माइक्रो हाइड्रो

माइक्रो हाइड्रो एक प्रकार की जलविद्युत शक्ति है जो सामान्यतः पानी के प्राकृतिक प्रवाह का उपयोग करके 5 किलोवाट से 100 किलोवाट तक बिजली का उत्पादन करती है। 5 किलोवाट से कम के इंस्टालेशन को पिको हाइड्रो कहा जाता है। ये प्रतिष्ठान अलग घर या छोटे समुदाय को बिजली प्रदान कर सकते हैं, या कभी-कभी बिजली के नेटवर्क से जुड़े होते हैं, विशेष करके जहां निर्धारित माप की प्रस्तुति की जाती है। दुनिया भर में ऐसे कई प्रतिष्ठान हैं, विशेष रूप से विकासशील देशों में, क्योंकि वे ईंधन की खरीद के बिना ऊर्जा का लाभ वाले स्रोत प्रदान कर सकते हैं। माइक्रो हाइड्रो प्रणाली सौर पीवी बिजली प्रणाली का पूरक है क्योंकि कई क्षेत्रों में जल प्रवाह, और इस प्रकार उपलब्ध हाइड्रो पावर, सर्दियों में सबसे अधिक होता है जब सौर ऊर्जा न्यूनतम होती है। उच्च हाइड्रोलिक सिर, कम प्रवाह जल आपूर्ति के लिए माइक्रो हाइड्रो अधिकांशतः पेल्टन व्हील के साथ पूरा किया जाता है। स्थापना अधिकांशतः झरने के शीर्ष पर छोटा बांध पूल होता है, जिसमें कई सौ फीट पाइप छोटे जनरेटर आवास की ओर जाता है। लो हेड साइट्स में, सामान्यतः जल पहिया और आर्किमिडीज के स्क्रू आर्किमिडीज के स्क्रू का उपयोग किया जाता है।

निर्माण
माइक्रोहाइड्रो प्लांट का निर्माण विवरण साइट-विशिष्ट है। कभी-कभी उपस्थित मिल-तालाब या अन्य कृत्रिम जलाशय उपलब्ध होता है और इसे बिजली उत्पादन के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। सामान्य तौर पर, माइक्रोहाइड्रो प्रणाली कई घटकों से बने होते हैं। सबसे महत्वपूर्ण में अंतर्ग्रहण सम्मिलित है जहां पानी को प्राकृतिक जलधारा, नदी, या शायद झरने से मोड़ा जाता है। बड़ी वस्तुओं को बाहर रखने के लिए स्क्रीन या बार की सरणी का उपयोग करके फ्लोटिंग मलबे और मछली को स्क्रीन करने के लिए कैच बॉक्स जैसी सेवन संरचना की आवश्यकता होती है। समशीतोष्ण जलवायु में, इस संरचना को बर्फ का भी विरोध करना चाहिए। निरीक्षण और देखरेख के लिए प्रणाली को निर्जलित करने की अनुमति देने के लिए सेवन में गेट हो सकता है।

सेवन फिर नहर के माध्यम से लाया जाता है और फिर पूर्वाभास होता है। पूर्वाभास का उपयोग तलछट धारण करने के लिए किया जाता है। प्रणाली के निचले भाग में पानी को पाइप लाइन (जलद्वार) के माध्यम से पानी के टरबाइन वाले बिजलीघर के भवन तक पहुँचाया जाता है। पेनस्टॉक नीचे की ओर यात्रा करने वाले पानी से दबाव बनाता है। पहाड़ी क्षेत्रों में, पेनस्टॉक के मार्ग तक पहुँचने में काफी चुनौतियाँ हो सकती हैं। यदि जल स्रोत पानी टरबाइन दूर हैं, तो पेनस्टॉक का निर्माण निर्माण की लागत का सबसे बड़ा हिस्सा हो सकता है। टर्बाइन में प्रवाह और टरबाइन की गति को नियंत्रित करने के लिए नियंत्रक वाल्व स्थापित किया जाता है। टर्बाइन पानी के प्रवाह और दबाव को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करता है; टर्बाइन से निकलने वाला पानी टेलरेस चैनल के साथ प्राकृतिक जलमार्ग में लौटता है। टर्बाइन विद्युत जनरेटर को घुमाता है, जो विद्युत भार से जुड़ा होता है; यह बहुत छोटे प्रतिष्ठानों में एक ही भवन की बिजली व्यवस्था से सीधे जुड़ा हो सकता है, या कई घरों या भवन के लिए सामुदायिक वितरण प्रणाली से जुड़ा हो सकता है।

सामान्यतः माइक्रो हाइड्रो स्थापना में बांध और जलाशय नहीं होते हैं, जैसे कि बड़ी जलविद्युत में, साल भर उपलब्ध होने वाले पानी के न्यूनतम प्रवाह पर निर्भर करते हैं।

शीर्ष और प्रवाह विशेषताएँ
माइक्रोहाइड्रो प्रणाली सामान्यतः 100 वाट तक बिजली उत्पादन करने में सक्षम क्षेत्रों में स्थापित किए जाते हैं। यह घर या लघु व्यवसाय सुविधा को बिजली देने के लिए पर्याप्त हो सकता है। इस उत्पादन श्रेणी की गणना हेड और फ्लो के संदर्भ में की जाती है। इनमें से प्रत्येक जितना अधिक होगा, उतनी ही अधिक शक्ति उपलब्ध होगी। हाइड्रोलिक हेड पाइप में गिरने वाले पानी का दबाव माप है, जिसे पानी गिरने वाली ऊर्ध्वाधर दूरी के कार्य के रूप में व्यक्त किया जाता है। ऊंचाई में यह बदलाव सामान्यतः फीट या मीटर में मापा जाता है। कम से कम 2 फीट की बूंद की आवश्यकता है या प्रणाली व्यवहार्य नहीं हो सकता है। शीर्ष की मात्रा निर्धारित करते समय, सकल और शुद्ध शीर्ष दोनों पर विचार किया जाना चाहिए। ग्रॉस हेड अकेले ऊर्ध्वाधर दूरी माप के माध्यम से बिजली की पहुंच का अनुमान लगाता है जबकि नेट हेड ग्रॉस हेड से पाइपिंग में घर्षण के कारण खोए हुए दबाव को घटाता है। प्रवाह साइट से गिरने वाले पानी की वास्तविक मात्रा है और सामान्यतः गैलन प्रति मिनट, क्यूबिक फीट प्रति सेकंड या लीटर प्रति सेकंड में मापा जाता है। ढलान वाले क्षेत्र में कम प्रवाह उच्च सिर की स्थापना में पाइप की महत्वपूर्ण लागत होती है। लंबा पेनस्टॉक शीर्ष पर कम दबाव वाले पाइप से प्रारंभ होता है और पाइप की लागत को कम करने के लिए टर्बाइन के करीब उत्तरोत्तर उच्च दबाव वाला पाइप होता है।

ऐसी प्रणाली से उपलब्ध शक्ति, किलोवाट में, समीकरण P=Q*H/k द्वारा गणना की जा सकती है, जहाँ Q प्रति मिनट गैलन में प्रवाह दर है, H स्थिर शीर्ष है, और k 5,310 गैलन का स्थिरांक है फीट मिनट किलोवाट. उदाहरण के लिए, 500 गैलन प्रति मिनट के प्रवाह और 60 फीट के स्थिर सिर वाले प्रणाली के लिए, सैद्धांतिक अधिकतम बिजली उत्पादन 5.65 किलोवाट है। वास्तविक दुनिया के कारण प्रणाली को 100% दक्षता (सभी 5.65 किलोवाट प्राप्त करने से) से रोका गया है, जैसे टर्बाइन दक्षता, पाइप में घर्षण, और क्षमता से गतिज ऊर्जा में रूपांतरण। टर्बाइन दक्षता सामान्यतः 50-80% के बीच होती है, और हेज़न-विलियम्स समीकरण का उपयोग करने के लिए पाइप घर्षण का आकलन, लगाया जाता है।

विनियमन और संचालन
सामान्यतः स्वचालित नियंत्रक टर्बाइन इनलेट वाल्व को निरंतर गति (और आवृत्ति) बनाए रखने के लिए संचालित करता है जब जनरेटर पर भार बदलता है। कई स्रोतों के साथ ग्रिड से जुड़ी प्रणाली में, टरबाइन नियंत्रण यह सुनिश्चित करता है कि जनरेटर से प्रणाली में हमेशा बिजली प्रवाहित हो। उत्पन्न होने वाली प्रत्यावर्ती धारा की आवृत्ति को स्थानीय मानक उपयोगिता आवृत्ति से मेल खाना चाहिए। कुछ प्रणालियों में, यदि जनरेटर पर उपयोगी भार पर्याप्त अधिक नहीं है, तो भार द्वारा आवश्यक ऊर्जा को नष्ट करने के लिए भार बैंक स्वचालित रूप से जनरेटर से जुड़ा हो सकता है; जबकि यह ऊर्जा बर्बाद करता है, अगर टरबाइन के माध्यम से पानी के प्रवाह को नियंत्रित करना संभव नहीं है तो इसकी आवश्यकता हो सकती है।

प्रेरण जनरेटर हमेशा अपनी घुमाव गति के बाद भी ग्रिड आवृत्ति पर काम करता है; केवल यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि यह सिंक्रोनस गति की तुलना में टरबाइन द्वारा तेजी से संचालित हो इसलिये यह उपभोग करने के अतिरिक्त बिजली उत्पन्न करे। अन्य प्रकार के जनरेटर आवृत्ति मिलान के लिए गति नियंत्रण प्रणाली का उपयोग कर सकते हैं।

आधुनिक बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स की उपलब्धता के साथ जनरेटर को मनमाना आवृत्ति पर संचालित करना और इन्वर्टर (इलेक्ट्रिकल) के माध्यम से इसके आउटपुट को फीड करना अधिकांशतः आसान होता है जो ग्रिड आवृत्ति पर आउटपुट का उत्पादन करता है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स अब स्थायी चुंबक अल्टरनेटर के उपयोग की अनुमति देते हैं जो जंगली एसी को स्थिर करने के लिए उत्पन्न करते हैं। यह दृष्टिकोण निम्न गति निम्न शीर्ष जल टर्बाइनों को प्रतिस्पर्धी होने की अनुमति देता है; वे ऊर्जा की निकासी के लिए सबसे अच्छी गति से चल सकते हैं, और जनरेटर के अतिरिक्त इलेक्ट्रॉनिक्स द्वारा बिजली की आवृत्ति को नियंत्रित किया जाता है।

बहुत छोटे प्रतिष्ठान (पिको हाइड्रो), कुछ किलोवाट या उससे छोटे, प्रत्यक्ष धारा उत्पन्न कर सकते हैं और पीक उपयोग समय के लिए बैटरी चार्ज कर सकते हैं।

टर्बाइन प्रकार
सूक्ष्म पनबिजली प्रतिष्ठानों में कई प्रकार के जल टर्बाइनों का उपयोग किया जा सकता है, पानी के प्रवाह के आधार पर चयन, प्रवाह की मात्रा, और साइट पर उपकरण के स्थानीय देखरेख और परिवहन की उपलब्धता जैसे कारक। पहाड़ी क्षेत्रों के लिए जहां 50 मीटर या उससे अधिक का झरना उपलब्ध हो सकता है, पेल्टन व्हील का उपयोग किया जा सकता है। लो हेड स्थापना के लिए, फ्रांसिस टर्बाइन या कापलान टर्बाइन प्रोपेलर-टाइप टर्बाइन का उपयोग किया जाता है। केवल कुछ मीटर की बहुत कम शीर्ष स्थापना गड्ढे में प्रोपेलर-प्रकार टर्बाइन, या पानी के पहिये और आर्किमिडीज स्क्रू का उपयोग कर सकती है। छोटे माइक्रो हाइड्रो स्थापना औद्योगिक केन्द्रापसारक पंपों का सफलतापूर्वक उपयोग कर सकते हैं, जो मुख्य मूवर्स के रूप में उल्टा चलते हैं; जबकि दक्षता उद्देश्य-निर्मित धावक के रूप में उच्च नहीं हो सकती है, अपेक्षाकृत कम लागत परियोजनाओं को आर्थिक रूप से व्यवहार्य बनाती है।

लो-हेड स्थापना में, देखरेख और तंत्र लागत अपेक्षाकृत अधिक हो सकती है। लो-हेड प्रणाली बड़ी मात्रा में पानी ले जाता है, और सतह के मलबे का सामना करने की अधिक संभावना होती है। इस कारण से बैंक टर्बाइन को ऑस्बर्गर टर्बाइन भी कहा जाता है, प्रेशराइज्ड सेल्फ-क्लीनिंग क्रॉसफ्लो वॉटरव्हील, अधिकांशतः लो-हेड माइक्रो हाइड्रो प्रणाली के लिए पसंद किया जाता है। चूंकि कम कुशल, इसकी सरल संरचना समान क्षमता के अन्य लो-हेड टर्बाइनों की तुलना में कम खर्चीली है। चूँकि पानी अंदर बहता है, तो उसमें से यह अपने आप साफ हो जाता है और मलबे से जाम होने का संकट कम होता है।


 * पेंच टरबाइन (उल्टा आर्किमिडीज स्क्रू): इंग्लैंड में दो लो-हेड स्कीम, हाइड्रो व्यवस्थित करें और टॉर्स हाइड्रो, न्यू मिल्स एक आर्किमिडीज स्क्रू का उपयोग करते हैं जो अन्य मलबे-सहिष्णु रचना है। इसकी दक्षता 85% है।
 * गोरलोव हेलिकल टर्बाइन: गोरलोव हेलिकल टर्बाइन मुक्त धारा या बांध के साथ या उसके बिना बाधित प्रवाह।
 * फ्रांसिस और प्रोपेलर टर्बाइन।
 * कापलान टर्बाइन उच्च प्रवाह, निम्न सिर, प्रोपेलर-प्रकार टर्बाइन है। पारंपरिक कापलान टर्बाइन का विकल्प 90% की क्षमता के साथ बड़ा व्यास, धीमी गति से मुड़ने वाला, स्थायी चुंबक, स्लोप्ड ओपन फ्लो वीएलएच टर्बाइन है।
 * वाटर व्हील: उन्नत हाइड्रोलिक वॉटर व्हील और हाइड्रोलिक व्हील-पार्ट रिएक्शन टर्बाइन में क्रमशः 67% और 85% की हाइड्रोलिक क्षमता हो सकती है। ओवरशूट वॉटर व्हील अधिकतम दक्षता (हाइड्रोलिक दक्षता) 85% है। अंडरशॉट वॉटर व्हील बहुत कम सिर के साथ काम कर सकते हैं, लेकिन 30% से कम क्षमता भी रखते हैं। गुरुत्वाकर्षण जल भंवर बिजली संयंत्र वीयर या प्राकृतिक जल प्रपात पर नदी के प्रवाह का हिस्सा केंद्रीय तल निकास के साथ गोल बेसिन में मोड़ दिया जाता है जो भंवर बनाता है। साधारण रोटर (और जुड़ा जनरेटर) गतिज ऊर्जा द्वारा स्थानांतरित होता है। 1/3 भाग प्रवाह पर 83% की क्षमता 64% से नीचे है।

प्रयोग करें
माइक्रोहाइड्रो प्रणाली बहुत लचीले होते हैं और इन्हें कई अलग-अलग वातावरणों में तैनात किया जा सकता है। वे इस बात पर निर्भर हैं कि स्रोत (क्रीक, नदी, नाला) में कितना जल प्रवाह है और जल के प्रवाह का वेग क्या है। ऊर्जा को बैटरी बैंकों में उन साइटों पर संग्रहीत किया जा सकता है जो किसी सुविधा से दूर हैं या सीधे जुड़े प्रणाली के अतिरिक्त उपयोग की जाती हैं इसलिये उच्च मांग के समय अतिरिक्त आरक्षित ऊर्जा उपलब्ध हो। इन प्रणालियों को बड़े बांधों या अन्य सामूहिक पनबिजली उत्पादन स्थलों के कारण नियमित रूप से समुदाय और पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है।

ग्रामीण विकास की संभावना
ग्रामीण विकास के संबंध में, सूक्ष्म पनबिजली प्रणालियों की सरलता और कम सापेक्ष लागत बिजली की जरूरत वाले कुछ अलग-थलग समुदायों के लिए नए अवसर खोलती है। केवल छोटी धारा की आवश्यकता के साथ, दूरस्थ क्षेत्र घरों, चिकित्सा क्लीनिकों, स्कूलों और अन्य सुविधाओं के लिए प्रकाश और संचार तक पहुँच सकते हैं। माइक्रोहाइड्रो छोटे व्यवसायों का समर्थन करने वाली निश्चित स्तर के तन्त्र भी चला सकता है। एंडीज पहाड़ों के साथ और श्रीलंका और चीन में पहले से ही समान, सक्रिय कार्यक्रम हैं। कुछ क्षेत्रों में ऐसी प्रणालियों का एक प्रतीत होता है अप्रत्याशित उपयोग युवा समुदाय के सदस्यों को आर्थिक विकास को बढ़ावा देने के लिए अधिक शहरी क्षेत्रों में जाने से रोकना है। इसके अलावा, कम उत्सर्जन तीव्रता के लिए वित्तीय प्रोत्साहन की संभावना के रूप में कार्बन-गहन प्रक्रियाएं बढ़ती हैं, माइक्रोहाइड्रो प्रणाली का भविष्य अधिक आकर्षक हो सकता है।

माइक्रो-हाइड्रो स्थापना भी कई उपयोग प्रदान कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, ग्रामीण एशिया में माइक्रो-हाइड्रो परियोजनाओं में चावल मिलों जैसी कृषि-प्रसंस्करण सुविधाओं को सम्मिलित किया गया है –  मानक विद्युतीकरण के साथ – परियोजना के रचना में।

लागत
माइक्रो हाइड्रो प्लांट की लागत 1,000 से 5000 अमेरिकी डॉलर प्रति किलोवाट स्थापित हो सकती है

लाभ
माइक्रोहाइड्रो पावर प्रक्रिया के माध्यम से उत्पन्न होती है जो पानी के प्राकृतिक प्रवाह का उपयोग करती है। यह शक्ति सबसे अधिक बिजली में परिवर्तित होती है। इस रूपांतरण प्रक्रिया के परिणामस्वरूप कोई प्रत्यक्ष प्रदूषण नहीं होने से, पर्यावरण पर बहुत कम या कोई हानिकारक प्रभाव नहीं पड़ता है, अगर अच्छी तरह से योजना बनाई जाए, इस प्रकार एक अक्षय संसाधन स्रोत से और सतत ऊर्जा उपाय से बिजली की आपूर्ति की जाती है। माइक्रोहाइड्रो को रन-ऑफ-द-रिवर पनबिजली माना जाता है। माइक्रोहाइड्रो के संभावित आर्थिक लाभों को जोड़ना दक्षता, विश्वसनीयता और लागत प्रभावशीलता है।

हानि
माइक्रोहाइड्रो प्रणाली मुख्य रूप से साइट की विशेषताओं से सीमित हैं। सबसे प्रत्यक्ष सीमा छोटे प्रवाह वाले छोटे स्रोतों से आती है। इसी तरह, प्रवाह कुछ क्षेत्रों में मौसम के अनुसार उतार-चढ़ाव कर सकता है। अंत में, शायद सबसे महत्वपूर्ण हानि ऊर्जा स्रोत से साइट तक ऊर्जा की जरूरत की दूरी है। माइक्रो-हाइड्रो प्रणाली का उपयोग करने पर विचार करते समय यह वितरण संबंधी मुद्दा और साथ ही अन्य महत्वपूर्ण हैं।

यह भी देखें

 * 10,000 किलोवाट तक का छोटा हाइड्रो
 * पिको हाइड्रो 5 किलोवाट तक
 * जलविद्युत
 * नवीकरणीय ऊर्जा
 * स्थायी ऊर्जा
 * वाटरव्हील
 * भंवर शक्ति
 * गुरुत्वाकर्षण जल भंवर बिजली संयंत्र

बाहरी कड़ियाँ

 * Portal on microhydro power
 * SMART - Strategies to promote small scale hydro electricity production in Europe (project financed by the European Commission, involves Italy, Croatia, Norway, Greece and Austria)
 * Micro Hydro information, Dorado Vista ranch application
 * European Small Hydropower Association
 * Micro Hydro Association UK
 * Hydropower Prospector, Idaho National Engineering Laboratory
 * Ashden Awards hydro power winners
 * Example of a new Scottish Highland micro hydro system
 * Home built micro hydro project
 * Microhydro in Afghanistan with drawings of equipment