जल विद्युत संयंत्र में, गुरुत्वाकर्षण के कारण ऊँची से निचली स्तर पर गिरने वाले पानी की गतिज ऊर्जा का उपयोग टरबाइन को घूमाने के लिए किया जाता है जिससे विद्युत उत्पन्न होती है। ऊपरी पानी के स्तर पर भंडारित अभिकर्षण ऊर्जा जब निचले पानी के स्तर पर गिरती है तो गतिज ऊर्जा के रूप में छूटती है। जब गिरता हुआ पानी टरबाइन के पंखों पर टकराता है, तो टरबाइन घूमने लगता है। पानी के बीच में एक ऊँचाई का अंतर प्राप्त करने के लिए, जल विद्युत संयंत्र का निर्माण आमतौर पर पहाड़ी क्षेत्रों में किया जाता है। पहाड़ी क्षेत्रों में नदी के रास्ते में एक कृत्रिम बांध बनाया जाता है ताकि आवश्यक पानी का शीर्ष बनाया जा सके। इस बांध से पानी को नियंत्रित तरीके से निचली ओर टरबाइन के पंखों की ओर गिराया जाता है। इस परिणामस्वरूप, टरबाइन अपने पंखों पर लगने वाले पानी के बल के कारण घूमने लगता है और इस प्रकार एल्टरनेटर भी घूमने लगता है क्योंकि टरबाइन का शाफ्ट एल्टरनेटर के शाफ्ट से जुड़ा होता है।
एक विद्युत संयंत्र का मुख्य लाभ यह है कि इसके लिए कोई ईंधन की आवश्यकता नहीं होती। इसे बस आवश्यक बांध के निर्माण के बाद प्राकृतिक रूप से उपलब्ध पानी का शीर्ष चाहिए।
कोई ईंधन यानी कोई ईंधन की लागत, कोई ज्वलन, कोई फ्ल्यू गैसों का उत्पादन, और वायुमंडल में कोई प्रदूषण नहीं। ईंधन के ज्वलन की अनुपस्थिति के कारण, जल विद्युत संयंत्र खुद बहुत साफ और स्वच्छ होता है। इसके अलावा, यह वायुमंडल में कोई प्रदूषण नहीं उत्पन्न करता है। निर्माण की दृष्टि से, यह किसी भी थर्मल और परमाणु विद्युत संयंत्र की तुलना में सरल है।
जल विद्युत संयंत्र का निर्माण लागत किसी अन्य पारंपरिक थर्मल विद्युत संयंत्र की तुलना में अधिक हो सकती है क्योंकि बहती नदी पर एक बड़े बांध का निर्माण किया जाता है। इंजीनियरिंग लागत निर्माण लागत के अलावा जल विद्युत संयंत्र में भी अधिक होती है। इस संयंत्र का एक और दोष यह है कि इसे लोड केंद्रों के अनुसार कहीं भी नहीं बनाया जा सकता है।
इसलिए, उत्पन्न विद्युत को लोड केंद्रों तक पहुंचाने के लिए लंबी प्रसारण लाइनों की आवश्यकता होती है।
इस प्रकार, प्रसारण लागत बहुत अधिक हो सकती है।
फिर भी, बांध में भंडारित पानी का उपयोग आर्थिक और अन्य समान उद्देश्यों के लिए किया जा सकता है। कभी-कभी नदी के रास्ते में ऐसा बांध बनाकर, नदी के निचले भाग में अकस्मात बाढ़ को बहुत हद तक नियंत्रित किया जा सकता है।
जल विद्युत संयंत्र के निर्माण के लिए केवल छह मुख्य घटकों की आवश्यकता होती है। ये बांध, दबाव टनल, सर्ज टैंक, वाल्व हाउस, पेनस्टॉक, और पावरहाउस हैं।
बांध नदी के रास्ते में बनाया गया एक कृत्रिम सीमेंट का बाधा है। बांध के पीछे का जल भंडार एक बड़ा जल संचयन क्षेत्र बनाता है।
दबाव टनल बांध से वाल्व हाउस तक पानी ले जाता है।
वाल्व हाउस में दो प्रकार के वाल्व उपलब्ध होते हैं। पहला मुख्य स्लुइसिंग वाल्व और दूसरा स्वचालित अलगाव वाल्व है। स्लुइसिंग वाल्व निचली ओर जाने वाले पानी को नियंत्रित करते हैं और स्वचालित अलगाव वाल्व यदि संयंत्र से अचानक विद्युत लोड निकाल ली जाती है तो पानी का प्रवाह रोकते हैं। स्वचालित अलगाव वाल्व एक सुरक्षा वाल्व है जो पानी के प्रवाह को नियंत्रित करने में कोई सीधी भूमिका नहीं निभाता, बल्कि यह केवल आपातकालीन स्थितियों में प्रणाली को फटने से बचाने के लिए काम करता है।
पेनस्टॉक वाल्व हाउस और पावरहाउस के बीच जोड़ा गया एक उपयुक्त व्यास वाला स्टील पाइपलाइन है। पानी ऊपरी वाल्व हाउस से निचले पावरहाउस तक इस पेनस्टॉक के माध्यम से बहता है।
पावरहाउस में पानी के टरबाइन और एल्टरनेटर और संबंधित स्टेप अप ट्रांसफार्मर और स्विचगियर प्रणाली होती है जो विद्युत उत्पन्न करती है और फिर इसका प्रसारण सुविधाजनक बनाती है।
अंत में, हम सर्ज टैंक पर आते हैं। सर्ज टैंक भी जल विद्युत संयंत्र से संबंधित एक सुरक्षात्मक अक्सेसरी है। यह वाल्व हाउस के ठीक पहले स्थित है। टैंक की ऊंचाई बांध के पीछे के जल संचयन क्षेत्र में भंडारित पानी के शीर्ष से अधिक होनी चाहिए। यह एक खुला शीर्ष वाला पानी का टैंक है।
इस टैंक का उद्देश्य यह है कि जब अचानक टरबाइन पानी नहीं लेता, तो पेनस्टॉक से फटने से बचाना। टरबाइन के प्रवेश बिंदु पर गवर्नर द्वारा नियंत्रित टरबाइन गेट्स होते हैं। गवर्नर विद्युत लोड के उतार-चढ़ाव के अनुसार टरबाइन गेट्स को खोलता या बंद करता है। यदि अचानक विद्युत लोड संयंत्र से निकाल ली जाती है, तो गवर्नर टरबाइन गेट्स को बंद करता है और पेनस्टॉक में पानी रोक दिया जाता है। पानी का अचानक रोकना पेनस्टॉक पाइपलाइन का गंभीर फटने का कारण बन सकता है। सर्ज टैंक इस वापसी दबाव को इस टैंक में पानी के स्तर को झुकाकर अवशोषित करता है।
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