डेन्मार्कपासून कॅनरी बेटांपर्यंतच्या पवनऊर्जा प्रकल्पांमध्ये टर्बाइनच्या पात्यांना एका अनपेक्षित शत्रूचा सामना करावा लागतो: पाऊस. पात्यांची टोके 360 km/h वेग गाठू शकतात आणि त्या वेगाने आदळणारे पावसाचे थेंब पात्याची पुढची कड हळूहळू झिजवू शकतात. युरोप स्वच्छ ऊर्जेसाठी पवनऊर्जेवर अधिक अवलंबून होत असतानाच झिजलेल्या पात्यांमधून कमी वीज निर्माण होते.
केवळ पाऊसच याला कारणीभूत नाही. वाळू आणि गारांमुळेही पात्यांच्या पृष्ठभागाचे नुकसान होऊ शकते. त्यामुळे झीज होण्याची सर्वाधिक शक्यता कुठे आहे आणि ती कशी मर्यादित करता येईल, हे समजून घेणे महत्त्वाचे आहे.
स्पेनमधील नवारा प्रांतातील सारिगुरेन येथे असलेल्या नॅशनल रिन्युएबल एनर्जी सेंटरमध्ये (CENER) पवनऊर्जेवर संशोधन करणाऱ्या डॉ. बीआत्रिझ मेंदेझ लोपेझ या आव्हानाचा सामना करण्यासाठी उद्योग आणि शैक्षणिक क्षेत्र या दोन्हींचा अनुभव वापरतात.
अभियांत्रिकी आणि संगणकीय द्रवगतिकीचे प्रशिक्षण घेतलेल्या मेंदेझ यांनी 2011 मध्ये CENERमध्ये येण्यापूर्वी स्पेनच्या पवनऊर्जा आणि विमाननिर्मिती उद्योगांत काम केले. हवामानाचा टर्बाइनची कामगिरी आणि टिकाऊपणा यांवर कसा परिणाम होतो, याचा अभ्यास करणाऱ्या EUच्या निधीतून चालणाऱ्या AIRE उपक्रमाचे समन्वयन त्या आता करतात.
याचे महत्त्व खूप मोठे आहे. 2025 मध्ये EUच्या नवीकरणीय स्रोतांपासून मिळालेल्या विजेपैकी एकतृतीयांशाहून अधिक वीज पवनऊर्जेने निर्माण केली. पुढील काळाचा विचार करता, 2050 पर्यंत EUमधील विजेच्या मागणीपैकी 40%हून अधिक मागणी पवनऊर्जा पूर्ण करेल, अशी युरोपियन आयोगाची अपेक्षा आहे. हे उद्दिष्ट गाठण्यासाठी वातावरणात अधिक उंचीपर्यंत पोहोचणाऱ्या मोठ्या टर्बाइनचा वापर करावा लागेल आणि जमिनीवरील तसेच समुद्रातील अधिक आव्हानात्मक ठिकाणांचाही विचार करावा लागेल.
मेंदेझ म्हणाल्या, “भविष्यात EUची नवीकरणीय ऊर्जेची उद्दिष्टे पूर्ण करण्यासाठी आपल्याला खूप जास्त पवनऊर्जेची गरज भासेल. पवनचक्क्या शक्य तितक्या कार्यक्षम बनवणे आणि वेगवेगळ्या ठिकाणी परिणामकारकपणे चालू शकतील याची खात्री करणे आवश्यक आहे.”
“भविष्यात EUची नवीकरणीय ऊर्जेची उद्दिष्टे पूर्ण करण्यासाठी आपल्याला खूप जास्त पवनऊर्जेची गरज भासेल.” — डॉ. बीआत्रिझ मेंदेझ, AIRE
प्रत्येक देशाचे ऊर्जास्रोतांचे मिश्रण वेगळे असल्याने काही देशांमध्ये पवनऊर्जेचे महत्त्व इतरांपेक्षा जास्त आहे. AIRE पथकातील आस्ता हानेसदोत्तीर डेन्मार्कच्या टेक्निकल युनिव्हर्सिटीच्या रोस्किल्डे येथील रिसो परिसरात पवन आणि ऊर्जा प्रणालींवर संशोधन करतात. हा फरक त्यांना स्वतःच्या अनुभवातून माहीत आहे: त्यांच्या मूळ देशात, आइसलँडमध्ये, जलविद्युत आणि भूऔष्णिक ऊर्जा मुबलक आहे.
“पण डेन्मार्कसारख्या काही ठिकाणी जलविद्युत जवळपास नसल्यामुळे पवनऊर्जा अत्यंत महत्त्वाची आहे.”
वाऱ्याच्या वेगापलीकडे
प्रकल्प उभारणाऱ्यांना योग्य ठिकाणे निवडता यावीत आणि अधिक प्रभावी पवनऊर्जा प्रकल्प आखता यावेत, यासाठी AIRE पथक केवळ वाऱ्याच्या वेगापलीकडे जाऊन अभ्यास करत आहे. प्रत्यक्ष परिस्थितीत टर्बाइन कशा प्रकारे काम करतात यासंबंधीची प्रारूपे सुधारण्यासाठी संशोधक पवनऊर्जा प्रकल्पांमधील मोजमापांचा वापर करत आहेत. त्यात आधुनिक टर्बाइन ज्या उंचीपर्यंत पोहोचतात, तेथील पाऊस, वाळू आणि वाऱ्याची स्थिती विचारात घेतली जाते.
पात्यांची झीज कशी वाढते याचे ते प्रारूप तयार करत आहेत आणि त्यामुळे प्रकल्पचालकांना किती वीज गमवावी लागू शकते याची गणना करत आहेत. मुसळधार पावसात टर्बाइनचा वेग कमी केल्याने नुकसान कसे घटू शकते, याचाही त्यांनी अभ्यास केला आहे. त्याचबरोबर कठीण हवामानाचा सामना करण्यासाठी खास पात्यांचे आकारही विकसित केले आहेत.
मेंदेझ म्हणाल्या, “प्रत्यक्ष हवामानाच्या परिस्थितीत पवनचक्क्या कशा चालतात, हे अधिक चांगल्या प्रकारे समजून घेणे हा या प्रकल्पाचा उद्देश आहे.”
या पथकात 6 देशांमधील 11 विद्यापीठे, कंपन्या आणि संशोधन व नवोन्मेष केंद्रे सहभागी आहेत. देशांच्या सीमा ओलांडून एकत्र काम केल्यामुळे संशोधकांना विविध परिस्थितींची तुलना करता येते. त्यात डेन्मार्क आणि UKपासून कॅनरी बेटांपर्यंतची जमिनीवरील आणि समुद्रातील ठिकाणे समाविष्ट आहेत.
पावसामुळे होणारी अडचण
वर्षाव समजून घेणे विशेषतः आव्हानात्मक आहे. पथकाने जमिनीपासून सुमारे 3 kmपर्यंतच्या उंचीवर त्याचे मोजमाप केले आहे. नेमके काय पडते, थेंब किंवा कण किती मोठे असतात आणि ते किती वेगाने खाली पडतात, याची नोंद करण्यात आली.
मेंदेझ म्हणाल्या, “वर्षावाचे परिणाम गुंतागुंतीचे असतात आणि अजूनही बरेच काही समजून घ्यायचे आहे, हे आम्ही शिकलो आहोत. त्याचा वाऱ्याशी असलेला संबंध नेहमीच सरळ नसतो: पाऊस पडत आहे म्हणजे जोरदार वारे असतीलच असे नाही आणि याच्या उलटही तसेच आहे. भूभाग सपाट आहे की अधिक गुंतागुंतीचा, यावरही परिणाम अवलंबून असतात.”
पावसाचे परिणाम मोजणे आणि त्यांचे संगणकीय अनुकरण करणेही कठीण असल्याचे हानेसदोत्तीर यांनी सांगितले. “आम्ही 2 उपकरणे शेजारी ठेवली तरी त्यांच्याकडून वेगवेगळी मोजमापे मिळू शकतात. वाऱ्याच्या बाबतीत आम्हाला सहसा असे दिसत नाही.”
नुकसान मर्यादित करण्यासाठी संशोधक व्यावहारिक मार्ग शोधत आहेत. झीज होण्याचा धोका जास्त असतो तेव्हा, म्हणजे मुसळधार पावसात, पात्यांचा वेग कमी करणे हा त्यातील एक मार्ग आहे. त्यामुळे अल्पकाळासाठी कमी वीज निर्माण होत असली, तरी झीज कमी केल्यास पाती अधिक काळ टिकू शकतात आणि कालांतराने त्यांची कामगिरी कायम राहू शकते.
हवामानामुळे होणाऱ्या नुकसानाला अधिक चांगला प्रतिकार करता यावा, यासाठी पथकाने पात्यांचे नवे आकारही तयार केले आहेत.
पवनऊर्जा उद्योगासोबत तयार केलेली साधने
AIRE पथकाने आपली प्रारूपे आणि माहिती एका ऑनलाइन साधनसंचात एकत्र आणली आहे. त्यामुळे इतर संशोधकांना आणि पवनऊर्जा उद्योगाला धोक्यांचे मूल्यमापन करणे तसेच टर्बाइनची रचना व संचालन सुधारणे शक्य होते.
या साधनांमध्ये संपूर्ण युरोपातील पावसामुळे होणाऱ्या झिजेचा प्रारूपांवर आधारित धोका दाखवणारा पात्यांच्या झीज-धोक्याचा नकाशासंच, पाऊस आणि वाळूसारख्या परिस्थितींत पवनऊर्जा प्रकल्पांचे नियोजन करण्यासाठी मदतनीस साधन आणि पाती झिजल्यावर टर्बाइनमधून किती वीज कमी मिळू शकते याचा अंदाज देणारी प्रारूपे समाविष्ट आहेत.
हा साधनसंच मुक्त-स्रोत आहे, म्हणजे कोणीही तो वापरू शकते आणि त्यात बदल करू शकते.
हानेसदोत्तीर म्हणाल्या, “संशोधक आणि उद्योग वापरू शकतील, पडताळू शकतील आणि पुढे विकसित करू शकतील असे दीर्घकाळ उपयोगी साधन AIREचा साधनसंच ठरेल आणि त्यामुळे पवनऊर्जेची विश्वासार्हता सुधारेल, अशी आम्हाला आशा आहे.”
“डेन्मार्कसारख्या काही ठिकाणी जलविद्युत जवळपास नसल्यामुळे पवनऊर्जा अत्यंत महत्त्वाची आहे.” — आस्ता हानेसदोत्तीर, AIRE
सीमेन्स गेमेसा रिन्युएबल एनर्जीचा डॅनिश विभाग, स्पेनची कॅपिटल एनर्जी आणि फ्रान्सची एंजी यांसह औद्योगिक भागीदारांच्या निकट सहकार्याने ही साधने विकसित करण्यात आली.
मेंदेझ म्हणाल्या, “साधनांची रचना सुरू असताना त्यांनी त्यांची चाचणी केली आणि विकासकांना आपला अभिप्राय पाठवला. या प्रारूपांच्या वापरामुळे अनिश्चितता आणि खर्च कमी व्हायला हवा, तसेच वीजनिर्मिती वाढायला हवी. त्यामुळे पात्यांचे उत्पादक आणि पवनऊर्जा प्रकल्पांचे चालक यांना आपल्या रचना आणि कामकाज सुधारण्यास मदत होईल.”
ज्ञानाची देवाणघेवाण
पवनऊर्जेचा अंदाज आणि टर्बाइनची रचना सुधारण्याच्या व्यापक युरोपीय प्रयत्नांचा AIRE संशोधन हा एक भाग आहे. EUच्या निधीतून चालणारे FLOW आणि MERIDIONAL हे आणखी 2 उपक्रमही या प्रयत्नांत सहभागी आहेत. पवनऊर्जा प्रकल्प किती वीज निर्माण करतील आणि त्यांच्यावर किती ताण येईल, याचा अंदाज वर्तवण्यासाठी या उपक्रमांतील संशोधकही प्रारूपे आणि पद्धती विकसित करत आहेत.
या 3 पथकांनी मिळून WindLabमध्ये योगदान दिले आहे. हे सर्वांसाठी खुले असलेले ऑनलाइन ज्ञान आणि माहिती केंद्र असून कोणीही त्यात शोध घेऊ शकते आणि त्याचा वापर करू शकते. सध्या त्यात योगदान देणाऱ्या 27 संस्थांकडील 1 100हून अधिक डेटासेट आहेत. त्यामध्ये मोजमापे आणि संगणकीय अनुकरणांचे संग्रह आहेत.
या माहितीमध्ये वारा, पाऊस आणि पात्यांची स्थिती यांच्या मोजमापांपासून वातावरणाच्या संगणकीय अनुकरणांपर्यंत सर्व गोष्टींचा समावेश आहे. जमिनीवरील आणि समुद्रातील टर्बाइन तसेच पतंगांसारख्या हवेत उडणाऱ्या प्रणालींची माहितीही त्यात आहे.
पवनऊर्जेपासून होणारी वीजनिर्मिती अधिक अंदाजयोग्य आणि कमी जोखमीची बनवणे हे मेंदेझ यांचे दीर्घकालीन उद्दिष्ट आहे.
त्या म्हणाल्या, “एखाद्या ठिकाणची पवनऊर्जेची क्षमता आणि तेथील हवामानामुळे निर्माण होणारी आव्हाने यांची अधिक चांगली समज हा AIREचा दीर्घकालीन वारसा ठरेल आणि त्यामुळे भविष्यातील प्रकल्पांची आर्थिक जोखीम कमी करण्यास मदत होईल, अशी आम्हाला आशा आहे. अधिक विश्वासार्ह पवनऊर्जेमुळे ऊर्जेच्या किमती स्थिर ठेवण्यास मदत होईल आणि नवीकरणीय ऊर्जास्रोतांचा प्रणालीत समावेश करणे सोपे होईल.”
हानेसदोत्तीर यांच्यासाठी उद्देश स्पष्ट आहे. “व्यावहारिक मुक्त-स्रोत साधने वापरून झिजेचा अंदाज बांधता येतो आणि तिचे सक्रियपणे व्यवस्थापन करता येते, हे आम्हाला दाखवून द्यायचे आहे.”
टर्बाइनचा आकार वाढत असताना आणि त्या अधिक आव्हानात्मक ठिकाणी उभारल्या जात असताना त्यांना वातावरणातील अधिक विविध परिस्थितींचा सामना करावा लागतो. वारा आणि हवामान यांविषयीची समज सुधारून टर्बाइनना पुढे येणाऱ्या परिस्थितींचा सामना करण्यास आणि युरोप ज्या स्वच्छ विजेवर अवलंबून आहे तिचे उत्पादन सुरू ठेवण्यास मदत होईल, अशी संशोधकांना आशा आहे.
या लेखातील संशोधनाला EUच्या Horizon कार्यक्रमातून निधी मिळाला. मुलाखत दिलेल्या व्यक्तींची मते युरोपियन आयोगाच्या मतांशी जुळतीलच असे नाही. तुम्हाला हा लेख आवडला असेल, तर तो सोशल मीडियावर शेअर करण्याचा विचार करा.