पवनऊर्जेचे विविध उपयोग

पवनऊर्जेचे विविध उपयोग | uses of wind energy

नव्याच्या श्रमशक्तीला पर्याय म्हणून वारा व वहाते पाणी यांचा केलेला वापर हा जगातला सर्वात प्राचीन उपयोग समजला पाहिजे. वाऱ्यामुळे माणसाने महासागरातून जहाजे हाकारली. पवनचक्क्यांकडून दळण्या-घुसळण्यासारखी कामे पूर्वीच्या काळात करून घेतली. आज माणूस याच पवनचक्क्यांकडून विजेची निर्मिती करवून घेत आहे. ज्या पवनचक्क्यांकडून यांत्रिक कामे करवून घेतली जातात (म्हणजे धान्य दळणे, पाणी उपसणे, इत्यादी), त्यांना इंग्रजीत Windmill असे म्हणतात. पण ज्या पवनचक्क्यांद्वारे विद्युत निर्मिती केली जाते त्यांना Wind Generators (वाऱ्यावर चालणारी विद्युत जनित्रे) असे म्हणतात, किंवा Wind Energy Conversion System (WECS) म्हणजे, ‘पवनऊर्जा रूपांतर करणारी यंत्रणा’ असेही म्हणतात.

   अत्यंत आधुनिक व वायुगतिशास्त्रावर आधारीत अशी पाती व आकार असलेल्या पवनचक्कीला Wind Turbine म्हटले जाते. (या पुस्तकात मात्र आपण आपल्या सोयीसाठी सर्वच प्रकारांना सरसकट ‘पवनचक्की’ असे संबोधले आहे.) पाणी उपसण्यासाठी पवनचक्की : घरगुती वापरासाठी पवनचक्कीचा उपयोग करून, विहिरीतले पाणी उपसले तर कधी कधी इंग्रजीत पवनचक्कीला Wind Engine असेही म्हटले जाते. ही पवनचक्की छोटी असते व मोठ्या भव्य आकाराच्या पूर्वापार चालत आलेल्या पवनचक्कीपासून ही वेगळी आहे, असे दर्शविण्यासाठी हा शब्द वापरला जातो. अशी ही छोटी पवनचक्की एकोणिसाव्या शतकाच्या शेवटी प्रथम बांधली गेली. सुरुवातीला ती मुख्यत्वेकरून एक लाकडी रचना होती. यात खालीवर हाणाऱ्या हालचालींचे चक्रीय गतीत रूपांतर केले जाऊन त्यावर एक रेसिप्रोकेटिंग पंप चालविला जाई. (हा रेसिप्रोकेटिंग पंप म्हणजे हाताने पंपाचा दांडा खालीवर हलवून

सागरातल पाणी वर काढणारा पंप.) इंग्लंडमध्ये काहीजण ही असली पवनचक्की – नदा, तळी, ओढे यांतील पाणी वर उपसन शेतीला देत. परंतु तिथे आता

याच जाळ आणि ग्रामीण पाणी पुरवठ्याचे जाळे पसरलेले असल्याने अशा फारच थोड्या पवनचक्क्या आज इंग्लंडमध्ये उभ्या आहेत.

अमेरिका, ऑस्ट्रेलिया आणि दक्षिण आफ्रिका या देशांमध्ये जिथे तुरळक वस्ती ! अशा ठिकाणी मात्र पवनचक्क्यांवर चालणारे हजारो पंप अद्यापही वापरात

चाकाच्या अक्षामधून बाहेर थोडी डोकावते. त्यामुळे याभोवतीसुद्धा सर्व चाक प्रदक्षिणा घालू शकते. चाकाच्या अक्षाच्या शेपटाला बिजागरीने एक छोटे पाते किंवा उभा भाग जोडलेला असतो. त्यामुळे चाक नेहमी वाऱ्याला तोंड देत फिरत रहाते, परंतु हा वारा जोरदार वाहू लागून त्याचा वेग ताशी 40 कि.मी. पेक्षा जास्त होईल तेव्हा बिजागिरी आणि त्याला जोडलेली स्प्रिंग यांच्याकडून आपोआप अशी कृती घडते की त्यामळे चाकाचे तोंड वाऱ्याला सन्मुख न रहाता ते तिरपे होऊ लागते. यामुळे चाक भरमसाठ गतीने फिरण्याचे वाचते. याच रचनेला एक साखळी जोडलेली असते व ती खाली जमिनीपर्यंत लोंबत रहाते. ही साखळी ओढून पवनचक्कीचे चाक व वाऱ्याची दिशा यांच्यातला कोन हवा तो ठेवणे हे जमते. थोडक्यात, एक प्रकारे पवनचक्की चालू करणे किंवा बंद करणे ही गोष्ट शेतकऱ्याला जमिनीवरून सहज जमू शकते.

     कोरड्या प्रदेशात जिथे जमिनीखालची पाण्याची पातळी ही पृष्ठभागापासून 30 ते 300 फूट खाली असते तिथे एक बोअर वेल किंवा विंधन विहीर प्रथम घेतली जाते. म्हणजेच जमिनीत एक भोक आतल्या पाण्याच्या पातळीपर्यंत पोहोचवले जाते. या भोकावरती ही पवनचक्की उभी करून त्याच्या खालीवर होणाऱ्या दांड्याला रेसिप्रोकेटिंग पंप जोडला जातो (आकृती 24). वर उपसलेले पाणी एका टाकीत घरगुती वापरासाठी साठवले जाते किंवा पिकासाठी दिले जाते.

   परंतु सर्व रचनेची पाणी उपसण्याची एकूण ताकद किंवा क्षमता कशी मोजावयाची? पवनचक्कीचे चाक फिरताना किती ताकद निर्माण करते त्यावर ही क्षमता मोजली जात नाही, तर दर ठराविक वेळात किती पाणी किती खोलातून वर उपसले जाते त्यावरून ती मोजावी लागते. ताशी 40 कि.मी. वेगाने वाहणाऱ्या वाऱ्यात ही रचना सुमारे अर्धा हॉर्स पॉवर (375 वॅटस्) एवढी ताकद निर्माण करू शकते. मालवाहू जहाजांसाठी वाऱ्याची शक्ती : इ.स. 1900 पासून शिडांच्या जहाजात फारसे कोणाला स्वारस्य वाटेनासे झाले. या जहाजांसंबंधीचे अधिक संशोधन होईनासे झाले. आलीशान अशा शिडांच्या जहाजांकडे ऐषआराम करण्याच्या दृष्टिकोणातूनच फक्त लक्ष दिले जाऊ लागले. पहिले जागतिक महायुद्ध सुरू झाले आणि तोपर्यंत जी काही थोडीफार शिडांची भव्य जहाजे उरली होती त्यांनी अखेरचा राम म्हटला. याचे कारण स्वस्तातल्या खनिज तेलावर वेगाने जहाजे चालविता येऊ लागली, अन् मुख्य म्हणजे जा वाऱ्याची शक्ती अडखळत वापरली जायची ते बंद होऊन सतत इंजिनांच्या शक्तीवर जहाजे पळू लागली. यामुळे जहाजांचे प्रस्थान व आगमन यांचे वेळापत्रक ठरविता पऊन ते पाळणे जमू लागले. अशा जहाजांची विश्वसनीयता वाढली तर नवल नाही. हाज कपन्यांच्या खर्चापैकी 20 ते 30 टक्के खर्च हा जहाजाला लागणाऱ्या इंधनावर हात असतो. जगातल्या एकूण खनिज तेलाच्या वापरात जहाजांसाठी वापरल्या जाणाऱ्या तेलाचा हिस्सा हा सुमारे 5 ते 8 टक्के आहे. 1970 सालापासून जगभर

भडकलेल्या तेलांच्या किंमतीमुळे मात्र पुन्हा एकदा शिडांच्या जहाजांकडे आस्थेने पाहिले जाऊ लागले. पवनऊर्जेच्या सुप्त सामर्थ्यावर जपान, जर्मनी व अमेरिका अधिक संशोधन केले जाऊ लागले. काही प्रायोगिक स्वरूपाची जहाजे बांध केवळ इंधन वाचते या मुद्यावर शिडांच्या जहाजांकडे लक्ष वेधले गेले नाही त्याचबरोबर अशा जहाजांमुळे पर्यावरणाची कोणतीही लक्षणीय समस्या उदभवत हाही एक आकर्षणाचा भाग होता. असा एक अंदाज आहे की, शिडांचा उपयोग कर सुमारे 10 ते 20 टक्के जरी खनिज तेलाची बचत केली तरी, त्यामुळे जागतिक मालवाहतुकीच्या खर्चात दरवर्षी 5.5 अब्ज डॉलर्सची बचत होईल. जहाजांसाठी पवनऊर्जा वापरण्यासाठी आणखी एक अनुकूल असा घटक आहे. तो म्हणजे, या क्षेत्रात आधीच उपलब्ध असलेले भरपूर ज्ञान व माहिती.

      इ.स. 1900 च्या आसपास शिडांच्या जहाजांबाबत बरेच तंत्रज्ञान वापरून जहाजांचे आधुनिकीकरण केले गेले. त्यावेळचे हे तंत्रज्ञान आजही उपलब्ध होऊ शकते. त्यासाठी नव्याने प्रयोग करण्याची गरज नाही. नंतर पवनऊर्जेवर जे संशोधन झाले त्यातून निर्माण झालेल्या पवनचक्क्यांच्या तंत्रज्ञानाची भर आता पूर्वीच्या तंत्रज्ञानात टाकली की झाले काम! वाऱ्यावर चालणारी जहाजे भविष्यकाळात बांधावयाची ठरविली तर त्यासाठी अत्याधुनिक विज्ञानाचाही लाभ उठविता येईल. शिडांसाठी खास पदार्थांचा वापर करता येईल. जहाजाच्या सांगाड्याला, पत्र्याला किंवा पाण्यात असलेल्या भागावर शेवाळे, बुरशी, आदि वनस्पती व सूक्ष्म जीव चिकटू नयेत म्हणून प्रतिबंधक रसायने लावता येतील. नियंत्रण ठेवणारी उपकरणे ठेवता येतील. हवामानाचा अंदाज घेणाऱ्या तंत्रज्ञानात झालेली मोठी सुधारणा व किनाऱ्याशी संपर्क साधणाऱ्या यंत्रणेत झालेली सुधारणा याबाबतीत तर काही मुद्दाम वेगळे सांगण्याची जरुरी नाही. कारण तशी यंत्रे जहाजावर असल्यावर कोणत्या मार्गाने गेले तर जोरदार वाऱ्याचा लाभ उठविता येईल त्या मार्गाचे रेखाटन आधीच जहाजावर करता येईल. . शिडांच्या जहाजांच्या बाबतीतील बरेचसे आधुनिक संशोधन हे प्रथम जर्मनीमधील हॅम्बुर्ग शहरातील ‘इन्स्टिट्यूट फॉर सायन्स’ येथे झाले. अशा जहाजांच्या निरनिराळ्या सांगाड्यांच्या प्रतिकृती करून त्यांच्या तपासण्या प्रयोगशाळेतील वाऱ्यांच्या खास बोगद्यात व पाण्याच्या सरकत्या टाक्यात झाल्या आहेत.

    भावी काळातील अत्याधुनिक जहाजांसाठी वाऱ्यातली ऊर्जा गोळा करण्यासाठी शि कशी. असावीत यावर अनेक विचारपंथ निर्माण झाले आहेत. नौका रचनाकार आण नौका अभियंते यांनी गेल्या शंभरपेक्षा अधिक वर्षातल्या असंख्य शिडांच्या जहाजा विविध नमुने तयार करून त्यांच्या चाचण्या घेतल्या व त्यातला सर्वोत्कृष्ट न” निवडला. नवीन जहाजाच्या रचनेसाठी जुना नमुना जरी आधारासाठी निवडला जल तरी, यातून उत्क्रांत झालेली नवीन रचना ही अनपेक्षित वाटावी एवढी वेगळी असा अशा काही जहाजांच्या आराखड्यात स्वतःभोवती फिरणाऱ्या शिडांच्या डोलकाठ्या

असन वाऱ्याचा जोर व दिशा यांचा वेध घेऊन त्यानुसार डोलकाठीचा वाऱ्याशी योग्य तो कोन बदलणारी यंत्रणा अंतर्भूत केलेली असते. अन् हे सर्व आपोआप संगणकाच्या साहाय्याने होत असते (आकृती 25). वाऱ्यापासून विद्युतनिर्मिती : वाऱ्यातल्या ऊर्जेचे विजेत रूपांतर केले तर पवनऊर्जेला विविध कामांसाठी वापरता येईल. खास सुधारित अशा पवनचक्क्यांचा वापर सुरू झाल्यामुळे ऊर्जा निर्मितीच्या कार्यात एक क्रांती सुरू झाली आहे. हे शक्य होण्याचे कारण वाऱ्यात भरलेली अफाट सुप्त शक्ती आणि ती उपयोगात आणण्यासाठी अत्यंत साधी यंत्रणा.

    येत्या काही वर्षांत विजेचा वापर अमाप वाढत जाणार आहे. अशा वेळी जगाची ही वाढती गरज भागविण्यासाठी पवनऊर्जा ही अत्यंत आदर्श ऊर्जाशक्ती आहे. शेती, व्यावसायिक, औद्योगिक आणि घरगुती गरजांसाठी विजेची एकूण मागणी फार मोठी असते. त्यासाठी तशाच मोठ्या प्रमाणावर वीजनिर्मिती होण्यासाठी मोठ्या संख्येने पवनचक्क्यांचा वापर करावयास हवा; तर जिथे किरकोळ प्रमाणात विजेचा वापर हवा आहे तिथेच जवळ उंच खांबावरती छोटी पवनचक्की उभी करावयास हवी. निर्माण झालेली वीज ही बॅटऱ्यांमध्ये साठवून तिचा वापर करता येईल. अशा ठिकाणी शक्यतो एकाच गतीने व सतत वहाणारा वारा असेल तर ही परिस्थिती पवनचक्की चालवायला एकदम उत्तम. मात्र हे सर्व घटक ध्यानात घेऊन या पवनचक्कीचा आराखडा मुळात व्यवस्थित बनवावयास हवा.

    मोठ्या प्रमाणात वाऱ्यापासून वीजनिर्मिती करावयाची असेल तर, फिरणारी पाती (शिडे नव्हेत) असलेल्या पवनचक्क्या मोठ्या संख्येने ओळीने उभ्या करून त्यावर

विद्युत जनित्रे चालविली तरच काही उपयोग असतो असे आता जगभर मानले जाते. ही  वीज जवळच्या तारांमधून किंवा मोठ्या विभागासाठी मोडत असतात. त्यामुळे एका काणची वीज असतेच. इंग्रजीत

विद्यत जनित्रे (विशेषतः इंडक्शन जनरेटर्स ऊर्फ प्रवर्तक जनिती उपयोग असतो असे आता जगभर मानले जाते. ही सर्व वीज जी पाठवून देतात. (विजेच्या अशा तारांचे जाळे देशभर किंवा को पसरलेले असते. त्यात अनेक वीज उत्पादक केंद्रे वीज सोडत असतात या मुळे एकाच ठिकाणचे केंद्र बंद पडले

तरी, विजेच्या तारांत बाकी ठिकाणची वीज याला Grid System असे म्हणतात.) जिथे अशा अनेक पवनचक्क्या है निर्मितीसाठी वापरतात त्यांना ‘सामुदायिक पवनऊर्जा निर्मिती केंद्र’ असे म्या इंग्रजीत याला Wind Farm असे म्हणतात. कारण, शेतात जसे पीक काढले जा तसेच जणू काही वाऱ्याच्या शेतात विजेचे पीक काढले जाते. अशा ठिकाणचा पवनचक्क्या एकमेकांना जोडलेल्या असतात. एका खोलीतून त्या सर्वांचे नियंत्रण केले जाते. त्यासाठी संगणकाची मदत घेतात. निरनिराळ्या क्षमतेची आणि आकारमानाची अशी सामुदायिक पवनऊर्जा निर्मिती केंद्रे भारतासह अनेक देशांत उभी केलेली आहेत. डेन्मार्क, नेदरलॅन्ड, इंग्लंड आणि अमेरिका या देशात अत्याधुनिक केंद्रे आहेत. अमेरिकेत कॅलिफोर्नियातील अशा एका केंद्रात निरनिराळ्या क्षमतेच्या 18,000 पवनचक्क्या उभ्या केल्या आहेत. हे केंद्र जगातील सर्वांत मोठे केंद्र समजले जाते.

   जो भाग फार दूरवरचा आहे, तिथे विजेच्या तारांचे जाळे (Grid) पोचलेले नाही किंवा जेथली वीज फार महाग आहे अशा ठिकाणी वाऱ्यापासून वीज निर्माण करून वापरणे हे सोयिस्कर ठरते. मात्र या केंद्रांना जोडलेल्या अन्य वीजकेंद्रांत डिझेलवर किंवा सौरऊर्जेवर चालणाऱ्या विजेचे उत्पादन पूरक म्हणून जोडावे लागते.

   आजमितीस वाऱ्यापासून निर्माण होणाऱ्या विजेच्या उत्पादनाचा वाटा हा एकूण जागतिक वीजउत्पादनात तसा फार कमी आहे. तथापि जगातील सर्व सरकारे ही खनिज तेलाला व अणुशक्तीला अन्य पर्याय शोधत असल्याने पवनऊर्जेबद्दलच्या संशोधनावर आणि तिच्या वापरावर भविष्यकाळात सढळ हाताने खर्च करतील यात शंका नाही. याचे कारण, खनिज तेल मोठ्या प्रमाणात जाळल्याने हवेत काबन डायऑक्साईडचे प्रमाण वाढून पृथ्वीवरील वातावरणातले तापमान वाढते आहे. या इंग्रजीत ‘ग्रीन हाऊस इफेक्ट’ असे म्हणतात. या धोक्याची जाणीव जा पातळीवर झाल्याने त्यापासून बचाव करण्यासाठी पवनऊर्जेकडे सर्वांचे लक्ष कायम रहाणार आहे.