पवन ऊर्जा

• *वारा व वाऱ्याची ऊर्जा*

*******************************

वारा फार सोसाटय़ाने वाहू लागला, तरी जीव गलबलतो. वारा पूर्ण पडला, अजिबात वाहत नसला, तरीही जीव कासावीस होतो. वातावरणातील हवेच्या कानांची हालचाल सतत चालू असते. ही हालचाल जास्त दाबाच्या क्षेत्रातून कमी दाबाच्या क्षेत्राकडे चालू झाली की, तिला वार्‍याचे स्वरूप येते. ही हालचाल निर्माण होते त्याचे क्षेत्र खूपच मोठे, विस्तीर्ण असते. आपल्याला वाटते, आपल्या गच्चीत वारा खेळतो आहे, आसपासची झाडे हलत आहेत. पण सहसा हे सारे क्षेत्र सहज शंभर दोनशे चौरस किलोमीटरचे असते. दिवसा तापलेल्या भाग, त्यामुळे हवेतील बदललेली आर्द्रता, झाडी असलेला भाग, दर्‍यांचा खोलगट भाग व डोंगराचा आडोसा याचा विस्तृत भूप्रदेशावरील वारे निर्माण होण्यात सहभाग असतो.

यापेक्षा विस्तृत बदल घडतात, ते प्रचंड आकाराचे जलाशय व समुद्रालगतच्या भागात. ते नेहमीच दिवसा व रात्री होत असतात. खारे वारे व मतलई वारे अशा नावाने या बदलांना ओळखले जाते. उष्ण भागातील, जास्त तापलेल्या भागातील हवा प्रसरण पावून वर जाते व तेथील पोकळी भरून काढायला दुसरीकडची हवा तेथे धाव घेते. या प्रकारातून हे वारे उत्पन्न होत जातात. शतकानुशतके व्यापारी जहाजे, शिडाची जहाजे यांचाच उपयोग करीत आली आहेत.

पहाटे चार ते सहा या दरम्यानची वेळ बहुधा वातावरणातील स्तब्धतेचा वेळ असते. अगदी मंद, कळत नकळत असे वारे या वेळी वाहतात. यानंतरचा काळ म्हणजे मध्यम व मंद वार्यांचा. हा काळ टिकतो सहसा अकरा बारा वाजेपर्यंत. त्यानंतरचा अल्पकाळ पुन्हा वातावरण तापत राहते व वारे पडतात. दुपार कलू लागते, तसे पुन्हा वारे वाहणे सुरू होते. संध्याकाळच्या वेळी कुठेही बघितले तरी मंद वारे वाहतच असतात.

वाहत्या वाऱ्याचा सुखदपणा जेमतेम ताशी तीस किलोमीटरपर्यंत वाटतो. त्यापेक्षा वाऱ्याचा वेग जेव्हा वाढतो, तेव्हा त्याची कटकट वाटू लागते. ताशी साठ किलोमीटरपेक्षा जेव्हा वाऱ्याचा वेग वाढतो, तेव्हा तो असह्य होतो. वादळी वारे हे यापेक्षा जास्त वेगाने वाहतात. ताशी शंभर किलोमीटरचा वेग हा चक्री वादळात गाठला जातो. त्याला फक्त पक्की बांधकामेच दाद देतात. झाडे उन्मळून पडणे, विध्वंस, घरांवरचे पत्रे उडणे व सरतेशेवटी पावसाचा मारा हा यानंतर अपेक्षित असतोच. जेव्हा प्रचंड वावटळ येते, तेव्हा अनेकदा वाऱ्याचा वेग मोजणारी यंत्रे निरुपयोगी ठरतात.

वाऱ्याचा वेग ब्युफोर्टच्या स्केलवर परिणामकारक पद्धतीने दाखवला व व्यक्त केला जातो. बिलकुल वारा नाही, अशा एका टोकापासून प्रचंड वावटळीचे दुसरे टोक या दरम्यान या स्केलचे बारा भाग पाडलेले आहेत. सार्‍या जगभर हेच स्केल वापरले जाते.

वाऱ्याचा वेग जमिनीपासूनच्या उंचीनुसार बदलतच असतो. सामान्यपणे हजार मीटर उंचीवर सतत वारे वाहत वेगाने वाहत असतात. वर्षाचे अनेक दिवस व दिवसाचे अनेक तास येथे किमान तीस किलोमीटर ताशी वेगाने वारे वाहतात.

वारा वाहणे सूर्याच्या ऊर्जेचा परिणाम आहे. अर्थातच वाऱ्याची ऊर्जा ही अविरत मिळणारी ऊर्जा आहे. तिचे स्वरूप मर्यादित असले म्हणजे एकाच जागी प्रचंड ऊर्जा निर्माण होणार नाही. हे नक्की असले; तरी जगाच्या अनेक भागात सातत्याने मिळू शकणारी ही पूरक ऊर्जा नक्कीच आहे. आण्विक ऊर्जा, तेलाची ऊर्जा, खनिज ऊर्जा ही सोयीची पुरेशी आहे, असा निष्कर्ष मानवाने काढायला सुरुवात केली होती. पण आता सर्व भ्रम दूर होऊन सौरऊर्जा व आण्विक ऊर्जेबरोबरच वार्‍याची ऊर्जाही अविरत मिळेल व तिचा वापर फारशी देखभाल न करता केला जाऊ शकेल, याची खात्री पटली आहे.

वाऱ्यावर चालणाऱ्या पवनचक्क्या चांगल्या चालण्यासाठी, त्यांच्या कार्यक्षम उपयोगासाठी ताशी बारा ते पंधरा किलोमीटर एवढा वेग अपेक्षित राहतो. ज्या प्रदेशात हा वेग वर्षाच्या तीनशेपेक्षा जास्त दिवस मिळतो, तेथे पवनचक्क्यांवर आधारित वीजनिर्मितीप्रकल्पही उभारले गेले आहेत.

नेदरलँड्समध्ये पवनचक्क्या खूप होत्या. त्यांचे महत्त्व व उपयुक्तता तेथील लोकांना कळली होती. मुख्यतः सतत वाढत जाणारी देशातील पाण्याची पातळी कमी कशी करावी, तेथील लोकांचा कठीण प्रश्न होता. तो त्यांनी या पद्धतीने सोडवला. आता मात्र जगभर पवनचक्क्या पुन्हा उभारण्याचा प्रकल्प हाती घेतले जात आहेतम

उंच पठारावर वाऱ्याचा वेग थोडा जास्तच असतो. उंचच्या उंच पोलादी मनोरा व त्यावर उभारलेली एरोडायनॅमिक पात्यांची पवनचक्की हे सध्याचे स्वरूप प्रचंड साखळीवजा केलेल्या उभारणीत आढळते. वाऱ्याचा किमान वेग व कमाल वेग यांचा भरपूर उपयोग करून घेऊन प्रचंड आकाराची, पण हलकी पाती येथे वापरली जातात. काही पात्यांची लांबी चक्क वीस मीटर एवढी लांब असते. त्यांच्या फिरण्यावर छोटी छोटी जनित्रे चालवली जातात. अनेक पवनचक्क्या व जनित्रे यांच्या साखळीतून मोठ्या प्रमाणावर वीज निर्माण केली जाते.

पूर्वीच्या काळच्या पवनचक्क्या आजही काम करतात. त्यांच्याकरवी मुख्यत: पाणी उपसणे, दळणाची चक्की चालवणे, सुतारकाम वा लोहारकामासाठी जिथे चक्राकार गतीचा वापर घासकामाला, आकार देण्याला करावा लागतो, त्या यंत्रांना गती देणे, धान्य सडण्याची यंत्रे चालवणे असे काम करून घेण्याची पद्धत आहे. अर्थातच पवनचक्क्या भल्यामोठ्या दगडी मनोऱ्यावर आधारून उभ्या केल्या गेल्या आहेत. मुख्य आसाच्या गतीचा उपयोग या मनोऱ्याच्या आत बसवलेल्या यंत्रांना करून दिला जातो. दीडशे वर्षांपूर्वीची एक मोजदाद बघितली, तर जगभरात वीस हजारांवर पवनचक्क्या काम करत होत्या. सध्या मात्र पवनचक्क्यांचा एखादा प्रकल्प उभा करताना किमान दीड ते दोन हजार पवनचक्क्यांचा विचार केला जातो.

वाऱ्याच्या ऊर्जेचा दुसरा वापर म्हणजे शिडाची जहाजे. पण हा वापर आता मोजकी छोटी मासेमारी जहाज व यॉटिंगचे खेळ एवढय़ापुरताच राहिला आहे. बलून्स व ग्लायडर्स वाऱ्यापासून मिळणारा वेग वापरतात. पण हेही खेळाचे प्रकार म्हणूनच सध्या मुख्यत: वापरले जातात.

पारंपरिक पद्धतीने शेती करणारा भारतीय शेतकरी वार्याचा उपयोग आजही करून घेतो. धान्य तयार झाल्यावर उंच ठिकाण्यावर उभे राहून केली जाणारी उफाणणी ही केवळ वाऱ्यावरच अवलंबून राहते. धान्य व तुसे वेगळे करण्याचे काम वाऱ्याकरवी करून घेतले जाते.

*'सृष्टी विज्ञानगाथा' या पुस्तकातून*

वाऱ्याची गती बदलत असल्यामुळे, तसेच तो कधीकधी अगदी मंद होत असल्यामुळे त्यापासून प्राप्त होणाऱ्या ऊर्जेत स्थैर्य नसते. त्याशिवाय खनिज तेलाच्या किंमती बऱ्याच कमी असल्यामुळे वाऱ्याची ऊर्जा वापरणे बरेच अडचणीचे आणि खर्चाचे आहे. ह्या कारणांमुळे पवन ऊर्जेचा विशेष उपयोग केला जात नाही; परंतु खनिज इंधने काही काळानंतर संपुष्टातच येणार असल्यामुळे पवन ऊर्जेचा भविष्य काळाच बराच उपयोग केला जाईल. पवन ऊर्जेचा एक मोठा फायदा आहे, तो म्हणजे पवन ऊर्जेच्या वापरामुळे वातावरणात प्रदूषण निर्माण होत नाही. त्याशिवाय पवन ऊर्जा ही न संपणारी आणि स्वस्त ऊर्जा आहे. तिचे मुख्य दोष अस्थिरता आणि अनियमितता हे होत. वाऱ्याच्या ऊर्जेचा उपयोग करणारे कोणतेही यंत्र ५९.३ टक्क्यांपेक्षा जास्त ऊर्जा वाऱ्यापासून प्राप्त करून घेऊ शकत नाही. ही सैद्धांतिक सीमा आहे. प्रत्यक्षातील सीमा यापेक्षा बरीच कमी आहे.

पुरातन कालापासून पवन ऊर्जेचा उपयोग पाणी उपसणे, धान्य दळणे वा बागायती सिंचन या कामांसाठी केला जात असे; पण स्वस्त खनिज इंधने प्राप्त झाल्यापासून पवन ऊर्जेचा उपयोग बराच कमी झाला.

पृथ्वीवर ज्या भागांत वारे जोराने वाहतात त्या भागांत वाऱ्याच्या ऊर्जेचा जास्तीत जास्त उपयोग कसा करता येईल, याकडे सध्या लक्ष केंद्रित झाले आहे. या भागात वीजनिर्मिती फायदेशीर होऊ शकेल. त्याकरिता योग्य पवनचक्क्या निर्माण करण्यात आल्या आहेत. या चक्क्यांद्वारे कमी खर्चात वीज निर्माण करता येईल.

वारा ज्या भागांत जरा मंद अथवा मध्यम गतीचा आहे त्या भागांत वाऱ्याचा उपयोग करण्यासाठी जास्त संवेदनक्षम पवनचक्क्या निर्माण करण्यासंबंधी संशोधन चालू आहे. वीजनिर्मिती सोडून इतर कामांकरिता पवन उर्जेचा उपयोग ह्या भागांत संवेदनक्षम चक्क्यांच्या द्वारे करता येईल.

भारतातील कोणत्या भागात पवन ऊर्जा किती प्रमाणात उपलब्ध आहे हे वाऱ्याच्या निरीक्षण सामग्रीवर आधारित संगणनाद्वारे ए. मणी आणि दि. आ. मुळे यांनी विंड एनर्जी डेटा फॉर इंडिया (१९८३) ह्या पुस्तकात स्पष्टपणे मांडले आहे. ही माहिती पवन उर्जेच्या वापरासाठी प्रकल्प योजणाऱ्या संस्थांना उपयुक्त आहे.

भारतामध्ये गुजरात राज्यात कच्छ परिसरात वारा जोराने वाहत असल्यामुळे तेथे पवन ऊर्जेपासून वीजनिर्मितीचे प्रकल्प सुरू करण्यात आले आहेत.

कोणत्या प्रकारच्या पवनचक्क्या कार्य क्षम आणि उपयुक्त होतील यासंबंधी कर्नाटक राज्यातील बंगलोर शहरातील राष्ट्रीय वैमानिकीय प्रयोगशाळेत संशोधन केले जाते.

वाऱ्याची गती साधारणपणे १० मी. उंचीवर मापली जाते. पवनचक्कीची उंची यापेक्षा बरीच जास्त असते. त्यामुळे चक्कीच्या उंचीवरील वाऱ्याच्या गतीचा अंदाज बांधण्यासाठी पॉवर नियमाचा उपयोग केला जातो.

पवन ऊर्जेचा उपयोग आपण निरनिराळ्या प्रकारांनी करू शकतो. पुरातन कालापासून शिडांच्या नौका सागरावरून हाकारण्यासाठी वाऱ्याच्या ऊर्जेचा उपयोग करण्यात आलेला आहे. अनुकूल ईशान्य व्यापारी वाऱ्यांचा उपयोग पुरातन काली भारताची आफ्रिकेशी असलेली व्यापारी वाहतूक करण्यासाठी होत असे. अनुकूल वाऱ्यांचा उपयोग करून डीझेलची बचत करण्यासाठी आधुनिक मालवाहतुकीच्या डीझेलवर चालणाऱ्या मोठ्या बोटींना शिडांची जोड देण्यास सुरुवात झाली आहे. वारा गतिमान, स्थिर व नियमित असलेल्या भागांत मोठ्या पवनचक्क्या उभारून त्यांचा वीजनिर्मितीकरिता उपयोग केला जात आहे आणि डीझेल किंवा दगडी कोळसा यांची बचत करण्यात येत आहे. अस्थिर व अनियमित वारा असलेल्या भागांत अनुकूल वेळी योग्य पवनचक्कीचा उपयोग करून दळण, लाकडे कापणे, तेल काढणे, ऊस गाळणे, तळ्यातील किंवा विहिरीतील पाणी उपसून सिंचन करणे, पाणी एका ठराविक उंचीवरील मोठ्या टाकीत उपसून साठविणे आणि त्या पाण्यापासून जलविद्युत जनित्र चालवून वीज निर्माण करणे, अनुकूल परिस्थितीत वीज निर्माण करून व तिचा उपयोग करून पाण्यापासून हायड्रोजन व ऑक्सिजन निर्माण करून त्यांचा साठा करणे इ. विविध कामांकरिता करण्यात येतो किंवा येऊ शकतो.

पवनचक्क्यांचे नवनवीन प्रकार निर्माण होत आहेत. उभ्या आसाची पवनचक्की कोणत्याही दिशेने येणाऱ्या वाऱ्यात काम करते. आडव्या आसातील पवनचक्कीतील पात्यांचे चक्र वाऱ्याच्या दिशेत ठेवण्यासाठी चक्राच्या मागच्या बाजूस दोन निमुळत्या पट्ट्यांचे सुकाणू जोडावे लागते. पवनचक्कीच्या निर्मितीमध्ये दोन गोष्टींकडे लक्ष ठेवणे अत्यंत आवश्यक आहे. योग्य सामग्री वापरून पवनचक्कीची किंमत एका विशिष्ट मर्यादेखाली ठेवणे आणि पवनचक्कीची कार्यक्षमता शक्य तेवढी वाढविणे या त्या गोष्टी होत. [⟶ पवनचक्की; शक्ति-उद्‍गम].

इतर उपयोग

साधारणपणे वारा कोणत्या दिशेने आणि गतीने वाहतो ह्या माहितीचा उपयोग घरबांधणी उद्योग आणि विमानतळावरील धावपट्टी बांधणे यांसाठी केला जातो. ह्या माहितीचा उपयोग करून घराची दिशा, घराची दारे व खिडक्या यांची योजना योग्य रीतीने करून घरात वायुवीजन चांगले ठेवण्यास होतो. ज्या दिशेत वारा जास्तीत जास्त वेळा वाहत असतो त्या दिशेत धावपट्टी बांधतात.

घराच्या शीतलीकरणासाठी वाऱ्याचा उपयोग केला जातो. ज्या भागात कोरडा व गरम वारा वाहतो त्या भागात घरांतील दारे व खिडक्या यांना वाळ्याचे पडदे लावून पडद्यावर पाणी शिंपडण्याची व्यवस्था केली जाते. ओल्या पडद्यातून बाहेरचा कोरडा व गरम वारा आत आला म्हणजे बाष्पीभवनाच्या क्रियेमुळे तो थंड होतो. त्यामुळे उन्हाळ्यात आल्हाददायक वाटते.

पवन ऊर्जा

    वाहते हवा शक्ती पासून निर्माण झाली पवन ऊर्जा म्हणतात. हवा एक पुनर्वापरयोग्य ऊर्जा स्त्रोत आहे पवन ऊर्जा करण्यासाठी हवाई जे हवेशीर ठिकाणी, वर पवनचक्की ठेवले आहे गतीज ऊर्जा , यांत्रिक ऊर्जा मध्ये रूपांतर. ही यांत्रिक ऊर्जा जनरेटरच्या सहाय्याने विद्युत ऊर्जेमध्ये बदलली जाऊ शकते.

पवन ऊर्जेच्या अभ्यासामुळे गतीज ऊर्जा एखाद्या वातावरणात उपयुक्त किंवा यांत्रिक ऊर्जेच्या स्वरूपात बदलू शकते.

पृथ्वीवर सर्वत्र सारख्या प्रमाणात सौरऊर्जा प्राप्त होत नाही. वारे निर्माण होण्याचे हेच प्रमुख कारण आहे. वार्‍यांमधील गतिजन्य ऊर्जेने विंड टर्बाइन कार्यशील होतात. त्यांतील काही 5 मेगावॉट विद्युत शक्ती निर्माण करू शकतात. उत्पन्न होणारी ऊर्जा वाऱ्याच्या वेगाच्या घन प्रमाणात बदलते.

या टर्बाइनला कार्यशील होणासाठी वाऱ्याचा वेग ताशी 20 किलोमीटर असावा लागतो. प्रत्यक्षात इतका वाऱ्याच्या वेग फार थोड्या ठिकाणी उपलब्ध असतो. समुद्रकिनाऱ्याजवळ आणि पुरेशा उंच ठिकाणी वाऱ्याच्या वेग कायम राहतो.

जगभर सहस्रावधी विंड टर्बाइन्स कार्यरत आहेत. महाराष्ट्रातील सातारा जिल्ह्यात ठोसेघर येथे फार मोठे विंड फार्म प्रस्थापित करण्यात आले आहे.

भारतातील एकंदर विद्युत उर्जेपेकी केवळ 2% ऊर्जा विंड टर्बाइन्स निर्माण करतात.

पवनऊर्जा स्वच्छ आहे. तिच्यापासून हरितगृह वायू निर्माण होत नाही. याचे कारण, या पद्धतीत वातावरणापासून सरळ ऊर्जा हस्तगत केली जाते. पवनऊर्जा वर्धमान होत जाणारे क्षेत्र आहे....