વિન્ડ ટર્બાઇનમાં નેસેલના મુખ્ય ઘટકો
આધુનિક પવન ટર્બાઇન સિસ્ટમ્સમાં, નેસેલ એ "મુખ્ય ઘર" છે જે મોટાભાગના મહત્વપૂર્ણ યાંત્રિક અને વિદ્યુત ઘટકોને સમાવે છે. તે ટાવરની ટોચ પર, રોટર અને હબ (બ્લેડ હાઉસિંગ) ની સીધી પાછળ સ્થિત છે. નેસેલની અંદર, બ્લેડને ફેરવતી પવન ઊર્જા પ્રસારિત થાય છે, નિયંત્રિત થાય છે, વિદ્યુત ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે અને પછી ગ્રીડમાં વિતરિત થાય છે. તેની ઉચ્ચ સ્થિતિ અને ભારે હવામાનના સંપર્કને કારણે, નેસેલને વ્યાપક સલામતી અને દેખરેખ પ્રણાલીઓ સાથે મજબૂત, ચુસ્તપણે સીલબંધ માળખું તરીકે પણ ડિઝાઇન કરવામાં આવ્યું છે.
વિન્ડ ટર્બાઇન નેસેલના મુખ્ય ઘટકો નીચે મુજબ છે, તેમજ ટર્બાઇન કાર્યક્ષમ, સલામત અને વિશ્વસનીય રીતે કાર્ય કરે છે તેની ખાતરી કરવામાં તેમના કાર્યો અને ભૂમિકાઓ પણ નીચે મુજબ છે.
૧. નેસેલ ફ્રેમ (બેડપ્લેટ/ફ્રેમ)
નેસેલનો મૂળભૂત ઘટક મુખ્ય ફ્રેમ અથવા બેડપ્લેટ છે. આ સહાયક માળખું છે જે ગિયરબોક્સ, જનરેટર, બ્રેકિંગ સિસ્ટમ, મુખ્ય બેરિંગ્સ અને અન્ય વિવિધ સહાયક ઘટકોને માઉન્ટ કરવા માટે "પાયો" તરીકે કામ કરે છે. બેડપ્લેટ સ્થિર ભાર (ઘટક વજન) અને ગતિશીલ ભાર (કંપન, ટોર્ક ભિન્નતા અને પવનની અશાંતિ) બંનેનો સામનો કરવા સક્ષમ હોવું જોઈએ.
આ સામગ્રી સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ-શક્તિવાળા સ્ટીલ અથવા કાસ્ટ આયર્નની હોય છે, જેમાં એવી ડિઝાઇન હોય છે જે કઠિનતાને ધ્યાનમાં લે છે જેથી સ્થાપિત ઘટકો સંરેખિત રહે અને ખોટી ગોઠવણીનો અનુભવ ન થાય જે ઘસારો વધારી શકે છે.
2. મુખ્ય શાફ્ટ અને મુખ્ય બેરિંગ
રોટરમાંથી યાંત્રિક ઉર્જા મુખ્ય શાફ્ટમાં ટ્રાન્સફર થાય છે. આ શાફ્ટ ઓછી ગતિએ ફરે છે પરંતુ પ્રચંડ ટોર્ક વહન કરે છે. શાફ્ટના પરિભ્રમણને ટેકો આપવા માટે, મુખ્ય બેરિંગનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. કેટલીક ડિઝાઇનમાં એક જ મુખ્ય બેરિંગ હોય છે, જ્યારે અન્યમાં સ્થિરતા વધારવા માટે બે મુખ્ય બેરિંગનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.
બેરિંગ્સની ભૂમિકા મહત્વપૂર્ણ છે કારણ કે બેરિંગ નિષ્ફળતા લાંબા ડાઉનટાઇમ અને ઊંચા સમારકામ ખર્ચ તરફ દોરી શકે છે. તેથી, આ ક્ષેત્રમાં લ્યુબ્રિકેશન સિસ્ટમ્સ અને તાપમાન/કંપન દેખરેખ સામાન્ય રીતે ખૂબ કડક હોય છે.
૩. ગિયરબોક્સ (ગિયર સિસ્ટમ્સવાળા ટર્બાઇન પર)
ઘણી પવનચક્કીઓ ધીમા શાફ્ટ (દા.ત., 10-20 rpm) થી જનરેટર દ્વારા જરૂરી ઊંચી ગતિ (જે જનરેટરના પ્રકાર પર આધાર રાખીને સેંકડોથી હજારો rpm સુધીની હોઈ શકે છે) સુધી પરિભ્રમણ ગતિ વધારવા માટે ગિયરબોક્સનો ઉપયોગ કરે છે. ગિયરબોક્સ એ નેસેલના સૌથી જટિલ ઘટકોમાંનું એક છે, જેમાં ગિયર્સની શ્રેણી (ગ્રહો અને/અથવા સમાંતર શાફ્ટ), બેરિંગ્સ અને લ્યુબ્રિકેશન સિસ્ટમનો સમાવેશ થાય છે.
જોકે, એ નોંધવું યોગ્ય છે કે ડાયરેક્ટ-ડ્રાઇવ ટર્બાઇન પણ છે જે ગિયરબોક્સનો ઉપયોગ કરતા નથી. આ ડિઝાઇનમાં, રોટર મોટા વ્યાસના જનરેટર સાથે વધુ સીધું જોડાયેલું છે જે ઓછી ગતિએ ફરે છે. ડાયરેક્ટ-ડ્રાઇવનો ફાયદો એ છે કે તે ફરતા ઘટકોની સંખ્યા અને ગિયરબોક્સ નિષ્ફળતાની સંભાવના ઘટાડે છે, પરંતુ જનરેટર અને કન્વર્ટર સિસ્ટમ મોટી અને વધુ ખર્ચાળ હોય છે.
4. જનરેટર
જનરેટર એ એક ઘટક છે જે યાંત્રિક ઉર્જાને વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતરિત કરે છે. જનરેટરના પ્રકારો અલગ અલગ હોય છે, જેમાં શામેલ છે:
- DFIG (ડબલ-ફેડ ઇન્ડક્શન જનરેટર) જે ગિયરબોક્સ ટર્બાઇનમાં સામાન્ય છે, તે આંશિક-સ્કેલ કન્વર્ટર સાથે ચલ કામગીરીને મંજૂરી આપે છે.
- પીએમએસજી (પર્મેનન્ટ મેગ્નેટ સિંક્રનસ જનરેટર) જેનો ઉપયોગ ઘણીવાર ડાયરેક્ટ-ડ્રાઇવ અને કેટલીક આધુનિક ગિયર ડિઝાઇનમાં થાય છે, જેમાં ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા અને સારા નિયંત્રણનો સમાવેશ થાય છે.
જનરેટર ચોક્કસ લાક્ષણિકતાઓ (વોલ્ટેજ, ફ્રીક્વન્સી) સાથે વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે જે પછી વિતરણ કરતા પહેલા પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ સિસ્ટમ દ્વારા નિયંત્રિત થાય છે.
૫. પિચ સિસ્ટમ (પિચ સિસ્ટમ)
પિચ સિસ્ટમ પવનની દિશાના સંદર્ભમાં બ્લેડ એંગલને નિયંત્રિત કરે છે. તે સૌથી મહત્વપૂર્ણ નિયંત્રણ પ્રણાલીઓમાંની એક છે:
- ઓછી-મધ્યમ પવનની ગતિએ ઊર્જા કેપ્ચરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરે છે.
- પવનની ઊંચી ગતિએ પાવર અને લોડને મર્યાદિત કરે છે.
- બ્લેડને પીછાની સ્થિતિમાં ફેરવીને ટર્બાઇન બંધ કરવું (બંધ કરવું) (લિફ્ટ ઘટાડવી).
પિચ સિસ્ટમ હાઇડ્રોલિક અથવા ઇલેક્ટ્રિક (હબમાં એક નાની મોટર અને ગિયરબોક્સ) હોઈ શકે છે. જોકે પિચ એક્ટ્યુએટર હબમાં સ્થિત છે, તેનું નિયંત્રણ, પાવર સપ્લાય અને એકીકરણ સામાન્ય રીતે નેસેલમાં સિસ્ટમો સાથે ગાઢ રીતે જોડાયેલા હોય છે, જેમાં કંટ્રોલ મોડ્યુલ અને બેકઅપ પાવર સ્ત્રોતનો સમાવેશ થાય છે.
6. યો સિસ્ટમ
રોટર હંમેશા પવન તરફ રહે તે સુનિશ્ચિત કરવા માટે, નેસેલ એક યાવ સિસ્ટમથી સજ્જ છે જે નેસેલને ટાવરની ઉપર ફેરવવા દે છે. આ સિસ્ટમમાં સામાન્ય રીતે શામેલ છે:
– યાવ બેરિંગ: એક મોટું, રિંગ-આકારનું બેરિંગ જે ટાવર અને નેસેલ વચ્ચે "ટર્નટેબલ" તરીકે કામ કરે છે.
- યાવ ડ્રાઇવ/મોટર: ડ્રાઇવ મોટર્સ જે નિયંત્રણ આદેશો અનુસાર નેસેલને ફેરવે છે.
– યાવ બ્રેક: નેસેલને સ્થિર સ્થિતિમાં રાખવા માટે બ્રેક લગાવો.
યાવ નિયંત્રણ પવન વેન અને એનિમોમીટરના ડેટાનો ઉપયોગ કરે છે. યાવનો ધ્યેય ઉર્જા ઉત્પાદનને મહત્તમ બનાવવા અને માળખાકીય ભારને નિયંત્રિત કરવા માટે ખોટી ગોઠવણીને ઘટાડવાનો છે.
૭. બ્રેક સિસ્ટમ (બ્રેકિંગ સિસ્ટમ)
સલામતી માટે વિન્ડ ટર્બાઇન્સમાં બ્રેકિંગ વ્યૂહરચનાના અનેક સ્તરો હોય છે. સામાન્ય રીતે, આમાં શામેલ છે:
- એરોડાયનેમિક બ્રેક્સ: મુખ્યત્વે પિચ સિસ્ટમ દ્વારા, થ્રસ્ટ ઘટાડવા અને રોટરને રોકવા માટે બ્લેડ ફેરવવામાં આવે છે.
– મિકેનિકલ બ્રેક્સ (ડિસ્ક બ્રેક્સ): ઘણીવાર ગિયરબોક્સ/જનરેટરની નજીક હાઇ-સ્પીડ શાફ્ટ પર સ્થિત હોય છે. આ બ્રેક્સનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે પાર્કિંગ બ્રેક્સ તરીકે અથવા કટોકટીની પરિસ્થિતિઓમાં થાય છે, સતત બ્રેકિંગ માટે નહીં.
ભારે પરિસ્થિતિઓ, જાળવણી અથવા નિયંત્રણ નિષ્ફળતાનો સામનો કરવા માટે બ્રેક સિસ્ટમ મહત્વપૂર્ણ છે.
૮. લ્યુબ્રિકેશન અને હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ્સ
નેસેલની અંદર એક સપોર્ટ સિસ્ટમ છે જેથી ફરતા ઘટકો શ્રેષ્ઠ સ્થિતિમાં કાર્ય કરે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:
- ગિયરબોક્સ માટે ઓઇલ લુબ્રિકેશન સિસ્ટમ: પંપ, ફિલ્ટર, કુલર અને ઓઇલ ક્વોલિટી સેન્સર.
- ચોક્કસ બેરિંગ્સ અને યાવ બેરિંગ્સ માટે ગ્રીસ સિસ્ટમ.
- હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમ્સ (જો વપરાયેલ હોય તો), દા.ત. હાઇડ્રોલિક પિચ અથવા ચોક્કસ એક્ટ્યુએટર્સ માટે.
સારું લુબ્રિકેશન ઘર્ષણ, તાપમાન અને ઘસારો ઘટાડે છે, જેનાથી ઘટકોનું આયુષ્ય વધે છે.
9. ઠંડક પ્રણાલી
જનરેટર, પાવર કન્વર્ટર અને ગિયરબોક્સ જેવા ઘટકો નોંધપાત્ર ગરમી ઉત્પન્ન કરી શકે છે. તેથી, નેસેલ એક ઠંડક પ્રણાલીથી સજ્જ છે જેમાં શામેલ હોઈ શકે છે:
- એર કૂલિંગ (હવાથી હવા).
- પ્રવાહી ઠંડક, ઉદાહરણ તરીકે ચોક્કસ કન્વર્ટર અથવા જનરેટરમાં.
- કાર્યકારી તાપમાન સુરક્ષિત મર્યાદામાં રાખવા માટે હીટ એક્સ્ચેન્જર અને પંખો.
નબળા થર્મલ મેનેજમેન્ટ કાર્યક્ષમતા ઘટાડી શકે છે અને ઇલેક્ટ્રિકલ ઇન્સ્યુલેશન અને લુબ્રિકન્ટ્સના અધોગતિને વેગ આપી શકે છે.
૧૦. પાવર ઇલેક્ટ્રોનિક્સ અને કંટ્રોલ સિસ્ટમ્સ (કન્વર્ટર અને કંટ્રોલ કેબિનેટ)
આધુનિક વિન્ડ ટર્બાઇન સામાન્ય રીતે ચલ ગતિએ કાર્ય કરે છે, જેમાં ગ્રીડ સાથે મેળ ખાતી વિદ્યુત આઉટપુટને સમાયોજિત કરવા માટે પાવર કન્વર્ટરની જરૂર પડે છે. આ એકમ વોલ્ટેજ, ફ્રીક્વન્સી અને પાવર ફેક્ટરને નિયંત્રિત કરે છે, જે ગ્રીડ કોડ આવશ્યકતાઓને પૂર્ણ કરવામાં મદદ કરે છે.
બીજી બાજુ, કંટ્રોલ કેબિનેટમાં PLC/કંટ્રોલ કોમ્પ્યુટર, પ્રોટેક્શન મોડ્યુલ્સ, રિલે અને કોમ્યુનિકેશન નેટવર્ક્સ હોય છે. કંટ્રોલ સિસ્ટમ પિચ, યૉ, સ્ટાર્ટ/સ્ટોપ, ઓવરસ્પીડ પ્રોટેક્શન અને સેફ્ટી લોજિકનું સંચાલન કરે છે. તે સામાન્ય રીતે રિમોટ મોનિટરિંગ, ડેટા લોગિંગ અને ડાયગ્નોસ્ટિક્સ માટે SCADA થી પણ સજ્જ હોય છે.
૧૧. સેન્સર: એનિમોમીટર, પવન વેન, કંપન, તાપમાન અને અન્ય
ટર્બાઇન વાસ્તવિક સમયમાં કાર્યકારી પરિસ્થિતિઓનો સામનો કરી શકે તે માટે, નેસેલ ઘણા સેન્સરથી સજ્જ છે, જેમ કે:
- એનિમોમીટર (પવનની ગતિ) અને પવન વેન (પવનની દિશા).
- ગિયરબોક્સ, જનરેટર અને બેરિંગ્સ પર વાઇબ્રેશન સેન્સર.
- બેરિંગ્સ, તેલ, જનરેટર વિન્ડિંગ્સ અને ઇલેક્ટ્રિકલ કેબિનેટ પર તાપમાન સેન્સર.
- લ્યુબ્રિકેશન/હાઇડ્રોલિક સિસ્ટમમાં દબાણ અને પ્રવાહ સેન્સર.
સેન્સર ડેટાનો ઉપયોગ નિયંત્રણ માટે થાય છે, અને વધુને વધુ ટર્બાઇન સંભવિત નિષ્ફળતાઓને વહેલા શોધવા માટે આગાહીત્મક વિશ્લેષણનો ઉપયોગ કરી રહ્યા છે.
૧૨. ટ્રાન્સફોર્મર (ડિઝાઇન આધાર રાખે છે)
કેટલીક ટર્બાઇનમાં, ટ્રાન્સફોર્મર નેસેલની અંદર રાખવામાં આવે છે; અન્ય ડિઝાઇનમાં, તે ટાવરની અંદર અથવા બહાર સ્થિત હોય છે. ટ્રાન્સફોર્મર જનરેટર/કન્વર્ટરમાંથી વોલ્ટેજને આંતરિક પવન ફાર્મ ટ્રાન્સમિશન માટે વધુ યોગ્ય સ્તર સુધી વધારે છે, જેના પરિણામે પ્રવાહ ઓછો થાય છે અને પાવર નુકસાન ઓછું થાય છે.
૧૩. નેસેલ કવર અને પર્યાવરણીય સુરક્ષા પ્રણાલી
નેસેલ એક આવરણથી ઢંકાયેલું છે જે ઘટકોને વરસાદ, ધૂળ, ભેજ, ખારા ધુમ્મસ (ઓફશોર) અને ભારે તાપમાનના ફેરફારોથી રક્ષણ આપે છે. તેમાં આ પણ શામેલ છે:
- ઘનીકરણ ઘટાડવા માટે વેન્ટિલેશન અને ભેજ નિયંત્રણ પ્રણાલીઓ.
- ગ્રાઉન્ડિંગ લાઇન સાથે સંકલિત વીજળી સુરક્ષા.
- અનેક ટર્બાઇન પર આગ શોધ અને દમન પ્રણાલીઓ, ખાસ કરીને ઉચ્ચ જોખમવાળા સ્થળો માટે.
કેસિમ્પુલન
નેસેલ એ વિન્ડ ટર્બાઇનનું "મગજ અને સ્નાયુઓ" છે. અંદર, ફ્રેમ, શાફ્ટ, બેરિંગ્સ, ગિયરબોક્સ (જો લાગુ હોય તો), જનરેટર, બ્રેક્સ અને યાવ અને નિયંત્રણ સિસ્ટમ્સ પડકારજનક વાતાવરણમાં સાથે કામ કરે છે. વધુમાં, લ્યુબ્રિકેશન, કૂલિંગ, સેન્સર, કન્વર્ટર અને સુરક્ષા સિસ્ટમ્સ ખાતરી કરે છે કે ટર્બાઇન માત્ર વીજળી ઉત્પન્ન કરતું નથી પણ સલામત, કાર્યક્ષમ અને સરળતાથી દેખરેખ રાખવામાં આવે છે.
નેસેલના મુખ્ય ઘટકોને સમજવાથી આપણને સમજવામાં મદદ મળે છે કે પવન ટર્બાઇન ટેકનોલોજી શા માટે સતત વિકસિત થઈ રહી છે: ધ્યેય માત્ર શક્તિ વધારવાનો નથી, પરંતુ વિશ્વસનીયતા સુધારવાનો, જાળવણીને સરળ બનાવવાનો અને પવન દ્વારા ઉત્પન્ન થતી વીજળીનો ખર્ચ ઘટાડવાનો પણ છે. જો તમે ઇચ્છો, તો હું ઓનશોર અને ઓફશોર ટર્બાઇન નેસેલ્સ વચ્ચેના તફાવતો પર એક સમર્પિત વિભાગ ઉમેરી શકું છું, અથવા રોટરથી ગ્રીડ સુધી ઊર્જા પ્રવાહ આકૃતિની ચર્ચા કરી શકું છું.
