विद्युत उत्पादन: Difference between revisions
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| Power engineering |
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| Electric power conversion |
| Electric power infrastructure |
| Electric power systems components |
विद्युत उत्पादन प्राथमिक ऊर्जा के स्रोतों से विद्युत शक्ति उत्पन्न करने की प्रक्रिया है। विद्युत् शक्ति उद्योग में विद्युत उपयोगिता के लिए, यह अंतिम उपयोगकर्ताओं या इसके भंडारण (उदाहरण के लिए, ऊर्जा संग्रहण विधि का उपयोग करके) के लिए वितरण (पारेषण, वितरण, आदि) से पहले का चरण है।
बिजली प्रकृति में मुक्त रूप से उपलब्ध नहीं है, इसलिए इसे "उत्पादित" किया जाना चाहिए (अर्थात ऊर्जा के अन्य रूपों को बिजली में बदलना)। उत्पादन बिजली स्टेशनों (जिन्हें "बिजली संयंत्र" भी कहा जाता है) में किया जाता है। बिजली संयंत्र में प्रायः विद्युत यांत्रिक जनित्र द्वारा बिजली उत्पन्न होती है, जो मुख्य रूप से दहन या नाभिकीय विखंडन द्वारा ईंधन वाले ताप इंजनों द्वारा संचालित होती है, लेकिन अन्य माध्यमों से भी चलती है जैसे बहते पानी और हवा की गतिज ऊर्जा। अन्य ऊर्जा स्रोतों में सौर प्रकाशवोल्टीय और भूतापीय शक्ति सम्मिलित हैं। ऊर्जा को पुनर्प्राप्त करने के लिए विदेशी और परिकल्पनात्मक विधि भी हैं, जैसे कि प्रस्तावित संलयन रिएक्टर प्रारुप, जिसका उद्देश्य संलयन प्रतिक्रिया द्वारा उत्पन्न तेजी से चलने वाले आवेशित कणों द्वारा उत्पन्न तीव्र चुंबकीय क्षेत्रों से ऊर्जा को प्रत्यक्ष निकालना है (चुंबक द्रवगतिकी देखें)।
जलवायु परिवर्तन को सीमित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा परिवर्तन का एक महत्वपूर्ण भाग कोयले से चलने वाले बिजली स्टेशनों और अंततः गैस से चलने वाले बिजली स्टेशनों, [1] या उनके ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को रोकना है। बहुत अधिक सौर ऊर्जा[2] और पवन ऊर्जा[3] आवश्यकता होने का अनुमान है, परिवहन, घरों और उद्योग के आगे विद्युतीकरण के साथ बिजली की मांग में मजबूती से[4] वृद्धि होगी। [5]
इतिहास
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ऊर्जा की स्तरित लागत (एलसीओई) एक उत्पादक संयंत्र के जीवनकाल में बिजली उत्पादन की औसत शुद्ध वर्तमान लागत का एक उपाय है।
ब्रिटिश वैज्ञानिक माइकल फैराडे द्वारा 1820 के दशक और 1830 के दशक के आरम्भिक में बिजली उत्पादन के मूलभूत सिद्धांतों की खोज की गई थी। उनकी विधि, जो आज भी उपयोग किया जाता है, एक चुंबक के ध्रुवों के बीच तार के लूप, या फैराडे डिस्क की गति से उत्पन्न होने वाली बिजली के लिए है। प्रत्यावर्ति धारा (एसी) शक्ति संचरण के विकास के साथ केन्द्रीय बिजली केंद्र आर्थिक रूप से व्यावहारिक हो गए, बिजली ट्रांसफार्मर का उपयोग उच्च वोल्टेज पर और कम हानि के साथ शक्ति संचारित करने के लिए किया गया।
डायनेमो को द्रवचालित टर्बाइन से जोड़ने के साथ वाणिज्यिक बिजली उत्पादन प्रारंभ हुआ। बिजली के यांत्रिक उत्पादन ने दूसरी औद्योगिक क्रांति को प्रारंभ किया की और थॉमस अल्वा एडिसन और निकोला टेस्ला के प्रमुख योगदानकर्ताओं के साथ बिजली का उपयोग करके कई आविष्कारों को संभव बनाया। पहले बिजली उत्पादन का एकमात्र शैली रासायनिक प्रतिक्रियाओं या बैटरी कोशिकाओं का उपयोग करना था, और बिजली का एकमात्र व्यावहारिक उपयोग तारप्रेषण के लिए था।
केन्द्रीय बिजली केंद्र पर बिजली उत्पादन 1882 में प्रारंभ हुआ, जब पर्ल स्ट्रीट स्टेशन पर एक डायनेमो चलाने वाले भाप इंजन ने डीसी विद्युत धारा का उत्पादन किया जो पर्ल स्ट्रीट, न्यूयॉर्क शहर पर सार्वजनिक प्रकाश व्यवस्था को संचालित करता था। नई प्रौद्योगिकी को दुनिया भर के कई शहरों द्वारा तेजी से अनुकूलित किया गया, जिसने अपनी गैस-ईंधन वाली सड़क की लाइटों को विद्युत शक्ति के लिए अनुकूलित किया। जल्द ही सार्वजनिक इमारतो में, व्यवसायों में, और सार्वजनिक परिवहन, जैसे ट्राम और ट्रेनों में बिजली की रोशनी का उपयोग किया जाएगा।
पहले बिजली संयंत्रों में जल शक्ति या कोयले का उपयोग किया।[8] आज विभिन्न प्रकार के ऊर्जा स्रोतों का उपयोग किया जाता है, जैसे कोयला, नाभिकीय ऊर्जा, प्राकृतिक गैस, जलविद्युतीय, पवन और तेल, साथ ही सौर ऊर्जा, ज्वारीय शक्ति और भूतापीय ऊर्जा स्रोत।
1880 के दशक में तापदीप्त बिजली के बल्ब की प्रस्तुति के साथ बिजली की लोकप्रियता में व्यापक वृद्धि हुई। यद्यपि जोसेफ स्वान और थॉमस एडिसन से पहले बिजली के बल्ब के 22 मान्यता प्राप्त आविष्कारक हैं, एडिसन और स्वान का आविष्कार अब तक का सबसे सफल और लोकप्रिय आविष्कार बन गया है। 19वीं शताब्दी के आरंभिक वर्षों के अवधि में, विद्युत चुंबकत्व में स्थूल छलांग लगाई गई थी और बाद में 19वीं शताब्दी तक विद्युत प्रौद्योगिकी और अभियान्त्रिकी की प्रगति ने बिजली को प्रतिदिन की जिंदगी का सदस्य बना दिया। कई बिजली के आविष्कारों का प्रारंभ और प्रतिदिन की जिंदगी में उनके कार्यान्वयन के साथ, घरों में बिजली की मांग में प्रभावशाली रूप से वृद्धि हुई। मांग में इस वृद्धि के साथ, लाभ की संभावना कई उद्यमियों द्वारा देखी गई जिन्होंने विद्युत प्रणालियों में निवेश करना प्रारंभ किया और अंततः पहली बिजली सार्वजनिक उपयोगिताओं का निर्माण किया। इतिहास में इस प्रक्रिया को प्रायः विद्युतीकरण के रूप में वर्णित किया जाता है।[9]
बिजली का सबसे पहला वितरण एक दूसरे से स्वतंत्र रूप से काम करने वाली कंपनियों से आया। एक उपभोक्ता एक निर्माता से बिजली खरीदेगा, और निर्माता इसे अपने स्वयं के विद्युत् ग्रिड के माध्यम से वितरित करेगा। जैसे-जैसे प्रौद्योगिकी में उन्नत हुआ, वैसे-वैसे इसकी पीढ़ी की उत्पादकता और दक्षता भी बढ़ी। भाप टर्बाइन जैसे आविष्कारों का विद्युत उत्पादन की दक्षता पर स्थूल प्रभाव पड़ा, लेकिन उत्पादन के अर्थशास्त्र पर भी। ऊष्मा ऊर्जा का यांत्रिक कार्यों में रूपांतरण भाप के इंजनों के समान था, यद्यपि सार्थक रूप से बड़े पैमाने पर और कहीं अधिक उत्पादक रूप से इन बड़े पैमाने के उत्पादन संयंत्रों के सुधार केंद्रीकृत उत्पादन की प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण थे क्योंकि वे संपूर्ण बिजली व्यवस्था के लिए महत्वपूर्ण हो जाएंगे जिसका हम आज उपयोग करते हैं।
20वीं शताब्दी के मध्य के प्रतीक्षित कई उपयोगिताओं ने आर्थिक और दक्षता लाभों के कारण अपने विद्युत् शक्ति वितरण को विलय करना प्रारंभ कर दिया। लंबी दूरी के विद्युत संचरण के आविष्कार के साथ-साथ विद्युत संयंत्रों का समन्वयीकरण बनने लगा। इस प्रणाली को तब स्थिरता और विश्वसनीयता सुनिश्चित करने के लिए क्षेत्रीय प्रणाली प्रचालको द्वारा सुरक्षित किया गया था। घरों का विद्युतीकरण उत्तरी यूरोप और उत्तरी अमेरिका में 1920 के दशक में बड़े शहरों और शहरी क्षेत्रों में प्रारंभ हुआ। 1930 के दशक तक ग्रामीण क्षेत्रों में विद्युतीकरण की बड़े पैमाने पर स्थापना नहीं हुई थी।[10]
पीढ़ी की पद्धति
2019 world electricity generation by source (total generation was 27 petawatt-hours)[11][12]
ऊर्जा के अन्य रूपों को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने के लिए कई मुख्य विधियाँ प्रचलित हैं। उपयोगिता-पैमाने पर उत्पादन विद्युत जनित्र को घूर्णी या प्रकाशवोल्टीय प्रणालियों द्वारा प्राप्त किया जाता है। उपयोगिताओं द्वारा वितरित विद्युत शक्ति का एक छोटा सा अनुपात बैटरी द्वारा प्रदान किया जाता है। निकेत अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाने वाले बिजली उत्पादन के अन्य रूपों में घर्षण विद्युत प्रभाव, दाबविद्युत् प्रभाव, तापविद्युत् प्रभाव और बीटावोल्टिक्स सम्मिलित हैं।
जनित्र
विद्युत जनित्र गतिज ऊर्जा को बिजली में बदलते हैं। यह बिजली उत्पादक करने के लिए सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला रूप है और यह फैराडे के प्रेरण के नियम पर आधारित है। इसे चालक सामग्री (जैसे तांबे के तार) के बंद लूप के भीतर एक चुंबक को घूर्णी प्रायोगिक रूप से देखा जा सकता है। प्राय: सभी वाणिज्यिक विद्युत उत्पादन विद्युत चुम्बकीय प्रेरण का उपयोग करके किया जाता है, जिसमें यांत्रिक ऊर्जा एक जनित्र को धूर्णन के लिए विवश करती है।
वैद्युतरसायन
वैद्युतरसायन एक बैटरी की तरह रासायनिक ऊर्जा का बिजली में प्रत्यक्ष परिवर्तन है। सुवाह्य और मोबाइल एप्लीकेशन में वैद्युतरासायनिक बिजली उत्पादन महत्वपूर्ण है। वर्तमान में, अधिकांश विद्युत रासायनिक शक्ति बैटरी से आती है।[13] प्राथमिक सेल, जैसे सामान्य जिंक-कार्बन बैटरी | जिंक-कार्बन बैटरी, सीधे बिजली स्रोतों के रूप में कार्य करते हैं, लेकिन द्वितीयक सेल (अर्थात पुनःआवेशनीय बैटरी) का उपयोग प्राथमिक उत्पादन प्रणालियों के बदले बिजली भंडारण प्रणालियों के लिए किया जाता है। विद्युत रासायनिक प्रणालियों को खोलें, जिसे ईंधन सेल के रूप में जाना जाता है, का उपयोग प्राकृतिक ईंधन या संश्लेषित ईंधन से बिजली निकालने के लिए किया जा सकता है। परासरणी शक्ति उन स्थानों पर एक संभावना है जहां नमक और ताजे पानी का विलय होता है।
प्रकाशवोल्टीय प्रभाव
प्रकाशवोल्टीय प्रभाव प्रकाश का विद्युत ऊर्जा में परिवर्तन है, जैसा कि सौर कोशिकाओं में होता है। प्रकाशवोल्टीय पैनल सूर्य के प्रकाश को सीधे डीसी बिजली में परिवर्तित करते हैं। बिजली प्रतिवर्तित्र आवश्यक पड़ने पर उसे एसी बिजली में बदल सकते हैं। यद्यपि सूरज की रोशनी मुक्त और प्रचुर मात्रा में है, फिर भी पैनलों की लागत के कारण बड़े पैमाने पर यांत्रिक रूप से उत्पन्न बिजली की तुलना में सौर ऊर्जा बिजली का उत्पादन सामान्यतः अधिक महंगा होता है।[citation needed] कम कार्यक्षमता वाले सिलिकॉन सौर सेल की लागत और मल्टीजंक्शन सेल में कमी आई है लगभग 30% रूपांतरण दक्षता के साथ अब वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध हैं। प्रयोगात्मक प्रणालियों में 40% से अधिक दक्षता का प्रदर्शन किया गया है।[14] कुछ समय पहले तक, प्रकाशवोल्टीय का उपयोग सामान्यतः सुदूर साइटों में किया जाता था जहां वाणिज्यिक बिजली ग्रिड तक पहुंच नहीं होती है, या व्यक्तिगत घरों और व्यवसायों के लिए एक पूरक बिजली स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। विनिर्माण दक्षता और प्रकाशवोल्टीय प्रौद्योगिकी में हाल के अग्रिमों, पर्यावरणीय चिंताओं से प्रेरित सब्सिडी के साथ संयुक्त रूप से, सौर पैनलों की प्रस्तरण में प्रभावशाली रूप से तेजी आई है। जर्मनी, जापान, संयुक्त राज्य अमेरिका, चीन और भारत में वृद्धि के कारण स्थापित क्षमता प्रति वर्ष लगभग 20% बढ़ रही है।[2]
अर्थशास्त्र
बिजली उत्पादन के विधि का चयन और उनकी आर्थिक व्यवहार्यता मांग और क्षेत्र के अनुसार बदलती रहती है। अर्थशास्त्र दुनिया भर में काफी भिन्न होता है, जिसके परिणामस्वरूप व्यापक आवासीय विक्रय मूल्य होते हैं। जलविद्युत संयंत्रों, नाभिकीय ऊर्जा संयंत्रों, ताप विद्युत संयंत्रों और नवीकरणीय स्रोतों के अपने गुण और दोष हैं, और चयन स्थानीय बिजली की आवश्यकता और मांग में उतार-चढ़ाव पर आधारित है। सभी बिजली ग्रिडों पर अलग-अलग भार होता है लेकिन दैनिक न्यूनतम[citation needed] आधार भार होता है, जो प्रायः पौधों द्वारा आपूर्ति की जाती है जो निरन्तर चलते हैं। नाभिकीय, कोयला, तेल, गैस और कुछ हाइड्रो संयंत्र आधार भार की आपूर्ति कर सकते हैं। यदि प्राकृतिक गैस के लिए अच्छी निर्माण लागत $10 प्रति MWh से कम है, तो कोयले को जलाकर बिजली पैदा करने की तुलना में प्राकृतिक गैस से बिजली उत्पादक करना सस्ता है।[15]
नाभिकीय ऊर्जा संयंत्र एक इकाई से भारी मात्रा में बिजली का उत्पादन कर सकते हैं। तथापि, नाभिकीय आपदाओं ने नाभिकीय ऊर्जा की सुरक्षा पर चिंताएँ बढ़ा दी हैं, और नाभिकीय संयंत्रों की पूँजी लागत बहुत अधिक है। जलविद्युत्त संयंत्र उन क्षेत्रों में स्थित हैं जहां गिरने वाले पानी से संभावित ऊर्जा का उपयोग टर्बाइनों को चलाने और बिजली उत्पादन के लिए किया जा सकता है। यह उत्पादन का एक आर्थिक रूप से व्यवहार्य एकल स्रोत नहीं हो सकता है जहां पानी के प्रवाह को संग्रहित करने की क्षमता सीमित है और वार्षिक उत्पादन चक्र के अवधि में भार बहुत अधिक भिन्न होता है।
उत्पादन उपकरण
1830 के दशक में विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के अन्वेशण से विद्युत जनित्र सरल रूपों में जाने जाते थे। सामान्य रूप में, आद्य प्रवर्तक के कुछ रूप जैसे इंजन या ऊपर वर्णित टर्बाइन, एक घूर्णन चुंबकीय क्षेत्र को तार के अचल कुंडलियों से चलाता है जिससे यांत्रिक ऊर्जा बिजली में बदल जाती है।[16] केवल वाणिज्यिक मापक पर बिजली उत्पादन जो एक जनित्र को नियोजित नहीं करता है वह सौर पीवी है।
टर्बाइन
पृथ्वी पर अधिकतर सभी वाणिज्यिक विद्युत शक्ति टर्बाइन से उत्पन्न होती है, जो हवा, पानी, भाप या जलती हुई गैस द्वारा संचालित होती है। टर्बाइन एक जनित्र को चलाता है, इस प्रकार विद्युत चुम्बकीय प्रेरण द्वारा इसकी यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यांत्रिक ऊर्जा विकसित करने के कई अलग-अलग विधि हैं, जिनमें ताप इंजन, हाइड्रो, पवन और ज्वारीय शक्ति सम्मिलित हैं। अधिकांश विद्युत उत्पादन ऊष्मा इंजनों द्वारा संचालित होता है। जीवाश्म ईंधन का दहन इन इंजनों को अधिकांश ऊर्जा की आपूर्ति करता है, जिसमें नाभिकीय विखंडन से महत्वपूर्ण अंश और कुछ नवीकरणीय स्रोतों से होता है। आधुनिक भाप टर्बाइन (1884 में चार्ल्स अल्गर्नन पार्सन्स द्वारा आविष्कार किया गया) वर्तमान में विभिन्न ताप स्रोतों का उपयोग करके दुनिया में लगभग 80% विद्युत शक्ति उत्पन्न करता है। टर्बाइन प्रकार में सम्मिलित हैं:
- भाप
- तापीय बिजली संयंत्र में जलाए गए कोयले से पानी उबाला जाता है। सभी बिजली का लगभग 41% इस तरह से उत्पन्न होता है।[17]
- नाभिकीय रिएक्टर में उत्पन्न नाभिकीय विखंडन ऊष्मा से भाप बनती है। इस तरह से 15% से भी कम बिजली उत्पन्न होती है।
- नवीकरणीय ऊर्जा: भाप बायोमास, सौर तापीय ऊर्जा, या भूतापीय शक्ति द्वारा उत्पन्न होती है।
- प्राकृतिक गैस: टर्बाइनों को प्रत्यक्ष दहन द्वारा उत्पादित गैसों द्वारा संचालित किया जाता है। संयुक्त चक्र भाप और प्राकृतिक गैस दोनों द्वारा संचालित होते हैं। वे गैस टर्बाइन में प्राकृतिक गैस को ज्वलन करके बिजली उत्पन्न करते हैं और भाप उत्पन्न करने के लिए अवशिष्ट ऊष्मा का उपयोग करते हैं। दुनिया की कम से कम 20% बिजली प्राकृतिक गैस से उत्पन्न होती है।
- जल की गति से जल टरबाइन द्वारा जल ऊर्जा पर अधिकृत कर लिया जाता है- पानी गिरने से, ज्वार या समुद्री तापीय धाराओं का उदय और पतन (महासागर तापीय ऊर्जा रूपांतरण देखें) से प्राप्त की जाती है। वर्तमान में, जलविद्युत्त संयंत्र दुनिया की बिजली का लगभग 16% प्रदान करते हैं।
- पवनचक्की एक बहुत आरम्भिक पवन टरबाइन थी। 2018 में दुनिया की लगभग 5% बिजली हवा से पैदा हुई थी
टर्बाइन भाप के अतिरिक्त अन्य ताप-हस्तांतरण तरल पदार्थों का भी उपयोग कर सकते हैं। अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड आधारित चक्र तेज ताप विनिमय, उच्च ऊर्जा घनत्व और सरल शक्ति चक्र अवसंरचना के कारण उच्च रूपांतरण दक्षता प्रदान कर सकते हैं। अतिक्रांतिक कार्बन डाइऑक्साइड उत्मिश्र, जो वर्तमान में विकास में हैं, अपने क्रांतिक दाब और तापमान संकेत को अनुकूलित करके दक्षता में और वृद्धि कर सकते हैं।
यद्यपि वाणिज्यिक बिजली उत्पादन में टर्बाइन सबसे सामान्य हैं, छोटे जनित्र को गैसोलीन या डीजल इंजन द्वारा संचालित किया जा सकता है। इनका उपयोग पूर्तिकर उत्पादन के लिए या विलगित गांवों के भीतर बिजली के प्रमुख स्रोत के रूप में किया जा सकता है।
उत्पादन
2016 में बिजली का संपूर्ण विश्वव्यापी सकल उत्पादन 25 082 TWH था। बिजली के स्रोत कोयला और पीट 38.3%, प्राकृतिक गैस 23.1%, जलविद्युत 16.6%, नाभिकीय ऊर्जा 10.4%, तेल 3.7%, सौर / पवन / भूतापीय / ज्वारीय / अन्य 5.6%, बायोमास और अपशिष्ट 2.3% थे।[18]
2021 में, पवन ऊर्जा और सौर ऊर्जा से उत्पन्न बिजली विश्व स्तर पर उत्पादित बिजली का 10% तक पहुंच गई। स्वच्छ स्रोत (सौर और पवन और अन्य) दुनिया की बिजली का 38% उत्पन्न करते हैं।[19]
बिजली के उत्पादन के ऐतिहासिक परिणाम
देश द्वारा उत्पादन
संयुक्त राज्य अमेरिका लंबे समय से बिजली का सबसे बड़ा उत्पादक और उपभोक्ता रहा है, जिसकी 2005 में वैश्विक योगदान कम से कम 25% थी, इसके बाद चीन, जापान, रूस और भारत का स्थान था। 2011 में, चीन बिजली का सबसे बड़ा उत्पादक बनने के लिए संयुक्त राज्य अमेरिका से आगे निकल गया।
पर्यावरण संबंधी चिंताएँ
विद्युत शक्ति उत्पादक करने वाले देशों के बीच भिन्नताएं पर्यावरण के बारे में चिंताओं को प्रभावित करती हैं। फ्रांस में केवल 10% बिजली जीवाश्म ईंधन से उत्पन्न होती है, अमेरिका 70% से अधिक है और चीन 80% पर है।[21] बिजली की शुचिता उसके स्रोत पर निर्भर करती है। मीथेन रिसाव (प्राकृतिक गैस से ईंधन गैस से चलने वाले बिजली संयंत्रों तक)[22] और जीवाश्म ईंधन आधारित बिजली उत्पादन से कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन विश्व ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन के एक महत्वपूर्ण भाँग के लिए सार्थक है।[23] संयुक्त राज्य अमेरिका में, बिजली उत्पादन के लिए जीवाश्म ईंधन का दहन अम्लीय वर्षा के मुख्य घटक सल्फर डाइऑक्साइड के सभी उत्सर्जन के 65% के लिए उत्तरदायी है।[24] अमेरिका में बिजली उत्पादन NOx, कार्बन मोनोऑक्साइड और कणिकीय पदार्थ का चौथा सबसे बड़ा संयुक्त स्रोत है।[25]
अंतर्राष्ट्रीय ऊर्जा अभिकरण (आईईए) के अनुसार, जलवायु परिवर्तन के सबसे खराब प्रभावों को दूर करने के लिए 2040 तक अल्प कार्बन बिजली उत्पादन को वैश्विक विद्युत उत्पादन का 85% हिस्सा बनाने की आवश्यकता है।[26] ऊर्जा प्रभाव केंद्र (ईआईसी) [27] और यूरोप के लिए संयुक्त राष्ट्र आर्थिक आयोग (यूएनईसीई),[28] आईईए ने उस उद्देश्य को पूरा करने के लिए नाभिकीय और नवीकरणीय ऊर्जा के विस्तार का आह्वान किया है।[29] ईआईसी के संस्थापक ब्रेट कुगेलमास जैसे कुछ लोगों का मानना है कि नाभिकीय ऊर्जा बिजली उत्पादन को डीकार्बोनाइज़ करने की प्राथमिक विधि है क्योंकि यह सीधे हवा पर अधिकृत कर सकती है जो वातावरण से प्रचलित कार्बन उत्सर्जन को परिवर्तित करती है।[30] नाभिकीय ऊर्जा संयंत्र कार्बन उत्सर्जन को सीमित करने और विस्तारित विद्युत उत्पादन की आवश्यकता के लिए डिस्ट्रिक्ट तापन और विलवणीकरण परियोजनाएं भी बना सकते हैं।[31]
केंद्रीकृत उत्पादन और आज के दिन उपयोग में आने वाली वर्तमान विद्युत उत्पादन विधियों के बारे में एक मूलभूत मुद्दा महत्वपूर्ण नकारात्मक पर्यावरणीय प्रभाव है जो कि कई पीढ़ी प्रक्रियाओं में है। कोयला और गैस जैसी प्रक्रियाएं न केवल दहन के अवधि में कार्बन डाइऑक्साइड मोचन करता हैं, सामन्यतः जमीन से उनका निष्कर्षण भी पर्यावरण को प्रभावित करता है। खुले गड्ढे वाली कोयला खदानें कोयला निकालने के लिए भूमि के बड़े क्षेत्रों का उपयोग करती हैं और उत्खनन के बाद उत्पादक भूमि उपयोग की क्षमता को सीमित करती हैं। जमीन से निकाले जाने पर प्राकृतिक गैस निष्कर्षण बड़ी मात्रा में मीथेन को वायुमंडल में मोचन करता है, जिससे वैश्विक ग्रीनहाउस गैसों में काफी वृद्धि होती है। यद्यपि नाभिकीय ऊर्जा संयंत्र बिजली उत्पादन के माध्यम से कार्बन डाइऑक्साइड मुक्त नहीं करते हैं, लेकिन नाभिकीय अपशिष्ट और नाभिकीय स्रोतों के उपयोग से जुड़ी सुरक्षा चिंताओं से जुड़े महत्वपूर्ण जोखिम हैं। नाभिकीय ऊर्जा का यह भय बड़े पैमाने पर नाभिकीय आपदाओं जैसे चेरनोबिल आपदा और फुकुशिमा दाइची नाभिकीय आपदा से उपजा है। दोनों त्रासदियों ने महत्वपूर्ण हताहतों की संख्या और बड़े क्षेत्रों के रेडियोधर्मी संदूषण को जन्म दिया।[32]
बिजली उत्पादन की प्रति यूनिट कोयला और गैस से चलने वाली बिजली ऊर्जा स्रोतों का जीवन-चक्र ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन अन्य उत्पादन विधियों की तुलना में लगभग हमेशा कम से कम दस गुना अधिक होता है।[33]
केंद्रीकृत और वितरित पीढ़ी
केंद्रीकृत उत्पादन बड़े पैमाने पर केंद्रीकृत सुविधाओं द्वारा बिजली उत्पादन है, जो उपभोक्ताओं को पारेषण लाइनों के माध्यम से भेजा जाता है। ये सुविधाएं सामान्यतः उपभोक्ताओं से बहुत दूर स्थित होती हैं और उच्च वोल्टेज संचरण लाइनों के माध्यम से एक उपकेंद्र को बिजली वितरित करती हैं, जहां इसे उपभोक्ताओं को वितरित किया जाता है; मूल अवधारणा यह है कि बहु-मेगावाट या गीगावाट पैमाने के बड़े स्टेशन बड़ी संख्या में लोगों के लिए बिजली पैदा करते हैं। उपयोग की जाने वाली अधिकांश बिजली केंद्रीकृत उत्पादन से बनाई जाती है। अधिकांश केंद्रीकृत बिजली उत्पादन कोयले या प्राकृतिक गैस जैसे जीवाश्म ईंधन द्वारा संचालित बड़े बिजली संयंत्रों से आता है, यद्यपि नाभिकीय या बड़े जलविद्युत्त संयंत्रों का भी सामान्यतः उपयोग किया जाता है।[34] केंद्रीकृत पीढ़ी मूल रूप से वितरित पीढ़ी के विपरीत है। वितरित उत्पादन उपभोक्ताओं के छोटे समूहों के लिए बिजली का लघु-स्तरीय उत्पादन है। इसमें सौर या पवन ऊर्जा द्वारा स्वतंत्र रूप से बिजली उत्पादन भी सम्मिलित हो सकते है। हाल के वर्षों में वितरित उत्पादन के रूप में छत सौर ऊर्जा जैसे नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन विधियों का उपयोग करने की प्रवृत्ति के कारण लोकप्रियता में उत्साह देखा गया है।[35]
प्रौद्योगिकियों
केंद्रीकृत ऊर्जा स्रोत बड़े बिजली संयंत्र हैं जो बड़ी संख्या में उपभोक्ताओं को बड़ी मात्रा में बिजली का उत्पादन करते हैं। केंद्रीकृत उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले अधिकांश बिजली संयंत्र तापीय विद्युत संयंत्र हैं, जिसका अर्थ है कि वे एक संपीडित गैस का उत्पादन करने के लिए भाप को गर्म करने के लिए ईंधन का उपयोग करते हैं जो बदले में टरबाइन को घुमाती है और बिजली उत्पन्न करती है। यह ऊर्जा उत्पादन का पारंपरिक शैली है। यह प्रक्रिया व्यापक बिजली का उत्पादन करने के लिए प्रौद्योगिकी के कई रूपों पर निर्भर करती है, ये प्राकृतिक कोयला, गैस और तापीय उत्पादन के नाभिकीय रूप हैं। हाल ही में सौर और पवन बड़े पैमाने पर हो गए हैं।
सौर
एक फोटोवोल्टिक बिजली केंद्र, जिसे सौर उद्यान, सौर फार्म या सौर बिजली संयंत्र के रूप में भी जाना जाता है, एक बड़े पैमाने पर ग्रिड से जुड़ा फोटोवोल्टिक विद्युत प्रणाली (पीवी प्रणाली) है जिसे व्यापारी शक्ति की आपूर्ति के लिए बनाया गया है। वे अधिकतम इमारत पर लगे और अन्य विकेन्द्रीकृत सौर ऊर्जा से अलग हैं क्योंकि वे स्थानीय उपयोगकर्ता या उपयोगकर्ताओं के बदले उपयोगिता स्तर पर बिजली की आपूर्ति करते हैं। इस प्रकार की परियोजना का वर्णन करने के लिए कभी-कभी सामान्य अभिव्यक्ति उपयोगिता-पैमाने सौर का उपयोग किया जाता है।
सौर ऊर्जा स्रोत सौर पैनल हैं जो प्रकाश को सीधे बिजली में परिवर्तित करते हैं। तथापि, यह अलग है और इसे केंद्रित सौर ऊर्जा के साथ भ्रांतिमान नहीं होना चाहिए, अन्य प्रमुख बड़े पैमाने पर सौर उत्पादन प्रौद्योगिकी, जो विभिन्न प्रकार के पारंपरिक जनित्र प्रणाली को चलाने के लिए ऊष्मा का उपयोग करती है। दोनों दृष्टिकोणों के अपने-अपने लाभ और हानि हैं, लेकिन आज तक, कई कारणों से, फोटोवोल्टिक प्रौद्योगिकी का व्यापक उपयोग देखा गया है। 2019 तक, उपयोगिता-पैमाने सौर ऊर्जा क्षमता का लगभग 97% पीवी था।
कुछ देशों में, फोटोवोल्टिक विद्युत् स्टेशनों की नेमप्लेट क्षमता को मेगावाट-पीक (एमडब्ल्यूपी) में निर्धारित किया गया है, जो सौर सरणी के सैद्धांतिक अधिकतम डीसी शक्ति निर्गत को संदर्भित करता है। अन्य देशों में, उत्पादक सतह और दक्षता बताता है। तथापि, कनाडा, जापान, स्पेन और संयुक्त राज्य अमेरिका प्रायः एमडब्ल्यूपी में परिवर्तित कम नाममात्र बिजली उत्पादन का उपयोग करके निर्दिष्ट करते हैं, जो बिजली उत्पादन के अन्य रूपों की तुलना में अधिक प्रत्यक्ष रूप से एक उपाय है। अधिकांश सौर पार्क कम से कम 1 एमडब्ल्यूपी के पैमाने पर विकसित किए जाते हैं। 2018 तक, दुनिया के सबसे बड़े प्रचालन फोटोवोल्टिक बिजली स्टेशनों ने 1 गीगावाट को पार कर लिया। 2019 के अंत में, लगभग 9,000 सौर फार्म 4 एमडब्ल्यूपी (उपयोगिता-पैमाने) से बड़े थे, जिनकी संयुक्त क्षमता 220जीडब्ल्यूएसी से अधिक थी।
अधिकांश प्रचलित बड़े पैमाने के फोटोवोल्टिक बिजली स्टेशनों का स्वामित्व और संचालन स्वतंत्र बिजली उत्पादकों द्वारा किया जाता है, लेकिन सामुदायिक और उपयोगिता-स्वामित्व वाली परियोजनाओं की भागीदारी बढ़ रही है। पहले, अधिकतर सभी को कम से कम भाग में फ़ीड-इन टैरिफ या कर समंजन जैसे नियामक प्रोत्साहनों द्वारा समर्थित किया गया था, लेकिन 2010 के दशक में स्तरित लागत में काफी गिरावट आई और अधिकांश बाजारों में ग्रिड समानता तक पहुंच गई, बाहरी प्रोत्साहनों की सामान्यतः आवश्यकता नहीं होती है।
पवन
एक पवन फ़ार्म या पवन पार्क, जिसे पवन ऊर्जा स्टेशन या पवन ऊर्जा संयंत्र भी कहा जाता है, उसी स्थान पर पवन टर्बाइनों का एक समूह है जिसका उपयोग बिजली उत्पादन के लिए किया जाता है। पवन फार्मों का आकार टर्बाइनों की एक छोटी संख्या से लेकर कई सौ पवन टर्बाइनों तक विस्तृत क्षेत्र में भिन्न होता है। पवन फार्म या तो तटवर्ती या अपतटीय हो सकते हैं।
कई सबसे बड़े प्रचालन तटवर्ती पवन फ़ार्म चीन, भारत और संयुक्त राज्य अमेरिका में स्थित हैं। उदाहरण के लिए, दुनिया में सबसे बड़ा पवन फार्म, चीन में गांसु पवन फार्म की क्षमता 2012 तक 6,000 मेगावाट से अधिक थी, 2020 तक 20,000 मेगावाट के लक्ष्य के साथ। दिसंबर 2020 तक, यूके में 1218 मेगावाट हॉर्नसी पवन फार्म दुनिया का सबसे बड़ा अपतटीय पवन फार्म है। व्यक्तिगत पवन टर्बाइन प्रारुप शक्ति में वृद्धि जारी रखते हैं, जिसके परिणामस्वरूप समान कुल उत्पादन के लिए कम टर्बाइनों की आवश्यकता होती है।
क्योंकि उन्हें किसी ईंधन की आवश्यकता नहीं होती है, पवन फार्मों का बिजली उत्पादन के कई अन्य रूपों की तुलना में पर्यावरण पर कम प्रभाव पड़ता है और प्रायः उन्हें हरित ऊर्जा के अच्छे स्रोत के रूप में संदर्भित किया जाता है। तथापि, पवन खेतों की उनके दृश्य प्रभाव और परिदृश्य पर प्रभाव के लिए आलोचना की गई है। सामान्यतः उन्हें अन्य बिजली स्टेशनों की तुलना में अधिक भूमि पर फैलाने की आवश्यकता होती है और उन्हें बंजर और ग्रामीण क्षेत्रों में बनाने की आवश्यकता होती है, जिससे "ग्रामीण इलाकों का औद्योगीकरण", पर्यावास क्षति और पर्यटन में गिरावट आ सकती है। कुछ आलोचकों का दावा है कि पवन फार्म का स्वास्थ्य पर प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है, लेकिन अधिकांश शोधकर्ता इन दावों को छद्म विज्ञान मानते हैं (पवन टर्बाइन लक्षण देखें)। पवन फ़ार्म रडार के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं, तथापि अधिकांश मामलों में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग के अनुसार, "स्थिति निर्धारण और अन्य न्यूनीकरणों ने संघर्षों को सुलझा लिया है और पवन परियोजनाओं को रडार के साथ प्रभावी रूप से सह-अस्तित्व की अनुमति दी है"।
कोयला
कोयले से चलने वाला बिजली स्टेशन या कोयला बिजली संयंत्र एक तापीय बिजली स्टेशन है जो बिजली पैदा करने के लिए कोयले को जलाता है। दुनिया भर में 2,400 से अधिक कोयले से चलने वाले बिजली स्टेशन हैं, जिनकी कुल क्षमता 2,000 गीगावाट से अधिक है। वे दुनिया की बिजली का लगभग एक तिहाई उत्पादन करते हैं, लेकिन कई बीमारियों और सबसे पूर्वकालीन मौतों का कारण बनते हैं, मुख्य रूप से वायु प्रदूषण के कारण।
कोयले से चलने वाला बिजली स्टेशन एक प्रकार का जीवाश्म ईंधन बिजली स्टेशन है। कोयले को सामान्यतः चूर्णित किया जाता है और फिर संक्षोदित कोयले से चलने वाले क्वथित्र में जलाया जाता है। भट्ठी की गर्मी क्वथित्र के पानी को भाप में परिवर्तित करती है, जो तब टर्बाइनों को चक्रण करने के लिए उपयोग की जाती है जो जनित्र का परिवर्तन करती हैं। इस प्रकार कोयले में संचित रासायनिक ऊर्जा क्रमिक रूप से तापीय ऊर्जा, यांत्रिक ऊर्जा और अंत में विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है।
कोयले से चलने वाले बिजली स्टेशन हर साल 10 Gt से अधिक कार्बन डाइऑक्साइड का उत्सर्जन करते हैं, विश्व ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन का लगभग पांचवां हिस्सा, इसलिए जलवायु परिवर्तन का सबसे बड़ा कारण है। दुनिया में आधे से अधिक कोयले से चलने वाली बिजली चीन में उत्पन्न होती है। 2020 में पौधों की कुल संख्या घटने लगी क्योंकि वे यूरोप और अमेरिका में निवृत्त हो रहे हैं, तथापि अभी भी एशिया में बनाया जा रहा है, लगभग सभी चीन में हैं। कुछ लाभदायक बने हुए हैं क्योंकि कोयला उद्योग के स्वास्थ्य और पर्यावरणीय प्रभाव के कारण अन्य लोगों की लागत उत्पादन की लागत में तय नहीं की जाती है, लेकिन विपत्ति है कि नए पौधे फंसी हुई संपत्ति बन सकते हैं। संयुक्त राष्ट्र महासचिव ने कहा है कि ओईसीडी देशों को 2030 तक कोयले से बिजली पैदा करना बंद कर देना चाहिए और अन्य दुनिया को 2040 तक।
प्राकृतिक गैस
संपीडित गैस बनाने के लिए प्राकृतिक गैस को प्रज्वलित किया जाता है जिसका उपयोग बिजली उत्पन्न करने के लिए टर्बाइनों को घुमाने के लिए किया जाता है। प्राकृतिक गैस संयंत्र एक गैस टर्बाइन का उपयोग करते हैं जहां ऑक्सीजन के साथ प्राकृतिक गैस मिलाई जाती है जो बदले में दहन करती है और टर्बाइन के माध्यम से फैलती है और जनित्र को घुमाने के लिए दबाव डालते है।
कोयले से बिजली उत्पादन की तुलना में गैस से चलने वाले बिजली संयंत्र अधिक कुशल हैं, यद्यपि वे जलवायु परिवर्तन में योगदान करते हैं लेकिन कोयले के उत्पादन जितना अधिक नहीं। वे न केवल प्राकृतिक गैस के प्रज्वलन से कार्बन डाइऑक्साइड का उत्पादन करते हैं, बल्कि जब खनन किया जाता है तो गैस का निष्कर्षण भी वातावरण में मीथेन की एक महत्वपूर्ण मात्रा को मोचन करता है।[36]
नाभिकीय
नाभिकीय ऊर्जा संयंत्र भाप टर्बाइनों के माध्यम से बिजली बनाते हैं जहां नाभिकीय विखंडन की प्रक्रिया से ताप निवेश होता है। वर्तमान में, नाभिकीय ऊर्जा दुनिया में सभी बिजली का 11% उत्पादन करती है। अधिकांश नाभिकीय रिएक्टर ईंधन के स्रोत के रूप में यूरेनियम का उपयोग करते हैं। नाभिकीय विखंडन नामक प्रक्रिया में, ऊर्जा, ऊष्मा के रूप में, तब जारी होती है जब नाभिकीय सिद्धांत विभाजित होते हैं। बिजली एक नाभिकीय रिएक्टर के उपयोग के माध्यम से बनाई जाती है जहां नाभिकीय विखंडन द्वारा उत्पन्न गर्मी का उपयोग भाप का उत्पादन करने के लिए किया जाता है जो बदले में टर्बाइनों को घुमाता है और जनित्र को शक्ति प्रदान करता है। यद्यपि कई प्रकार के नाभिकीय रिएक्टर हैं, सभी मौलिक रूप से इस प्रक्रिया का उपयोग करते हैं।[37]
नाभिकीय ऊर्जा संयंत्रों के कारण सामान्य उत्सर्जन मुख्य रूप से अपशिष्ट ऊष्मा और रेडियोधर्मी खर्च किए गए ईंधन हैं। एक रिएक्टर दुर्घटना में, महत्वपूर्ण मात्रा में रेडियोआइसोटोप पर्यावरण में छोड़े जा सकते हैं, जिससे जीवन के लिए दीर्घकालिक संकट पैदा हो सकता है। यह संकट पर्यावरणविदों की निरंतर चिंता का विषय रहा है। थ्री माइल द्वीप दुर्घटना, चेरनोबिल आपदा और फुकुशिमा नाभिकीय आपदा जैसी दुर्घटनाएँ इस समस्या को स्पष्ट करती हैं। [38]
यह भी देखें
- सह उत्पादन: एक ही समय में बिजली और उपयोगी ऊष्मा उत्पन्न करने के लिए ऊष्मा इंजन या विद्युत् स्टेशन का उपयोग।
- स्रोत द्वारा बिजली की लागत
- डीज़ल जनित्र
- विद्युत् जनित्र
- इंजन जनित्र
- विद्युत शक्ति संचरण
- विश्व ऊर्जा खपत: मानव सभ्यता द्वारा उपयोग की जाने वाली कुल ऊर्जा।
- विद्युतीकरण
- नाभिकीय विखंडन
- उत्पादन विस्तार योजना
- वितरित उत्पादन
- विद्युत् उत्पादन गृह
संदर्भ
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