वार्‍यापासून मिळू शकणारे बल

पवन ऊर्जा

खनिज तेलाच्या किंमती सतत वाढत आहेत. त्या पार्श्वभूमीवर – ऊर्जा सुरक्षा – हा विषय सर्वच देशांमध्ये सतत चर्चेचा राहीला आहे. जपानमधील फुकुशिमा अणुविद्युत प्रकल्पाला बसलेल्या त्सुनामीच्या तडाख्यामुळे जपानने आपले अणुविद्युत प्रकल्प बंद करण्याचा निर्णय घेतला; तसेच जगभरातील अनेक देशांनीही आपल्या देशातील अणुविद्युत प्रकल्पांबद्दल पुनर्विचार करण्याचे ठरवले. तसेच अणुविद्युत प्रकल्पांसाठी अणुइंधनाचा पुरवठा सातत्याने होत राहाणे – ही समस्याही उभी राहीली आहे.

अणुइंधनाच्या उपलब्धतेवर नैसर्गिक घटकांचा प्रभाव होतो तसा आतरराष्ट्रीय संबंधांचाही प्रभाव पडतो. याबाबत अनेक देश एकत्र येऊन सलोख्याने काही उपाययोजना करण्याबाबत प्रयत्नशिल आहेत.कोळसा, खनिज तेल यांच्या उत्खननामुळे होणारे अपरिवर्तनीय परिणामही गंभीर रुप धारण करत आहेत. यांचे साठे कमी कमी होत चालले आहेत. अर्थात अजून अनेक ठिकाणी या इंधनाच्या साठ्यांबाबत संशोधनही झालेले नाही. दुसर्‍या बाजूला पर्यावरणातील बदल आणि जागतिक तापमानवाढ या बाबीही काळजी करण्यासारख्या झालेल्या आहेत. या बाबींचा संबंध विविध देशांचे - विकास, भाववाढ आणि राष्ट्रीय उत्पादन - निर्देशांक  यांच्याशीही जोडलेला आहे.

राष्ट्रीय उत्पादन निर्देशांकांची सांगड त्या त्या देशातील नागरीकांनी दर डोई दर साल किती ऊर्जा वापरली याच्या खपाशी घातली आहे. विकसित देशांपैकी - कॅनडातील सरासरी ऊर्जा खप सर्वाधिक म्हणजे १७१७९ किलोवॅटअवर दर डोई दर साल तर अमेरिकेत हे प्रमाण १३३५८ दिसते, चीनमध्ये १९०० तर भारतात ६३१ इतके आहे. भारत आणि चीन हे देश विकसित ठरण्यासाठी तेथील नागरीकांचा ऊर्जाखप अमेरिकी नागरीकांच्या ऊर्जाखपाइतका करायचा असेल तर सात पृथ्व्यांची संसाधने लागतील.ऊर्जा गरजेची आहे.

कोळसा, ज्वलनशील वायू, अणुऊर्जा, खनिज तेल या मर्यादीत साठ्यात उपलब्ध असणार्‍या परंपरेने उद्योगांमध्ये वापरल्या जाणार्‍या इंधनांऐवजी अमर्यादपणे उपलब्ध असलेल्या पण औद्योगिक परंपरेत नसलेल्या सौर, जैव, पवन, भूऔष्णिक अशा ऊर्जा स्रोतांकडे पाहाण्याची गरज आहे. औद्योगिक पारंपारीक इंधनांमुळे आसमंतात कर्बयुक्त वायूंचे उत्सर्जन वाढून पृथ्वीचे वातावरण गरम होत चालले आहे. यामुळे समुद्राच्या पाण्याची पातळी वाढून समुद्राचे पाणी जमिनीवर पसरण्याचा धोका निर्माण झालेला आहे. मालदीवसारखा समुद्रसपाटीलगत असणारा देश पाण्याखाली बुडण्याच्या धोका आहे.वाढत्या कर्बयुक्त तसेच अन्य हरितगृह वायूंचे उत्सर्जनामुळे ऋतुमानात बदल होत आहेत. थंडी, ऊन, पाऊस, वादळांचे प्रमाण यांच्यात बदल झाले आहेत. त्याचा दुष्परिणाम मानवाबरोबरच अन्य सजीवांवर तसेच निर्जीव सृष्टीवरही होत आहे. तो रोखण्यासाठी सौर, जैव, पवन तसेच भूऔष्णिक स्रोतांचा वापर समंजसपणे केला पाहीजे.पवनऊर्जा का?पवनऊर्जा या स्रोतासाठी कोळसा, ज्वलनशील वायू, अणुऊर्जा, खनिज तेल यांना मोजावी लागते तशी किंमत मोजावी लागत नाही. वारा सर्वत्र आहे, मोफत आहे, भरपूर आहे आणि तो कधी संपणार नाही. पवनऊर्जा पर्यावरणस्नेही आहे. पवनऊर्जा संयंत्र उभारणीचा कालावधी ८ ते १२ महीने असतो. पवनऊर्जेने वीजनिर्मिती शक्य आहे. ती खात्राने मिळते. तिचा पसारा कमी आहे. विस्थापन नाही आणि आर्थिकदृष्ट्याही परवडणारी आहे. ती आजच्या वीजव्यवस्थेला पूरक आहे. खनिज तेलावरचे अवलंबन तिच्यामुळे कमी होईल.

पवन किंवा वारा म्हणजे हलणारी हवा. सूर्याच्या उष्णतेमुळे समुद्र आणि जमीन वेगवेगळ्या प्रमाणात तापतात. त्यांच्या तापमानातील फरकामुळे त्यांच्यावरील हवेच्या दाबात फरक पडतो. हवा अधिक दाबाकडून कमी दाबाकडे वाहात जाते. विषुववृत्ताकडून दोन्ही ध्रुवांकडे असे वार्‍याचे प्रवाह तयार होतात. ते वेगवेगळ्या वाटांनी जातात, त्यांतून आणखी विविध उपप्रवाह होत राहातात. वार्‍यापासून मिळू शकणारे बल पुढील सूत्राने काढता येते. –

P = ½ pAV³C_P P = बल,p = घनता,A = क्षेत्रफळ,V = वार्‍याचा वेग,C_P = विशिष्ठ उष्मा.

वार्‍याचा वेग वाढला की त्याचे बलही वाढते. ज्या बाबी आपण मोजू शकतो त्या आपण नियंत्रितही करू शकतो.पवनजनित्र बसवण्यापूर्वी त्या ठिकाणच्या वार्‍याचे मापन आधी करतात. त्यासाठी ४० ते ५० मीटर अंतरावर वीस मजली इमारतीइतके उंच असणारे अतिशय पातळ असे दोन खांब उभे करतात. त्यांना अतिशय पातळ पण कणखर पोलादी तारांनी आधार देतात. जितके क्षेत्रफळ कमी तितका वार्‍याला अडथळा कमी येतो आणि मापन अधिक अचूक होऊ शकते. साधारणपणे अशी निरीक्षणे एक वर्षभर घेतात. निसर्गातील डोंगर-दर्‍या, खोरी यांच्या विशिष्ट रचनेमुळे वाहाणार्‍या वार्‍याच्या वेगात बदल होतो. त्याची दखल घेऊन मगच पवनऊर्जा प्रकल्प उभारतात.   अनेकजण यांना पवनचक्क्या म्हणतात. पवनचक्क्या परंपरेने दळणासाठी किंवा पाणी उपसण्यासाठी वापरल्या जातात. यांना पवन जनित्र म्हणणे योग्य ठरेल. पवन जनित्रांतून वीज निर्मिती होते. पवन जनित्रे रांगेत उभारतात. एका रांगेतील शेजारच्या दोन जनित्रांमध्ये त्यांच्या पात्याच्या व्यासाच्या चौपट अंतर राखतात तर शेजारच्या दोन रांगांमध्ये त्यांच्या पात्याच्या व्यासाच्या सातपट अंतर राखतात.पवनऊर्जा जनित्र तयार करताना विज्ञान तंत्रज्ञानाच्या, अभियांत्रिकीच्या अनेक प्रकारच्या शाखांचा सहभाग आवश्यक असतो. इलेक्ट्रीकल, इलेक्ट्रॉनिक्स, यांत्रिकी, उपकरणशास्र, नियंत्रण तंत्रज्ञान, बांधकाम, दूरसंपर्क शास्त्र, पॉलिमरशास्त्र या क्षेत्रातील जाणकारांची आणि तंत्रज्ञ कारागिरांची कामगिरी एकत्र असावी लागते.पवनऊर्जा जनित्राची पाती लांब, गुळगुळीत, हलकी, कणखर आणि वार्‍याला अनुकूल रचनेची असावी लागतात. एकत्रितपणे जोडलेल्या पात्यांची संख्या दोन अथवा तीन असते. दर मिनिटाला पात्यांच्या जोडणीचे १२ ते १६ फेरे होतात. पाती उभी फिरतात तर त्यांना जोडलेला जनित्राचा भाग क्षितिजसमांतर फिरण्याची व्यवस्था केलेली असते. या भागामुळे पाती कायम वार्‍याला सामोरी राखली जातात. जनित्राच्या या आडव्या भागात दातेरी चाकांचे तीन संच असतात. एका संचाच्या एका  फेरीमुळे दुसर्‍या संचात पटीत फेर्‍या निर्माण केल्या जातात. अशा प्रकारे १२ ते १६ फेर्‍या १०००वर जाऊ देतात. त्यांचामुळे जनित्रात वीज निर्मिती होते. जनित्राचे तोड वार्‍यासमोर राखण्यसाठी यांपैकीच काही वीज खर्च होते. येथे तयार होणारा वीजप्रवाह वेगवान पण कमी दाबाचा असतो. अशी वीज वाहून नेताना बरीच गळती होते, ती टाळण्यासाठी वीज कमी प्रवाहाची पण अधिक दाबाची करावी लागते. या प्रक्रियेसाठी काही वीज खर्च होते. बाकीची वीज ग्रिडमध्ये चढवण्यात येते.पवनजनित्राचा पाया अतिशय भक्कम करावा लागतो. एखाद्या चार मजली इमारतीच्या बांधकामाला लागेल एवढे लोखंड आणि सिमेंट पायाबांधणीला लागते. पवनजनित्राचा मनोरा दंडगोलाकार असतो, त्याचे ३ किंवा ४ भाग असतात. ते एकावर एक असे रचतात. एकेका भागाचे वजन सुमारे ७० टनांइतके असते. एका पवनजनित्रात सर्व मिळून सुमारे एक हजार सुटे भाग असतात. गंमत म्हणजे या सुट्या भागांची जोडणी करून बनवलेले मोठे भाग अन्यत्र जोडणी करून आणले जातात. मग त्याची जोडणी करून पवनजनित्राची रचना केली जाते. पवनजनित्राचे प्रत्येक पाते ४२.५ मीटर लांब असते. (इमारतीचा एक मजला ४ मीटर उंच असतो असे मानल्यास पात्याची उंची १०-११ मजली होते म्हणजे फिरताना त्याचा घेर २०-२२ मजली होणार! पवनजनित्राचा मीनार त्याच्या तिप्पट उंच!). पवनजनित्राचे एक एक पाते अखंडपणे वाहून आणले जाते. त्याच्यासाठी सोळा चाकांचे खास ट्रक वापरावे लागतात. शिवाय असे ट्रक पवनजनित्राच्या ठरलेल्या जागेपर्यंत नेण्यासाठी तसे सरळ किंवा कमी वळणे असणारे रस्ते शेवटपर्यंत असावे लागतात. कधी कधी वाटेत येणारी झाडे काढूनही टाकावी लागतात. वाटेत येणार्‍या वस्त्या, इमारती तात्पुरत्या पाडून टाकाव्या लागतात, तिथल्या लोकांचे स्थलांतर करावे लागते. प्रकल्पाची बांधणी पूर्ण झाली की पुन्हा वस्त्या आहे त्या ठिकाणी वसवता येतात.पवनजनित्र कार्यरत झाल्यावर हे कित्येक टन वजनाचे अवाढव्य धूड सतत गतिशील राहाणार असल्याने त्याची देखभाल करणेही महत्त्वाचे ठरते. पूर्वी पवनजनित्राचे मनोरे चौकोनी किंवा त्रिकोणी निमुळते – पिरॅमिडसारखे - असत. पोलादाच्या पट्ट्या स्क्रू-नटने आवळून ते उभारलेले असत. पवनजनित्राच्या गतिशील फिरण्याच्या ओढीमुळे त्याचे जोड खिळखिळे होत असत. प्रत्येक स्क्रू-नट वर वर चढत पक्का घट्ट राखण्याचे काम कष्टदायक असेच पण स्क्रू-नटवरील ताण सम प्रमाणात न बसल्यास मनोर्‍यात बाक येणे किंवा तो कोलमडून पडणे अशा दुर्घटना होण्याच्या शक्यता अधिक होत्या. ते टाळण्यासाठी आता पॉलीमरपासून अखंड बनवलेले ३ किंवा ४ दंडगोलाकार भाग जोडून सांधता येणारे मनोरे प्रचलित झाले आहेत.मनोर्‍यांची देखभाल करणे गरजेचे असले तरी ती केव्हाही करता येत नाही. सोयीची वेळ निवडावी लागते. त्या वेळी खूप वारं नको, खूप ऊन नको, खूप थंडी नको. राजस्थानमध्ये सूर्य उगवला की वातावरण चटकन तापते तर रात्री अतिशय थंड असते. अशा ठिकाणी देखभाल-दुरुस्ती करायला सूर्योदयापूर्वीचा काही काळच उपलब्ध असतो. काही मनोर्‍यांमध्ये आतल्या बाजूने वरपर्यंत जाणारी चिंचोळी शिडी असते. पवनजनित्राच्या पात्यावर विमानवाहतूकीतील संकेताला अनुसरून लाल-पांढरे पट्टे रंगवलेले असतात. त्या बाजूने विमान नेऊ नये म्हणून. विमानाच्या मार्गात सहसा पवनजनित्रे नसतील याची दक्षता घेतली जाते.पवन ऊर्जा बनवण्यात अनेक आव्हाने आहेत. मुळात पवनजनित्राचे भले थोरले भाग जहाजांमधून आणणे, ते बंदरात काढून घेणे, त्यांच्यासाठी जागा राखणे, मग ते सोळा चाकी ट्रकने दूरवर त्याच  वाहतूक करणे, त्यासाठी योग्य रुंदीचे रस्ते असणे. मनोर्‍यांची बांधणी आणि पवनजनित्राची सांधेजोड जाग्यावर करणे. पवनजनित्राला योग्य असणार्‍या जागा अनेकदा कडेपठारावर असतात. तेथे जायला सुरळीत रस्ते नसतात. पवनजनित्राच्या मालिकांची बांधणी करण्यासाठी मोठमोठ्या यार्‍या लागतात. त्यांना वावरायला प्रशस्त सपाट जागा लागते. शिवाय विद्युतवितरणाच्या ग्रिड जुन्या झाल्या असतील तर नव्या पवनजनित्रांची कार्यक्षमता पुरेशी वापरात येऊ शकत नाही.पवनजनित्रांवर काही आक्षेपही घेतले जातात. ती फिरताना त्यातून त्रासदायक आवाज सतत येत राहातो. पक्ष्यांना फिरणारी पाती दिसत नाहीत त्यामुळे अनेक पक्षी कापले जातात, मरतात. पवनजनित्रांच्या फिरण्यामुळे ढग पिंजले जाऊन पाऊसमान कमी होते. त्यामुळे पीकपाणी, चारा, गुरे, दूधदुभते यांच्यावर विपरीत परिणाम होतो. ऑस्ट्रेलियात काही गुराख्यांनी अशी तक्रार केली की पात्यांच्या चक्राकार गतीकडे पाहिल्यामुळे परिणाम होऊन गायांचे दूध आटते. यातील अनेक तक्रारी पाहाणी केल्यावर गैरसमजावर आधारीत असल्याचे आढळून आले. आवाज वारा कापला गेल्याने येतो – पात्याच्या रचनेत आणखी सुधारणा करून ती तृटी दूर करण्याचा प्रयत्न चालू आहे. तसेच पक्ष्यांबाबतही काही उपाययोजना शोधावी लागेल. या खेरीज असाही एक आक्षेप घेतला जातो की पवनजनित्र तयार करण्यासाठी जेवढी ऊर्जा खर्च होते त्याच्या किती प्रमाणात पवनजनित्राच्या २० वर्षाच्या आयुष्यात  वीज तयार होते? या ऊर्जा गुणोत्तराचे प्रमाण पूर्वीपेक्षा सुधारत आहे, यात आणखीही सुधारणा होईल.पवनजनित्राचे भविष्य –भविष्यात पवनऊर्जा यंत्रे दोन प्रकारे प्रगती करतील. एक प्रकार म्हणजे – डोगरकडे पठारांऐवजी समुद्रसपाटीला किनारी किंवा प्रत्यक्ष समुद्रातच त्यांची उभारणी होईल. दुसरा प्रकार म्हणजे पवनऊर्जेसोबत सौर ऊर्जेचाही वापर करुन दुहेरी मार्गाने वीज निर्मिती करून वीज उत्पादन अधिक खात्रीचे करणे – यातही बरेच कार्य चालू आहे.

लेखक : रविन्द्र उटगीकर

स्त्रोत : मराठी विज्ञान परिषद पुणे विभाग