठिनाई होती है। साथ ही, यह दुर्लभ पृथ्वी स्थायी चुंबक पदार्थों पर निर्भर करता है, जिसके कारण इसकी लागत भी बढ़ जाती है।

3. मध्यम गति स्थायी चुंबक सिंक्रोनस जनरेटर (अर्ध प्रत्यक्ष ड्राइव): वर्तमान तकनीकी क्षेत्र में सबसे लोकप्रिय

डायरेक्ट ड्राइव की विश्वसनीयता और पारंपरिक संरचनाओं के कॉम्पैक्ट आकार के बीच संतुलन बनाने के लिए, समझौतावादी "सेमी डायरेक्ट ड्राइव" या "मीडियम स्पीड ड्राइव" समाधान सामने आए हैं और बड़े पवन टर्बाइनों, विशेष रूप से अपतटीय मॉडलों के लिए तेजी से मुख्यधारा का विकल्प बन गए हैं।

इसमें एक सरल और मजबूत मध्यम गति वाला गियरबॉक्स (आमतौर पर केवल एक प्लेनेटरी गियर के साथ) होता है, जो पवन टरबाइन की गति को एक मध्यम स्तर तक बढ़ाता है, एक कॉम्पैक्ट स्थायी चुंबक सिंक्रोनस जनरेटर को चलाता है, और अंत में एक पूर्ण शक्ति आवृत्ति कनवर्टर के माध्यम से ग्रिड से जुड़ता है।

इसे 'सुनहरा संयोजन' कहा जा सकता है। यह एक साधारण गियरबॉक्स के साथ जनरेटर के आकार और वजन को काफी कम कर देता है, जिससे डायरेक्ट ड्राइव यूनिट्स की परिवहन समस्या हल हो जाती है, साथ ही स्थायी चुंबक मोटरों की उच्च दक्षता और पूर्ण शक्ति आवृत्ति कन्वर्टर्स की उत्कृष्ट ग्रिड अनुकूलता भी बरकरार रहती है। इसकी विश्वसनीयता पारंपरिक दोहरी फीड प्रणालियों की तुलना में कहीं अधिक है। हालांकि प्रौद्योगिकी एकीकरण कठिन है और प्रारंभिक लागत कम नहीं है, लेकिन संपूर्ण जीवनचक्र बिजली लागत के संदर्भ में इसके लाभ महत्वपूर्ण हैं।

सारांश और रुझान

कुल मिलाकर, पवन टर्बाइनों के तकनीकी विकास का मार्ग स्पष्ट है:

अपनी परिपक्वता और किफायती होने के कारण, डबल फीड एसिंक्रोनस जनरेटर अभी भी विशिष्ट ऑनशोर बाजारों में अपनी उपयोगिता बनाए हुए हैं।

स्थायी चुंबक प्रत्यक्ष ड्राइव सिंक्रोनस जनरेटर अपनी अद्वितीय विश्वसनीयता के साथ समुद्र और कम हवा की गति वाले क्षेत्रों में मजबूती से अपनी जगह बनाए हुए हैं।

मध्यम गति वाला स्थायी चुंबक सिंक्रोनस जनरेटर पहले दो के फायदों को सफलतापूर्वक एकीकृत करता है, जिससे यह वर्तमान बड़े पैमाने पर और अपतटीय पवन ऊर्जा विकास में पूर्ण तकनीकी अग्रणी बन जाता है, जो उद्योग की भविष्य की दिशा का प्रतिनिधित्व करता है।

जनरेटर का चयन मूलतः प्रारंभिक निवेश, संचालन और रखरखाव लागत, बिजली उत्पादन दक्षता और ग्रिड कनेक्शन आवश्यकताओं के बीच इष्टतम संतुलन की खोज है। जैसे-जैसे पवन टर्बाइन बड़े होते जा रहे हैं और समुद्र में स्थापित किए जा रहे हैं, विश्वसनीयता और ग्रिड समर्थन क्षमता की आवश्यकताएं अत्यधिक बढ़ गई हैं। यही वह मूलभूत कारण है कि स्थायी चुंबक जनरेटर और पूर्ण शक्ति आवृत्ति कन्वर्टर के संयोजन वाली प्रौद्योगिकी को सफलता मिली है।