ऊर्जा संग्रहण पनबिजली stores electrical energy by moving water uphill and recovering it later through turbines on the way back down. It is the oldest grid-scale storage technology in commercial use, with roots in 1890s Alpine Europe, and it remains the largest by installed capacity even as battery deployment grows rapidly worldwide. The technology scaled globally in the mid-twentieth century to balance inflexible nuclear baseload generation, and over the past two decades its function has shifted toward absorbing the variability of wind and solar output, a role that depends on the same core physics: gravitational potential energy converted to and from electricity through a reversible pump-turbine.
इसके बाद हमारा लेख पीएसएच के संपूर्ण तकनीकी और आर्थिक दायरे को कवर करता है: अंतर्निहित भौतिकी और दक्षता सीमाएं, विद्युतयांत्रिक संरचना जो प्रतिवर्ती संचालन को संभव बनाती है, सरल ऊर्जा भंडारण से परे प्रौद्योगिकी द्वारा प्रदान की जाने वाली ग्रिड-स्थिरता सेवाएं, इसकी परिचालन रणनीतियां और राजस्व तंत्र, पर्यावरणीय बाधाएं जो परियोजनाओं के निर्माण के स्थान को निर्धारित करती हैं, भूमिगत और समुद्री जल पीएसएच जैसे उभरते विन्यास, इसके परिनियोजन को नियंत्रित करने वाले नियामक ढांचे, और वास्तविक निवेश और नियोजन निर्णयों के लिए महत्वपूर्ण मानदंडों के आधार पर बैटरी, संपीड़ित वायु, प्रवाह बैटरी, हाइड्रोजन और फ्लाईव्हील के साथ प्रत्यक्ष तुलना।
मुख्य बातें
- पीएसएच सबसे पुरानी और अभी भी सबसे बड़ी ग्रिड-स्तरीय भंडारण तकनीक है: 1890 के दशक में अल्पाइन यूरोप में विकसित हुई यह तकनीक, बैटरी के बढ़ते उपयोग के बावजूद, स्थापित क्षमता के हिसाब से विश्व स्तर पर प्रमुख भंडारण तकनीक बनी हुई है।
Its physics are simple, but its footprint is enormous. Energy storage scales with mass, gravity, and height ([कंडोम]E = \eta , m , g , h[/latex]), but because water has such low energy density compared to chemical batteries, PSH needs reservoirs measured in millions of cubic meters to store what a battery could hold in a warehouse. - हेड बनाम फ्लो संपूर्ण इंजीनियरिंग डिजाइन को निर्धारित करता है: ऊंचे पहाड़ी क्षेत्रों में कॉम्पैक्ट फ्रांसिस-प्रकार की मशीनों का उपयोग किया जाता है; निचले नदी क्षेत्रों में विशाल जल मात्रा को स्थानांतरित करने के लिए बड़े कापलान-प्रकार के टर्बाइनों की आवश्यकता होती है - स्थल की भौगोलिक स्थिति ही प्रौद्योगिकी को निर्धारित करती है, न कि इसके विपरीत।
- आम तौर पर राउंड-ट्रिप दक्षता 70-85% होती है, जो आधुनिक मानकों से थोड़ी कम है। लिथियम आयन बैटरी (85-95%), लेकिन पीएसएच उस प्रदर्शन को 50-100 वर्षों तक बनाए रखता है, जबकि बैटरी को बदलने से पहले केवल 10-20 वर्षों का ही प्रदर्शन करना पड़ता है।
- पीएसएच सिर्फ ऊर्जा संग्रहित करने से कहीं अधिक कार्य करता है - यह ग्रिड को स्थिर करता है। इसका घूर्णनशील द्रव्यमान भौतिक जड़त्व प्रदान करता है, यह तीव्र आवृत्ति विनियमन प्रदान करता है, यह बिना पानी को गति दिए वोल्टेज समर्थन के लिए एक तुल्यकालिक संघनक के रूप में कार्य कर सकता है, और यह ध्वस्त ग्रिड को ब्लैक-स्टार्ट करने में सक्षम कुछ तकनीकों में से एक है।
- इसकी भूमिका "पीक शेविंग" से बदलकर "परिवर्तनशीलता संतुलन" हो गई है। मूल रूप से अपरिवर्तनीय परमाणु बेसलोड के साथ तालमेल बिठाने के लिए निर्मित, पीएसएच आज मुख्य रूप से सौर और पवन ऊर्जा के तीव्र उतार-चढ़ाव को अवशोषित करता है - विशेष रूप से "डक कर्व" को - जिससे यह एक महत्वपूर्ण नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण परिसंपत्ति बन जाता है।
- पर्यावरण प्रबंधन एक प्राथमिक स्तर का डिजाइन मुद्दा है, न कि बाद में सोचा जाने वाला विषय। बंद लूप (नदी से दूर) संरचनाएं, तलछट नियंत्रण, वाष्पीकरण शमन और जल-गुणवत्ता/थर्मल प्रबंधन, ये सभी कारक निर्धारित करते हैं कि नए पीएसएच प्रोजेक्ट कहाँ और कैसे बनाए और स्वीकृत किए जाएंगे।
- पीएसएच के निर्माण के लिए नए क्षेत्र खुल रहे हैं। भूमिगत पीएसएच (खदानें, गुफाएं), समुद्री जल पीएसएच, तैरते सौर पैनल और जलाशयों को मिलाकर बनाए गए हाइब्रिड ऊर्जा पार्क, और छोटे-मॉड्यूलर डिजाइन, ये सभी पीएसएच की पारंपरिक निर्भरता को दूर करने के लिए काम कर रहे हैं, जो पहले दुर्लभ और अधिक ऊंचाई वाले स्थानों पर ही संभव थी।
- पीएसएच अन्य भंडारण प्रौद्योगिकियों के साथ प्रतिस्पर्धा करने के बजाय उनका पूरक है। यह दीर्घकालिक, उच्च विश्वसनीयता और ग्रिड-जड़ता के क्षेत्र में अग्रणी है; बैटरियां त्वरित प्रतिक्रिया और कम अवधि के भंडारण में श्रेष्ठ हैं; हाइड्रोजन मौसमी भंडारण में सबसे आगे है। भविष्य के ग्रिड को एक विविध पोर्टफोलियो की आवश्यकता है, न कि किसी एक सफल तकनीक की।
आधार और ऐतिहासिक विकास
पंप-स्टोरेज हाइड्रोइलेक्ट्रिसिटी (पीएसएच), जिसे पंप हाइड्रो स्टोरेज या पंप के नाम से भी जाना जाता है पनबिजली ऊर्जा भंडारण (पीएचएस) आज दुनिया में ग्रिड-स्तरीय ऊर्जा भंडारण का सबसे पुराना और सबसे बड़ा रूप है। मूल रूप से, यह तकनीक बेहद सरल है: जब बिजली सस्ती या प्रचुर मात्रा में होती है, तो पानी को एक जलाशय में ऊपर की ओर पंप किया जाता है, और जब बिजली दुर्लभ या महंगी होती है, तो उसे टर्बाइनों के माध्यम से नीचे की ओर छोड़ा जाता है ताकि बिजली उत्पन्न हो सके। इस सरल यांत्रिक सिद्धांत ने एक सदी से भी अधिक समय से ग्रिड-स्तरीय भंडारण को आधारशिला बना रखा है, और बैटरी की लागत में तेजी से गिरावट के बावजूद भी यह स्थापित क्षमता के मामले में प्रमुख भंडारण तकनीक बनी हुई है।
पीएसएच को अक्सर अनौपचारिक रूप से "वाटर बैटरी" के रूप में वर्णित किया जाता है।
रासायनिक बैटरी के विपरीत, जो अपने सक्रिय पदार्थों के विद्युत रासायनिक बंधों में ऊर्जा संग्रहित करती है, एक पंप-स्टोरेज संयंत्र पानी के ऊंचे द्रव्यमान के गुरुत्वाकर्षण विभव में ऊर्जा संग्रहित करता है। यह सादृश्य उपयोगी है लेकिन अपूर्ण है: एक जल बैटरी हजारों चक्रों में रासायनिक रूप से उस तरह से विघटित नहीं होती जिस तरह एक अन्य बैटरी विघटित होती है। लिथियम आयन cell does, but it is bound by geography, the availability of suitable terrain and water rights, and a vastly larger physical footprint and construction timeline. Where a battery factory can be built in two years, a pumped-storage scheme can take a decade or more from initial site studies to commissioning. This trade-off between deployment speed and asset लंबी उम्र is central to understanding PSH’s role in modern grids.
प्रारंभिक उत्पत्ति (1890-1920 का दशक)उन्नीसवीं शताब्दी के अंतिम दशक में यूरोप के अल्पाइन क्षेत्रों में पहले पंप-स्टोरेज संयंत्रों का उदय हुआ। स्विट्जरलैंड, इटली और दक्षिणी जर्मनी के कुछ हिस्सों में दो ऐसे कारक मौजूद थे जिन्होंने प्रारंभिक पीएसएच को व्यवहार्य बनाया: प्रचुर मात्रा में पर्वतीय भूभाग जो कम दूरी में बड़े ऊंचाई अंतर प्रदान करता था, और एक नवोदित विद्युत उद्योग जो निरंतर जलविद्युत उत्पादन और उतार-चढ़ाव वाली औद्योगिक मांग के बीच असंतुलन से जूझ रहा था। ट्रामवे, कपड़ा मिलें और उभरते नगरपालिका प्रकाश नेटवर्क द्वारा संचालित प्रारंभिक औद्योगिक भार दिन भर अत्यधिक परिवर्तनशील था, जबकि उस समय के कई नदी-आधारित और झील-आधारित जलविद्युत स्टेशन अपेक्षाकृत स्थिर उत्पादन करते थे। पंप-स्टोरेज ने कम मांग के घंटों के दौरान अतिरिक्त उत्पादन को संग्रहित करने और चरम मांग के दौरान इसे पुनः उपयोग में लाने का एक तरीका प्रदान किया, जिससे अतिरिक्त ईंधन-आधारित क्षमता की आवश्यकता के बिना असंतुलन को कम किया जा सके। आधुनिक मानकों के हिसाब से ये पहली पीढ़ी की योजनाएँ मामूली थीं, जिनमें आमतौर पर एक ही प्रतिवर्ती या युग्मित पंप और टरबाइन व्यवस्था होती थी, और इनकी भंडारण क्षमता हजारों मेगावाट-घंटे के बजाय दसियों मेगावाट-घंटे में मापी जाती थी। फिर भी, इन्होंने उस मूलभूत तर्क को स्थापित किया जो आज भी इस तकनीक को परिभाषित करता है: पानी उठाने के लिए सस्ती या अतिरिक्त ऊर्जा का उपयोग करना, बाद में उस ऊर्जा के एक हिस्से को बिजली के रूप में पुनः प्राप्त करना, और दोनों समय अवधियों के बीच मूल्य के अंतर से लाभ कमाना या उसका किसी अन्य तरीके से उपयोग करना। | परमाणु युग का सहजीवन (1960-1980 का दशक)द्वितीय विश्व युद्ध के बाद के दशकों में इस तकनीक का पहला बड़ा विस्तार हुआ, जब राष्ट्रों ने अपनी अर्थव्यवस्थाओं का पुनर्निर्माण और विद्युतीकरण किया और परमाणु ऊर्जा आधारभूत ऊर्जा उत्पादन के एक प्रमुख स्रोत के रूप में उभरी। परमाणु संयंत्र तकनीकी और आर्थिक रूप से एक स्थिर उत्पादन स्तर पर चलने के लिए उपयुक्त हैं; रिएक्टर को बार-बार चालू और बंद करना यांत्रिक रूप से तनावपूर्ण और आर्थिक रूप से अपव्ययपूर्ण होता है, क्योंकि ईंधन की लागत परमाणु संयंत्र की कुल लागत संरचना का एक छोटा सा हिस्सा होती है, जबकि इसकी पूंजीगत लागत बहुत अधिक होती है। इससे एक संरचनात्मक समस्या उत्पन्न हुई: परमाणु उत्पादन तब सबसे अधिक कुशल होता है जब उत्पादन स्थिर रहता है, लेकिन बिजली की मांग कभी स्थिर नहीं रहती। यह सुबह और शाम को तेजी से बढ़ती है और रात भर में न्यूनतम स्तर पर आ जाती है। इस अवधि के दौरान, पंप स्टोरेज परमाणु ऊर्जा उत्पादन के लिए स्वाभाविक सहयोगी तकनीक बन गई। फ्रांस, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका और यूनाइटेड किंगडम की बिजली कंपनियों ने विशेष रूप से परमाणु (और कुछ हद तक कोयला) संयंत्रों से निकलने वाली रात्रिकालीन अतिरिक्त ऊर्जा को अवशोषित करने के लिए बड़े पीएसएच स्टेशन बनाए, जिन्हें आर्थिक रूप से कम नहीं किया जा सकता था। यह अतिरिक्त ऊर्जा, जिसे अन्यथा कम कर दिया जाता या घाटे में बेच दिया जाता, इसके बजाय उपयोग की गई। पंप रात भर में पानी को पहाड़ी पर चढ़ाया जाता था। अगले दिन, सुबह और शाम के समय जब बिजली की मांग चरम पर होती थी, तो उस संग्रहित पानी को बिजली उत्पादन के लिए छोड़ा जाता था, जिससे परमाणु संयंत्र अपनी कुशल स्थिर उत्पादन क्षमता पर काम कर पाते थे, जबकि ग्रिड को मांग के अनुरूप परिवर्तनशील बिजली आपूर्ति मिलती रहती थी। इस संबंध को कभी-कभी "परमाणु-पंप स्टोरेज सहजीवन" कहा जाता है, और यह बताता है कि फ्रांस, जापान और संयुक्त राज्य अमेरिका जैसे बड़े परमाणु संयंत्रों वाले देशों में इसी बहु-दशक की अवधि के दौरान निर्मित पंप स्टोरेज संयंत्रों का बड़ा बेड़ा क्यों होता है। |
नवीकरणीय ऊर्जा की ओर अग्रसर (21वीं सदी)
पवन और सौर ऊर्जा उत्पादन के बड़े पैमाने पर उपयोग के साथ, 2000 के दशक की शुरुआत से ही पंप स्टोरेज की भूमिका में काफी बदलाव आया है। बीसवीं सदी में इसका उपयोग "पीक शेविंग" के लिए किया जाता था - यानी ज्ञात और काफी हद तक अनुमानित दैनिक मांग वक्र को ज्ञात और काफी हद तक अनुमानित बेसलोड आपूर्ति वक्र के साथ संतुलित करना - जबकि इक्कीसवीं सदी में इसका उपयोग "परिवर्तनशीलता संतुलन" के लिए किया जाता है: नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन के मौसम-प्रेरित उतार-चढ़ाव को अवशोषित करना, जो कि बहुत कम अनुमानित होते हैं।
उदाहरण के लिए, सौर ऊर्जा उत्पादन दोपहर में तेज़ी से बढ़ता है और सूर्यास्त के साथ ही शाम को तेज़ी से घट जाता है, जो अक्सर शाम की मांग के चरम समय के साथ सटीक रूप से मेल खाता है। इससे उच्च सौर ऊर्जा उपयोग वाले ग्रिडों में अब प्रसिद्ध "डक कर्व" घटना का जन्म हुआ है, जहां शुद्ध मांग (कुल मांग माइनस नवीकरणीय आपूर्ति) दिन के मध्य में काफी गिर जाती है और फिर शाम के शुरुआती समय में बहुत तेज़ी से बढ़ जाती है। वहीं, पवन ऊर्जा उत्पादन मौसम प्रणालियों के आधार पर घंटों या दिनों के दौरान काफी उतार-चढ़ाव कर सकता है, जिसका मांग पैटर्न से बहुत कम संबंध होता है। पंप स्टोरेज, जो चार्जिंग के लिए बड़ी मात्रा में बिजली अवशोषित करने और कुछ सेकंड से लेकर कुछ मिनटों में पूर्ण उत्पादन तक पहुंचने की क्षमता रखता है, नवीकरणीय ऊर्जा से संचालित इन दोनों परिवर्तनशील पैटर्नों को प्रबंधित करने के लिए उपयुक्त साबित हुआ है, भले ही यह तकनीक मूल रूप से नवीकरणीय ऊर्जा को ध्यान में रखकर डिज़ाइन नहीं की गई थी।
वैश्विक वितरण
पंप-स्टोरेज क्षमता का वैश्विक मानचित्र ऊपर वर्णित इतिहास को बारीकी से दर्शाता है। परमाणु ऊर्जा पर अत्यधिक निर्भरता और पर्वतीय भौगोलिक स्थिति के कारण जापान ने 1960 के दशक से ही एक विशाल पीएसएच बेड़ा बनाया और आज भी यह दुनिया के सबसे बड़े पीएसएच बाजारों में से एक है। यूरोप की पीएसएच क्षमता आल्प्स पर्वतीय देशों (स्विट्जरलैंड, ऑस्ट्रिया, इटली) और उन देशों में केंद्रित है जिन्होंने बड़े परमाणु कार्यक्रम चलाए (फ्रांस), साथ ही स्पेन, जर्मनी और नॉर्डिक देशों में भी इसकी महत्वपूर्ण क्षमता मौजूद है। संयुक्त राज्य अमेरिका ने 1970 और 1980 के दशक के दौरान एक बड़ा बेड़ा बनाया, जिसका अधिकांश हिस्सा उस दौर के परमाणु ऊर्जा विस्तार से जुड़ा था, जिसमें अप्पालाचियन क्षेत्र, प्रशांत उत्तर-पश्चिम और कैलिफोर्निया में प्रमुख प्रतिष्ठान शामिल हैं। हाल ही में, चीन अपनी विशाल और तेजी से बढ़ती नवीकरणीय ऊर्जा क्षमता और ग्रिड-संतुलन अवसंरचना के लिए राष्ट्रीय रणनीतिक प्रयासों के कारण नए पंप-स्टोरेज निर्माण के लिए सबसे बड़ा राष्ट्रीय बाजार बन गया है।
गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा भंडारण का भौतिकी
ऊर्जा घनत्व मॉडलिंग
पंप स्टोरेज का मूलभूत भौतिकी गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा और विद्युत ऊर्जा के बीच रूपांतरण पर आधारित है। निचले जलाशय से ऊपर की ऊंचाई पर रखे पानी के द्रव्यमान की संचित स्थितिज ऊर्जा, समग्र प्रणाली की राउंड-ट्रिप दक्षता के लिए समायोजित क्लासिक गुरुत्वाकर्षण स्थितिज ऊर्जा समीकरण द्वारा दी जाती है:
| [latex]E = eta , m , g , h[/latex] | कहाँ
|
क्योंकि पानी का घनत्व लगभग 1,000 किलोग्राम प्रति घन मीटर स्थिर होता है, इसलिए इस समीकरण को द्रव्यमान के बजाय जलाशय के आयतन के रूप में पुनः लिखा जा सकता है, जो इंजीनियरिंग और स्थल-योजना उद्देश्यों के लिए अधिक उपयोगी है: [latex]E = eta , rho , V , g , h[/latex]
जहां [latex]rho[/latex] पानी का घनत्व है और [latex]V[/latex] जलाशयों के बीच चक्रित पानी की मात्रा है। यह सूत्र पंप स्टोरेज के केंद्रीय डिजाइन ट्रेड-ऑफ को तुरंत प्रकट करता है:
कुल ऊर्जा भंडारण क्षमता उपलब्ध जल की मात्रा और जलस्तर की ऊंचाई दोनों के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है, जिसका अर्थ है कि दोगुनी जलस्तर वाली जगह जलाशय की आधी मात्रा के साथ समान ऊर्जा संग्रहित कर सकती है, और इसके विपरीत भी।
यही कारण है कि ऊंचे पठारों और पर्वतीय क्षेत्रों में, जहां ऊंचाई का अंतर 500 से लेकर 1,000 मीटर से अधिक हो सकता है, अपेक्षाकृत छोटे जलाशयों के साथ विशाल ऊर्जा भंडारण क्षमता प्राप्त की जा सकती है, जबकि कम ऊंचाई वाले क्षेत्रों में समान मात्रा में ऊर्जा संग्रहित करने के लिए कहीं अधिक बड़े जलाशय की आवश्यकता होती है।
आयतन के आधार पर रासायनिक बैटरी भंडारण की तुलना में, पंपित जलविद्युत ऊर्जा की दृष्टि से काफी किफायती है। लिथियम-आयन बैटरी यह प्रणाली सेल के आयतन के प्रति लीटर में कई सौ वाट-घंटे ऊर्जा संग्रहित कर सकती है, जबकि 500 मीटर ऊपर उठाए गए एक घन मीटर (1,000 लीटर) पानी में, 85 प्रतिशत की उदार राउंड-ट्रिप दक्षता पर भी, केवल लगभग 1.16 किलोवाट-घंटे या लगभग 1.16 वाट-घंटे प्रति लीटर ऊर्जा संग्रहित होती है।
- ऊर्जा घनत्व में यह विशाल अंतर ही वह कारण है जिसके चलते पंप स्टोरेज के लिए लाखों घन मीटर में मापे जाने वाले जलाशयों और वर्ग किलोमीटर में मापे जाने वाले क्षेत्रफल की आवश्यकता होती है, जबकि समान कुल ऊर्जा को संग्रहित करने वाली बैटरी स्थापना एक ही गोदाम के भीतर समा सकती है।
- इसका नुकसान यह है कि पीएसएच के लिए अंतर्निहित "सक्रिय सामग्री", पानी और गुरुत्वाकर्षण, की लागत लगभग नगण्य होती है और यह नष्ट नहीं होती है, जबकि बैटरी की सक्रिय सामग्री निर्मित होती है, उसका चक्र जीवन सीमित होता है, और जैसे-जैसे वह नष्ट होती है और अंततः प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है, वह निरंतर पूंजीगत लागत का प्रतिनिधित्व करती है।टी।
व्यावहारिक सुझाव: किसी परियोजना का आकार निर्धारित करते समय, ऊर्जा समीकरण को उलट कर, लक्षित ऊर्जा क्षमता और संभावित स्थल पर उपलब्ध जलस्तर को देखते हुए आवश्यक जलाशय आयतन ज्ञात करना, एक निश्चित जलाशय आकार से शुरू करके ऊर्जा क्षमता का अनुमान लगाने की तुलना में कहीं अधिक उपयोगी होता है। व्यवहार में स्थल चयन लगभग हमेशा इस प्रश्न से शुरू होता है कि "हमारे पास कितना जलस्तर उपलब्ध है," क्योंकि जलस्तर भूगोल द्वारा निर्धारित होता है, जबकि जलाशय आयतन एकमात्र ऐसा चर है जिसे सिविल इंजीनियर बांध की ऊंचाई, बेसिन की खुदाई या क्षेत्रफल के आधार पर समायोजित कर सकते हैं।
वर्जीनिया में स्थित बाथ काउंटी पंप्ड स्टोरेज स्टेशन, जो दुनिया की सबसे बड़ी पीएसएच सुविधाओं में से एक है, लगभग 380 मीटर के हेड को एक ऐसे संयुक्त जलाशय आयतन के साथ जोड़ता है जो लगभग 3,000 मेगावाट क्षमता और लगभग 24,000 मेगावाट-घंटे भंडारण का समर्थन करने के लिए पर्याप्त है। यह दर्शाता है कि कैसे एक अपेक्षाकृत मामूली, गैर-अत्यधिक हेड, जब बहुत बड़े जलाशयों के साथ संयुक्त होता है, तब भी अब तक निर्मित सबसे बड़े बैटरी इंस्टॉलेशन के बराबर उपयोगिता-स्तरीय भंडारण प्रदान कर सकता है, लेकिन ग्रिड-स्तरीय बैटरी परियोजनाओं की विशिष्ट एक से चार घंटे की अवधि के बजाय कई घंटों में मापी जाने वाली अवधि के लिए।
‘शीर्ष बनाम प्रवाह’ संबंध
कुल ऊर्जा भंडारण के अलावा, पंप-स्टोरेज संयंत्र की विद्युत उत्पादन क्षमता, यानी ऊर्जा आपूर्ति की दर, एक अलग संबंध पर निर्भर करती है: शीर्ष और टर्बाइनों से होकर गुजरने वाले पानी के आयतनिक प्रवाह दर का गुणनफल। इसे इस प्रकार व्यक्त किया जाता है: [latex]P = eta , rho , g , h , Q[/latex]
जहां [latex]P[/latex] तात्कालिक शक्ति (वाट में) है और [latex]Q[/latex] आयतनिक प्रवाह दर (घन मीटर प्रति सेकंड में) है। यह समीकरण पीएसएच डिजाइन में सबसे महत्वपूर्ण इंजीनियरिंग निर्णयों में से एक को निर्धारित करता है: उच्च-शीर्ष या निम्न-शीर्ष विन्यास को अपनाना है या नहीं, और उस विकल्प के आधार पर कौन सी टरबाइन तकनीक का उपयोग करना है।
उच्च-भार प्रणालियाँ, जिन्हें आम तौर पर लगभग 150 से 200 मीटर से अधिक ऊँचाई के अंतर वाले स्थानों के रूप में परिभाषित किया जाता है, अपेक्षाकृत कम प्रवाह दर पर भी पर्याप्त बिजली उत्पन्न कर सकती हैं, क्योंकि बिजली समीकरण में भार पद ही अधिकांश कार्य करता है। इससे छोटे, तेज़ गति से घूमने वाले टर्बाइन और कम व्यास वाले पेनस्टॉक (टर्बाइन तक पानी ले जाने वाले दाबयुक्त पाइप) का उपयोग संभव हो पाता है, जिससे जलमार्ग अवसंरचना के लिए प्रति इकाई स्थापित क्षमता की पूंजी लागत कम हो जाती है, हालांकि उच्च-भार स्थल आमतौर पर पहाड़ी इलाकों में स्थित होते हैं जिससे सुरंग निर्माण और सिविल कार्यों की लागत बढ़ जाती है। इस श्रेणी में फ्रांसिस-प्रकार के प्रतिवर्ती पंप-टर्बाइन का वर्चस्व है, क्योंकि उनका रेडियल-फ्लो डिज़ाइन उच्च दबावों को कुशलतापूर्वक संभालता है।
Low-head systems, typically found on rivers or in flatter terrain with elevation differences of less than 30 to 50 meters, करना ही होगा move enormous volumes of water to achieve meaningful power output, since the head term contributes comparatively little. This drives the use of large-diameter, slower-spinning axial-flow turbines, most commonly Kaplan-type units adapted for reversible pump-turbine operation, or in some very low-head applications, bulb-type turbines. Low-head plants tend to have larger physical footprints for their waterways and powerhouses relative to their power output, but they can be sited in regions without dramatic mountain topography, broadening the geographic range of viable PSH development. Between these two extremes, medium-head sites, generally in the range of 50 to 150 meters, often use Francis-type machines as well, though the specific runner geometry is tuned differently than for high-head applications to balance efficiency across the flow range the plant is expected to operate within.
सामान्य नियम: व्यवहार्यता चरण में प्रतिस्पर्धी स्थलों की तुलना करते समय, अनुभवी विकासकर्ता विस्तृत इंजीनियरिंग अध्ययनों के लिए प्रतिबद्ध होने से पहले हेड-टू-डिस्टेंस अनुपात की त्वरित स्क्रीनिंग गणना को प्राथमिकता देते हैं; लगभग 1:10 से ऊपर का अनुपात (जलाशयों के बीच क्षैतिज पृथक्करण के प्रत्येक दस मीटर के लिए एक मीटर ऊर्ध्वाधर हेड) आमतौर पर आकर्षक माना जाता है, क्योंकि यह जलमार्ग सुरंग या पेनस्टॉक की लंबाई, और इसलिए सिविल लागत को, प्राप्त हेड के सापेक्ष प्रबंधनीय रखता है।
चक्र की ऊष्मागतिकी
कोई भी वास्तविक पंप-स्टोरेज चक्र, मूलभूत संभावित ऊर्जा समीकरण द्वारा सुझाए गए आदर्श ऊर्जा रूपांतरण को प्राप्त नहीं कर पाता है। पंपिंग-जेनरेटिंग चक्र के कई चरणों में ऊर्जा का क्षय होता है, और यह समझना कि ये क्षय कहाँ होते हैं, संयंत्र के डिज़ाइन और प्रौद्योगिकी की वास्तविक प्रदर्शन सीमाओं को समझने के लिए आवश्यक है।
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- सबसे अधिक नुकसान तरल घर्षण के कारण होता है, जो पानी के पंप-टर्बाइन के आंतरिक मार्गों, सुरंगों और पाइपों से गुजरने के दौरान होता है। घर्षण हानि प्रवाह वेग के वर्ग के समानुपाती होती है, जिसका अर्थ है कि किसी दिए गए पाइप से प्रवाह दर को दोगुना करने पर घर्षण हानि लगभग चार गुना हो जाती है। दबाव घर्षण हानि को कम करने के लिए, जलमार्ग डिजाइनर बड़े व्यास वाली सुरंगों और जलमार्गों को प्राथमिकता देते हैं, भले ही उनकी खुदाई या निर्माण में अधिक लागत आती हो, क्योंकि दशकों के संचालन में होने वाली ऊर्जा हानि आमतौर पर अधिक प्रारंभिक पूंजीगत व्यय को उचित ठहराती है। घर्षण हानि पंपिंग और उत्पादन दोनों दिशाओं में होती है, जिसका अर्थ है कि यह दो बार कुल दक्षता को कम करती है: एक बार जब संयंत्र पानी को ऊपर की ओर धकेलने के लिए सैद्धांतिक रूप से आवश्यक से अधिक मेहनत करता है, और दूसरी बार जब पानी की कुछ संभावित ऊर्जा वापस नीचे आते समय बिजली में परिवर्तित होने के बजाय गर्मी के रूप में नष्ट हो जाती है।
- विद्युत-यांत्रिक रूपांतरण श्रृंखला के भीतर ही हानि की एक दूसरी श्रेणी होती है: पंप-टर्बाइन रनर के भीतर हाइड्रोलिक हानि (जहाँ ब्लेड की ज्यामिति सभी परिचालन बिंदुओं पर प्रवाह स्थितियों से पूरी तरह मेल नहीं खा सकती), बियरिंग और सील में यांत्रिक हानि, और जनरेटर-मोटर वाइंडिंग, ट्रांसफार्मर और संबंधित स्विचगियर में विद्युत हानि। आधुनिक संयंत्रों में ये हानियाँ आमतौर पर जलमार्ग घर्षण हानि की तुलना में कम होती हैं, लेकिन फिर भी महत्वपूर्ण होती हैं, विशेष रूप से इसलिए क्योंकि एक ही मशीन को दो बहुत अलग परिचालन मोड (पंपिंग और जनरेटिंग) में अलग-अलग इष्टतम ब्लेड कोणों और प्रवाह विशेषताओं के साथ कुशलतापूर्वक कार्य करना होता है।
- एक तीसरी, छोटी श्रेणी का नुकसान खुले जलाशय की सतहों से वाष्पीकरण है, जो पारंपरिक अर्थों में ऊर्जा रूपांतरण की अक्षमता के बजाय कार्यशील द्रव की हानि को दर्शाता है, लेकिन फिर भी यह भविष्य के चक्रों के लिए उपलब्ध कुल ऊर्जा को कम करता है और समय के साथ अतिरिक्त पानी डालने की आवश्यकता होती है। यह नुकसान स्थान और जलवायु पर अत्यधिक निर्भर करता है, ठंडी, आर्द्र जलवायु में नगण्य से लेकर शुष्क क्षेत्रों में एक गंभीर परिचालन और पर्यावरणीय चिंता तक, जिसका आगे के अध्याय में विस्तार से वर्णन किया गया है।
राउंड-ट्रिप दक्षता (आरटीई)
इन सभी हानियों का संचयी प्रभाव राउंड-ट्रिप दक्षता मीट्रिक में समाहित होता है, जिसे अक्सर संक्षेप में "वायर-टू-वॉटर-टू-वायर" दक्षता के रूप में वर्णित किया जाता है। इसका अर्थ है कि पंपिंग के दौरान ग्रिड से ली गई विद्युत ऊर्जा का वह अंश जो अंततः उत्पादन के दौरान ग्रिड को वापस लौटाया जाता है। आधुनिक, सुव्यवस्थित पंप-स्टोरेज संयंत्र आमतौर पर 70 से 85 प्रतिशत की राउंड-ट्रिप दक्षता प्राप्त करते हैं। उन्नत प्रतिवर्ती पंप-टर्बाइनों का उपयोग करने वाले सबसे आधुनिक परिवर्तनीय गति संयंत्र इस सीमा के उच्चतर छोर पर होते हैं, जबकि पुराने स्थिर गति वाले या कम अनुकूल स्थानों पर स्थित संयंत्र निम्नतम छोर के निकट होते हैं।
यह श्रेणी पंप स्टोरेज को आधुनिक लिथियम-आयन बैटरी सिस्टम की राउंड-ट्रिप दक्षता के साथ व्यापक रूप से प्रतिस्पर्धी बनाती है, हालांकि आमतौर पर यह उससे कुछ कम होती है। आधुनिक लिथियम-आयन बैटरी सिस्टम अक्सर सेल स्तर पर 85 से 95 प्रतिशत की राउंड-ट्रिप दक्षता प्राप्त करते हैं (इन्वर्टर और थर्मल प्रबंधन हानियों सहित सिस्टम-स्तरीय दक्षता कुछ कम होती है)। हालांकि, यह तुलना केवल दक्षता के बारे में नहीं है:
- पंप-स्टोरेज संयंत्र परिचालन अवधि के दौरान इस दक्षता को बनाए रख सकते हैं। जीवनकाल नागरिक अवसंरचना के लिए जीवनकाल दशकों में मापा जाता है, जो अक्सर 50 से 100 वर्ष होता है, जिसमें विद्युत-यांत्रिक घटकों का समय-समय पर नवीनीकरण किया जाता है, जबकि बैटरी प्रणालियों में बहुत कम चक्रीय जीवनकाल में क्षमता और दक्षता में क्रमिक गिरावट आती है, जिसे आमतौर पर हजारों चक्रों या 10 से 20 वर्षों में मापा जाता है, जिसके बाद महत्वपूर्ण क्षमता हानि के कारण प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है।
- और पंप-स्टोरेज प्लांट ऊर्जा (यानी पानी) को लगभग अनिश्चित काल तक संग्रहित रख सकते हैं।
बख्शीश: किसी संयंत्र की प्रकाशित राउंड-ट्रिप दक्षता का मूल्यांकन करते समय, हमेशा यह जांचें कि क्या यह डिज़ाइन प्रवाह बिंदु पर उद्धृत की गई है या संपूर्ण परिचालन सीमा में औसत निकाली गई है, क्योंकि पंप-टर्बाइन आंशिक भार पर दक्षता में उल्लेखनीय कमी दिखाते हैं; पूर्ण प्रवाह पर 80 प्रतिशत आरटीई पर रेट की गई इकाई, रेटेड प्रवाह के 40 प्रतिशत पर संचालित होने पर 70 प्रतिशत के करीब दक्षता प्रदान कर सकती है, जो उन संयंत्रों के लिए काफी महत्वपूर्ण है जिन्हें एक निश्चित डिज़ाइन बिंदु पर चलने के बजाय परिवर्तनीय नवीकरणीय उत्पादन का पालन करने के लिए कहा जाता है।
ग्रिड एकीकरण और समकालिक सेवाएं
ऊर्जा के भंडारण और निर्वहन के अलावा, पंप-स्टोरेज संयंत्र एक दूसरा, उतना ही महत्वपूर्ण कार्य भी करते हैं: बिजली ग्रिड को पल-पल स्थिर रखना। यह जलाशयों में मौजूद पानी के बजाय उपकरण की भौतिक प्रकृति के कारण होता है। ग्रिड आवृत्ति पर घूमने वाला एक बड़ा सिंक्रोनस मोटर-जनरेटर एक चक्कायह मशीन स्वतः ही अचानक होने वाली आवृत्ति संबंधी गड़बड़ियों का प्रतिरोध कर सकती है, और यही मशीन वोल्टेज समर्थन के लिए प्रतिक्रियाशील शक्ति की आपूर्ति कर सकती है या ध्वस्त ग्रिड को शुरू से ही पुनर्जीवित कर सकती है, यह सब इस बात से स्वतंत्र है कि संयंत्र उस समय सक्रिय रूप से पंपिंग कर रहा है या उत्पादन कर रहा है।
यह अध्याय पंप-स्टोरेज हाइड्रोइलेक्ट्रिसिटी द्वारा प्रदान की जाने वाली चार विशिष्ट ग्रिड सेवाओं की जांच करता है:
- घूर्णनशील द्रव्यमान द्वारा स्वचालित रूप से प्रदान की जाने वाली निष्क्रिय जड़त्वीय स्थिरीकरण,
- तीव्र क्रियाशील नियंत्रण प्रणालियों के माध्यम से सक्रिय आवृत्ति विनियमन किया जाता है।
- बिना पानी की आवाजाही के सिंक्रोनस-कंडेंसर संचालन के माध्यम से वोल्टेज सपोर्ट प्राप्त किया जाता है।
- और ब्लैक-स्टार्ट क्षमता जो पीएसएच को उन कुछ तकनीकों में से एक बनाती है जो पूरी तरह से निष्क्रिय ग्रिड को फिर से चालू करने में सक्षम हैं।
जैसे-जैसे पवन और सौर ऊर्जा उत्पादन, जो घूमने वाली मशीनों के बजाय इनवर्टर के माध्यम से जुड़े होते हैं, पारंपरिक सिंक्रोनस उत्पादन को विस्थापित कर रहे हैं, ये सेवाएं पीएसएच संयंत्रों के एक गौण लाभ से हटकर ग्रिड ऑपरेटरों द्वारा उन्हें महत्व देने के प्राथमिक कारणों में से एक बन गई हैं।
भौतिक घूर्णन जड़त्वग्रिड स्थिरता में पंप-स्टोरेज संयंत्रों का सबसे महत्वपूर्ण और अक्सर कम आंका जाने वाला योगदान उनके जलाशयों में संग्रहित ऊर्जा से बिलकुल भी संबंधित नहीं है: यह उनके बड़े सिंक्रोनस मोटर-जनरेटरों की भौतिक घूर्णन जड़ता है। पंप-स्टोरेज इकाई का रोटर, जो आमतौर पर कई टन वजनी स्टील और तांबे का बना होता है और ग्रिड आवृत्ति के एक निश्चित गुणक पर घूमता है, अपने घूर्णन में गतिज ऊर्जा को अपने जड़त्व आघूर्ण और अपनी घूर्णी गति के वर्ग के सीधे अनुपात में संग्रहित करता है। यह संचित गतिज ऊर्जा महत्वपूर्ण है क्योंकि ग्रिड पर बिजली की आपूर्ति और मांग के बीच अचानक असंतुलन होने की स्थिति में, जैसे कि किसी बड़े जनरेटर का अप्रत्याशित रूप से बंद हो जाना या मांग में अचानक वृद्धि होना, ग्रिड की आवृत्ति कुछ ही सेकंड के भीतर अपने सामान्य मान (50 या 60 हर्ट्ज़) से विचलित होने लगेगी, इससे पहले कि कोई नियंत्रण प्रणाली या स्वचालित प्रतिक्रिया तंत्र प्रतिक्रिया कर सके। घूर्णनशील द्रव्यमान ग्रिड से समकालिक रूप से जुड़े उपकरण, जिनमें पंप-स्टोरेज यूनिट शामिल हैं लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं हैं, सरल न्यूटनियन भौतिकी के माध्यम से सहज रूप से इस आवृत्ति परिवर्तन का विरोध करते हैं: जैसे ही ग्रिड आवृत्ति गिरती है, समकालिक रूप से जुड़ी प्रत्येक मशीन का घूर्णनशील द्रव्यमान स्वाभाविक रूप से गिरावट को रोकने में मदद करने के लिए अपनी कुछ गतिज ऊर्जा छोड़ देता है, जिससे आवृत्ति परिवर्तन की दर धीमी हो जाती है और स्वचालित और मैनुअल नियंत्रण प्रणालियों को प्रतिक्रिया देने के लिए महत्वपूर्ण समय मिल जाता है। ग्रिडों में पवन और सौर ऊर्जा उत्पादन की बड़ी मात्रा जुड़ने के कारण यह जड़त्वीय योगदान तेजी से महत्वपूर्ण हो गया है, जिसमें से अधिकांश सीधे तौर पर जुड़े घूर्णनशील मशीनों के बजाय पावर-इलेक्ट्रॉनिक इनवर्टर के माध्यम से ग्रिड से जुड़ा होता है, और इसलिए यह तुलनात्मक रूप से कम प्राकृतिक जड़त्व का योगदान देता है। आयरलैंड, यूनाइटेड किंगडम, दक्षिण ऑस्ट्रेलिया और संयुक्त राज्य अमेरिका के कुछ हिस्सों जैसे उच्च नवीकरणीय ऊर्जा उपयोग वाले क्षेत्रों में ग्रिड ऑपरेटरों ने घटती सिस्टम जड़ता को एक वास्तविक परिचालन जोखिम के रूप में पहचाना है, क्योंकि कम जड़ता वाले ग्रिड किसी भी व्यवधान के बाद तेजी से और बड़े आवृत्ति उतार-चढ़ाव का अनुभव करते हैं, जिससे उपकरणों के एक के बाद एक ट्रिप होने या, चरम मामलों में, सिस्टम-व्यापी ब्लैकआउट का खतरा बढ़ जाता है। | आवृत्ति विनियमनघूर्णनशील जड़त्व के निष्क्रिय, भौतिकी-आधारित योगदान के अलावा, पंप-भंडारण संयंत्र सक्रिय आवृत्ति विनियमन सेवाएं भी प्रदान करते हैं, जिसमें संयंत्र की नियंत्रण प्रणालियाँ ग्रिड आवृत्ति में मापे गए विचलन के अनुसार बिजली उत्पादन (या पंपिंग खपत) को जानबूझकर समायोजित करती हैं। इन सेवाओं को परंपरागत रूप से प्राथमिक और द्वितीयक प्रतिक्रिया श्रेणियों में विभाजित किया जाता है, हालांकि सटीक शब्दावली और समय संबंधी आवश्यकताएं ग्रिड संचालकों और नियामक क्षेत्रों के बीच कुछ हद तक भिन्न होती हैं।
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वोल्टेज समर्थन और प्रतिक्रियाशील शक्तिPumped-storage plants can also provide grid voltage support through reactive power management, a service that, notably, can be delivered without any net movement of water at all. Electrical power flowing through an alternating current grid has two components: real power, measured in watts, which performs useful work such as lighting a building or running a motor, and reactive power, measured in volt-amperes reactive (VAR), which does not perform useful work directly but is essential to maintaining the correct voltage levels throughout the transmission and distribution network. Reactive power demand on a grid arises from the inductive and capacitive characteristics of transmission lines, transformers, and many types of load equipment, and an imbalance in reactive power supply and demand causes voltage levels to drift outside acceptable operating ranges, risking equipment damage or instability. एक पंप-स्टोरेज यूनिट का सिंक्रोनस मोटर-जनरेटर सिंक्रोनस कंडेंसर नामक मोड में संचालित किया जा सकता है, जिसमें मशीन घूमती रहती है और ग्रिड से विद्युत रूप से जुड़ी रहती है, स्थानीय वोल्टेज स्तरों को बनाए रखने के लिए आवश्यकतानुसार प्रतिक्रियाशील शक्ति को अवशोषित या आपूर्ति करती है, जबकि रोटर को घुमाने में घर्षण और अन्य हानियों को दूर करने के लिए आवश्यक थोड़ी मात्रा में वास्तविक शक्ति का उपभोग करती है, और हाइड्रोलिक सिस्टम के माध्यम से पानी का कोई शुद्ध प्रवाह पंप या उत्पन्न नहीं करती है। यह क्षमता ट्रांसमिशन नेटवर्क पर रणनीतिक रूप से महत्वपूर्ण बिंदुओं पर स्थित पंप-स्टोरेज साइटों के लिए विशेष रूप से मूल्यवान है, क्योंकि यह संयंत्र को चौबीसों घंटे निरंतर ग्रिड-सहायता सेवा प्रदान करने की अनुमति देती है जो जलाशय को कम नहीं करती है या संयंत्र की प्राथमिक ऊर्जा-मध्यस्थता भूमिका के साथ प्रतिस्पर्धा नहीं करती है, प्रभावी रूप से ग्रिड ऑपरेटरों को उस बुनियादी ढांचे से एक "मुफ्त" अतिरिक्त सेवा प्रदान करती है जो अन्यथा ऑफ-पीक घंटों के दौरान निष्क्रिय रहता है जब संयंत्र पंप या उत्पादन नहीं कर रहा होता है। | ब्लैक स्टार्ट क्षमतापंप-स्टोरेज संयंत्र ग्रिड सेवा में शायद सबसे महत्वपूर्ण भूमिका ब्लैक स्टार्ट क्षमता को निभा सकते हैं: किसी पूर्ण प्रणाली के ध्वस्त होने या ब्लैकआउट होने की स्थिति में बिजली ग्रिड के एक हिस्से को पुनः आरंभ करने और उसे पुनः सक्रिय करने की क्षमता, जिसमें बहाली प्रक्रिया को शुरू करने के लिए नेटवर्क पर कहीं भी कोई बाहरी बिजली स्रोत उपलब्ध नहीं होता है। यह एक विशिष्ट रूप से चुनौतीपूर्ण आवश्यकता है, क्योंकि अधिकांश प्रकार के उत्पादन, जिनमें अधिकांश थर्मल पावर स्टेशन शामिल हैं, को उत्पादन शुरू करने से पहले अपनी खुद की बाहरी बिजली आपूर्ति की आवश्यकता होती है (जैसे कि कूलिंग पंप, नियंत्रण प्रणाली, ईंधन प्रबंधन उपकरण और स्टार्ट-अप मोटर), जिससे पूर्ण सिस्टम ब्लैकआउट के दौरान एक 'मुर्गी और अंडे' वाली समस्या उत्पन्न हो जाती है। पंप-स्टोरेज प्लांट उन कुछ चुनिंदा उत्पादन तकनीकों में से हैं जो ब्लैक स्टार्ट सेवा प्रदान करने में सक्षम हैं, क्योंकि ऊपरी जलाशय में पानी उपलब्ध होने पर कोई इकाई केवल स्थानीय रूप से संग्रहित ऊर्जा (स्टेशन बैटरी या छोटे डीजल जनरेटर के रूप में) का उपयोग करके बिजली उत्पादन शुरू कर सकती है। यह ऊर्जा इकाई के आवश्यक नियंत्रण और सहायक प्रणालियों को संचालित करने के लिए होती है और इसे शुरू करने के लिए किसी बाहरी ग्रिड कनेक्शन की आवश्यकता नहीं होती है। ब्लैक स्टार्ट की तकनीकी प्रक्रिया में आमतौर पर पहले इन स्थानीय सहायक बिजली स्रोतों का उपयोग करके उपयुक्त गेट और वाल्व खोले जाते हैं और इकाई की बुनियादी नियंत्रण प्रणालियों को ऑनलाइन किया जाता है, फिर विकेट गेट खोलकर टरबाइन रनर से पानी का प्रवाह शुरू किया जाता है, जिससे इकाई द्वीप मोड में सिंक्रोनस गति तक पहुंच जाती है (अर्थात विद्युत रूप से पृथक, केवल अपने तत्काल स्थानीय सहायक भार और शायद आस-पास के ट्रांसमिशन बुनियादी ढांचे के एक छोटे प्रारंभिक "क्रैंकिंग पथ" की आपूर्ति करती है), और फिर धीरे-धीरे इस प्रारंभिक द्वीप से ग्रिड के सक्रिय भाग का विस्तार किया जाता है। |
जलविज्ञान एवं पर्यावरण प्रबंधन
क्लोज्ड-लूप बनाम ओपन-लूप सिस्टम
पंप-स्टोरेज संयंत्रों को आमतौर पर प्राकृतिक जलमार्गों से उनके संबंध के आधार पर दो व्यापक जलवैज्ञानिक श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है। बंद-लूप, या "नदी से अलग" प्रणालियाँ इस प्रकार डिज़ाइन की जाती हैं कि ऊपरी और निचले दोनों जलाशय किसी भी प्राकृतिक नदी, धारा या अन्य निरंतर बहने वाले जल निकाय से जलवैज्ञानिक रूप से अलग-थलग हों। ये आमतौर पर प्राकृतिक जल निकासी प्रणालियों से दूर ऊंचे भूभाग में स्थित होते हैं और प्रारंभ में भूजल, पास की नदी या अन्य जल स्रोत से लिए गए पानी से भरे जाते हैं, लेकिन बाद में प्राकृतिक जलीय पारिस्थितिक तंत्रों के साथ न्यूनतम निरंतर संपर्क के साथ काफी हद तक आत्मनिर्भर लूप के रूप में संचालित होते हैं। खुला लूप इसके विपरीत, अन्य प्रणालियों में कम से कम एक जलाशय होता है, आमतौर पर निचला जलाशय, जो सीधे किसी प्राकृतिक नदी या अन्य जलमार्ग से जुड़ा होता है, और पंप-भंडारण प्रणाली और प्राकृतिक जलधारा के बीच पानी का निरंतर या आवधिक आदान-प्रदान होता रहता है।
इस अंतर के पर्यावरण और नियामक दृष्टि से महत्वपूर्ण निहितार्थ हैं।
- बंद-लूप प्रणालियों को आम तौर पर काफी सरल पर्यावरणीय अनुमति और निरंतर नियामक प्रक्रिया का सामना करना पड़ता है, क्योंकि वे कई प्रत्यक्ष पारिस्थितिक अंतःक्रियाओं से बचते हैं, जैसे कि मछली का आवागमन, तलछट परिवहन में व्यवधान और परिवर्तित अनुप्रवाह प्रवाह व्यवस्था, जो तब उत्पन्न होती हैं जब कोई परियोजना सीधे एक जीवित नदी प्रणाली से जुड़ी होती है।
- खुले लूप वाली प्रणालियाँ, हालांकि कभी-कभी अधिक विश्वसनीय जल उपलब्धता या मौजूदा बुनियादी ढांचे के निकटता जैसे स्थलीय लाभ प्रदान करती हैं, लेकिन आम तौर पर अधिक व्यापक पर्यावरणीय प्रभाव आकलन और निरंतर निगरानी और शमन उपायों की आवश्यकता होती है, जिसमें पंप और टरबाइन इंटेक में मछलियों का फंसना, प्राकृतिक प्रवाह परिवर्तनशीलता में परिवर्तन जिस पर निचले पारिस्थितिकी तंत्र निर्भर हो सकते हैं, और जुड़े हुए नदी तंत्र में जल गुणवत्ता में परिवर्तन जैसी चिंताओं को दूर करना शामिल है।
नए पंप-स्टोरेज परियोजनाओं के लिए साइट चयन में यह अंतर तेजी से महत्वपूर्ण हो गया है, और नदी से दूर बंद-लूप विन्यास को अक्सर उन अधिकार क्षेत्रों में प्राथमिकता दी जाती है जहां नदी पारिस्थितिकी तंत्र की सख्त सुरक्षा होती है, भले ही इसके लिए प्रारंभिक भराई और पूर्ति जल के लिए साइट को बाहरी जल स्रोत से जोड़ने के लिए अधिक व्यापक पाइपलाइन या सुरंग अवसंरचना की आवश्यकता हो।
जल गुणवत्ता एवं तापीय प्रबंधनऊपरी और निचले जलाशयों के बीच बड़ी मात्रा में पानी का बार-बार आना-जाना, जिसमें अक्सर ऊंचाई और उसके अनुरूप दबाव और तापमान में महत्वपूर्ण परिवर्तन होते हैं, एक पारंपरिक, गैर-पंप वाले जलाशय की तुलना में जल गुणवत्ता प्रबंधन संबंधी अलग तरह की चुनौतियां पैदा कर सकता है। एक महत्वपूर्ण चिंता का विषय है जल स्तरीकरण और ऑक्सीजनकरण: जलाशय, विशेष रूप से बड़े और गहरे जलाशय, स्वाभाविक रूप से तापमान की अलग-अलग परतें विकसित कर सकते हैं, जिसमें ठंडा, सघन पानी तल की ओर जमा हो जाता है और गर्म पानी सतह के पास रहता है। इन परतों में घुलित ऑक्सीजन की सांद्रता में काफी अंतर हो सकता है, और यदि पानी का पर्याप्त मिश्रण न हो तो निचली परतें कभी-कभी ऑक्सीजन-रहित हो जाती हैं। The pumping and generating cycle of a pumped-storage plant tends to actively mix reservoir water far more than would occur naturally, which can be either beneficial or detrimental to water quality and downstream ecology depending on the specific characteristics of the site. Active mixing can help oxygenate water that would otherwise stagnate, but it can also disrupt natural thermal stratification patterns that some aquatic species depend on for habitat and reproduction, or it can mobilize sediments and nutrients from the reservoir bottom into the water column, requiring careful site-specific environmental management. | तलछट और गाद जमावपंप-स्टोरेज सुविधाओं, विशेष रूप से नदियों से जुड़े ओपन-लूप सिस्टमों के लिए, जिनमें प्राकृतिक रूप से गाद जमा होती है, गाद का संचय एक लगातार बनी रहने वाली परिचालन और रखरखाव संबंधी चुनौतियों में से एक है। इंटेक संरचनाओं के माध्यम से सिस्टम में प्रवेश करने वाली निलंबित गाद समय के साथ जलाशयों में जमा हो सकती है, जिससे धीरे-धीरे उपयोग योग्य भंडारण क्षमता कम हो जाती है, और उपकरण के दृष्टिकोण से शायद अधिक महत्वपूर्ण रूप से, यह पंप-टर्बाइन रनर, विकेट गेट और उच्च वेग वाले जल प्रवाह के संपर्क में आने वाले अन्य घटकों की सटीक रूप से मशीनीकृत सतहों को घर्षण क्षरण से नुकसान पहुंचा सकती है। पारंपरिक, एक-दिशात्मक जलविद्युत टर्बाइनों की तुलना में पंप-स्टोरेज संयंत्रों के लिए यह अपरदन एक विशेष चिंता का विषय है, क्योंकि उत्क्रमणीय पंप-टर्बाइनों में पंपिंग और जनरेशन चक्र के दौरान दोनों दिशाओं में गाद युक्त प्रवाह उनके आंतरिक मार्गों से होकर गुजरता है, जिससे घर्षण के कारण होने वाली टूट-फूट की संभावना उन टर्बाइनों की तुलना में दोगुनी हो जाती है जिनमें प्रवाह केवल एक ही दिशा में चलता है। पंप-स्टोरेज स्थलों पर आमतौर पर अपनाई जाने वाली रोकथाम रणनीतियों में इनटेक संरचनाओं के ऊपर की ओर स्थित गाद-अवसादन बेसिन या फोरबे शामिल हैं ताकि मोटे गाद के कण टर्बाइन तक पहुंचने से पहले प्रवाह से अलग हो जाएं, रनर सतहों और अन्य घटकों पर विशेष हार्ड-कोटिंग या कठोर मिश्र धातु सामग्री का उपयोग किया जाता है जो अपरदन के लिए सबसे अधिक संवेदनशील होते हैं, और भंडारण क्षमता को काफी कम करने या संचालन के दौरान इनटेक सिस्टम में जाने से पहले संचित गाद को हटाने के लिए समय-समय पर जलाशय की खुदाई या सफाई की जाती है। |
वाष्पीकरण शमन
पंप-स्टोरेज जलाशयों की खुली सतह से वाष्पीकरण द्वारा पानी की हानि परिचालन संबंधी चिंता का विषय है (क्योंकि सिस्टम की भंडारण क्षमता को बनाए रखने के लिए खोए हुए पानी की भरपाई के लिए अतिरिक्त पानी की आवश्यकता होती है, जैसा कि अध्याय 1 में बताया गया है) और जल-संकटग्रस्त क्षेत्रों में, कृषि, पेयजल आपूर्ति और अन्य उपयोगों से सीमित मीठे पानी के संसाधनों पर बढ़ती मांग को देखते हुए यह एक व्यापक पर्यावरणीय और सामाजिक चिंता का विषय है। वाष्पीकरण की दर स्थानीय जलवायु पर बहुत अधिक निर्भर करती है, शुष्क और अर्ध-शुष्क क्षेत्रों में ठंडे और अधिक आर्द्र जलवायु की तुलना में वाष्पीकरण द्वारा पानी की हानि काफी अधिक होती है, और सबसे चुनौतीपूर्ण जलवायु में यह जलाशय में पानी की कुल हानि का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हो सकती है।
शुष्क जलवायु वाले क्षेत्रों में पंप-स्टोरेज स्थलों पर वाष्पीकरण से होने वाले नुकसान को कम करने के लिए कई इंजीनियरिंग दृष्टिकोण विकसित या प्रस्तावित किए गए हैं। फ्लोटिंग कवर सिस्टम, जिनमें फ्लोटिंग सोलर फोटोवोल्टिक पैनल (हाइब्रिड एनर्जी पार्कों पर अध्याय में आगे चर्चा की गई है) या विशेष फ्लोटिंग शेड संरचनाएं शामिल हैं, सूर्य और हवा के सीधे संपर्क में आने वाले खुले पानी के सतह क्षेत्र को काफी हद तक कम कर सकते हैं, जो वाष्पीकरण के दो प्रमुख कारक हैं। जलाशय डिजाइन विकल्प, जैसे कि दिए गए भंडारण आयतन के लिए उथले, अधिक फैले हुए डिजाइनों की तुलना में कम सतह क्षेत्र वाले गहरे जलाशयों को प्राथमिकता देना, सतह क्षेत्र-से-आयतन अनुपात को कम कर सकता है और तदनुसार वाष्पीकरण से होने वाले नुकसान को कम कर सकता है। सबसे अधिक जल-सीमित स्थानों में, कुछ डेवलपर्स ने वाष्पीकरण के जोखिम को कम करने के लिए विशेष रूप से भूमिगत या आंशिक रूप से संलग्न जलाशय संरचनाओं का उपयोग करने पर विचार किया है, एक ऐसा दृष्टिकोण जो अगले अध्याय में चर्चा की गई भूमिगत पंप-स्टोरेज अवधारणाओं के साथ काफी हद तक मेल खाता है।
पीएसएच का भविष्य और संकरण
अंडरग्राउंड पीएसएच (यूपीएसएच)
पंप-स्टोरेज विकास के सबसे सक्रिय रूप से खोजे जा रहे क्षेत्रों में से एक भूमिगत पंप-स्टोरेज जलविद्युत है, जिसमें प्रणाली का निचला जलाशय सतह पर नहीं बल्कि एक परित्यक्त खदान, निर्मित नमक गुफा या किसी अन्य गहरे भूवैज्ञानिक रिक्त स्थान में स्थित होता है, जबकि ऊपरी जलाशय आमतौर पर सतह पर या उसके निकट रहता है। यह संरचना पारंपरिक पीएसएच विकास पर सबसे लगातार बाधाओं में से एक का सीधा समाधान करती है: पर्याप्त ऊंचाई के अंतर वाले दो भौगोलिक रूप से उपयुक्त जलाशय स्थलों की आवश्यकता, एक ऐसी आवश्यकता जो कई घनी आबादी वाले या स्थलाकृतिक रूप से समतल क्षेत्रों में व्यवहार्य स्थलों की संख्या को गंभीर रूप से सीमित करती है।
भूमिगत गहराई में स्थित एक खाली स्थान को निचले जलाशय के रूप में उपयोग करके, भूमिगत पंप भंडारण से बहुत अधिक जलस्तर प्राप्त किया जा सकता है। कुछ प्रस्तावित संरचनाओं में यह जलस्तर प्राकृतिक सतही संरचना का उपयोग करके प्राप्त किए जा सकने वाले जलस्तर से भी अधिक हो सकता है। साथ ही, यह पारंपरिक दोहरे सतही जलाशय वाली संरचना की तुलना में परियोजना के सतही भूमि क्षेत्र को काफी कम कर देता है। कई क्षेत्रों में परित्यक्त खदानें इस दृष्टिकोण के लिए विशेष रूप से आकर्षक विकल्प हैं, क्योंकि इनमें अक्सर आवश्यक भूमिगत उत्खनन और शाफ्ट अवसंरचना पहले से ही मौजूद होती है, जिससे विशेष रूप से निर्मित भूमिगत गुफाओं की तुलना में निर्माण लागत कम हो सकती है। इसके अलावा, यह उन औद्योगिक स्थलों को भी एक रचनात्मक भविष्य प्रदान करता है जो खनन कार्यों की समाप्ति के बाद अनुपयोगी रह सकते हैं। इस उभरती श्रेणी में कई महत्वपूर्ण इंजीनियरिंग चुनौतियाँ बनी हुई हैं, जिनमें पंप भंडारण संचालन से जुड़े चक्रीय दबाव के तहत भूमिगत खाली स्थान की दीर्घकालिक संरचनात्मक स्थिरता सुनिश्चित करना, भूजल अंतर्संबंधों का प्रबंधन करना और गहरे भूमिगत बड़े विद्युतयांत्रिक उपकरणों की स्थापना और रखरखाव की व्यावहारिक चुनौतियों का समाधान करना शामिल है।
समुद्री जल पीएसएच
एक अन्य नवीन प्रणाली में समुद्र को ही निचले जलाशय के रूप में उपयोग किया जाता है, जिसे आमतौर पर समुद्री जल से पंप-स्टोरेज जलविद्युत कहा जाता है। यह दृष्टिकोण व्यवहार्य पीएसएच स्थलों के संभावित रूप से महत्वपूर्ण विस्तार का अवसर प्रदान करता है, विशेष रूप से तटीय और द्वीपीय क्षेत्रों के लिए जहां पारंपरिक दोहरे मीठे पानी के जलाशय संरचनाओं के लिए उपयुक्त अंतर्देशीय स्थलाकृति सीमित है, क्योंकि इसमें केवल तटरेखा के निकट एक ऊंचे ऊपरी जलाशय स्थल की पहचान करना आवश्यक होता है, जबकि समुद्र एक असीमित और पहले से मौजूद निचले जलाशय के रूप में कार्य करता है।
Additionally to the geographic challenge -mountain directly on the coast-, the principal engineering challenge specific to seawater pumped-storage is materials science: every component of the system that comes into contact with seawater, including pump-turbine runners, penstocks, valves, and any submerged structural elements, must be specifically engineered to resist the highly corrosive effects of saltwater over the multi-decade operational lifespan expected of pumped-storage infrastructure, typically requiring specialized corrosion-resistant alloys, protective coatings, या कैथोडिक संरक्षण मीठे पानी के अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक प्रणालियों की तुलना में ये प्रणालियाँ कहीं अधिक मजबूत होती हैं। दूसरी महत्वपूर्ण चुनौती है जैव-अपशिष्ट, जो जलमग्न सतहों और सेवन संरचनाओं के भीतर समुद्री जीवों जैसे कि बार्नेकल्स, मसल्स और शैवाल का संचय है। यह जल-संचलन दक्षता को कम कर सकता है, रखरखाव की आवश्यकताओं को बढ़ा सकता है और गंभीर मामलों में प्रवाह मार्गों को आंशिक रूप से अवरुद्ध कर सकता है। इसके लिए जैव-अपशिष्ट प्रबंधन रणनीतियों की आवश्यकता होती है, जैसे कि आवधिक यांत्रिक सफाई, विशेष अपशिष्ट-रोधी कोटिंग्स या सेवन जल का रासायनिक उपचार। ये सभी रणनीतियाँ एक पारंपरिक मीठे पानी की सुविधा की तुलना में परिचालन जटिलता और लागत को बढ़ाती हैं।
हाइब्रिड ऊर्जा पार्क
A growing trend in pumped-storage development involves the deliberate co-location of PSH facilities with other renewable generation technologies, most commonly floating solar photovoltaic (F-PV) installations placed directly on the surface of the reservoirs, or onshore wind farms sited near the PSH facility, creating an integrated hybrid energy park that shares transmission infrastructure and, in the case of floating solar, can deliver meaningful secondary benefits to the pumped-storage operation itself.
पंप-स्टोरेज जलाशय की सतह पर लगाए गए तैरते सौर पैनल, जैसा कि अगले अध्याय में चर्चा की गई है, जल सतह को सीधी धूप से बचाकर वाष्पीकरण से होने वाले जल हानि को काफी हद तक कम कर सकते हैं। साथ ही, ये अतिरिक्त बिजली भी उत्पन्न करते हैं जिसका उपयोग सीधे साइट के पंपिंग कार्यों को चलाने के लिए किया जा सकता है या ग्रिड को निर्यात किया जा सकता है। यह सब पीएसएच परियोजना द्वारा पहले से ही उपयोग किए जा रहे जलाशय क्षेत्र से परे अतिरिक्त भूमि अधिग्रहण की आवश्यकता के बिना संभव है। ग्रिड इंटरकनेक्शन इंफ्रास्ट्रक्चर का साझा उपयोग, जिसमें ट्रांसमिशन लाइनें, सबस्टेशन और ग्रिड कनेक्शन अधिकार शामिल हैं, जो समग्र परियोजना लागत और विकास समय का एक महत्वपूर्ण हिस्सा हो सकते हैं, इन हाइब्रिड कॉन्फ़िगरेशन को अलग-अलग स्थानों पर अलग-अलग विकसित करने की तुलना में भंडारण और उत्पादन दोनों घटकों की समग्र अर्थव्यवस्था में सुधार करने की अनुमति देता है। पवन ऊर्जा संयंत्रों के साथ सह-स्थान एक संबंधित लेकिन विशिष्ट लाभ प्रदान करता है: चूंकि पवन ऊर्जा उत्पादन अक्सर सौर ऊर्जा उत्पादन और समग्र बिजली मांग के साथ समय के संदर्भ में खराब रूप से सहसंबंधित होता है, इसलिए एक ही एकीकृत स्थल पर पवन ऊर्जा उत्पादन और पंप स्टोरेज दोनों होने से साझा पारेषण क्षमता का अधिक कुशल उपयोग संभव हो सकता है। पंप स्टोरेज सुविधा उन अवधियों के दौरान पवन ऊर्जा उत्पादन को अवशोषित करती है जब उत्पादन उस मात्रा से अधिक होता है जिसे पारेषण लिंक व्यापक ग्रिड तक ले जा सकता है, और फिर पारेषण क्षमता उपलब्ध होने पर उस संग्रहित ऊर्जा को बाद में जारी करती है।
ध्यान में रखेरखना: developers considering floating solar on an existing or planned PSH reservoir should account for the operational impact of fluctuating reservoir water levels on the floating array’s mooring and anchoring system design, since a reservoir that can be drawn down by tens of meters over each single generating cycle places very different mechanical demands on floating infrastructure than the comparatively stable water levels typical of a conventional irrigation or water-supply reservoir where most floating solar engineering experience has historically been built up.
स्मॉल-मॉड्यूलर पीएसएच
एक उभरता हुआ क्षेत्र छोटे-मॉड्यूलर पंप-स्टोरेज यूनिटों के विकास से संबंधित है: मानकीकृत, कारखाने में निर्मित, "प्लग-एंड-प्ले" पीएसएच सिस्टम, जिन्हें पारंपरिक बड़े, कस्टम-इंजीनियर्ड, साइट-विशिष्ट पंप-स्टोरेज संयंत्रों की तुलना में बहुत छोटे पैमाने पर तेजी से तैनात करने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिन्होंने ऐतिहासिक रूप से इस तकनीक पर अपना वर्चस्व बनाए रखा है। जहां पारंपरिक बड़े पैमाने के पीएसएच परियोजनाओं में आमतौर पर प्रत्येक साइट की विशिष्ट स्थलाकृति, भूविज्ञान और जल विज्ञान के अनुरूप कई वर्षों के विशिष्ट सिविल इंजीनियरिंग डिजाइन की आवश्यकता होती है, वहीं छोटे-मॉड्यूलर पीएसएच सिस्टम का उद्देश्य अधिकांश इलेक्ट्रोमैकेनिकल उपकरणों और यहां तक कि जलाशय या कंटेनमेंट डिजाइन के कुछ हिस्सों को भी मानकीकृत करना है, ताकि इन्हें दोहराए जाने योग्य, पूर्व-इंजीनियर्ड मॉड्यूल में बदला जा सके, जिन्हें साइट से दूर निर्मित किया जा सके और विभिन्न स्थानों पर अपेक्षाकृत जल्दी से असेंबल किया जा सके।
अन्य भंडारण प्रौद्योगिकियों के साथ तुलनात्मक विश्लेषण
कोई भी भंडारण तकनीक अकेले मौजूद नहीं है, और पंप-स्टोरेज हाइड्रोइलेक्ट्रिसिटी की पूरी तकनीकी समझ के लिए इसे ग्रिड-स्तरीय ऊर्जा भंडारण की अन्य प्रमुख श्रेणियों के साथ रखना आवश्यक है जो आधुनिक विद्युत प्रणालियों में समान निवेश और समान भूमिका के लिए प्रतिस्पर्धा कर रही हैं। तुलना के सबसे प्रासंगिक बिंदु हैं:
- लिथियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण प्रणाली (BESS), जो अब विश्व स्तर पर सबसे तेजी से बढ़ती भंडारण श्रेणी है।
- संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण (सीएईएस), एक यांत्रिक भंडारण तकनीक जो PSH के साथ कुछ वैचारिक समानताएं साझा करती है।
- फ्लो बैटरियां, एक उभरती हुई इलेक्ट्रोकेमिकल तकनीक है जो विशेष रूप से लंबी अवधि के अनुप्रयोगों के लिए लक्षित है।
- हाइड्रोजन आधारित भंडारण प्रणाली, जो अतिरिक्त बिजली को हाइड्रोजन में परिवर्तित करती है ताकि बाद में इसे पुनः विद्युत या अन्य उपयोगों में परिवर्तित किया जा सके।
- फ्लाईव्हील ऊर्जा भंडारणयह एक विशुद्ध रूप से यांत्रिक, अत्यंत अल्पकालिक तकनीक है।
इनमें से प्रत्येक तकनीक में अवधि, दक्षता, लागत, जीवनकाल, स्थान निर्धारण लचीलापन और प्रतिक्रिया गति सहित विभिन्न आयामों में शक्तियों और कमजोरियों का एक विशिष्ट संयोजन है, और नीचे दी गई तालिकाएँ वास्तविक दुनिया की ग्रिड योजना और निवेश निर्णयों के लिए सबसे प्रासंगिक मानदंडों के आधार पर इन तुलनाओं को व्यवस्थित करती हैं।
बख्शीश: जब एक प्रौद्योगिकी-तटस्थ भंडारण खरीद ढांचा तैयार किया जा रहा हो, तो ग्रिड योजनाकारों और नियामकों को प्रत्येक तुलना मानदंड को संबोधित की जा रही विशिष्ट ग्रिड आवश्यकता के अनुसार स्पष्ट रूप से भारित करना चाहिए, क्योंकि अल्पावधि आवृत्ति विनियमन संसाधनों के मूल्यांकन के लिए अनुकूलित ढांचा व्यवस्थित रूप से पीएसएच और अन्य दीर्घावधि प्रौद्योगिकियों को कम आंकेगा, जबकि विशुद्ध रूप से दीर्घावधि संसाधन पर्याप्तता पर केंद्रित ढांचा बैटरी और फ्लाईव्हील द्वारा प्रदान की जाने वाली वास्तव में मूल्यवान सब-सेकंड प्रतिक्रिया क्षमताओं को कम आंकेगा; सबसे मजबूत ढांचे एक ही, सर्वव्यापी रैंकिंग तैयार करने के बजाय कई अलग-अलग उपयोग मामलों के आधार पर प्रौद्योगिकियों का अलग-अलग मूल्यांकन करते हैं।
तकनीकी और परिचालन मानदंडों के आधार पर तुलना
नीचे दी गई तालिका में औपचारिक ग्रिड-योजना अध्ययनों और भंडारण खरीद प्रक्रियाओं में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले तकनीकी और परिचालन मानदंडों के आधार पर पंप-स्टोरेज जलविद्युत की तुलना प्रमुख वैकल्पिक ग्रिड-स्तरीय भंडारण प्रौद्योगिकियों से की गई है।
| पंप-स्टोरेज हाइड्रो (पीएसएच) | लिथियम-आयन बैटरी (BESS) | संपीड़ित वायु (सीएईएस) | प्रवाह बैटरियां | हाइड्रोजन भंडारण | फ्लाईव्हील्स | |
| सामान्य भंडारण प्रतिधारण समय | संक्षेप में कहें तो, महीनों से लेकर वर्षों तक। निष्क्रिय रहने के दौरान होने वाले नुकसान केवल धीमी वाष्पीकरण और मामूली रिसाव तक ही सीमित होते हैं, इसलिए एक भरा हुआ जलाशय कई मौसमों तक काफी हद तक अप्रभावित रह सकता है; कुछ संयंत्रों का उपयोग वास्तविक मौसमी भंडारण के लिए भी किया जाता है, जो वसंत में बर्फ पिघलने से भर जाते हैं और सर्दियों के दौरान उनका उपयोग किया जाता है। | स्वतः निर्वहन और अपघटन का प्रभाव शुरू होने से पहले कुछ सप्ताह से लेकर कुछ महीने लग सकते हैं। लिथियम-आयन सेल निष्क्रिय रहने पर धीरे-धीरे स्वतः डिस्चार्ज होते हैं (आमतौर पर प्रति माह कुछ प्रतिशत), और उच्च या निम्न चार्ज अवस्था में लंबे समय तक भंडारण से क्षरण तेज हो जाता है, इसलिए बैटरियों को आमतौर पर लंबे समय तक पूरी तरह से चार्ज करके छोड़ने के बजाय नियमित रूप से चार्ज और डिस्चार्ज किया जाता है। | महीने। एक सीलबंद भूमिगत गुफा में रखी संपीड़ित हवा बहुत धीरे-धीरे रिसती है, जो पीएसएच के समान है, जिससे यह कई हफ्तों से लेकर कई महीनों तक गर्मी बनाए रखने के लिए बेहतर यांत्रिक विकल्पों में से एक बन जाती है, हालांकि कुछ ऊष्मीय हानि होती है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि संपीड़न से उत्पन्न गर्मी को संग्रहित किया जाता है या बाहर निकाला जाता है। | महीने। चूंकि ऊर्जा इलेक्ट्रोड सामग्री के बजाय तरल इलेक्ट्रोलाइट टैंकों में संग्रहित होती है, इसलिए फ्लो बैटरी लिथियम-आयन बैटरी की तुलना में बहुत धीमी गति से स्वतः डिस्चार्ज होती हैं और अक्सर महत्वपूर्ण क्षमता हानि के बिना लंबे समय तक निष्क्रिय भंडारण अवधि के लिए उनकी उपयुक्तता के लिए विशेष रूप से उद्धृत की जाती हैं। | इसमें महीनों से लेकर संभवतः वर्षों तक का समय लग सकता है। हाइड्रोजन स्वयं विघटित नहीं होती, लेकिन अणु के आकार के कारण इसमें रिसाव की संभावना रहती है, और भंडारण पात्रों (विशेष रूप से भूमिगत नमक की गुफाओं) को अच्छी तरह से सीलबंद करने की आवश्यकता होती है; पर्याप्त सुरक्षा के साथ, हाइड्रोजन को व्यापक रूप से वास्तविक मौसमी भंडारण के लिए सबसे अच्छा विकल्प माना जाता है, जो गर्मियों में नवीकरणीय ऊर्जा के अधिशेष उत्पादन से लेकर सर्दियों की मांग तक की पूर्ति करता है। | कुछ मिनटों से लेकर अधिकतम कुछ घंटों तक। फ्लाईव्हील बिजली उत्पादन के लिए बनाए जाते हैं, ऊर्जा संरक्षण के लिए नहीं; बेयरिंग घर्षण और हवा के कारण होने वाले नुकसान से संग्रहित गतिज ऊर्जा अपेक्षाकृत जल्दी कम हो जाती है, यहां तक कि चुंबकीय या वैक्यूम बेयरिंग के साथ भी, यही कारण है कि फ्लाईव्हील का उपयोग सतत भंडारण जैसी किसी भी चीज के बजाय सब-सेकंड से मिनट-स्केल ग्रिड सेवाओं के लिए किया जाता है। |
| सामान्य डिस्चार्ज अवधि | 4 से 12+ घंटे (कुछ साइटों पर, दिन से लेकर सप्ताह तक) | सामान्यतः 1 से 4 घंटे, अतिरिक्त शुल्क लगने पर अवधि बढ़ाई जा सकती है। | 4 से 24+ घंटे | 4 से 10+ घंटे | घंटों से लेकर मौसमी (सप्ताह/महीने) तक | सेकंड से मिनट तक |
| राउंड-ट्रिप दक्षता | लगभग 70% से 85% | लगभग 85% से 95% (कोशिका स्तर पर) | डिजाइन के आधार पर लगभग 40% से 70% तक | लगभग 65% से 80% | लगभग 30% से 45% (पावर-टू-पावर) | लगभग 85% से 95% |
| पूर्ण आउटपुट के लिए प्रतिक्रिया समय | कुछ सेकंड (स्पिनिंग रिजर्व) से लेकर कुछ मिनट (कोल्ड स्टार्ट) तक। | मिलीसेकंड से सेकंड तक | मिनट | सेकंड से मिनट तक | मिनट (ईंधन सेल/टर्बाइन पर निर्भर) | मिलीसेकंड |
| सामान्य परिचालन जीवनकाल | 50 से 100 वर्ष (सिविल निर्माण कार्य); 30 से 50 वर्ष (विद्युत-यांत्रिक निर्माण कार्य) | 10 से 20 वर्ष | 30 से 40 वर्ष | 15 से 25 वर्ष | 20 से 30 वर्ष (उपकरण पर निर्भर) | 15 से 20 वर्ष |
| साइट निर्भरता | बहुत उच्च (स्थलाकृति, जल अधिकार, भूविज्ञान) | बहुत कम (व्यापक रूप से स्थान-विशिष्ट नहीं) | उच्च (उपयुक्त भूवैज्ञानिक संरचनाओं की आवश्यकता है) | निम्न से मध्यम | कम से मध्यम (भंडारण भूविज्ञान सहायक होता है लेकिन अनिवार्य नहीं है) | Very low |
| परियोजना की सामान्य अग्रिम अवधि | 5 से 10+ वर्ष | कुछ महीनों से लेकर लगभग 2 साल तक | 3 से 6 वर्ष | 1 से 3 वर्ष | 2 से 5 वर्ष | 1 वर्ष से कम |
| यह मूल घूर्णीय ग्रिड जड़त्व प्रदान करता है | हाँ | नहीं (इन्वर्टर-आधारित) | हां (यदि टरबाइन से जुड़ा हो) | नहीं (इन्वर्टर-आधारित) | आंशिक (यदि टरबाइन/जनरेटर आधारित पुनर्निर्माण हो) | हां (सीमित अवधि के लिए) |
| ब्लैक स्टार्ट क्षमता | हाँ (व्यापक रूप से सिद्ध) | उभरते/सीमित | लिमिटेड | लिमिटेड | लिमिटेड | नहीं |
| प्राथमिक कच्चे माल/संसाधन निर्भरता | पानी, कंक्रीट, इस्पात (मुख्यतः घरेलू) | लिथियमकोबाल्ट, निकेल, ग्रेफाइट (वैश्विक स्तर पर कारोबार किए जाने वाले) | वायु, उपयुक्त चट्टान/नमक संरचनाएं | वैनेडियम या अन्य इलेक्ट्रोलाइट सामग्री | पानी/बिजली के लिए इलेक्ट्रोलीज़भंडारण पात्र सामग्री | इस्पात, मिश्रित सामग्री |
आर्थिक मानदंडों के आधार पर तुलना
विशुद्ध तकनीकी आयामों से परे, निवेश और खरीद संबंधी निर्णय अंततः आर्थिक तुलनाओं पर आधारित होते हैं, जिनमें से कई को अध्याय 5 में एलसीओएस चर्चा में प्रस्तुत किया गया था, लेकिन यहां वैकल्पिक प्रौद्योगिकियों के पूरे समूह में उनका विस्तार से वर्णन किया गया है।
| पंप-स्टोरेज हाइड्रो (पीएसएच) | लिथियम-आयन बैटरी (BESS) | संपीड़ित वायु (सीएईएस) | प्रवाह बैटरियां | हाइड्रोजन भंडारण | फ्लाईव्हील्स | |
| ऊर्जा क्षमता की प्रति इकाई सापेक्ष प्रारंभिक पूंजी लागत | बहुत ऊँचा | मध्यम, लगातार घटता हुआ | मध्यम से उच्च | मध्यम से उच्च | उच्च (इलेक्ट्रोलाइज़र प्लस भंडारण प्लस पुनर्परिवर्तन उपकरण) | प्रति इकाई ऊर्जा उच्च (प्रति इकाई शक्ति निम्न) |
| प्रति इकाई विद्युत क्षमता की सापेक्ष प्रारंभिक पूंजी लागत | उच्च | मध्यम | मध्यम | मध्यम से उच्च | उच्च | निम्न से मध्यम |
| संचालन और रखरखाव लागत का रुझान | लंबी अवधि तक कम और स्थिर | स्तर कम है लेकिन कोशिकाओं के बूढ़े होने/क्षय होने के साथ बढ़ता जाता है। | मध्यम (यांत्रिक घटक) | मध्यम (इलेक्ट्रोलाइट/पंप रखरखाव) | मध्यम से उच्च (ऊर्जा रूपांतरण के कई चरण) | कम |
| पिछले दशक में लागत का रुझान | अपेक्षाकृत स्थिर (परिपक्व सिविल इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकी) | तेजी से गिर रहा है | अपेक्षाकृत स्थिर | घट रहा है, लेकिन तैनाती का आधार छोटा होने के कारण | गिरावट आ रही है, लेकिन यह गिरावट प्रारंभिक चरण की तैनाती के आधार से हो रही है। | अपेक्षाकृत स्थिर |
| वित्तपोषण का विशिष्ट दृष्टिकोण | दीर्घकालिक परियोजना वित्तपोषण, अक्सर नियामक राजस्व समर्थन के साथ | अल्पकालिक परियोजना वित्तपोषण, कभी-कभी केवल व्यापारियों के लिए | परियोजना वित्तपोषण, अक्सर ऑफटेक या क्षमता अनुबंधों के साथ | परियोजना वित्तपोषण, अक्सर प्रारंभिक चरण/रणनीतिक निवेश | नीतिगत प्रोत्साहनों और सब्सिडी पर अत्यधिक निर्भर | अल्पकालिक, सहायक-सेवा केंद्रित वित्तपोषण |
निवेशकों को इन प्रौद्योगिकियों के लिए उद्धृत डॉलर-प्रति-किलोवाट-घंटे की लागत के आंकड़ों की सीधे तुलना करने में विशेष रूप से सतर्क रहना चाहिए, जब तक कि वे यह पुष्टि न कर लें कि आंकड़ों में केवल प्रारंभिक पूंजी लागत शामिल है या उन्हें संपूर्ण अपेक्षित परिचालन जीवन के लिए समतुल्य किया गया है। ऐसा इसलिए है क्योंकि सबसे कम परिचालन जीवन वाली प्रौद्योगिकियां, जिनमें अधिकांश बैटरियां और प्रवाह बैटरियां शामिल हैं, विशुद्ध रूप से प्रारंभिक पूंजी लागत के आधार पर अधिक आकर्षक प्रतीत होती हैं, लेकिन एक बार जब संपूर्ण जीवनकाल प्रतिस्थापन लागतों को तुलना में ठीक से समतुल्य कर लिया जाता है, तो वे काफी कम आकर्षक हो जाती हैं।पर।
पर्यावरण और रणनीतिक मानदंडों के आधार पर तुलना
अंत में, पर्यावरणीय प्रभाव और रणनीतिक संसाधन संबंधी विचार, जिनका उल्लेख पिछले अध्यायों में विशेष रूप से पीएसएच के लिए किया गया था, यहां वैकल्पिक प्रौद्योगिकियों के संपूर्ण समूह में तुलनात्मक रूप में संक्षेप में प्रस्तुत किए गए हैं।
| पंप-स्टोरेज हाइड्रो (पीएसएच) | लिथियम-आयन बैटरी (BESS) | संपीड़ित वायु (सीएईएस) | प्रवाह बैटरियां | हाइड्रोजन भंडारण | फ्लाईव्हील्स | |
| संग्रहित ऊर्जा की प्रति इकाई भूमि/पदचिह्न तीव्रता | बहुत ऊँचा (जलाशय, बांध) | Very low | मध्यम (सतही उपकरण; भूमिगत गुफा का क्षेत्रफल भिन्न-भिन्न होता है) | मध्यम (टैंक-आधारित) | मध्यम से उच्च (भंडारण पात्र या भूवैज्ञानिक संरचनाएं) | कम |
| उपयोग समाप्त होने के बाद सामग्री की पुनर्चक्रण क्षमता | उच्च (कंक्रीट, स्टील; न्यूनतम विषैला अपशिष्ट) | मध्यम स्तर पर, सुधार हो रहा है (पुनर्चक्रण उद्योग अभी भी परिपक्व हो रहा है) | ऊँचा (मुख्यतः इस्पात और कंक्रीट से निर्मित) | मध्यम से उच्च (इलेक्ट्रोलाइट अक्सर पुनः प्राप्त किया जा सकता है) | उच्च गुणवत्ता वाला (मुख्यतः स्टील और मानक औद्योगिक सामग्री से निर्मित) | उच्च (मुख्यतः स्टील/कंपोजिट) |
| संचालन के दौरान प्रत्यक्ष पारिस्थितिक प्रभाव | संभावित रूप से महत्वपूर्ण (नदी/जलाशय पारिस्थितिकी तंत्र) | साइट पर न्यूनतम प्रत्यक्ष पारिस्थितिक प्रभाव | न्यूनतम (ज्यादातर भूमिगत/सीमित) | न्यूनतम | न्यूनतम (इलेक्ट्रोलाइसिस के लिए पानी की खपत मुख्य कारक है) | न्यूनतम |
| महत्वपूर्ण खनिज/आपूर्ति श्रृंखला जोखिम | कम | उच्च (लिथियम, कोबाल्ट, निकेल) | कम | मध्यम (वैनेडियम आपूर्ति सांद्रता) | कम से मध्यम (इलेक्ट्रोलाइज़र) उत्प्रेरक सामग्री) | निम्न से मध्यम |
| कई दिनों या मौसमी भंडारण के लिए उपयुक्त | सीमित (जलाशय के आकार पर निर्भर; कुछ बड़े स्थलों पर यह अवधि कई दिनों तक भी चल सकती है) | गरीब (दीर्घकालिक अवधि के लिए अत्यधिक लागत वाला) | मध्यम (कुछ बड़े पैमाने के स्थल) | मध्यम | मजबूत (आज मौसमी भंडारण के लिए सबसे विश्वसनीय तकनीक) | खराब (केवल सेकंड से मिनट तक) |
यह पूछने के बजाय कि "कौन सी भंडारण तकनीक सबसे अच्छी है," अधिक उपयोगी योजना प्रश्न लगभग हमेशा यह होता है कि "भंडारण तकनीकों का कौन सा संयोजन, किस अनुपात में, इस विशिष्ट ग्रिड की अवधि और सेवा आवश्यकताओं को सबसे अधिक लागत प्रभावी ढंग से पूरा करता है," क्योंकि ऊपर दी गई तुलना तालिकाएँ लगातार दिखाती हैं कि पीएसएच, बैटरी और अन्य प्रौद्योगिकियाँ वास्तव में अलग-अलग, केवल आंशिक रूप से अतिव्यापी भूमिकाएँ निभाती हैं, न कि हर मानदंड पर एक ही भूमिका के लिए आमने-सामने प्रतिस्पर्धा करती हैं।
बोनस: क्या हर बांध को पीएसएच में बदला जा सकता है?
नहीं, और यह अंतर जितना दिखता है उससे कहीं अधिक है। कुछ विशिष्ट आवश्यकताओं का मेल खाना आवश्यक है:
- मूल समस्या यह है कि अधिकांश बांधों में केवल एक ही जलाशय होता है। सार्वजनिक जलविद्युत प्रणाली (पीएसएच) के लिए अलग-अलग ऊँचाई पर दो जलाशयों की आवश्यकता होती है, जिनके बीच जल का चक्रण होता रहे। एक पारंपरिक जलविद्युत बांध में एक ऊपरी जलाशय और उसके नीचे एक नदी होती है, लेकिन वह नदी आमतौर पर एक नियंत्रित जलाशय नहीं होती; यह एक खुला, बहने वाला जलमार्ग होता है। बांध को पीएसएच सुविधा में बदलने के लिए, आमतौर पर या तो मौजूदा बांध के नीचे एक दूसरा जलाशय बनाना पड़ता है (बहाव को एकत्रित और नियंत्रित करने के लिए) या पास में ही कोई ऐसा निचला जलाशय खोजना पड़ता है जो पर्याप्त रूप से निकट हो और उपयुक्त ऊँचाई के अंतर पर स्थित हो। कई बांध स्थलों पर बिना बड़े पैमाने पर नए निर्माण, भूमि अधिग्रहण और पर्यावरणीय व्यवधान के दूसरे जलाशय के लिए उपयुक्त स्थान उपलब्ध नहीं होता है।
- हेड और दूरी का अनुपात अभी भी लागू होना चाहिए। भले ही दूसरा जलाशय बनाना संभव हो, लेख में पहले बताए गए हेड-टू-डिस्टेंस अनुपात का प्रयोग अभी भी किया जा सकता है। अपेक्षाकृत समतल भूभाग पर बना बांध, जो कि सिंचाई, बाढ़ नियंत्रण या नदी आधारित बिजली उत्पादन के लिए बनाए गए कई बड़े जलविद्युत बांधों में आम है, न कि पर्वतीय-घाटी भंडारण के लिए, संभवतः आसपास पर्याप्त ऊंचाई का अंतर न हो जिससे ऊपर की ओर पानी पंप करना सार्थक हो। ऐसे में आप प्रति चक्र अपेक्षाकृत कम संग्रहित ऊर्जा के लिए बड़ी मात्रा में पानी स्थानांतरित कर रहे होंगे।
- मौजूदा बांध और जलमार्ग का ढांचा प्रतिवर्ती प्रवाह के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया था। पारंपरिक जल टरबाइन आमतौर पर एक-दिशात्मक कैपलान, फ्रांसिस या पेलिकन प्रकार की इकाइयाँ होती हैं जो पूरी तरह से बिजली उत्पादन के लिए अनुकूलित होती हैं, न कि लेख में पहले वर्णित प्रतिवर्ती पंप-टरबाइन के लिए। प्रतिवर्ती मशीनरी को रेट्रोफिट करना, या एक समानांतर पंपिंग स्टेशन जोड़ना, आमतौर पर पर्याप्त नए विद्युत-यांत्रिक कार्यों और कभी-कभी पंपिंग की विभिन्न दबाव और प्रवाह स्थितियों को संभालने के लिए बांध या विद्युत केंद्र के संरचनात्मक सुदृढ़ीकरण की आवश्यकता होती है।
- रूपांतरण परियोजनाओं पर अतिरिक्त, पर्यावरणीय और नियामक प्रतिबंध अक्सर अधिक प्रभाव डालते हैं। किसी मौजूदा बांध में, विशेष रूप से किसी सक्रिय नदी प्रणाली से जुड़े खुले लूप वाले बांध में, पंपिंग सुविधा जोड़ने से दशकों से पारंपरिक जलविद्युत परियोजना के रूप में संचालित स्थल पर भी नए सिरे से पर्यावरणीय समीक्षा शुरू हो सकती है, क्योंकि जल के केवल बहने के बजाय चक्रण शुरू होने पर परिचालन पद्धति (और इसके अनुप्रवाह प्रवाह, तलछट और जलीय जीवन पर पड़ने वाले प्रभाव) में महत्वपूर्ण परिवर्तन आ जाता है।
निष्कर्ष
आधुनिक ऊर्जा भंडारण परिदृश्य में पंप-स्टोरेज जलविद्युत का एक विशिष्ट स्थान है: यह व्यावसायिक उपयोग में सबसे पुरानी और सबसे परिपक्व बड़े पैमाने की भंडारण तकनीक है, और साथ ही इंजीनियरिंग नवाचार के लिए एक तेजी से सक्रिय क्षेत्र भी है, क्योंकि इस पर पड़ने वाली मांगें परमाणु युग के पूर्वानुमानित, दिन में दो बार होने वाले चक्रण से हटकर नवीकरणीय ऊर्जा-प्रधान ग्रिड की कहीं अधिक परिवर्तनशील, मौसम-आधारित संतुलन आवश्यकताओं की ओर बढ़ रही हैं। इसका मूल भौतिक सिद्धांत, जो संग्रहित ऊर्जा को द्रव्यमान, गुरुत्वाकर्षण और ऊंचाई से जोड़ने वाले सरल समीकरण में समाहित है, 1890 के दशक में अल्पाइन में पहली बार स्थापित होने के बाद से अपरिवर्तित रहा है, फिर भी उस सिद्धांत से संबंधित इंजीनियरिंग विवरण, प्रतिवर्ती पंप-टर्बाइन डिजाइन और परिवर्तनीय गति वाले मोटर-जनरेटर से लेकर भूमिगत और समुद्री जल विन्यास तक, नई परिचालन मांगों और नए स्थल अवसरों के जवाब में लगातार विकसित हो रहे हैं।
इस तकनीक की मूलभूत खूबियाँ - अत्यंत लंबी परिचालन अवधि और प्रति चक्र बहुत कम क्षरण - उच्च प्रारंभिक पूंजी लागत, उपयुक्त भौगोलिक स्थिति पर अत्यधिक निर्भरता और लंबे विकास काल के विपरीत हैं। ये सभी बातें सुनिश्चित करती हैं कि निकट भविष्य में अधिकांश विद्युत प्रणालियों में पंप स्टोरेज, बैटरी स्टोरेज के साथ प्रतिस्पर्धा के बजाय पूरक भूमिका निभाता रहेगा, और प्रत्येक तकनीक अपनी विशिष्ट क्षमताओं के अनुरूप उपयोग के मामलों को पूरा करेगी। दुनिया भर के ग्रिड संचालक घटती प्रणालीगत जड़ता, तेजी से अस्थिर नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन और अल्पकालिक एवं दीर्घकालिक लचीले संसाधनों की आवश्यकता से जूझ रहे हैं। एक सदी से अधिक के निरंतर इंजीनियरिंग विकास द्वारा परिष्कृत पंप स्टोरेज जलविद्युत, भौगोलिक रूप से सीमित होने के बावजूद, वैश्विक ऊर्जा भंडारण पोर्टफोलियो का एक अपरिहार्य स्तंभ बना हुआ है।
संबंधित प्रौद्योगिकियां
- लिथियम-आयन बैटरी ऊर्जा भंडारण (BESS): इलेक्ट्रोकेमिकल स्टोरेज तीव्र प्रतिक्रिया और उच्च राउंड-ट्रिप दक्षता प्रदान करता है, लेकिन पीएसएच की तुलना में इसकी अवधि और जीवनकाल कम होता है।
- संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण (सीएईएस): भूमिगत गुफाओं में हवा को संपीड़ित करके ऊर्जा संग्रहित की जाती है, जिसे बाद में टरबाइन के माध्यम से विस्तारित करके बिजली उत्पन्न की जाती है।
- फ्लो बैटरी: तरल इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग करके विद्युत रासायनिक भंडारण, जिसे टैंकों के बीच पंप किया जाता है, लिथियम-आयन की तुलना में लंबी अवधि के अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।
- हाइड्रोजन ऊर्जा भंडारण: यह विद्युत अपरिभाषित बिजली को विद्युत अपरिभाष के माध्यम से हाइड्रोजन में परिवर्तित करता है, जिसे बाद में पुनः बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है, और यह मौसमी भंडारण के लिए अग्रणी विकल्प है।
- फ्लाईव्हील ऊर्जा भंडारण: यह गतिज ऊर्जा को एक घूमते हुए रोटर में संग्रहित करता है, जिससे सेकंड से लेकर मिनटों के भीतर बहुत तेज प्रतिक्रिया मिलती है लेकिन अवधि न्यूनतम होती है।
- प्रतिवर्ती पंप-टर्बाइन: यह मूल विद्युतयांत्रिकीय मशीन एक ही इकाई को पंप और टरबाइन दोनों के रूप में कार्य करने में सक्षम बनाती है।
- डबल-फेड इंडक्शन मशीन (डीएफआईएम): परिवर्तनीय गति जनरेटर-मोटर तकनीक जो लचीली पंपिंग के लिए घूर्णी गति को ग्रिड आवृत्ति से अलग करती है।
- त्रिगुणीय सेट: एक ऐसी वास्तुकला जिसमें अलग-अलग पंप और टरबाइन इकाइयों को एक साझा शाफ्ट पर जोड़ा जाता है ताकि लगभग तुरंत मोड स्विचिंग हो सके।
- ग्रिड जड़त्व: पीएसएच इकाइयों जैसी बड़ी घूर्णनशील मशीनों द्वारा अचानक आवृत्ति संबंधी गड़बड़ी के दौरान प्रदान की जाने वाली स्थिर गतिज ऊर्जा।
- सिंक्रोनस कंडेंसर: एक ऐसी परिचालन विधि जिसमें पीएसएच इकाई बिना पानी को हिलाए वोल्टेज को सहारा देने के लिए प्रतिक्रियाशील शक्ति की आपूर्ति या अवशोषण करती है।
- ब्लैक स्टार्ट क्षमता: केवल स्थानीय रूप से संग्रहित ऊर्जा का उपयोग करके ध्वस्त ग्रिड को पुनः आरंभ करने और उसे पुनः सक्रिय करने की क्षमता, एक ऐसी सेवा है जिसे प्रदान करने के लिए पीएसएच पूरी तरह से उपयुक्त है।
- बत्तख वक्र: उच्च सौर ऊर्जा के उपयोग से उत्पन्न तीव्र शुद्ध मांग प्रोफ़ाइल, जो आधुनिक पीएसएच लोड-फॉलोइंग ऑपरेशन का एक प्रमुख चालक है।
- ऊर्जा मध्यस्थता: बिजली की कम और अधिक कीमत वाले समय के बीच के अंतर का लाभ उठाते हुए, जब बिजली सस्ती हो तब पंपिंग करना और जब महंगी हो तब उत्पादन करना।
- भंडारण की समतुल्य लागत (एलसीओएस): एक ऐसा मापदंड जो किसी भंडारण परिसंपत्ति की संपूर्ण जीवनकाल लागत को उसकी वितरित ऊर्जा में वितरित करता है, जिसका उपयोग विभिन्न जीवनकालों वाली प्रौद्योगिकियों की तुलना करने के लिए किया जाता है।
- भूमिगत पंप-भंडारण जलविद्युत (यूपीएसएच): सतही क्षेत्र को कम करने के लिए परित्यक्त खदानों या भूवैज्ञानिक गुफाओं को निचले जलाशय के रूप में उपयोग करने वाली एक संरचना।
- फ्लोटिंग फोटोवोल्टिक्स (एफ-पीवी): जलाशय की सतहों पर सौर पैनल लगाए गए हैं, जिससे वाष्पीकरण कम होता है और साथ ही साथ एक पीएसएच संयंत्र के साथ संचरण अवसंरचना साझा की जाती है।
पंप-स्टोरेज हाइड्रोइलेक्ट्रिसिटी पर बाहरी लिंक
अंतर्राष्ट्रीय मानक
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अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न
पंप-स्टोरेज हाइड्रोइलेक्ट्रिसिटी वास्तव में कैसे काम करती है?
बिजली की मांग कम होने या अतिरिक्त उत्पादन होने पर, पानी को निचले जलाशय से पंप करके ऊपरी जलाशय में पहुंचाया जाता है, जिससे गुरुत्वाकर्षण ऊर्जा संभावित ऊर्जा के रूप में संग्रहित हो जाती है। जब बिजली की आवश्यकता होती है, तो उसी पानी को टर्बाइनों के माध्यम से वापस नीचे की ओर छोड़ा जाता है, जिससे उसकी संभावित ऊर्जा बिजली में परिवर्तित हो जाती है; अधिकांश आधुनिक संयंत्रों में, दो अलग-अलग मशीनों का उपयोग करने के बजाय, एक ही उत्क्रमणीय पंप-टर्बाइन दोनों दिशाओं को संभालती है।
बैटरी की तुलना में पंप स्टोरेज कितना कुशल है?
पंप-स्टोरेज प्लांट आमतौर पर पंपिंग के दौरान खपत हुई बिजली का 70 से 85 प्रतिशत वापस लौटा देता है, जो सेल स्तर पर लिथियम-आयन बैटरी की 85 से 95 प्रतिशत राउंड-ट्रिप दक्षता से थोड़ा कम है। हालांकि, समय के साथ यह अंतर व्यावहारिक रूप से कम महत्वपूर्ण हो जाता है, क्योंकि पीएसएच 50 से 100 वर्षों तक इस दक्षता को बनाए रखता है, जबकि बैटरी धीरे-धीरे खराब होती जाती हैं और आमतौर पर केवल 10 से 20 वर्षों के बाद उन्हें पूरी तरह से बदलने की आवश्यकता होती है।
पंप स्टोरेज सिस्टम हर जगह क्यों नहीं बनाया जा सकता?
बैटरी के विपरीत, जिन्हें ग्रिड कनेक्शन के साथ लगभग कहीं भी स्थापित किया जा सकता है, एक पंप-स्टोरेज परियोजना के लिए पर्याप्त ऊंचाई के अंतर से अलग किए गए दो जलाशय स्थलों, बांधों और सुरंगों को सहारा देने में सक्षम स्थिर भूगर्भीय संरचना और प्रारंभिक भराव और निरंतर आपूर्ति के लिए एक विश्वसनीय जल स्रोत की आवश्यकता होती है। इन संयुक्त भौगोलिक आवश्यकताओं का अर्थ है कि विश्व स्तर पर केवल सीमित संख्या में स्थान ही वास्तव में नए विकास के लिए उपयुक्त हैं।
पंप-स्टोरेज परियोजना को पूरा करने में कितना समय लगता है?
प्रारंभिक व्यवहार्यता अध्ययन से लेकर पर्यावरणीय अनुमति, विस्तृत इंजीनियरिंग और बांधों, सुरंगों और विद्युत केंद्रों के निर्माण तक, एक सामान्य परियोजना को व्यावसायिक संचालन तक पहुंचने में पांच से दस साल या उससे अधिक समय लगता है। यह लंबी समयसीमा बैटरी परियोजनाओं के बिल्कुल विपरीत है, जो अक्सर दो साल से भी कम समय में योजना से लेकर तैनाती तक पहुंच सकती हैं।
क्या पंप स्टोरेज, बैटरी स्टोरेज से बेहतर है?
किसी एक तकनीक को सर्वथा श्रेष्ठ मानने के बजाय, प्रत्येक तकनीक ग्रिड की विभिन्न आवश्यकताओं के लिए उपयुक्त है। पंप स्टोरेज असाधारण दीर्घकालिक विश्वसनीयता और ग्रिड को स्थिर करने वाले गुणों के साथ कई घंटों तक लगातार बड़ी मात्रा में बिजली प्रदान करने में उत्कृष्ट है, जबकि बैटरी मिलीसेकंड में प्रतिक्रिया करती हैं और इन्हें स्थापित करना कहीं अधिक आसान है, जिससे वे कम अवधि और त्वरित प्रतिक्रिया वाले अनुप्रयोगों के लिए अधिक उपयुक्त हैं।
एक पंप-स्टोरेज प्लांट कितने समय तक ऊर्जा संग्रहित कर सकता है?
जल निकासी की अवधि इस बात पर निर्भर करती है कि किसी संयंत्र के जलाशयों में उसकी उत्पादन क्षमता के सापेक्ष कितना पानी समाहित हो सकता है, लेकिन अधिकांश संयंत्र चार से बारह घंटे तक पूर्ण उत्पादन बनाए रखने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं। कुछ असाधारण रूप से बड़े जलाशय इसे और भी बढ़ा सकते हैं, जिससे उन्हें पुनः भरने की आवश्यकता पड़ने से पहले कई दिनों तक बिजली उत्पादन जारी रह सकता है।
क्या पंप स्टोरेज से पर्यावरण पर कोई प्रभाव पड़ता है?
जी हां, विशेष रूप से प्राकृतिक नदियों से जुड़े स्थलों पर, जहां इसके प्रभावों में मछली प्रवास में बाधा, तलछट परिवहन में बदलाव और निचले इलाकों के पारिस्थितिक तंत्रों पर निर्भर प्राकृतिक प्रवाह पैटर्न में परिवर्तन शामिल हो सकते हैं। गर्म या शुष्क जलवायु वाले जलाशयों से वाष्पीकरण के कारण पानी भी कम हो जाता है, यही कारण है कि विकासकर्ता तेजी से बंद-लूप डिजाइन को प्राथमिकता दे रहे हैं जो प्राकृतिक जलमार्गों से अलग होते हैं।
ऊर्जा भंडारण के अलावा, पंप स्टोरेज पावर ग्रिड की किस प्रकार मदद करता है?
बिजली को संग्रहित करने और मुक्त करने के अलावा, पीएसएच संयंत्र के केंद्र में स्थित विशाल घूर्णनशील जनरेटर ग्रिड आवृत्ति में अचानक होने वाले उतार-चढ़ाव का स्वाभाविक रूप से प्रतिरोध करता है, बिना पानी को हिलाए स्थानीय वोल्टेज स्तरों को बनाए रखने के लिए संचालित किया जा सकता है, और यहां तक कि एक बड़े ब्लैकआउट के बाद पूरी तरह से निष्क्रिय ग्रिड को भी पुनः चालू कर सकता है। अधिकांश बैटरी प्रणालियाँ इन स्थिरीकरण कार्यों को केवल आंशिक रूप से ही दोहरा सकती हैं, क्योंकि उनमें समान भौतिक घूर्णनशील द्रव्यमान की कमी होती है।
पंप स्टोरेज को ऐतिहासिक रूप से परमाणु ऊर्जा से क्यों जोड़ा गया है?
परमाणु रिएक्टर सबसे अधिक कुशलता और सुरक्षा के साथ तब काम करते हैं जब उन्हें निरंतर एक स्थिर उत्पादन स्तर पर चलाया जाता है, क्योंकि उन्हें बार-बार चालू और बंद करना यांत्रिक रूप से तनावपूर्ण और आर्थिक रूप से अपव्ययी होता है। परमाणु संयंत्रों के साथ-साथ पंप-स्टोरेज संयंत्र विशेष रूप से परमाणु संयंत्रों द्वारा रात भर में उत्पन्न अतिरिक्त बिजली को अवशोषित करने के लिए बनाए गए थे, और फिर उस संग्रहित ऊर्जा को सुबह और शाम की मांग के चरम समय के दौरान जारी करते हैं, जिसकी पूर्ति केवल परमाणु उत्पादन से नहीं हो सकती।
समुद्री जल या भूमिगत पंप भंडारण क्या है?
ये नई प्रकार की स्थल संरचनाएं हैं जिन्हें पंप स्टोरेज की पारंपरिक भौगोलिक सीमाओं को दूर करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। समुद्री जल पंप स्टोरेज में समुद्र को ही निचले जलाशय के रूप में उपयोग किया जाता है, जिससे तटीय और द्वीपीय क्षेत्रों में भी इसका उपयोग संभव हो पाता है जहां उपयुक्त अंतर्देशीय स्थलाकृति का अभाव होता है, जबकि भूमिगत पंप स्टोरेज में परित्यक्त खदानों या खोदी गई गुफाओं को निचले जलाशय के रूप में उपयोग किया जाता है, जिससे परियोजनाओं को समतल क्षेत्रों में भी बनाया जा सकता है और इसके लिए बड़ी मात्रा में सतही भूमि की आवश्यकता नहीं होती है।
प्रयुक्त शब्दों की शब्दावली
Advanced Encryption Standard (AES): अमेरिकी राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान द्वारा स्थापित एक सममित कुंजी एन्क्रिप्शन एल्गोरिदम, जो 128, 192 या 256 बिट्स के कुंजी आकार वाले ब्लॉक सिफर का उपयोग करता है, जिसे प्रतिस्थापन और क्रमचय प्रक्रियाओं के माध्यम से इलेक्ट्रॉनिक डेटा को सुरक्षित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।
Battery Energy Storage System (BESS): एक ऐसी प्रणाली जो बाद में उपयोग के लिए बैटरी में विद्युत ऊर्जा संग्रहित करती है, जिससे लोड संतुलन, नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण और ग्रिड स्थिरता संभव होती है। इसमें आमतौर पर बैटरी, विद्युत रूपांतरण प्रणाली और ऊर्जा प्रवाह प्रबंधन तथा प्रदर्शन अनुकूलन के लिए नियंत्रण प्रणाली शामिल होती है।
Compressed-Air-Energy Storage (CAES): एक ऐसी प्रणाली जो भूमिगत गुफाओं या कंटेनरों में हवा को संपीड़ित करके ऊर्जा संग्रहित करती है, और आवश्यकता पड़ने पर बिजली उत्पादन के लिए टर्बाइनों को चलाने के लिए इसे छोड़ती है, जिससे बिजली ग्रिड में आपूर्ति और मांग को प्रभावी ढंग से संतुलित किया जा सके।
Computer-Aided Engineering (CAE): सॉफ्टवेयर उपकरणों का एक समूह जो इंजीनियरिंग विश्लेषण और डिजाइन प्रक्रियाओं में सहायता करता है, जिससे संख्यात्मक विधियों और मॉडलिंग तकनीकों के माध्यम से उत्पाद प्रदर्शन के सिमुलेशन, अनुकूलन और सत्यापन संभव हो पाते हैं।
Pumped Hydroelectric Energy Storage (PHES): ऊर्जा भंडारण की एक विधि जिसमें अतिरिक्त बिजली का उपयोग पानी को अधिक ऊंचाई तक पंप करने के लिए किया जाता है, जिसे बाद में मांग बढ़ने पर टर्बाइनों के माध्यम से बिजली उत्पन्न करने के लिए छोड़ा जाता है।
Pumped-Storage Hydroelectricity (PSH): ऊर्जा भंडारण की एक विधि जिसमें अतिरिक्त बिजली का उपयोग पानी को अधिक ऊंचाई तक पंप करने के लिए किया जाता है, जिसे बाद में मांग के चरम समय के दौरान बिजली उत्पन्न करने के लिए छोड़ा जा सकता है, जिससे पानी टर्बाइनों के माध्यम से वापस नीचे बह सके।
Uninterruptible Power Supply (UPS): एक ऐसा उपकरण जो बिजली कटौती के दौरान जुड़े उपकरणों को आपातकालीन बिजली प्रदान करता है, जिससे निरंतर संचालन सुनिश्चित होता है और वोल्टेज में उतार-चढ़ाव से सुरक्षा मिलती है। इसमें आमतौर पर बिजली आपूर्ति और स्थिरता बनाए रखने के लिए बैटरी, इन्वर्टर और चार्जिंग सिस्टम शामिल होते हैं।
