પવન ઉર્જા પ્લાન્ટમાં નેસેલ ઘટકો અને તેમના કાર્યો
પવન ઉર્જા પ્લાન્ટ (PLTAngin) માં, સૌથી મહત્વપૂર્ણ - છતાં ઘણીવાર અવગણવામાં આવતા - ભાગોમાંનો એક નેસેલ છે. નેસેલ એ "એન્જિન હાઉસિંગ" છે જે વિન્ડ ટર્બાઇન ટાવરની ટોચ પર, રોટર (બ્લેડ) ની સીધી પાછળ સ્થિત છે. નેસેલની અંદર મુખ્ય ઘટકો છે જે પવનની ગતિ ઊર્જાને વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે જે ગ્રીડમાં વિતરિત કરવા માટે તૈયાર છે. આ લેખ સંક્ષિપ્તમાં પરંતુ વ્યાપકપણે નેસેલ ઘટકોની ચર્ચા કરે છે, સાથે સાથે પવન ટર્બાઇન કાર્યક્ષમ, સલામત અને વિશ્વસનીય રીતે કાર્ય કરે છે તેની ખાતરી કરવામાં દરેક ભાગના કાર્યની પણ ચર્ચા કરે છે.
નેસેલ શું છે?
સરળ શબ્દોમાં કહીએ તો, નેસેલ એ એક એરોડાયનેમિક આવરણ છે જે પવન ટર્બાઇનની યાંત્રિક અને વિદ્યુત પ્રણાલીઓનું રક્ષણ કરે છે. કારણ કે તે જમીનની સપાટીથી દસથી સેંકડો મીટર ઉપર સ્થિત છે અને ભારે હવામાનના સંપર્કમાં આવે છે, નેસેલ મજબૂત, કાટ-પ્રતિરોધક અને જાળવણી માટે સરળતાથી સુલભ બનવા માટે રચાયેલ છે. તે અવાજને ઓછો કરવા અને એરોડાયનેમિક વિક્ષેપ ઘટાડવા માટે પણ રચાયેલ છે.
નેસેલની અંદર, શાફ્ટ, ગિયરબોક્સ, જનરેટર, બ્રેક્સ અને કંટ્રોલ સિસ્ટમ સહિત ઘટકોની શ્રેણી છે. ટર્બાઇન લઘુત્તમ કટ-ઇન મર્યાદાથી લઈને મહત્તમ સલામત કટ-આઉટ મર્યાદા સુધી, પવનની ગતિની વિશાળ શ્રેણીમાં કાર્ય કરી શકે તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે બધા સાથે મળીને કામ કરે છે.
૧. બેડપ્લેટ (નાસેલ મુખ્ય ફ્રેમ)
બેડપ્લેટ એ મુખ્ય ફ્રેમ સ્ટ્રક્ચર છે જ્યાં ગિયરબોક્સ, જનરેટર અને શાફ્ટ જેવા ભારે ઘટકો માઉન્ટ થયેલ છે. બેડપ્લેટ રોટર રોટેશન, અસ્થિર પવનના ઝાપટા અને એન્જિન વાઇબ્રેશનને કારણે થતા સ્થિર અને ગતિશીલ ભારને સપોર્ટ કરે છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- નેસેલ ઘટકોના યાંત્રિક પાયા તરીકે સેવા આપે છે.
- શાફ્ટ અને ટ્રાન્સમિશન ઘટકોનું સંરેખણ જાળવો.
- કંપનને કારણે સામગ્રીના થાકનું જોખમ ઘટાડે છે.
મજબૂત બેડપ્લેટ વિના, આંતરિક ઘટકો ખોટી રીતે ગોઠવાઈ શકે છે, જે બેરિંગ નિષ્ફળતા અથવા ગિયરબોક્સને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે.
2. મુખ્ય શાફ્ટ
મુખ્ય શાફ્ટ રોટર (હબ અને બ્લેડ) ને નેસેલની અંદર ટ્રાન્સમિશન સિસ્ટમ સાથે જોડે છે. જ્યારે બ્લેડ પવનમાં ફરે છે, ત્યારે મુખ્ય શાફ્ટ પણ ફરે છે, જે ગિયરબોક્સમાં અથવા સીધા જનરેટરમાં (ડાયરેક્ટ-ડ્રાઇવ ટર્બાઇનના કિસ્સામાં) મોટી માત્રામાં ટોર્ક ટ્રાન્સમિટ કરે છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- રોટરમાંથી ટોર્ક ટ્રાન્સમિટ કરે છે.
- એરોડાયનેમિક સિસ્ટમ અને પાવર જનરેશન સિસ્ટમને જોડતું યાંત્રિક તત્વ બનવું.
મુખ્ય શાફ્ટ સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ-શક્તિવાળા સ્ટીલ સામગ્રીનો ઉપયોગ કરે છે અને રેડિયલ અને અક્ષીય બળનો સામનો કરવા માટે મોટા બેરિંગ્સથી સજ્જ છે.
3. મુખ્ય બેરિંગ
મુખ્ય બેરિંગ એ બેરિંગ છે જે મુખ્ય શાફ્ટને ટેકો આપે છે. આ ઘટક મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે તે ભારે ભારને ટેકો આપે છે અને સરળ અને સ્થિર શાફ્ટ પરિભ્રમણ સુનિશ્ચિત કરે છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- ઘર્ષણ ઘટાડે છે અને શાફ્ટના પરિભ્રમણને સરળ બનાવે છે.
- પવનને કારણે સંયુક્ત ભાર (રેડિયલ અને અક્ષીય) સામે ટકી રહે છે.
- અન્ય ઘટકોમાં ફેલાતા સ્પંદનો ઘટાડે છે.
મુખ્ય બેરિંગની નિષ્ફળતા ઘણીવાર વધુ ડાઉનટાઇમ તરફ દોરી જાય છે કારણ કે તેને બદલવું મુશ્કેલ છે અને મોટી ક્રેનની જરૂર પડે છે.
4. ગિયરબોક્સ
ઘણી આધુનિક વિન્ડ ટર્બાઇનમાં, રોટર પ્રમાણમાં ધીમેથી ફરે છે (દા.ત., 10-20 rpm). દરમિયાન, જનરેટર સામાન્ય રીતે વધુ rpm પર વધુ અસરકારક રીતે કાર્ય કરે છે. આ તે છે જ્યાં ગિયરબોક્સ રમતમાં આવે છે: તે મુખ્ય શાફ્ટની પરિભ્રમણ ગતિને હાઇ-સ્પીડ શાફ્ટ તરફ વધારે છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- જનરેટરની જરૂરિયાતોને અનુરૂપ rpm વધારો.
- રોટરથી જનરેટરમાં યાંત્રિક શક્તિનું કાર્યક્ષમ રીતે પ્રસારણ કરો.
જોકે, ગિયરબોક્સ પણ એક એવો ઘટક છે જેને ઉચ્ચ જાળવણીની જરૂર પડે છે કારણ કે તે વધઘટ થતા ભાર હેઠળ કામ કરે છે અને સારા લુબ્રિકેશનની જરૂર પડે છે.
5. હાઇ-સ્પીડ શાફ્ટ
ગિયરબોક્સ આરપીએમ વધાર્યા પછી, પાવર હાઇ-સ્પીડ શાફ્ટમાં ટ્રાન્સફર થાય છે. આ શાફ્ટ ઝડપથી ફરે છે અને સામાન્ય રીતે જનરેટર પહેલાં યાંત્રિક બ્રેક્સ (ડિસ્ક બ્રેક્સ) રાખે છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- ગિયરબોક્સથી જનરેટર સુધી હાઇ-સ્પીડ રોટેશન ટ્રાન્સમિટ કરે છે.
- બ્રેક અને રોટેશન સેન્સરનું એકીકરણ બિંદુ બને છે.
કારણ કે તે ઝડપથી ફરે છે, ગરમી અને ઘસારોનું જોખમ વધે છે તેથી બેરિંગ્સ અને લુબ્રિકેશનની ગુણવત્તા ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે.
6. જનરેટર
જનરેટર એ એક ઘટક છે જે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઇન્ડક્શન દ્વારા યાંત્રિક ઉર્જાને વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. વિન્ડ ટર્બાઇનમાં ઘણા પ્રકારના જનરેટર હોય છે, જેમ કે ડબલ-ફેડ ઇન્ડક્શન જનરેટર (DFIG) અથવા કાયમી સિંક્રનસ જનરેટર (ડાયરેક્ટ-ડ્રાઇવમાં).
મુખ્ય કાર્યો:
- યાંત્રિક પરિભ્રમણથી વીજળી ઉત્પન્ન કરો.
- વિદ્યુત આઉટપુટ પૂરું પાડે છે જે પછી કન્વર્ટર/પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.
જનરેટરની કામગીરી પરિભ્રમણ સ્થિરતા, ઠંડક અને પાવર કંટ્રોલ સિસ્ટમની ગુણવત્તાથી ખૂબ પ્રભાવિત થાય છે.
7. બ્રેક સિસ્ટમ
વિન્ડ ટર્બાઇન્સને કટોકટી, જાળવણી અથવા જ્યારે પવનની ગતિ ખૂબ વધારે હોય ત્યારે બ્રેકિંગ સિસ્ટમની જરૂર પડે છે. સામાન્ય રીતે, આમાં એરોડાયનેમિક બ્રેકિંગ (બ્લેડ પર પિચ કંટ્રોલ દ્વારા) અને મિકેનિકલ બ્રેકિંગ (હાઇ-સ્પીડ શાફ્ટ પર ડિસ્ક બ્રેક્સ)નું સંયોજન શામેલ હોય છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- કટોકટીમાં ટર્બાઇનને સુરક્ષિત રીતે બંધ કરો.
- જાળવણી મોડ દરમિયાન ટર્બાઇનને બંધ રાખે છે.
- ઓવરસ્પીડનું જોખમ ઘટાડે છે જે માળખાને નુકસાન પહોંચાડે છે.
સામાન્ય કામગીરી દરમિયાન યાંત્રિક બ્રેક્સ સામાન્ય રીતે પ્રાથમિક બ્રેક્સ નથી હોતા, પરંતુ ટોર્ક ઘટાડવા માટે પિચ પછીનો ટેકો હોય છે.
8. યો સિસ્ટમ
કાર્યક્ષમ બનવા માટે પવન ટર્બાઇનને પવનનો સામનો કરવો પડે છે. યાવ સિસ્ટમ એ એક એવી પદ્ધતિ છે જે ટાવરની ઉપર નેસેલને ફેરવે છે જેથી રોટર હંમેશા પવનનો સામનો કરે.
લાક્ષણિક યાવ ઘટકો:
– યાવ બેરિંગ (મોટું ફરતું બેરિંગ).
- નેસેલને ફેરવવા માટે યાવ મોટર્સ અને નાના ગિયરબોક્સ.
- લોક પોઝિશન માટે બ્રેક વાગવી.
મુખ્ય કાર્યો:
- પવન તરફ ટર્બાઇનની દિશાને ઑપ્ટિમાઇઝ કરો.
- બ્લેડ અને ટાવર પર અસંતુલિત ભાર ઘટાડે છે.
- ઉર્જા ઉત્પાદનમાં વધારો.
9. પિચ સિસ્ટમ (પિચ સિસ્ટમ)
પિચ સિસ્ટમ હબ પર (રોટરની નજીક) સ્થિત હોવા છતાં, તે નેસેલ સાથે ગાઢ રીતે જોડાયેલી છે કારણ કે તે નેસેલની અંદર સ્થિત નિયંત્રણ સિસ્ટમ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે. પિચ પવનની તુલનામાં બ્લેડના ખૂણાને નિયંત્રિત કરે છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- આઉટપુટ પાવરનું નિયમન કરે છે અને rpm ને સુરક્ષિત મર્યાદામાં રાખે છે.
- બ્લેડને "પીછા" સ્થિતિમાં ફેરવીને ટર્બાઇનને તીવ્ર પવનથી રક્ષણ આપે છે.
- ટર્બાઇન શરૂ/બંધ કરવાની પ્રક્રિયામાં મદદ કરે છે.
ટર્બાઇન ડિઝાઇનના આધારે પિચ સિસ્ટમ ઇલેક્ટ્રિક મોટર અથવા હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ હોઈ શકે છે.
૧૦. કંટ્રોલર અને SCADA (કંટ્રોલ સિસ્ટમ)
આધુનિક પવન ટર્બાઇન્સમાં એવા નિયંત્રકો હોય છે જે સેન્સર્સ (પવન ગતિ, કંપન, તાપમાન, આરપીએમ, વર્તમાન/વોલ્ટેજ) માંથી ડેટા પર પ્રક્રિયા કરે છે અને યાવ, પિચ, જનરેટર અને સલામતી પ્રણાલીઓનું નિયમન કરે છે. આ સિસ્ટમો સામાન્ય રીતે દૂરસ્થ દેખરેખ માટે SCADA સિસ્ટમ સાથે જોડાયેલી હોય છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- ટર્બાઇન કામગીરીને આપમેળે નિયંત્રિત કરે છે.
- સલામતી તર્ક (અસામાન્ય પરિસ્થિતિઓમાં બંધ) સાથે ટર્બાઇનનું રક્ષણ કરે છે.
- નુકસાન નિદાન અને જાળવણી આયોજનને સરળ બનાવે છે.
૧૧. ઠંડક પ્રણાલી
જનરેટર, ગિયરબોક્સ અને પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ જેવા ઘટકો ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. તેથી, નેસેલ એક ઠંડક પ્રણાલીથી સજ્જ છે જેમાં પંખો, હીટ એક્સ્ચેન્જર અથવા પ્રવાહી શીતકનો સમાવેશ થાય છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- શ્રેષ્ઠ ઘટક કાર્યકારી તાપમાન જાળવી રાખે છે.
- લુબ્રિકેશન અને ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્સ્યુલેશનના ઘટાડાને અટકાવે છે.
- ઘટકનું જીવન વધારવું અને ડાઉનટાઇમ ઘટાડવો.
૧૨. લ્યુબ્રિકેશન સિસ્ટમ
ગિયરબોક્સ અને બેરિંગ્સને સતત લુબ્રિકેશનની જરૂર પડે છે. લુબ્રિકેશન સિસ્ટમમાં ઓઇલ પંપ, ફિલ્ટર, પ્રેશર સેન્સર અને પરિભ્રમણ સિસ્ટમનો સમાવેશ થાય છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- ઘર્ષણ અને ઘસારો ઘટાડે છે.
- ઘર્ષણ વિસ્તારમાંથી ગરમીનું પરિવહન કરે છે.
- તેલ સાફ રાખો જેથી તેના ઘટકો ઝડપથી બગડે નહીં.
૧૩. નેસેલ કવર
નેસેલ કવર ફક્ત સૌંદર્ય શાસ્ત્ર કરતાં વધુ છે. તે એરોડાયનેમિક, હવામાન પ્રતિરોધક અને નિરીક્ષણ માટે પેનલ ઍક્સેસ પ્રદાન કરવા માટે રચાયેલ છે.
મુખ્ય કાર્યો:
- વરસાદ, ધૂળ, મીઠું (દરિયાકાંઠાના વિસ્તારો) અને બરફથી ઘટકોનું રક્ષણ કરે છે.
- અવાજ ઓછો કરો.
- અસરકારક ઠંડક માટે હવાનો પ્રવાહ જાળવી રાખો.
કેસિમ્પુલન
નેસેલ એ પવન ટર્બાઇનનું "મગજ અને શક્તિ" છે. તેમાં શાફ્ટ, બેરિંગ્સ, ગિયરબોક્સ અને બ્રેક્સ જેવા યાંત્રિક ઘટકો; જનરેટર અને કન્વર્ટર જેવા વિદ્યુત ઘટકો; અને યૉ, પિચ અને SCADA જેવી નિયંત્રણ પ્રણાલીઓ હોય છે. દરેક ઘટકનું ચોક્કસ કાર્ય હોય છે, પરંતુ તે બધા પવનને સુરક્ષિત અને કાર્યક્ષમ રીતે વીજળીમાં રૂપાંતરિત કરવા માટે સાથે મળીને કામ કરે છે.
નેસેલ ઘટકો અને તેમના કાર્યોને સમજવું એ ફક્ત નવીનીકરણીય ઉર્જા ઇજનેરો અને વિદ્યાર્થીઓ માટે જ નહીં, પરંતુ બદલાતી પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ છતાં પવન ટર્બાઇન વિશ્વસનીય રીતે વીજળી કેવી રીતે ઉત્પન્ન કરે છે તેમાં રસ ધરાવતા કોઈપણ માટે પણ મહત્વપૂર્ણ છે. યોગ્ય નેસેલ ડિઝાઇન અને આયોજિત જાળવણી સાથે, પવન ટર્બાઇન દાયકાઓ સુધી કાર્ય કરી શકે છે અને સ્વચ્છ ઊર્જા તરફ સંક્રમણની કરોડરજ્જુ બનાવી શકે છે.
જો તમે ઈચ્છો તો, હું આ લેખનું વધુ ટેકનિકલ સંસ્કરણ બનાવી શકું છું, ઉપરાંત ઊર્જા પ્રવાહ આકૃતિ (પવન → રોટર → ટ્રાન્સમિશન → જનરેટર → ગ્રીડ) અથવા ડાયરેક્ટ-ડ્રાઇવ ટર્બાઇન વિરુદ્ધ ગિયરબોક્સમાં ચોક્કસ ઘટકોની સૂચિ બનાવી શકું છું.
