पवन टर्बाइन

इतिहास

पवन मशीनों का इस्तेमाल फारस (वर्तमान ईरान) में 200 ई.पू. के शुरूआती दिनों में होता था। हेरन ऑफ ऐलेक्जेंड्रिया का विंडह्वील (पवनचक्र) इतिहास में वायु चालित मशीन की ज्ञात पहली मिसाल है। हालांकि, पहली व्यावहारिक पवन-चक्की का निर्माण अफगानिस्तान और ईरान के बीच के क्षेत्र सिस्टान में 7 वीं सदी में हुआ था। ये लंबवत धुरी वाले पवन-चक्की थे, जिसमें आयताकार ब्लेड के साथ लंबवत लंबे ड्राइव शाफ्ट थे। ये छह से बारह पाल वाले सरकंडे की चटाई या कपड़े जैसी चीज से ढंके होते थे, इन पवन-चक्कियों का इस्तेमाल मक्का पीसने और पानी खींचने के लिए होता था और चक्की घर और गन्ना उद्योग में भी इसका उपयोग होता था।
14 वीं शताब्दी तक, डच पवन चक्की का प्रयोग राइन नदी के डेल्टाई क्षेत्र में निकासी के लिए होता था। 1900 तक डेनमार्क में, पंपों और मिलों जैसे यांत्रिक लोड के लिए लगभग 2500 पवन चक्कियां थीं, अनुमानित रूप से ये सब लगभग 30 मेगावाट बिजली का उत्पादन करतीं थी। बिजली पैदा करनेवाली पहली ज्ञात पवन चक्की 1887 में स्कॉटलैंड में जेम्स ब्लीथ द्वारा स्थापित की गयी थी, वह बैटरी से चार्ज हुआ करतीं थी। संयुक्त राज्य अमेरिका में बिजली उत्पादन के लिए पहली पवन चक्की का निर्माण चार्ल्स एफ ब्रुश ने 1888 में ओहियो के क्लीवलैंड में किया था और 1908 में वहां 5 किलोवाट से 25 किलोवाट तक बिजली पैदा करने वाले 72 वायु चालित विद्युत जेनरेटर थे। सबसे बड़ी मशीन 24-मीटर (79 फीट) टावर में चार ब्लेड वाले 23-मीटर (75 फीट) व्यास के रोटार थे। प्रथम विश्व युद्ध के आसपास के समय, अमेरिकी पवन चक्की निर्माताओं ने प्रत्येक वर्ष 100,000 फर्म पवन चक्की बनाया, जिनमें से ज्यादातर पानी को पंप करने के लिए थे।
1930 के दशक तक, संयुक्त राज्य अमेरिका में, जहां वितरण प्रणाली तब तक स्थापित नहीं हुई थी, ज्यादातर फार्मों में बिजली के लिए पवन चक्की आम थे। इस अवधि में, उच्च-तन्यता इस्पात सस्ते हो गए थे और पवन-चक्की को पूर्वनिर्मित स्टील के जालीदार खुले टॉवर के ऊपर रखा गया।
आधुनिक क्षैतिज-अक्षवाले हवा जनरेटर का एक अगुआ 1931 में सोवियत संघ के याल्टा में सेवारत था। एक 30-मीटर (98 फीट) टावर पर यह एक 100 किलोवाट जनरेटर था, जो कि 6.3 किलोवोल्ट के एक स्थानीय वितरण प्रणाली से जुड़ा होता था। बताया जाता था कि इसकी क्षमता का कारक सालाना 32 प्रतिशत था, जो कि वर्तमान पवन मशीन से बहुत भिन्न नहीं है।
1941 के अंत में, पहली मेगावाट-श्रेणी के पवन टर्बाइन को वरमोंट में एक उपयोगिता ग्रिड के लिए सिंक्रनाइज़ किया गया था। स्मिथ-पुटनम नाम का पवन टर्बाइन गंभीर रूप से खराब होने से पहले केवल 1,100 घंटे तक ही चला. युद्ध का समय होने के कारण, सामग्री की कमी के चलते इस इकाई की मरम्मत नहीं हुई।
उपयोगिता ग्रिड से जुड़ा पहला पवन टर्बाइन ब्रिटेन में संचालित हुआ, जो 1954 में ओर्कनेय आईलैंड में जॉन ब्राउन एंड कंपनी द्वारा निर्मित हुआ था। यह 18-मीटर (59 फीट) व्यास वाला था, जिसमें तीन ब्लेडों वाले रोटार थे और इसका उत्पादन 100 किलोवाट दर्ज किया गया।

संसाधन

किसी भी स्थान पर उपलब्ध पवन ऊर्जा का एक मात्रात्मक माप पवन ऊर्जा घनत्व (WPD) (डब्ल्यूपीडी)) कहलाता है, यह एक टर्बाइन के घूमते हुए क्षेत्र में प्रति वर्ग मीटर पर उपलब्ध औसत सालाना ऊर्जा की एक गणना है और जमीन के ऊपर अलग-अलग ऊंचाइयों के लिए सारणीबद्ध है। पवन ऊर्जा घनत्व की गणना में हवा का वेग और वायु घनत्व का प्रभाव शामिल है। रंगों के जरिए दिखाए गए एक क्षेत्र विशेष का नक्शा तैयार किया जाता है, उदाहरण के लिए "50 मीटर में औसत सालाना औसत ऊर्जा घनत्व." संयुक्त राज्य अमेरिका में, उपरोक्त गणना के परिणामों को यू. एस. (U.S.) के नेशनल रिन्यूएबल एनर्जी लैब द्वारा विकसित एक सूचकांक में शामिल कर लिया जाता है और "एनआरईएल सीएलएएसएस" (NREL CLASS) को भेज दिया जाता है। इससे बड़ा डब्ल्यूपीडी (WPD) गणना, श्रेणी द्वारा इसे उच्च दर्जा दिया जाता है। श्रेणी का रेंज श्रेणी 1 (200 वाट/वर्ग मीटर या 50 मीटर की दूरी पर कम ऊंचाईवाला) से लेकर श्रेणी 7 (800 से 2000 वाट/वर्ग मीटर) तक होता है। वाणिज्यिक पवन फार्मों को आमतौर पर श्रेणी 3 में या ऊंचाईवाले क्षेत्र में रखा जाता है, हालांकि दूसरी ओर एक पृथक स्थल पर श्रेणी 1 का क्षेत्र होने से फायदा उठाना व्यावहारिक हो सकता है।

प्रकार

पवन टर्बाइन या तो क्षैतिज अक्ष पर या लंबवत अक्ष पर घूम सकते हैं, पहले किस्म का टर्बाइन कहीं अधिक पुराना और आम दोनों ही है।

क्षैतिज अक्ष

क्षैतिज अक्षवाले पवन टर्बाइन (HAWT (एचएडब्ल्यूटी)) में मुख्य रोटर शाफ्ट होता है और टावर के शीर्ष पर विद्युत जनरेटर होता है और जिसका रूख जरूरी है हवा की ओर हो। सामान्य वायु फलक द्वारा छोटे टर्बाइनों का रूख तय किया जाता है, जबकि बड़े टर्बाइन में आमतौर पर सर्वो मोटर के साथ एक युग्मित वायु सेंसर का उपयोग किया जाता है। इनमें से ज्यादातर में एक गियर बॉक्स होता है, जो धीमी गति से चक्कर लगानेवाले ब्लेड को तेज गति से घुमाने लगता है, यह विद्युत जनरेटर को चलाने के लिए कहीं अधिक उपयुक्त होता हैं।
चूंकि टावर इसके पीछे वायुमंडलीय विक्षोभ पैदा करता है, इसीलिए टर्बाइन को आमतौर पर इसके सहायक टावर में हवा के प्रवाह की दिशा में तैनात किया जाता हैं। हवा के तेज झोंकों द्वारा टावर से ब्लेड को टकराने से रोकने के लिए टर्बाइन के ब्लेड सख्त बनाये जाते हैं। इसके अतिरिक्त, ब्लेड को टावर के सामने काफी दूरी पर लगाया जाता है और कभी-कभी हल्की हवा में ये टावर के आगे झुक जाते हैं।
वायुमंडलीय हवा के विक्षोभ (प्रक्षिप्त मस्तूल) की समस्या के बावजूद हवा के रूख के हिसाब से मशीन तैयार की जाती है, क्योंकि उन्हें हवा के साथ कतार में रखने के लिए अतिरिक्त व्यवस्था की जरूरत नहीं होती है और क्योंकि तेज हवाएं ब्लेड को मोड़ दे सकती हैं, जो इनके प्रसार क्षेत्र को कम कर देता है और इससे हवा में अवरोध पैदा होता है। चक्रीय (जो कि दोहराव है) विक्षोभ के कारण गंभीर खराबी आ सकती है, ज्यादातर एचएडब्ल्यूटी (HAWTs) हवा की दिशा में डिजाइन किए जाते हैं।

अपरंपरागत पवन टर्बाइन

जर्मनी के विंडपार्क होल्ट्रिम में एक ई-66 पवन टर्बाइन में एक अवलोकन डेक है, जो आगंतुकों के लिए खुला रहता है। अवलोकन डेक के साथ इसी प्रकार का एक अन्य टर्बाइन इंग्लैंड के स्वाफ्फहम में स्थित है। वायुवाहित पवन टर्बाइन की जांच बहुत बार की जा चुकी है, लेकिन विशिष्ट ऊर्जा का उत्पादन अभी तक बाकी है। अवधारणा की अगर बात की जाए तो पवन टर्बाइन का इस्तेमाल सूरज द्वारा गर्म हवा के कारण निकली ऊर्जा को खींचने के लिए बहुत ही बड़े अनुलंब सीध में खड़े सौर टॉवर से जोड़ने में किया जा सकता है।
पवन टर्बाइन का उपयोग मैगनस प्रभाव को विकसित करने में किया गया है

लघु पवन टर्बाइन

छोटे पवन टर्बाइन नाव या कारवां उपयोग के लिए एक पचास वाट जनरेटर जितने छोटे हो सकते हैं। छोटी इकाइयों में अक्सर प्रत्यक्ष ड्राइव जेनरेटर, प्रत्यक्ष विद्युत आउटपुट, एरो-इलास्टिक ब्लेड, आजीवन चलनेवाले बीयरिंग होते हैं और हवा की दिशा में ये एक विंदु फलक का प्रयोग करते हैं।
बड़े, अधिक महंगे टर्बाइन में आमतौर पर गियर पावर ट्रेन, वैकल्पिक विद्युत आउटपुट, फ्लैप होते हैं और सक्रिय रूप से हवा में लगाये जाते हैं। बड़े पवन टर्बाइनों के लिए प्रत्यक्ष ड्राइव जनरेटर और एरो-इलास्टिक ब्लेड को लेकर शोध किए जा रहे हैं।

सबसे बड़ा प्रवाह क्षेत्र

सबसे बड़े प्रवाह क्षेत्र वाले टर्बाइन को 2009 में स्पेन के ज़रागोज़ा के जॉलिन में गामेसा द्वारा स्थापित किया गया है। जी10एक्स - 4.5 मेगावाट का 128 मीटर के व्यासवाला एक रोटर है।

सबसे ऊंचा

सबसे ऊंचा पवन टर्बाइन फूहरलैंडर विंड टर्बाइन लासो है। जमीन के ऊपर इसकी धुरी 160 मीटर और इसके रोटर 205 मीटर की ऊंचाई तक पहुंच सकते हैं। यह दुनिया का 200 मीटर से अधिक ऊंचाईवाला अकेला पवन टर्बाइन है।

सबसे बड़ी अनुलंब-धुरी

कैप में चैप-चैट में ले नोर्डाइस पवन फर्म क्यूबेक में एक लंबवत धुरीवाला पवन टर्बाइन (वीएडब्ल्यूटी (VAWT)) है, जिसका नाम ईओले (Éoleक) दिया गया है, जो दुनिया का सबसे बड़ा110 मीटर वाला टर्बाइन है। नाम पटरी पर इसकी क्षमता 3.8 मेगावाट है।

अधिकांशत: दक्षिणी वायु

वर्तमान समय में, दिसंबर 2009 से जो तीन टर्बाइन दक्षिण ध्रुव के बहुत ही करीब काम कर रहे हैं वे अंटार्कटिका में एनरकॉन ई-33, न्यूजीलैंड के स्कॉट बेस बिजली देनेवाला और संयुक्त राज्य अमेरिका का मैक्मुर्डो स्टेशन है, हालांकि 1997 और 19998 में एम्युंडसेन-स्कॉट साउथ पोल स्टेशन में नॉर्देर्न पावर सिस्टम से संचालित एक संशोधित एचआर3 (HR3) टर्बाइन भी है। मार्च 2010 में सीआईटीईडीईएफ (CITEDEF) ने अर्जेटीना मैरम्बायो बेस पर एक पवन टर्बाइन को डिजाइन किया, निर्माण किया और उसे स्थापित किया है।

सर्वाधिक उत्पादकता

डेनमार्क के रोलैंड पवन फर्म में चार टर्बाइन हैं जो सर्वाधिक उत्पादकता वाले है और अपने रिकॉर्ड आपस में बांटते हैं। जून 2010 तक इनमें से हरेक का उत्पादन 63.2 प्रति घंटा गिगावाट है।

सर्वाधिक ऊंचाई पर स्थित

दुनिया के सर्वोच्च ऊंचाई पर स्थित पवन टर्बाइन का निर्माण डेविंड द्वारा किया गया और यह समुद्र स्तर से ऊपर अर्जेटीना के चारों ओर4,100 मीटर (13,500 फीट) एंडेज में स्थित है। यह जगह डी8.2-2000 किलोवाट / 50 हर्ट्ज प्रकार के टर्बाइन का उपयोग करता है। इस टरबाइन में वोइथ (Voith) द्वारा बनाया गया एक विशेष टॉर्क परिर्वतक (विनड्राइव) के साथ एक नई अवधारणा ड्राइव ट्रेन और एक तुल्यकालिक जेनरेटर है। डब्ल्यूकेए को दिसंबर 2007 में काम में लगया गया था और तब से यह वेलारेडो बैरिक गोल्ड खान में बिजली की आपूर्ति करता है।