நீர் மின் நிலையங்களில் உள்ள நீர் விசையாழிகள்
நீர்மின்சக்தி (PLTA) என்பது மனிதர்களால் பயன்படுத்தப்படும் மிகப் பழமையான புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் மூலங்களில் ஒன்றாகும். இந்தோனேசியா உட்பட பல நாடுகளில், நிலையான மற்றும் ஒப்பீட்டளவில் சுற்றுச்சூழலுக்கு உகந்த மின்சாரத்தை வழங்குவதில் நீர்மின் நிலையங்கள் முக்கியப் பங்கு வகிக்கின்றன. நீர் பாய்ந்து பின்னர் மின்சாரம் உற்பத்தி செய்யப்படும், வெளித்தோற்றத்தில் எளிமையானதாகத் தோன்றும் நீர்மின்சக்தி அமைப்பிற்குப் பின்னால், ஆற்றல் மாற்றத்தின் வெற்றியைத் தீர்மானிக்கும் ஒரு முக்கியக் கூறு உள்ளது: அதுவே நீர் விசையாழி (ஹைட்ரோ டர்பைன்). நீர் விசையாழியே ஒரு நீர்மின் நிலையத்தின் "இதயம்" ஆகும். ஏனெனில், இந்தச் சாதனம்தான் நீரின் நிலை மற்றும் இயக்க ஆற்றலைச் சுழற்சி இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றுகிறது. பின்னர் அந்த ஆற்றல், ஒரு மின்னாக்கியால் மின் ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது.
நீர் மின் நிலையங்களின் அடிப்படை செயல்பாட்டுக் கொள்கைகள்
பொதுவாக, நீர்மின் நிலையங்கள், நீரின் அழுத்தம் மற்றும் நீரோட்டத்தில் உள்ள வேறுபாடுகளைப் பயன்படுத்தி இயங்குகின்றன. நீர்த்தேக்கங்களில் தேங்கியுள்ள நீரோ அல்லது ஆறுகளில் பாயும் நீரோ, அழுத்தத்தை அதிகரிக்கவும் நீரோட்ட விகிதங்களைக் கட்டுப்படுத்தவும் நீர்க்குழாய்கள் வழியாகச் செலுத்தப்படுகிறது. இந்த அழுத்தப்பட்ட நீர் விசையாழியின் இறக்கைகளைத் தாக்கும்போது, விசையாழி சுழல்கிறது. விசையாழித் தண்டின் இந்தச் சுழற்சி, ஒரு மின்னாக்கியை இயக்கி மின்சாரத்தை உற்பத்தி செய்கிறது.
இந்தச் செயல்முறையில் ஈடுபடும் ஆற்றலை ஒரு எளிய கருத்தின் மூலம் புரிந்துகொள்ளலாம்: நீர் விழும் உயரமான 'ஹெட்' (head) மற்றும் ஒரு வினாடிக்கு வெளியேறும் நீரின் கன அளவு (discharge) ஆகியவை எந்த அளவிற்கு அதிகமாக இருக்கின்றனவோ, அந்த அளவிற்கு உருவாக்கப்படும் ஆற்றல் திறனும் அதிகமாக இருக்கும். இருப்பினும், டர்பைனின் செயல்திறன், நீர்வழித்தட வடிவமைப்பு மற்றும் இயக்க நிலைமைகள் ஆகியவை, நீரின் ஆற்றலில் உண்மையில் எவ்வளவு மின்சாரமாக மாற்றப்பட முடியும் என்பதைப் பெருமளவில் தீர்மானிக்கின்றன.
நீர் விசையாழிகளின் முக்கிய பங்கு
நீர் விசையாழிகள் ஆற்றல் மாற்றிகளாகச் செயல்படுவது மட்டுமல்லாமல், நீர் எவ்வாறு முறுக்குவிசையாகவும் சுழற்சியாகவும் மாற்றப்படுகிறது என்பதைக் கட்டுப்படுத்துபவையாகவும் செயல்படுகின்றன. சரியான விசையாழி வகையைத் தேர்ந்தெடுப்பது செயல்திறன், உபகரணத்தின் ஆயுட்காலம் மற்றும் பராமரிப்புச் செலவுகளைக் கூட நிர்ணயிக்கும். தேர்ந்தெடுக்கப்பட்ட விசையாழியானது, அந்த இடத்தின் பண்புகளுக்கு, குறிப்பாக நீர்மட்டம் மற்றும் பாய்வு விகிதத்திற்கு ஏற்றதாக இருக்க வேண்டும்.
களத்தில், எந்தவொரு ஒற்றை விசையாழி வகையும் எல்லா நிலைமைகளுக்கும் பொருத்தமானதாக இருக்காது. எனவே, நீர்மின் வடிவமைப்பாளர்கள் நிறுவப்பட வேண்டிய விசையாழியைத் தேர்ந்தெடுப்பதற்கு முன், நீரியல் தரவுகள், நில அமைப்பு மற்றும் மின்சாரத் தேவைகளை ஆய்வு செய்கின்றனர்.
பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் நீர் விசையாழிகளின் வகைகள்
நீர்மின் நிலையங்களில் உள்ள நீர் விசையாழிகள், அவை நீர் ஆற்றலைப் பயன்படுத்தும் முறையின் அடிப்படையில் பொதுவாக இரண்டு பெரிய குழுக்களாகப் பிரிக்கப்படுகின்றன: உந்துவிசை விசையாழிகள் மற்றும் எதிர்விசை விசையாழிகள்.
1. இம்பல்ஸ் டர்பைன் (Impulse Turbine)
உந்துவிசைச் சுழலிகள், நீரின் இயக்க ஆற்றலை அதிவேகப் பீய்ச்சலாகப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் செயல்படுகின்றன. அழுத்தப்பட்ட நீர் ஒரு முனைக்குழாய் வழியாக வெளியேற்றப்பட்டு, சுழலியின் இறக்கைகளைத் தாக்குவதால், சுழலி சுழலத் தொடங்குகிறது. சுழலியின் சுழலும் பகுதியான ஓடுதளத்தைச் சுற்றியுள்ள நீரின் அழுத்தம் பொதுவாக வளிமண்டல அழுத்தத்திற்கு நெருக்கமாக இருப்பதால், அழுத்த மாற்றங்கள் முதன்மையாக முனைக்குழாயிலேயே நிகழ்கின்றன, ஓடுதளத்தில் அல்ல.
மிகவும் அறியப்பட்ட உந்துவிசை விசையாழிகளின் வகைகள்:
– பெல்டன் டர்பைன்
பெல்டன் டர்பைன்கள் அதிக நீர் அழுத்தத்திற்கும், சிறிய மற்றும் நடுத்தர நீர்ப் பாய்வு விகிதங்களுக்கும் ஏற்றவை. இந்த டர்பைன்களில், நீரின் பீய்ச்சலைப் பிரித்து, பாய்வுத் திசையை மாற்றி, அதிகபட்ச உந்துவிசையை அடையும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்ட இரட்டை வாளி வடிவ இறக்கைகள் உள்ளன. அதிக உயர வேறுபாடுகள் கொண்ட மலைப்பகுதிகளில் பெல்டன் டர்பைன்கள் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.
உந்து விசையாழிகளின் நன்மைகள் அவற்றின் ஒப்பீட்டளவில் எளிமையான வடிவமைப்பு, அதிக நீர் அழுத்தத்தில் செயல்திறன் மற்றும் குறிப்பிட்ட நீர் நிலைகளில் எளிதான பராமரிப்பு ஆகியவை ஆகும். இருப்பினும், குறைந்த நீர் அழுத்தம் மற்றும் அதிக நீர் வெளியேற்றம் உள்ள இடங்களுக்கு, உந்து விசையாழிகள் பொதுவாக ஒரு சிக்கனமான தேர்வாக இருப்பதில்லை.
2. வினை விசையாழி (Reaction Turbine)
உந்துவிசை விசையாழிகளைப் போலல்லாமல், வினைவிசை விசையாழிகள், ஓடுதண்டின் வழியாக நீர் பாயும்போது ஏற்படும் அழுத்தம் மற்றும் திசைவேக மாற்றங்களின் காரணமாக இயங்குகின்றன. இந்த விசையாழி, ஒரு விசையாழி உறைக்குள் (கேசிங்) இயங்குகிறது மற்றும் பொதுவாக நீரில் மூழ்கியிருக்கும். இங்கு, அழுத்த வேறுபாட்டின் விளைவாக உருவாகும் உந்துவிசை மற்றும் வினைவிசைகளின் கலவையின் மூலம், நீரின் ஆற்றல் இயந்திர ஆற்றலாக மாற்றப்படுகிறது.
பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் வினை விசையாழிகளில் பின்வருவன அடங்கும்:
– பிரான்சிஸ் டர்பைன்
ஃபிரான்சிஸ் டர்பைன்கள் பெரிய அளவிலான நீர்மின் நிலையங்களில் மிகவும் பன்முகத்தன்மை வாய்ந்ததாகவும், பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுபவையாகவும் உள்ளன. அவை நடுத்தர நீர்மட்டத்திற்கும் நடுத்தர நீர் வெளியேற்றத்திற்கும் ஏற்றவை. நீர் ஆரவழியாக நுழைந்து, ஒரு குறிப்பிட்ட இயக்க வரம்பில் செயல்திறனை அதிகரிக்க வடிவமைக்கப்பட்ட இறக்கைகள் வழியாக அச்சுவழியாக வெளியேறுகிறது. ஃபிரான்சிஸ் டர்பைன்கள் அவற்றின் நிலையான செயல்பாடு, உயர் செயல்திறன் மற்றும் பரந்த அளவிலான சூழல்களுக்கு ஏற்ற தன்மை ஆகியவற்றின் காரணமாக ஒரு பிரபலமான தேர்வாக விளங்குகின்றன.
– கப்லான் டர்பைன் (மற்றும் புரொப்பல்லர்)
காப்லான் டர்பைன்கள், குறைந்த நீர்மட்டம் மற்றும் அதிக நீர் வெளியேற்றத்திற்கு ஏற்றவை. உதாரணமாக, மிதமான நீர்மட்ட உயரங்களைக் கொண்ட பெரிய ஆறுகள் அல்லது அணைகளில் இவற்றைப் பயன்படுத்தலாம். காப்லான் டர்பைன்களில் சரிசெய்யக்கூடிய இறக்கைகள் இருப்பதால், நீர் வெளியேற்றத்தில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் இருந்தபோதிலும் அவற்றால் செயல்திறனைத் தக்கவைத்துக் கொள்ள முடிகிறது. இதன் ஒரு எளிமையான வகை புரொப்பல்லர் டர்பைன் ஆகும், ஆனால் இதில் பொதுவாக இறக்கைகளைச் சரிசெய்யும் வசதி இல்லாததால், நெகிழ்வுத்தன்மையும் குறைவாகவே உள்ளது.
நீர் விசையாழியின் முக்கிய கூறுகள்
டர்பைன்களின் வகைகள் வேறுபட்டாலும், ஒரு நீர்மின் டர்பைன் அமைப்பில் கிட்டத்தட்ட எப்போதும் இருக்கும் சில முக்கியக் கூறுகள் உள்ளன:
1. ரன்னர் (சுழலிச் சக்கரம்): நீரிலிருந்து ஆற்றலைப் பெறும் சுழலும் பாகம்.
2. பிளேடுகள்/வாளிகள்: நீரோட்டத்துடன் நேரடியாகத் தொடர்பு கொள்ளும் கூறுகள்.
3. தண்டு: விசையாழியின் சுழற்சியை மின்னாக்கிக்குக் கடத்துகிறது.
4. வழிகாட்டித் தகடுகள்/விக்கெட் கதவுகள்: ரன்னருக்குச் செல்லும் நீரின் திசையையும் அளவையும் ஒழுங்குபடுத்துகின்றன; இவை ஆற்றல் கட்டுப்பாடு மற்றும் நிலைத்தன்மைக்கு முக்கியமானவை.
5. உறை: பாய்மத்தை நெறிப்படுத்தி, அழுத்தத்தைப் பராமரிக்கும் டர்பைன் உறை (குறிப்பாக வினை டர்பைன்களுக்கு).
6. டிராஃப்ட் டியூப்: இது ரன்னரின் வெளிவழிப் பக்கத்தில் (பொதுவாக ரியாக்ஷன் டர்பைன்களில்) அமைந்துள்ள ஒரு டிஃப்யூசர் குழாய் ஆகும். இது அழுத்தத்தை மீட்டெடுக்கவும் செயல்திறனை அதிகரிக்கவும் உதவுகிறது.
இந்தக் கூறுகளுக்கு இடையேயான ஒருங்கிணைப்பு, உச்சபட்ச பளு மற்றும் பகுதிப் பளு ஆகிய இரு நிலைகளிலும் விசையாழியின் செயல்திறனைத் தீர்மானிக்கிறது.
விசையாழித் தேர்வைத் தீர்மானிக்கும் காரணிகள்
ஒரு நீர்மின் நிலையத்தை வடிவமைக்கும்போது, டர்பைனைத் தேர்ந்தெடுப்பதில் பல முக்கிய காரணிகள் கருத்தில் கொள்ளப்படுகின்றன:
– பயனுறு உயரம்: குழாயில் ஏற்படும் உராய்வு இழப்புகளைக் கழித்த பிறகு ஏற்படும் உண்மையான உயர வேறுபாடு.
– கிடைக்கப்பெறும் வெளியேற்றம்: சராசரி ஆண்டு வெளியேற்றம் மற்றும் பருவகால மாறுபாடுகள்.
– விரும்பிய சுழற்சி வேகம்: இது மின்னாக்கியின் ஒத்திசைவு மற்றும் மின் அமைப்பின் அதிர்வெண்ணுடன் தொடர்புடையது.
– நீரின் நிலைமைகள்: தேய்மானத்தை விரைவுபடுத்தக்கூடிய வண்டல், மணல் அல்லது சிராய்ப்புப் பொருட்களின் உள்ளடக்கம்.
– முதலீடு மற்றும் பராமரிப்புச் செலவுகள்: உதிரி பாகங்கள் கிடைப்பது மற்றும் பராமரிப்பின் எளிமை ஆகியவை இதில் அடங்கும்.
உதாரணமாக, காப்லான் டர்பைன் பாய்வு விகித நெகிழ்வுத்தன்மையில் சிறந்து விளங்குகிறது, ஆனால் அதன் இயந்திர அமைப்பு மிகவும் சிக்கலானது. பெல்டன் சில அம்சங்களில் எளிமையானது, ஆனால் சிக்கனமாக இருக்க அதிக அழுத்தம் தேவைப்படுகிறது.
செயல்பாட்டுத் திறன் மற்றும் சவால்கள்
டர்பைனின் செயல்திறன் ஒரு முக்கியமான அளவுகோலாகும், ஏனெனில் அது உற்பத்தி செய்யக்கூடிய மின்சாரத்தின் அளவை நேரடியாகப் பாதிக்கிறது. நவீன டர்பைன்கள், வடிவமைக்கப்பட்ட நிபந்தனைகளின் கீழ் 90%க்கும் அதிகமான உயர் செயல்திறனை அடைய முடியும். இருப்பினும், உண்மையான செயல்பாட்டில் பெரும்பாலும் பின்வரும் சவால்கள் எதிர்கொள்ளப்படுகின்றன:
– குழிவுறுதல்: உள்ளூர் அழுத்தம் குறைவதால் நீராவி குமிழ்கள் உருவாகி, அது பிளேடின் மேற்பரப்பைச் சேதப்படுத்தக்கூடும்.
– வண்டல் அரிப்பு: குறிப்பாக அதிக வண்டல் உள்ள ஆறுகளில், மணல் மற்றும் சேற்றுத் துகள்கள் ஓடுதளங்களையும் வழிகாட்டித் தகடுகளையும் அரிக்கின்றன.
– சுமை மாறுபாடுகள்: மின்சாரத் தேவையில் ஏற்படும் மாற்றங்கள், விசையாழியை அதன் உகந்த செயல்திறன் புள்ளிக்கு வெளியே இயங்கச் செய்கின்றன.
– அதிர்வு மற்றும் தாங்கித் தேய்மானம்: கண்காணிக்கப்படாவிட்டால் நம்பகத்தன்மையைக் குறைக்கக்கூடும்.
எனவே, நவீன நீர்மின் நிலையங்கள், இயல்பு மீறல்களை முன்கூட்டியே கண்டறியும் வகையில், பொதுவாகக் கட்டுப்பாட்டு மற்றும் நிலை கண்காணிப்பு அமைப்புகளுடன் பொருத்தப்பட்டுள்ளன.
நிலையான ஆற்றலுக்கு நீர் விசையாழிகளின் பங்களிப்பு
புதைபடிவ எரிபொருள் மின் நிலையங்களைக் காட்டிலும் குறைந்த செயல்பாட்டு உமிழ்வுகளுடன் மின்சாரத்தை வழங்க நீர் விசையாழிகள் உதவுகின்றன. மேலும், மின்சுமை மாற்றங்களுக்கு விரைவாகப் பதிலளிக்கும் திறன் கொண்டிருப்பதால், நீர்மின்சக்தியானது மின்கட்டமைப்பை நிலைப்படுத்தும் ஒரு காரணியாகச் செயல்பட முடியும். சில அமைப்புகளில், ஆற்றலைச் சேமிப்பதற்காக நீர்மின்சக்தியானது நீரேற்று சேமிப்புத் திட்டங்களுடன் இணைக்கப்படுகிறது. இதனால், சூரிய மற்றும் காற்றாலை ஆற்றலின் ஒருங்கிணைப்பை ஆதரிப்பதில் விசையாழிகள் ஒரு முக்கிய காரணியாக அமைகின்றன.
இருப்பினும், ஆற்றுச் சூழல் அமைப்புகளில் ஏற்படும் மாற்றங்கள் மற்றும் சமூக இடப்பெயர்வு போன்ற அணை உள்கட்டமைப்பின் சுற்றுச்சூழல் மற்றும் சமூகத் தாக்கங்களையும் கருத்தில் கொள்வது அவசியம். எனவே, இடத் தேர்வு, விசையாழி வடிவமைப்பு மற்றும் நீர் ஓட்ட மேலாண்மை ஆகியவை பொறுப்புடன் மேற்கொள்ளப்பட வேண்டும்.
மூடுகிறது
நீர் விசையாழிகள் நீர்மின் நிலையங்களின் இதயமாகத் திகழ்கின்றன. அவை நீரின் ஆற்றலை இயந்திரச் சுழற்சியாக மாற்றி, அதன் மூலம் மின்சாரத்தை உருவாக்குகின்றன. பெல்டன், ஃபிரான்சிஸ், கப்லான் மற்றும் பிற வகை விசையாழிகள், நீரின் அழுத்தம் மற்றும் பாய்வு விகிதம், அத்துடன் தொழில்நுட்ப மற்றும் பொருளாதாரக் காரணிகளின் அடிப்படையில் தேர்ந்தெடுக்கப்படுகின்றன. சரியான வடிவமைப்பின் மூலம், நீர் விசையாழிகள் அதிக செயல்திறனுடனும் நம்பகத்தன்மையுடனும் செயல்பட்டு, நீண்ட கால மின்சார விநியோகத்திற்கு ஆதரவளிக்கின்றன. தூய்மையான ஆற்றலுக்கான உலகளாவிய தேவைக்கு மத்தியில், நீர் விசையாழிகள் செயல்திறன், பொருட்களின் நீடித்துழைக்கும் தன்மை மற்றும் மாறுபட்ட சூழ்நிலைகளில் செயல்படும் திறன் ஆகியவற்றில் தொடர்ந்து வளர்ச்சியடைந்து வரும் ஒரு முக்கிய தொழில்நுட்பமாகத் திகழ்கின்றன.
