An Innovative Floating-Supported Cross-Flow Turbine for Hydropower Recovery from Low-Head Barrage Outflows
यह अध्ययन एक तैरते हुए समर्थित क्रॉस-फ्लो टरबाइन को प्रस्तुत और मान्य करता है जो एक निष्क्रिय, अनुकूलन योग्य लीवर तंत्र से सुसज्जित है जो मौजूदा बैराज आउटफ्लो के साथ जेट संरेखण को स्वचालित रूप से अनुकूलित करता है, जिससे बिना किसी बुनियादी ढांचे में संशोधन या बाहरी नियंत्रण प्रणालियों की आवश्यकता के 26% तक दक्षता और महत्वपूर्ण वार्षिक ऊर्जा प्राप्ति और कार्बन में कमी प्राप्त होती है।
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हर दिन, नदियों और सिंचाई नहरों के किनारे लगे विशाल गेट बाढ़ को नियंत्रित करने या फसलों को पानी देने के लिए भारी मात्रा में पानी छोड़ते हैं। जैसे ही यह पानी बाहर निकलता है, यह अपने साथ एक जबरदस्त छिपी हुई ऊर्जा लेकर चलता है, एक ऐसी शक्ति जो आमतौर पर नीचे नदी में गिरते समय पानी के छिटकने के साथ हवा में विलीन हो जाती है। दशकों से, इंजीनियर इस बर्बाद होती शक्ति को पकड़ने के लिए संघर्ष कर रहे हैं। पारंपरिक जलविद्युत बांधों के लिए विशाल कंक्रीट संरचनाएं बनाने और घाटियों को जलमग्न करने की आवश्यकता होती है, जो महंगा और विघटनकारी है। बहते पानी से ऊर्जा प्राप्त करने के अन्य प्रयास अक्सर उन निश्चित टर्बाइनों पर निर्भर करते हैं जो बैराज गेटों पर पाए जाने वाले बदलते जल स्तर को नहीं संभाल सकते। जब नदी का स्तर बढ़ता या घटता है, तो एक स्थिर मशीन अपना लक्ष्य खो देती है, और ऊर्जा फिर से नष्ट हो जाती है। चुनौती बिना कोई नया बांध बनाए या जटिल इलेक्ट्रॉनिक्स स्थापित किए बिना, जो नदी के कठोर वातावरण में विफल हो सकते हैं, इस चलती शक्ति को पकड़ने का तरीका खोजने की थी।
मिस्र के नेशनल वॉटर रिसर्च सेंटर के एक शोधकर्ता ने इस समस्या को हल करने के लिए एक नया दृष्टिकोण विकसित किया है। उन्होंने विशेष रूप से बैराज गेटों के आउटफ्लो (निकास) के लिए डिज़ाइन किया गया एक फ्लोटिंग टर्बाइन सिस्टम बनाया है, जो सिंचाई नेटवर्क में जल स्तर को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किए जाने वाले ढांचे हैं। उनके आविष्कार का मूल एक सरल, विशुद्ध रूप से यांत्रिक उपकरण है जो टर्बाइन को पानी की जेट के साथ पूरी तरह से संरेखित रखता है, चाहे पानी का स्तर कितना भी ऊपर या नीचे क्यों न हो। मशीन को समायोजित करने के लिए कंप्यूटर, सेंसर या इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग करने के बजाय, उन्होंने एक लीवर के माध्यम से जुड़े एक फ्लोटिंग प्लेटफॉर्म का निर्माण किया है। जैसे-जैसे जल स्तर बदलता है, फ्लोटिंग प्लेटफॉर्म ऊपर या नीचे की ओर बढ़ता है। यह गति गाइडिंग वेन (मार्गदर्शक फलक) को स्वचालित रूप से झुका देती है, जो बदले में पानी की धारा को इस तरह निर्देशित करती है कि वह हमेशा टर्बाइन ब्लेड से बिल्कुल सही कोण पर टकराती है। यह एक स्व-सुधारात्मक प्रणाली है जिसे संचालित करने के लिए किसी बिजली की आवश्यकता नहीं है, जो पूरी तरह से उत्प्लावकता (buoyancy) और उत्तोलन (leverage) के भौतिक विज्ञान पर निर्भर है।
इस विचार का परीक्षण करने के लिए, शोधकर्ता ने मिस्र के डेमिएटा बैराज को संदर्भ मानकर, एक वास्तविक गेट के नौवें हिस्से के आकार का एक भौतिक मॉडल बनाया। वे केवल एक डिज़ाइन तक सीमित नहीं रहे; इसके बजाय, वे तीन अलग-अलग चरणों के सुधार से गुजरे ताकि यह देखा जा सके कि सबसे अच्छा क्या काम करता है। पहला प्रयास बिना किसी विशेष मार्गदर्शन के एक बुनियादी फ्लोटिंग टर्बाइन था। हालांकि इसने यह सिद्ध किया कि आउटफ्लो से ऊर्जा प्राप्त की जा सकती है, लेकिन पानी की जेट बहुत बिखरी हुई थी, जो केवल आधे ब्लेडों से टकरा रही थी, और फ्लोटिंग प्लेटफॉर्म बहुत अधिक डगमगा रहा था जिससे यह अक्षम हो गया। दूसरे चरण में प्रवाह को बेहतर बनाने के लिए एक समायोजने योग्य गाइडिंग वेन जोड़ी गई, जिससे प्रवाह में सुधार हुआ, लेकिन प्रणाली तब भी संघर्ष करती रही जब जल स्तर तेजी से बदला। अंतिम, सफल डिज़ाइन ने एक नए मैकेनिकल लीवर के साथ एक पुनर्गठित टर्बाइन को जोड़ा। इस लीवर ने वेन के कोण को स्वचालित रूप से समायोजित किया जैसे ही पानी ऊपर-नीचे हुआ, जिससे पानी की धारा केंद्रित बनी रही। उन्होंने टर्बाइन ब्लेड को भी नया आकार दिया, उन्हें घुमावदार बनाया और किनारों से पानी के रिसाव को रोकने के लिए एंड प्लेट्स जोड़ीं, जिससे मशीन अधिक सुचारू रूप से घूमने लगी।
इन परीक्षणों के परिणामों ने दिखाया कि अंतिम डिज़ाइन शुरुआती संस्करणों की तुलना में काफी बेहतर काम करता है। एडेप्टिव लीवर मैकेनिज्म ने विशिष्ट निम्न-प्रवाह स्थितियों के तहत 26 प्रतिशत की शिखर दक्षता हासिल की, जबकि अन्य परीक्षणों ने 15 प्रतिशत तक स्थिर प्रदर्शन दिखाया। हालांकि ये संख्याएँ एक पूर्ण आकार के, औद्योगिक टर्बाइन द्वारा प्राप्त की जाने वाली दक्षता से कम हैं, शोधकर्ता बताते हैं कि यह अपेक्षित है क्योंकि मॉडल छोटा था और उस पैमाने पर पानी अलग तरह से चलता था। जब उन्होंने इन परिणामों को एक वास्तविक बैराज गेट पर पूर्ण आकार के इंस्टॉलेशन के लिए अनुमानित किया, तो सिस्टम प्रति गेट प्रति वर्ष 51 से 91 मेगावाट-घंटे बिजली उत्पन्न करने में सक्षम दिखाई दिया। यह मात्रा प्रत्येक गेट के लिए सालाना लगभग 30 से 53 टन कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन को कम कर सकती है।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि यह फ्लोटिंग, स्व-समायोजन प्रणाली प्रमुख निर्माण या महंगे इलेक्ट्रॉनिक्स की आवश्यकता के बिना मौजूदा जल बुनियादी ढांचे से नवीकरणीय ऊर्जा उत्पन्न करने का एक व्यावहारिक तरीका प्रदान करती है। चूंकि सिस्टम तैरता है और पानी के साथ चलता है, इसलिए इसे बांध या नदी के तल की संरचना को बदले बिना मौजूदा गेटों पर स्थापित किया जा सकता है। शोधकर्ता इस बात पर जोर देते हैं कि जबकि उनके प्रयोगशाला मॉडल ने यह सिद्ध किया कि अवधारणा काम करती है, अगला कदम वास्तविक दुनिया में इसके पूर्ण आकार के संस्करण का परीक्षण करना है ताकि यह देखा जा सके कि यह नदी के वातावरण के घिसावट और टूट-फूट के विरुद्ध समय के साथ कैसा प्रदर्शन करता है। यदि सफल रहा, तो यह तकनीक नील डेल्टा जैसे क्षेत्रों में हजारों सिंचाई गेटों और बैराजों को स्वच्छ बिजली के स्रोत में बदल सकती है, जिससे उस ऊर्जा को पकड़ा जा सकता है जो पीढ़ियों से बिना उपयोग के बहती आ रही है।
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