नवीकरणीय ऊर्जा में तांबा

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सौर ऊर्जा, पवन ऊर्जा, ज्वारीय ऊर्जा, जलविद्युत ऊर्जा, बायोमास ऊर्जा और भूतापीय ऊर्जा जैसे नवीकरणीय ऊर्जा स्रोत ऊर्जा बाजार के महत्वपूर्ण क्षेत्र बन गए हैं।[1][2] 21वीं सदी में इन स्रोतों की तेजी से वृद्धि जीवाश्म ईंधन की बढ़ती लागत के साथ-साथ उनके पर्यावरणीय प्रभाव के मुद्दों के कारण हुई है, जिससे जीवाश्म ईंधन का उपयोग चरणबद्ध तरीके से समाप्त हो गया है।

इन नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में तांबा एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।[3][4][5][6][7] पारंपरिक बिजली उत्पादन, जैसे जीवाश्म ईंधन और परमाणु ऊर्जा संयंत्रों की तुलना में नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में तांबे का उपयोग औसतन पांच गुना अधिक है।[8] चूंकि इंजीनियरिंग धातुओं में तांबा एक उत्कृष्ट तापीय चालक और विद्युत चालक है (चांदी के बाद दूसरा),[9] तांबे का उपयोग करने वाली विद्युत प्रणालियाँ उच्च दक्षता और न्यूनतम पर्यावरणीय प्रभावों के साथ ऊर्जा उत्पन्न और संचारित करती हैं।

विद्युत कंडक्टरों का चयन करते समय, सुविधा नियोजक और इंजीनियर अपने उपयोगी जीवन के दौरान उनकी विद्युत ऊर्जा दक्षताओं के साथ-साथ रखरखाव लागत के कारण परिचालन बचत के विरुद्ध सामग्री की पूंजी निवेश लागत को ध्यान में रखते हैं। इन गणनाओं में तांबा अक्सर अच्छा प्रदर्शन करता है। तांबे के उपयोग की तीव्रता नामक कारक, एक मेगावाट नई बिजली उत्पादन क्षमता स्थापित करने के लिए आवश्यक तांबे की मात्रा का माप है।

रीसाइक्लिंग के लिए तांबे के तार

नई नवीकरणीय ऊर्जा सुविधा की योजना बनाते समय, इंजीनियर और उत्पाद विनिर्देशक चयनित सामग्रियों की आपूर्ति की कमी से बचने का प्रयास करते हैं। संयुक्त राज्य भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण के अनुसार, 1950 के बाद से भूमिगत तांबे के खनिज संसाधन वर्गीकरण में 700% से अधिक की वृद्धि हुई है, जो लगभग 100 मिलियन टन से 2017 में 720 मिलियन टन हो गई है, इस तथ्य के बावजूद कि दुनिया भर में परिष्कृत उपयोग पिछले वर्ष में तीन गुना से अधिक हो गया है। 50 साल।[10] तांबे के संसाधन 5,000 मिलियन टन से अधिक होने का अनुमान है।[11][12]

तांबे के निष्कर्षण से आपूर्ति को बढ़ावा देने के लिए 2007 से 2017 तक स्थापित तांबे का 30 प्रतिशत से अधिक पुनर्नवीनीकरण स्रोतों से आया है।[13] सामग्री द्वारा इसकी पुनर्चक्रण किसी भी अन्य धातु की तुलना में अधिक है।[14] यह लेख विभिन्न नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन प्रणालियों में तांबे की भूमिका पर चर्चा करता है।

सिंहावलोकन

दुनिया भर में तांबे का अधिकांश उपयोग विद्युत तारों के लिए होता है, जिसमें जनरेटर और मोटर के कॉइल भी शामिल हैं।

स्थापित बिजली की प्रति यूनिट टन टन तांबे के संदर्भ में पारंपरिक ताप विद्युत संयंत्रों की तुलना में तांबा नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन में एक बड़ी भूमिका निभाता है।[15] नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में तांबे के उपयोग की तीव्रता जीवाश्म ईंधन या परमाणु संयंत्रों की तुलना में चार से छह गुना अधिक है। उदाहरण के लिए, जबकि पारंपरिक बिजली के लिए प्रति स्थापित मेगावाट (मेगावाट) लगभग 1 टन तांबे की आवश्यकता होती है, पवन और सौर जैसी नवीकरणीय प्रौद्योगिकियों के लिए प्रति स्थापित मेगावाट चार से छह गुना अधिक तांबे की आवश्यकता होती है। ऐसा इसलिए है क्योंकि तांबा बहुत बड़े भूमि क्षेत्रों में फैला हुआ है, खासकर सौर और पवन ऊर्जा बिजली संयंत्रों में।[16] ऊर्जा भंडारण प्रणालियों और मुख्य विद्युत ग्रिड सहित व्यापक रूप से फैले हुए घटकों को जोड़ने के लिए बिजली और ग्राउंडिंग केबलों को दूर तक चलना चाहिए।[17][8]

पवन और सौर फोटोवोल्टिक ऊर्जा प्रणालियों में सभी नवीकरणीय ऊर्जा प्रौद्योगिकियों की तुलना में तांबे की मात्रा सबसे अधिक है। एक एकल पवन फार्म में 2000 से 7000 टन तक तांबा हो सकता है। एक फोटोवोल्टिक सौर ऊर्जा संयंत्र में प्रति मेगावाट बिजली उत्पादन में लगभग 5.5 टन तांबा होता है।[18] एक 660 किलोवाट टरबाइन में लगभग 800 पाउंड (350 किलोग्राम) तांबा होने का अनुमान है।[19] 2011 में नवीकरणीय-आधारित और वितरित बिजली उत्पादन में उपयोग किए जाने वाले तांबे की कुल मात्रा 272 किलोटन (केटी) होने का अनुमान लगाया गया था। 2011 तक संचयी तांबे का उपयोग 1,071 किलो टन होने का अनुमान लगाया गया था।

Copper usage in renewable energy generation
Installed power in 2011[20] Cumulative installed power to 2011[20] Copper use in 2011[21][22][23] Cumulative copper use to 2011[22][23][21]
Gigawatts (GW) Gigawatts (GW) Kilotons (kt) Kilotons (kt)
Photovoltaics 30 70 150 350
Solar thermal electricity 0.46 1.76 2 7
Wind 40 238 120 714
Total for all three technologies 272 1071

कॉपर कंडक्टर का उपयोग प्रमुख विद्युत नवीकरणीय ऊर्जा घटकों, जैसे टर्बाइन, विद्युत जनरेटर, विद्युत ट्रांसफार्मर, पलटनेवाला, विद्युत केबल, बिजली के इलेक्ट्रॉनिक्स और सूचना केबल में किया जाता है। टर्बाइन/जनरेटर, ट्रांसफार्मर/इनवर्टर और केबल में तांबे का उपयोग लगभग समान होता है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में बहुत कम तांबे का उपयोग किया जाता है।

सौर तापीय तापन अपने तापीय ऊर्जा दक्षता लाभों के लिए तांबे पर निर्भर करता है। तांबे का उपयोग गीले, नमी और खारे पानी के वातावरण में नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों में एक विशेष संक्षारण प्रतिरोधी | संक्षारण प्रतिरोधी सामग्री के रूप में भी किया जाता है।

तांबा एक टिकाऊ सामग्री है जो 100% पुनर्चक्रण योग्य है और इसकी पुनर्चक्रण दर किसी भी अन्य धातु की तुलना में अधिक है।[18] उपकरण के उपयोगी जीवन के अंत में, इसके तांबे को इसके लाभकारी गुणों के नुकसान के बिना पुनर्नवीनीकरण किया जा सकता है।

सौर फोटोवोल्टिक विद्युत उत्पादन

पारंपरिक जीवाश्म ईंधन संयंत्रों की तुलना में फोटोवोल्टिक प्रणालियों में उत्पादन की प्रति इकाई ग्यारह से चालीस गुना अधिक तांबा होता है।[24] फोटोवोल्टिक प्रणालियों में तांबे का उपयोग औसतन लगभग 4-5 टन प्रति मेगावाट है[25][8]या उच्चतर यदि प्रवाहकीय रिबन स्ट्रिप्स जो व्यक्तिगत पीवी कोशिकाओं को जोड़ती हैं, पर विचार किया जाता है।[22]

तांबे का उपयोग किया जाता है:

  • छोटे तार जो फोटोवोल्टिक मॉड्यूल को आपस में जोड़ते हैं
  • इलेक्ट्रोड अर्थ खूंटियों, क्षैतिज प्लेटों, नग्न केबलों और तारों में अर्थिंग ग्रिड
  • एकदिश धारा केबल जो फोटोवोल्टिक मॉड्यूल को इन्वर्टर से जोड़ते हैं
  • लो-वोल्टेज प्रत्यावर्ती धारा केबल जो इनवर्टर को मीटरिंग सिस्टम और सुरक्षा कैबिनेट से जोड़ते हैं
  • हाई-वोल्टेज एसी केबल
  • संचार केबल
  • इनवर्टर/पावर इलेक्ट्रॉनिक्स
  • रिबन
  • ट्रांसफार्मर वाइंडिंग्स।

2011 में फोटोवोल्टिक प्रणालियों में उपयोग किए जाने वाले तांबे का अनुमान 150 kt था। 2011 तक फोटोवोल्टिक प्रणालियों में संचयी तांबे का उपयोग 350 किलो टन होने का अनुमान लगाया गया था।[22]


फोटोवोल्टिक प्रणाली विन्यास

पीवी प्रणाली |सौर फोटोवोल्टिक (पीवी) सिस्टम अत्यधिक स्केलेबल हैं, जिनमें छोटे छत [[छत पर फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन]] से लेकर सैकड़ों मेगावाट की क्षमता वाले बड़े फोटोवोल्टिक पावर स्टेशन तक शामिल हैं। आवासीय प्रणालियों में, तांबे की तीव्रता विद्युत उत्पादन प्रणाली की क्षमता के साथ रैखिक रूप से मापनीय प्रतीत होती है।[26] आवासीय और समुदाय-आधारित प्रणालियाँ आम तौर पर 10 किलोवाट से 1 मेगावाट तक की क्षमता वाली होती हैं।

पीवी कोशिकाओं को सौर मॉड्यूल में एक साथ समूहीकृत किया जाता है। ये मॉड्यूल पैनलों से और फिर पीवी सरणियों से जुड़े होते हैं। ग्रिड-कनेक्टेड फोटोवोल्टिक विद्युत प्रणाली में, ऐरे उप-क्षेत्र बना सकते हैं जहां से बिजली एकत्र की जाती है और ग्रिड कनेक्शन की ओर ले जाया जाता है।

कॉपर सौर केबल मॉड्यूल (मॉड्यूल केबल), एरे (एरे केबल), और उप-क्षेत्रों (फ़ील्ड केबल) को जोड़ते हैं। चाहे कोई सिस्टम ग्रिड से जुड़ा हो या नहीं, पीवी कोशिकाओं से एकत्रित बिजली को डायरेक्ट करंट से अल्टरनेटिंग करंट में परिवर्तित करने और वोल्टेज बढ़ाने की आवश्यकता होती है। यह सौर इन्वर्टर द्वारा किया जाता है जिसमें तांबे की वाइंडिंग होती है, साथ ही तांबा युक्त पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ भी।

सौर सेल

फोटोवोल्टिक उद्योग सौर कोशिकाओं के उत्पादन के लिए कई अलग-अलग अर्धचालक सामग्रियों का उपयोग करता है और अक्सर उन्हें पहली और दूसरी पीढ़ी की प्रौद्योगिकियों में समूहित करता है, जबकि तीसरी पीढ़ी में कई उभरती हुई प्रौद्योगिकियां शामिल हैं जो अभी भी अनुसंधान और विकास चरण में हैं। सौर सेल आमतौर पर 20% आपतित सूर्य के प्रकाश को बिजली में परिवर्तित करते हैं, जिससे प्रति वर्ष प्रति वर्ग मीटर पैनल 100 - 150 kWh का उत्पादन होता है।[27] पारंपरिक पहली पीढ़ी की क्रिस्टलीय सिलिकॉन (सी-एसआई) तकनीक में मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन और पॉलीक्रिस्टलाइन सिलिकॉन शामिल हैं। इस वेफर-आधारित तकनीक की लागत को कम करने के लिए, तांबा-संपर्क सिलिकॉन सौर सेल पसंदीदा कंडक्टर सामग्री के रूप में चांदी के एक महत्वपूर्ण विकल्प के रूप में उभर रहे हैं। सौर सेल धातुकरण के साथ चुनौतियाँ सिलिकॉन और तांबे के बीच एक समरूप और गुणात्मक रूप से उच्च मूल्य वाली परत के निर्माण में निहित हैं जो अर्धचालक में तांबे के प्रसार के खिलाफ बाधा के रूप में कार्य करती है। सिलिकॉन सौर कोशिकाओं में कॉपर-आधारित फ्रंट-साइड धातुकरण कम लागत की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है।[28] दूसरी पीढ़ी की तकनीक में पतली फिल्म सौर सेल शामिल हैं। पारंपरिक पीवी तकनीक की तुलना में सौर सेल दक्षता थोड़ी कम होने के बावजूद, कुल लागत-प्रति-वाट अभी भी कम है। व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण पतली फिल्म प्रौद्योगिकियों में कॉपर इंडियम गैलियम सेलेनाइड सौर सेल (सीआईजीएस) और कैडमियम टेलुराइड फोटोवोल्टिक्स (सीडीटीई) शामिल हैं, जबकि अनाकार सिलिकॉन (ए-सी) और सूक्ष्म आकार का सिलिकॉन (एम-सी) टेंडेम सेल हाल के वर्षों में धीरे-धीरे प्रतिस्पर्धा में आगे बढ़ रहे हैं।

CIGS, जो वास्तव में कॉपर (इंडियम-गैलियम) डिसेलेनाइड, या Cu(InGa)Se है2, सिलिकॉन से इस मायने में भिन्न है कि यह एक heterojunction सेमीकंडक्टर है। पतली फिल्म सामग्रियों के बीच इसकी सौर ऊर्जा रूपांतरण दक्षता (~20%) सबसे अधिक है।[29] चूँकि CIGS सूर्य के प्रकाश को दृढ़ता से अवशोषित करता है, इसलिए अन्य अर्धचालक सामग्रियों की तुलना में बहुत पतली फिल्म की आवश्यकता होती है।

एक फोटोवोल्टिक सेल निर्माण प्रक्रिया विकसित की गई है जो सीआईजीएस सेमी-कंडक्टर को प्रिंट करना संभव बनाती है। इस तकनीक में प्रति सौर वाट वितरित कीमत को कम करने की क्षमता है।

फोटोवोल्टिक उपकरणों के लिए पारंपरिक एकल क्रिस्टल और पतली फिल्मों के विकल्प के रूप में मोनो-छितरी हुई तांबा सल्फाइड नेनो क्रिस्टल पर शोध किया जा रहा है। यह तकनीक, जो अभी भी अपनी प्रारंभिक अवस्था में है, में डाई-सेंसिटाइज़्ड सौर सेल, पूर्ण-अकार्बनिक सौर सेल और हाइब्रिड नैनोक्रिस्टल सौर सेल|नैनो-क्रिस्टल-पॉलीमर मिश्रित सौर सेल की क्षमता है।[30]


केबल्स

सौर ऊर्जा उत्पादन प्रणालियाँ बड़े क्षेत्रों को कवर करती हैं। मॉड्यूल और सरणियों के बीच कई कनेक्शन हैं, और उप-क्षेत्रों और नेटवर्क से लिंकेज में सरणियों के बीच कई कनेक्शन हैं। सौर ऊर्जा संयंत्रों की वायरिंग के लिए सौर केबलों का उपयोग किया जाता है।[31] इसमें शामिल केबलिंग की मात्रा पर्याप्त हो सकती है। उपयोग किए जाने वाले तांबे के केबलों के विशिष्ट आकार 4-6 मिमी होते हैंमॉड्यूल केबल के लिए 2, 6-10 मिमी2एरे केबल के लिए, और 30-50 मिमी2फील्ड केबल के लिए।[27]


ऊर्जा दक्षता और सिस्टम डिज़ाइन

ऊर्जा दक्षता और नवीकरणीय ऊर्जा टिकाऊ ऊर्जा भविष्य के जुड़वां स्तंभ हैं। हालाँकि, संभावित तालमेल के बावजूद इन स्तंभों में बहुत कम जुड़ाव है। जितनी अधिक कुशलता से ऊर्जा सेवाएं प्रदान की जाएंगी, उतनी ही तेजी से नवीकरणीय ऊर्जा प्राथमिक ऊर्जा का प्रभावी और महत्वपूर्ण योगदानकर्ता बन सकती है। नवीकरणीय स्रोतों से जितनी अधिक ऊर्जा प्राप्त की जाती है, उतनी ही ऊर्जा मांग को पूरा करने के लिए जीवाश्म ईंधन ऊर्जा की आवश्यकता कम होती है।[32] ऊर्जा दक्षता के साथ नवीकरणीय ऊर्जा का यह जुड़ाव कुछ हद तक तांबे के विद्युत ऊर्जा दक्षता लाभों पर निर्भर करता है।

तांबे के केबल का व्यास बढ़ाने से इसका विद्युत कुशल ऊर्जा उपयोग बढ़ जाता है (देखें: तांबे के तार और केबल)। मोटे केबल तांबे के नुकसान को कम करते हैं|प्रतिरोधक (I2R) हानि, जो पीवी सिस्टम निवेश की आजीवन लाभप्रदता को प्रभावित करती है। जटिल लागत मूल्यांकन, सामग्री के लिए अतिरिक्त लागत को ध्यान में रखते हुए, प्रति वर्ष सौर मॉड्यूल के लिए निर्देशित सौर विकिरण की मात्रा (दैनिक और मौसमी विविधताओं, सब्सिडी, टैरिफ, पेबैक अवधि आदि को ध्यान में रखते हुए) यह निर्धारित करने के लिए आवश्यक है कि मोटे केबलों के लिए उच्च प्रारंभिक निवेश है या नहीं उचित हैं.

परिस्थितियों के आधार पर, पीवी सिस्टम में कुछ कंडक्टरों को तांबे या अल्युमीनियम के साथ निर्दिष्ट किया जा सकता है। अन्य विद्युत संचालन प्रणालियों की तरह, प्रत्येक के अपने फायदे हैं (देखें: तांबे के तार और केबल)। जब उच्च विद्युत चालकता विशेषताएँ और केबल का लचीलापन सर्वोपरि महत्व रखता है तो तांबा पसंदीदा सामग्री है। इसके अलावा, तांबा छोटी छत सुविधाओं के लिए, छोटे केबल ट्रे में, और इस्पात या प्लास्टिक पाइप में डक्टिंग करते समय अधिक उपयुक्त होता है।[22]

छोटी बिजली सुविधाओं में केबल डक्टिंग की आवश्यकता नहीं होती है जहां तांबे के केबल 25 मिमी से कम होते हैं2. डक्ट कार्य के बिना, एल्यूमीनियम की तुलना में तांबे के साथ स्थापना लागत कम होती है।[22]

डेटा संचार नेटवर्क तांबे, प्रकाशित तंतु और/या आकाशवाणी आवृति लिंक पर निर्भर करते हैं। प्रत्येक सामग्री के अपने फायदे और नुकसान हैं। रेडियो लिंक की तुलना में कॉपर अधिक विश्वसनीय है। तांबे के तारों और केबलों के साथ सिग्नल क्षीणन को संकेत प्रवर्धक के साथ हल किया जा सकता है।[22]


सौर तापीय ऊर्जा को केंद्रित करना

सांद्रित सौर ऊर्जा (सीएसपी), जिसे सौर तापीय बिजली (एसटीई) के रूप में भी जाना जाता है, दर्पणों की श्रृंखला का उपयोग करता है जो सूर्य की किरणों को 400 के बीच के तापमान पर केंद्रित करता है।0सी और 10000सी.[27]जब संकेंद्रित प्रकाश को ऊष्मा में परिवर्तित किया जाता है, तो विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है, जो विद्युत ऊर्जा जनरेटर से जुड़े ऊष्मा इंजन (आमतौर पर भाप टरबाइन) को चलाती है।

एक सीएसपी प्रणाली में शामिल हैं: 1) एक सांद्रक या संग्राहक जिसमें दर्पण होते हैं जो सौर विकिरण को प्रतिबिंबित करते हैं और इसे रिसीवर तक पहुंचाते हैं; 2) एक रिसीवर जो केंद्रित सूर्य के प्रकाश को अवशोषित करता है और गर्मी ऊर्जा को एक कार्यशील तरल पदार्थ (आमतौर पर खनिज तेल, या शायद ही कभी, पिघला हुआ नमक, धातु, भाप या हवा) में स्थानांतरित करता है; 3) एक परिवहन और भंडारण प्रणाली जो तरल पदार्थ को रिसीवर से बिजली रूपांतरण प्रणाली तक पहुंचाती है; और 4) एक भाप टरबाइन जो मांग पर तापीय ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करती है।

कॉपर का उपयोग फ़ील्ड पावर कॉपर तार और केबल, ग्राउंडिंग नेटवर्क, और तरल पदार्थ को ट्रैक करने और पंप करने के लिए विद्युत मोटर के साथ-साथ मुख्य जनरेटर और उच्च वोल्टेज ट्रांसफार्मर में किया जाता है। आमतौर पर, 50 मेगावाट बिजली संयंत्र के लिए लगभग 200 टन तांबा होता है।[21]

यह अनुमान लगाया गया है कि 2011 में संकेंद्रित सौर तापीय विद्युत संयंत्रों में तांबे का उपयोग 2 kt था। 2011 तक इन संयंत्रों में संचयी तांबे का उपयोग 7 kt होने का अनुमान लगाया गया था।[21]

सीएसपी प्रौद्योगिकियों के चार मुख्य प्रकार हैं, जिनमें से प्रत्येक में तांबे की एक अलग मात्रा होती है: परवलयिक गर्त संयंत्र, टावर संयंत्र, रैखिक फ्रेस्नेल संयंत्र और डिश स्टर्लिंग संयंत्र सहित वितरित रैखिक अवशोषक प्रणाली।[21]इन पौधों में तांबे के उपयोग का वर्णन यहां किया गया है।

परवलयिक गर्त पौधे

पैराबोलिक ट्रफ प्लांट सबसे आम सीएसपी तकनीक है, जो स्पेन में स्थापित लगभग 94% बिजली का प्रतिनिधित्व करती है। ये पौधे रैखिक संग्राहक ट्यूबों के साथ परवलयिक गर्त सांद्रक में सौर ऊर्जा एकत्र करते हैं। गर्मी हस्तांतरण तरल पदार्थ आम तौर पर सिंथेटिक तेल होते हैं जो 300 डिग्री सेल्सियस से 400 डिग्री सेल्सियस के इनलेट आउटलेट/तापमान पर ट्यूबों के माध्यम से प्रसारित होते हैं। 50 मेगावाट सुविधा की सामान्य भंडारण क्षमता नाममात्र बिजली पर 7 घंटे है। इस आकार और भंडारण क्षमता का एक संयंत्र स्पेन जैसे क्षेत्र में 160 GWh/वर्ष उत्पन्न कर सकता है।

परवलयिक गर्त संयंत्रों में, तांबे को सौर संग्राहक क्षेत्र (पावर केबल, सिग्नल, अर्थिंग, विद्युत मोटर) में निर्दिष्ट किया जाता है; भाप चक्र (पानी पंप, कंडेनसर पंखे, उपभोग बिंदुओं पर केबल लगाना, नियंत्रण सिग्नल और सेंसर, मोटरें), बिजली जनरेटर (अल्टरनेटर, ट्रांसफार्मर), और भंडारण प्रणाली (परिसंचारी पंप, उपभोग बिंदुओं पर केबल लगाना)। 7.5 घंटे के भंडारण वाले 50 मेगावाट के संयंत्र में लगभग 196 टन तांबा होता है, जिसमें से 131,500 किलोग्राम केबल में और 64,700 किलोग्राम विभिन्न उपकरणों (जनरेटर, ट्रांसफार्मर, दर्पण और मोटर) में होता है। इसका मतलब है लगभग 3.9 टन/मेगावाट, या, दूसरे शब्दों में, 1.2 टन/जीडब्ल्यूएच/वर्ष। भंडारण के बिना समान आकार के एक संयंत्र में सौर क्षेत्र में 20% कम तांबा और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में 10% कम हो सकता है। 100 मेगावाट के संयंत्र में सौर क्षेत्र में प्रति मेगावाट सापेक्ष तांबे की मात्रा 30% कम और इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में 10% कम होगी।[21]

डिज़ाइन के अनुसार तांबे की मात्रा भी भिन्न होती है। 7 घंटे की भंडारण क्षमता वाले एक सामान्य 50 मेगावाट बिजली संयंत्र के सौर क्षेत्र में 150 लूप और 600 मोटर होते हैं, जबकि भंडारण के बिना एक समान संयंत्र 100 लूप और 400 मोटर का उपयोग करता है। लूप में द्रव्यमान प्रवाह नियंत्रण के लिए मोटर चालित वाल्व अधिक तांबे पर निर्भर करते हैं। परावर्तक चांदी की परत को गैल्वेनिक संक्षारण सुरक्षा प्रदान करने के लिए दर्पण थोड़ी मात्रा में तांबे का उपयोग करते हैं। पौधों के आकार, संग्राहकों के आकार, गर्मी हस्तांतरण तरल पदार्थों की क्षमता में परिवर्तन भी सामग्री की मात्रा को प्रभावित करेगा।[21]


टावर प्लांट

सौर ऊर्जा टावर, जिसे केंद्रीय टावर बिजली संयंत्र भी कहा जाता है, भविष्य में पसंदीदा सीएसपी तकनीक बन सकता है। वे टावर के शीर्ष पर लगे एक केंद्रीय रिसीवर में हेलिओस्टेट क्षेत्र द्वारा केंद्रित सौर ऊर्जा एकत्र करते हैं। प्रत्येक हेलियोस्टेट सूर्य को दो अक्षों (अज़ीमुथ और ऊंचाई) के साथ ट्रैक करता है। इसलिए, प्रति यूनिट दो मोटरों की आवश्यकता होती है।

हेलियोस्टेट क्षेत्र (पावर केबल, सिग्नल, अर्थिंग, मोटर), रिसीवर (ट्रेस हीटिंग, सिग्नल केबल), भंडारण प्रणाली (परिसंचारी पंप, उपभोग बिंदुओं पर केबल लगाना), बिजली उत्पादन (अल्टरनेटर, ट्रांसफार्मर), भाप चक्र () में तांबे की आवश्यकता होती है। पानी पंप, कंडेनसर पंखे), खपत बिंदुओं पर केबल लगाना, नियंत्रण सिग्नल और सेंसर, और मोटरें।

7.5 घंटे के भंडारण के साथ 50 मेगावाट की सौर टावर सुविधा में लगभग 219 टन तांबे का उपयोग होता है। इसका मतलब है 4.4 टन तांबा/मेगावाट, या, दूसरे शब्दों में, 1.4 टन/जीडब्ल्यूएच/वर्ष। इस मात्रा में, केबलों की हिस्सेदारी लगभग 154,720 किग्रा है। जनरेटर, ट्रांसफार्मर और मोटर जैसे इलेक्ट्रॉनिक उपकरण में लगभग 64,620 किलोग्राम तांबा होता है। 100 मेगावाट के संयंत्र में सौर क्षेत्र में प्रति मेगावाट थोड़ा अधिक तांबा होता है क्योंकि हेलियोस्टेट क्षेत्र की दक्षता आकार के साथ कम हो जाती है। 100 मेगावाट के संयंत्र में प्रक्रिया उपकरण में प्रति मेगावाट कुछ हद तक कम तांबा होगा।[21]


रेखीय फ़्रेज़नेल पौधे

कॉम्पैक्ट रैखिक फ़्रेज़नेल परावर्तक पौधे परवलयिक गर्त पौधों के समान एक अवशोषक ट्यूब में सूर्य की किरणों को केंद्रित करने के लिए रैखिक परावर्तकों का उपयोग करते हैं। चूँकि सांद्रता कारक परवलयिक गर्त पौधों की तुलना में कम है, शीतलक का तापमान कम है। यही कारण है कि अधिकांश पौधे सौर क्षेत्र और टरबाइन दोनों में कार्यशील तरल पदार्थ के रूप में संतृप्त भाप का उपयोग करते हैं।

50 मेगावाट के लीनियर फ़्रेज़नेल पावर प्लांट के लिए लगभग 1,960 ट्रैकिंग मोटरों की आवश्यकता होती है। प्रत्येक मोटर के लिए आवश्यक शक्ति परवलयिक गर्त संयंत्र की तुलना में बहुत कम है। भंडारण के बिना 50 मेगावाट के लाइनियल फ़्रेज़नेल संयंत्र में लगभग 127 टन तांबा होगा। इसका मतलब है 2.6 टन तांबा/मेगावाट, या दूसरे शब्दों में, 1.3 टन तांबा/जीडब्ल्यूएच/वर्ष। इस मात्रा में से, 69,960 किलोग्राम तांबा प्रक्रिया क्षेत्र, सौर क्षेत्र, अर्थिंग और बिजली संरक्षण और नियंत्रण से केबलों में है। अन्य 57,300 किलोग्राम तांबा उपकरण (ट्रांसफार्मर, जनरेटर, मोटर, दर्पण, पंप, पंखे) में है।[21]


डिश स्टर्लिंग पौधे

ये संयंत्र एक उभरती हुई तकनीक है जिसमें विकेंद्रीकृत अनुप्रयोगों के समाधान के रूप में क्षमता है। प्रौद्योगिकी को रूपांतरण चक्र में ठंडा करने के लिए पानी की आवश्यकता नहीं होती है। ये पौधे प्रेषण योग्य नहीं हैं. जब बादल ऊपर से गुजरते हैं तो ऊर्जा उत्पादन बंद हो जाता है। उन्नत भंडारण और संकरण प्रणालियों पर अनुसंधान किया जा रहा है।

सबसे बड़े डिश स्टर्लिंग इंस्टालेशन की कुल शक्ति 1.5 मेगावाट है। अन्य सीएसपी प्रौद्योगिकियों की तुलना में सौर क्षेत्र में अपेक्षाकृत अधिक तांबे की आवश्यकता होती है क्योंकि बिजली वास्तव में वहां उत्पन्न होती है। मौजूदा 1.5 मेगावाट संयंत्रों के आधार पर, तांबे की मात्रा 4 टन/मेगावाट है, या, दूसरे शब्दों में, 2.2 टन तांबा/जीडब्ल्यूएच/वर्ष है। 1.5 मेगावाट बिजली संयंत्र में केबल, इंडक्शन जनरेटर, ड्राइव, फील्ड और ग्रिड ट्रांसफार्मर, अर्थिंग और बिजली संरक्षण में लगभग 6,060 किलोग्राम तांबा होता है।[21]


सौर वॉटर हीटर (सौर घरेलू गर्म पानी प्रणाली)

सौर जल तापन घरों के लिए गर्म पानी उत्पन्न करने का एक लागत प्रभावी तरीका हो सकता है। इनका उपयोग किसी भी जलवायु में किया जा सकता है। उनके द्वारा उपयोग किया जाने वाला ईंधन, सनशाइन, निःशुल्क है।[33] सौर गर्म पानी संग्राहकों का उपयोग दुनिया भर में 200 मिलियन से अधिक घरों के साथ-साथ कई सार्वजनिक और वाणिज्यिक भवनों द्वारा किया जाता है।[32]2010 में सौर तापीय तापन और शीतलन इकाइयों की कुल स्थापित क्षमता 185 गीगावॉट-थर्मल थी।[34] 2011 में सौर हीटिंग क्षमता अनुमानित 27% बढ़कर लगभग 232 गीगावॉट तक पहुंच गई, बिना शीशे वाले स्विमिंग पूल हीटिंग को छोड़कर। अधिकांश सौर तापीय का उपयोग जल तापन के लिए किया जाता है, लेकिन सौर अंतरिक्ष तापन और शीतलन का चलन बढ़ रहा है, विशेष रूप से यूरोप में।[32]

सौर जल तापन प्रणालियाँ दो प्रकार की होती हैं: सक्रिय, जिसमें परिसंचारी पंप और नियंत्रण होते हैं, और निष्क्रिय, जिसमें नहीं होते हैं। निष्क्रिय सौर तकनीकों के लिए कार्यशील विद्युत या यांत्रिक तत्वों की आवश्यकता नहीं होती है। इनमें अनुकूल थर्मल गुणों वाली सामग्रियों का चयन, प्राकृतिक रूप से हवा प्रसारित करने वाले स्थानों को डिजाइन करना और सूर्य की ओर एक इमारत की स्थिति का संदर्भ देना शामिल है।[27]

तांबा अपनी उच्च तापीय चालकता, वायुमंडलीय और पानी के संक्षारण के प्रतिरोध, सोल्डरिंग द्वारा सीलिंग और जुड़ने और यांत्रिक शक्ति के कारण सौर तापीय हीटिंग और शीतलन प्रणालियों का एक महत्वपूर्ण घटक है। तांबे का उपयोग रिसीवर और प्राथमिक सर्किट (पानी की टंकियों के लिए पाइप और हीट एक्सचेंजर्स) दोनों में किया जाता है।[34]सौर तापीय संग्राहक के लिए, एल्यूमीनियम का उपयोग कभी-कभी किया जाता है क्योंकि यह सस्ता होता है, फिर भी जब तांबे की पाइपिंग के साथ जोड़ा जाता है, तो अवशोषक प्लेट को अपनी गर्मी को पाइपिंग में उचित रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति देने में समस्याएं हो सकती हैं। एक वैकल्पिक सामग्री जो वर्तमान में उपयोग की जाती है वह है क्रॉस-लिंक्ड पॉलीथीन#PEX-AL-PEX|PEX-AL-PEX[35] लेकिन अवशोषक प्लेट और पाइपों के बीच गर्मी हस्तांतरण के साथ भी इसी तरह की समस्याएं हो सकती हैं। इसका एक तरीका यह है कि पाइपिंग और अवशोषक प्लेट दोनों के लिए एक ही सामग्री का उपयोग किया जाए। यह सामग्री निश्चित रूप से तांबे की हो सकती है, लेकिन एल्यूमीनियम या PEX-AL-PEX भी हो सकती है।

आवासीय अनुप्रयोगों के लिए तीन प्रकार के सौर तापीय संग्राहकों का उपयोग किया जाता है: सौर तापीय संग्राहक#फ्लैट प्लेट संग्राहक, इंटीग्रल कलेक्टर-भंडारण, और सौर तापीय संग्राहक#निष्कासित ट्यूब संग्राहक|सौर तापीय संग्राहक: इवेकुएटेड ट्यूब संग्राहक; वे प्रत्यक्ष परिसंचरण हो सकते हैं (यानी, पानी को गर्म करते हैं और इसे उपयोग के लिए सीधे घर में लाते हैं) या अप्रत्यक्ष परिसंचरण (यानी, पंप एक हीट एक्सचेंजर के माध्यम से स्थानांतरण तरल पदार्थ को गर्म करते हैं, जो फिर घर में बहने वाले पानी को गर्म करता है) सिस्टम।[33]

एक अप्रत्यक्ष परिसंचरण प्रणाली के साथ एक खाली ट्यूब सौर गर्म पानी हीटर में, खाली ट्यूबों में एक ग्लास बाहरी ट्यूब और एक पंख से जुड़ी धातु अवशोषक ट्यूब होती है। सौर तापीय ऊर्जा को खाली ट्यूबों के भीतर अवशोषित किया जाता है और प्रयोग करने योग्य संकेंद्रित ऊष्मा में परिवर्तित किया जाता है। कॉपर हीट पाइप सौर ट्यूब के भीतर से थर्मल ऊर्जा को कॉपर हेडर में स्थानांतरित करते हैं। कॉपर हेडर के माध्यम से एक थर्मल ट्रांसफर तरल पदार्थ (पानी या ग्लाइकोल मिश्रण) पंप किया जाता है। जैसे ही समाधान तांबे के हेडर के माध्यम से फैलता है, तापमान बढ़ जाता है। खाली की गई ग्लास ट्यूबों में दोहरी परत होती है। बाहरी परत पूरी तरह से पारदर्शी है ताकि सौर ऊर्जा बिना किसी बाधा के गुजर सके। आंतरिक परत को एक चयनात्मक ऑप्टिकल कोटिंग के साथ इलाज किया जाता है जो प्रतिबिंब के बिना ऊर्जा को अवशोषित करता है। आंतरिक और बाहरी परतें अंत में आपस में जुड़ जाती हैं, जिससे आंतरिक और बाहरी परतों के बीच एक खाली जगह रह जाती है। सभी हवा को दो परतों (निकासी प्रक्रिया) के बीच की जगह से बाहर पंप किया जाता है, जिससे थर्मस प्रभाव पैदा होता है जो गर्मी के प्रवाहकीय और संवहन हस्तांतरण को रोकता है जो अन्यथा वायुमंडल में बच सकता है। उपयोग किए जाने वाले ग्लास की कम उत्सर्जन क्षमता के कारण गर्मी का नुकसान और भी कम हो जाता है। ग्लास ट्यूब के अंदर तांबे की हीट पाइप होती है। यह एक सीलबंद खोखली तांबे की ट्यूब होती है जिसमें थोड़ी मात्रा में मालिकाना तरल होता है, जो कम दबाव में बहुत कम तापमान पर उबलता है। अन्य घटकों में पंप और नियंत्रकों के साथ एक सौर ताप एक्सचेंजर टैंक और एक सौर पंपिंग स्टेशन शामिल हैं।[36][37][38][39][40]


हवा

पवन टरबाइन में, विद्युत जनरेटर को चलाने के लिए हवा की गतिज ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है, जो बदले में बिजली उत्पन्न करती है। पवन ऊर्जा प्रणाली के बुनियादी घटकों में घूमने वाले ब्लेड वाला एक टावर होता है जिसमें बिजली जनरेटर और ग्रिड पर एक सबस्टेशन तक बिजली संचरण के लिए वोल्टेज बढ़ाने के लिए एक ट्रांसफार्मर होता है। केबलिंग और इलेक्ट्रॉनिक्स भी महत्वपूर्ण घटक हैं।[27][41] कठोर पर्यावरण अपतटीय पवन ऊर्जा फार्मों का मतलब है कि व्यक्तिगत घटकों को उनके तटवर्ती घटकों की तुलना में अधिक मजबूत और संक्षारण संरक्षित करने की आवश्यकता है। इस समय समुद्र के अंदर एमवी और एचवी केबलों के साथ तट से लंबे कनेक्शन की आवश्यकता बढ़ रही है। संक्षारण प्रतिरोध की आवश्यकता टावरों के लिए पसंदीदा मिश्र धातु के रूप में तांबा निकल आवरण को पसंद करती है।

पवन ऊर्जा उत्पादन में तांबा एक महत्वपूर्ण संवाहक है।[42][43] पवन फार्मों में कई सौ-हजारों फीट तांबा हो सकता है[44] वजन 4 मिलियन से 15 मिलियन पाउंड के बीच होता है, ज्यादातर वायरिंग, केबल, ट्यूबिंग, जनरेटर और स्टेप-अप ट्रांसफार्मर में।[25][45] तांबे के उपयोग की तीव्रता अधिक है क्योंकि पवन उत्पादन फार्मों में टर्बाइन बड़े क्षेत्रों में फैले हुए हैं।[46] भूमि-आधारित पवन फार्मों में, तांबे की तीव्रता 5,600 और 14,900 पाउंड प्रति मेगावाट के बीच हो सकती है, यह इस बात पर निर्भर करता है कि स्टेप-अप ट्रांसफार्मर में तांबा या एल्यूमीनियम कंडक्टर हैं या नहीं। अपतटीय वातावरण में, तांबे की तीव्रता बहुत अधिक है: लगभग 21,000 पाउंड प्रति मेगावाट, जिसमें किनारे तक पनडुब्बी केबल भी शामिल है।[47] तटवर्ती और अपतटीय दोनों वातावरणों में, पवन फार्मों को मुख्य विद्युत ग्रिड से जोड़ने के लिए अतिरिक्त तांबे की केबल का उपयोग किया जाता है।[45]

2011 में पवन ऊर्जा प्रणालियों के लिए उपयोग किए जाने वाले तांबे की मात्रा 120 किलो टन होने का अनुमान लगाया गया था। 2011 तक स्थापित तांबे की संचयी मात्रा 714 किलो टन होने का अनुमान लगाया गया था।[23] As of 2018, पवन टर्बाइनों के वैश्विक उत्पादन में प्रति वर्ष 450,000 टन तांबे का उपयोग होता है।[48] तीन-चरण गियरबॉक्स वाले पवन फार्मों के लिए 3 मेगावाट के दोगुने इंडक्शन जनरेटर के साथ, मानक पवन टर्बाइनों के साथ लगभग 2.7 टन प्रति मेगावाट की आवश्यकता होती है। नैकेल में एलवी/एमवी ट्रांसफार्मर वाले पवन टर्बाइनों के लिए 1.85 टन प्रति मेगावाट की आवश्यकता होती है।[49] कॉपर का उपयोग मुख्य रूप से विद्युत जनरेटर के स्टेटर और रोटर (इलेक्ट्रिक) भागों में कुंडल वाइंडिंग में किया जाता है (जो यांत्रिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है), उच्च वोल्टेज और कम वोल्टेज केबल कंडक्टरों में ऊर्ध्वाधर विद्युत केबल सहित जो गुब्बारे का डला को आधार से जोड़ता है पवन टरबाइन, ट्रांसफार्मर के कॉइल में (जो ग्रिड के साथ संगत कम वोल्टेज एसी को उच्च वोल्टेज एसी तक ले जाता है), गियरबॉक्स में (जो रोटर ब्लेड के प्रति मिनट धीमी गति को तेज आरपीएमएस में परिवर्तित करता है) और पवन फार्म विद्युत ग्राउंडिंग में सिस्टम.[46]तांबे का उपयोग नैकेल (पवन टरबाइन का आवास जो सभी मुख्य घटकों वाले टॉवर पर टिका होता है), सहायक मोटर (नैकेले को घुमाने के साथ-साथ रोटर ब्लेड के कोण को नियंत्रित करने के लिए उपयोग की जाने वाली मोटरें), कूलिंग सर्किट में भी किया जा सकता है। (संपूर्ण ट्रेन चलाओ के लिए कूलिंग कॉन्फ़िगरेशन), और पावर इलेक्ट्रॉनिक्स (जो पवन टरबाइन सिस्टम को पावर प्लांट की तरह काम करने में सक्षम बनाता है)।[50] पवन जनरेटर के कॉइल में, विद्युत धारा में हानि होती है जो धारा प्रवाहित करने वाले तार के प्रतिरोध के समानुपाती होती है। यह प्रतिरोध, जिसे तांबे की हानि कहा जाता है, तार के गर्म होने से ऊर्जा नष्ट हो जाती है। पवन ऊर्जा प्रणालियों में, यदि आवश्यक हो, तो मोटे तांबे के तार और जनरेटर के लिए शीतलन प्रणाली के साथ इस प्रतिरोध को कम किया जा सकता है।[51]


जनरेटर में तांबा

जनरेटर केबलों के लिए या तो तांबे या एल्यूमीनियम कंडक्टर निर्दिष्ट किए जा सकते हैं।[52] तांबे में उच्च विद्युत चालकता होती है और इसलिए उच्च विद्युत ऊर्जा दक्षता होती है। इसे इसकी सुरक्षा और विश्वसनीयता के लिए भी चुना गया है। एल्युमीनियम को निर्दिष्ट करने का मुख्य विचार इसकी कम पूंजी लागत है। समय के साथ, इस लाभ की भरपाई बिजली पारेषण के वर्षों में उच्च ऊर्जा हानियों से हो जाती है। किस कंडक्टर का उपयोग करना है यह निर्णय परियोजना के नियोजन चरण के दौरान निर्धारित किया जाता है जब उपयोगिता टीमें टरबाइन और केबल निर्माताओं के साथ इन मामलों पर चर्चा करती हैं।

तांबे के संबंध में, जनरेटर में इसका वजन जनरेटर के प्रकार, बिजली रेटिंग और कॉन्फ़िगरेशन के अनुसार अलग-अलग होगा। इसके वजन का शक्ति दर्ज़ा से लगभग रैखिक संबंध होता है।

पवन टरबाइन डिजाइन में जेनरेटर|डायरेक्ट-ड्राइव पवन टरबाइन में आमतौर पर अधिक तांबा होता है, क्योंकि गियरबॉक्स की अनुपस्थिति के कारण जनरेटर स्वयं बड़ा होता है।[53] जनरेटर के प्रकार के आधार पर, डायरेक्ट ड्राइव कॉन्फ़िगरेशन में एक जनरेटर गियर कॉन्फ़िगरेशन की तुलना में 3.5 गुना से 6 गुना तक भारी हो सकता है।[53]

पवन उत्पादन में पांच विभिन्न प्रकार की जनरेटर प्रौद्योगिकियों का उपयोग किया जाता है:

  1. डबल-फेड एसिंक्रोनस जेनरेटर (डीएफएजी)
  2. प्रेरण जनरेटर (CAG)
  3. आवर्तित्र (सीएसजी)
  4. स्थायी चुंबक तुल्यकालिक जनरेटर (पीएमएसजी)
  5. अतिचालक विद्युत मशीन |उच्च तापमान सुपरकंडक्टर जेनरेटर (एचटीएसजी)

इनमें से प्रत्येक जनरेटर प्रकार में तांबे की मात्रा यहाँ संक्षेप में दी गई है।

Copper in wind turbine generator technologies in multi-megawatt wind power plants[53]
Technology Average copper content (kg/MW) Notes
Double-fed asynchronous generator (DFAG) 650 Geared; most common wind generator in Europe (70% in 2009; strong demand until 2015, then neutral as high cost of maintenance and servicing and need for power correction equipment for grid compliance will make these less popular in next ten years.
Conventional asynchronous generators (CAG) 390 Geared; neutral demand until 2015; will become negligible by 2020.
Conventional synchronous generators (CSG) 330–4000 Geared and direct; may become more popular by 2020.
Permanent magnet synchronous generators (PMSG) 600–2150 Market expected to develop by 2015.
High-temperature superconductor generators (HTSG) 325 Nascent stage of development. It is expected that these machines will attain more power than other WTGs. Offshore could be the most suitable niche application.

सिंक्रोनस प्रकार की मशीनों के डायरेक्ट-ड्राइव कॉन्फ़िगरेशन में आमतौर पर सबसे अधिक तांबा होता है, लेकिन कुछ एल्यूमीनियम का उपयोग करते हैं।[48]पारंपरिक सिंक्रोनस जेनरेटर (सीएसजी) डायरेक्ट-ड्राइव मशीनों में प्रति यूनिट तांबे की मात्रा सबसे अधिक होती है। सीएसजी की हिस्सेदारी 2009 से 2020 तक बढ़ेगी, खासकर डायरेक्ट ड्राइव मशीनों के लिए। 2009 में डीएफएजी की बिक्री सबसे अधिक रही।[53]

सीएसजी जनरेटर की तांबे की सामग्री में भिन्नता इस बात पर निर्भर करती है कि क्या वे सिंगल-स्टेज (भारी) या तीन-स्टेज (हल्के) गियरबॉक्स के साथ जुड़े हुए हैं। इसी प्रकार, पीएमएसजी जनरेटर में तांबे की मात्रा में अंतर इस बात पर निर्भर करता है कि टर्बाइन मध्यम गति वाले हैं, जो भारी हैं, या उच्च गति वाले टर्बाइन हैं, जो हल्के हैं।[53]

सिंक्रोनस मशीनों और डायरेक्ट-ड्राइव कॉन्फ़िगरेशन की मांग बढ़ रही है। सीएसजी प्रत्यक्ष और गियर वाले डीएफएजी तांबे की मांग का नेतृत्व करेंगे। मांग में सबसे अधिक वृद्धि प्रत्यक्ष पीएमएसजी की होने की उम्मीद है, जो 2015 में पवन ऊर्जा प्रणालियों में तांबे की कुल मांग का 7.7% होने का अनुमान है। हालांकि, चूंकि दुर्लभ पृथ्वी तत्व नियोडिमियम वाले स्थायी चुंबक सक्षम नहीं हो सकते हैं विश्व स्तर पर आगे बढ़ने के लिए, डायरेक्ट ड्राइव सिंक्रोनस मैग्नेट (डीडीएसएम) डिज़ाइन अधिक आशाजनक हो सकते हैं।[49]3 मेगावाट डीडीएसएम जनरेटर के लिए आवश्यक तांबे की मात्रा 12.6 टन है।[54] उच्च गति वाली अशांत हवाओं वाले स्थान पूर्ण पैमाने पर पावर कन्वर्टर्स के साथ वैरिएबल-स्पीड पवन टरबाइन जेनरेटर के लिए बेहतर अनुकूल होते हैं क्योंकि ऐसी स्थितियों में वे अधिक विश्वसनीयता और उपलब्धता प्रदान करते हैं। परिवर्तनीय-गति वाले पवन टरबाइन विकल्पों में से, ऐसे स्थानों में डीएफएजी की तुलना में पीएमएसजी को प्राथमिकता दी जा सकती है। कम हवा की गति और अशांति वाली स्थितियों में, पीएमएसजी की तुलना में डीएफएजी को प्राथमिकता दी जा सकती है।[23]

आम तौर पर, पीएमएसजी ग्रिड से संबंधित दोषों से बेहतर तरीके से निपटते हैं और अंततः वे गियर वाले समकक्षों की तुलना में उच्च दक्षता, विश्वसनीयता और उपलब्धता प्रदान कर सकते हैं। यह उनके डिज़ाइन में यांत्रिक घटकों की संख्या को कम करके प्राप्त किया जा सकता है। हालाँकि, वर्तमान में, गियर वाले पवन टरबाइन जनरेटर का अधिक गहन क्षेत्र-परीक्षण किया गया है और अधिक मात्रा में उत्पादित होने के कारण ये कम महंगे हैं।[23]

मौजूदा चलन सिंगल-स्टेज या टू-स्टेज गियरबॉक्स के साथ पीएमएसजी हाइब्रिड इंस्टॉलेशन का है। वेस्टास द्वारा नवीनतम पवन टरबाइन जनरेटर गियर ड्राइव है। सीमेंस द्वारा नवीनतम पवन टरबाइन जनरेटर एक हाइब्रिड है। मध्यम अवधि में, यदि पावर इलेक्ट्रॉनिक्स की लागत में कमी जारी रहती है, तो डायरेक्ट-ड्राइव पीएमएसजी के और अधिक आकर्षक होने की उम्मीद है।[23]उच्च तापमान सुपरकंडक्टर्स (एचटीएसजी) तकनीक वर्तमान में विकास के अधीन है। उम्मीद है कि ये मशीनें अन्य पवन टरबाइन जनरेटर की तुलना में अधिक शक्ति प्राप्त करने में सक्षम होंगी। यदि ऑफशोर बाजार बड़ी यूनिट मशीनों की प्रवृत्ति का अनुसरण करता है, तो ऑफशोर एचटीएसजी के लिए सबसे उपयुक्त स्थान हो सकता है।[23]


अन्य घटकों में तांबा

2 मेगावाट टरबाइन प्रणाली के लिए, जनरेटर के अलावा अन्य घटकों के लिए तांबे की निम्नलिखित मात्रा का अनुमान लगाया गया था:

Copper Content by other Component Types, 2 MW turbine[55]
Component Average Cu content (kg)
Auxiliary motors (pitch and yaw drives) 75
Other parts of the nacelle <50
Vertical cables 1500
Power electronics (converter) 150
Cooling circuits <10
Earthing and lightning protection 750

जनरेटर के बाद केबलिंग दूसरा सबसे बड़ा तांबा युक्त घटक है। जेनरेटर के बगल में ट्रांसफार्मर के साथ एक पवन टावर प्रणाली में मध्यम-वोल्टेज (एमवी) बिजली के केबल होंगे जो टावर के ऊपर से नीचे तक चलेंगे, फिर कई पवन टावरों के लिए संग्रह बिंदु तक और ग्रिड सबस्टेशन तक, या सीधे सबस्टेशन पर जाएं। टावर असेंबली में वायर हार्नेस और कंट्रोल/सिग्नल केबल शामिल होंगे, जबकि पूरे सिस्टम में काम करने वाले हिस्सों को बिजली देने के लिए लो-वोल्टेज (एलवी) पावर केबल की आवश्यकता होती है।[27]

2 मेगावाट पवन टरबाइन के लिए, ऊर्ध्वाधर केबल इसके प्रकार के आधार पर 1,000 से 1,500 किलोग्राम तांबे तक हो सकती है। भूमिगत केबलों में तांबा प्रमुख पदार्थ है।[53]


ग्राउंडिंग सिस्टम में कॉपर

पवन टरबाइन फार्मों के लिए विद्युत ग्राउंडिंग प्रणाली के लिए तांबा महत्वपूर्ण है। ग्राउंडिंग सिस्टम या तो पूरी तरह से तांबे (ठोस या फंसे हुए तांबे के तार और तांबे के बस बार) हो सकते हैं, अक्सर अमेरिकी गेज रेटिंग 4/0 के साथ, लेकिन शायद 250 हजार गोलाकार मिल्स जितनी बड़ी हो सकती है।[56] या कॉपर-क्लैड स्टील, कम लागत वाला विकल्प।[57] टरबाइन मस्तूल बिजली गिरने को आकर्षित करते हैं, इसलिए उन्हें बिजली संरक्षण प्रणालियों की आवश्यकता होती है। जब बिजली टरबाइन ब्लेड से टकराती है, तो करंट ब्लेड के साथ नैकेले (GearBox /जनरेटर संलग्नक) में ब्लेड हब के माध्यम से और मस्तूल से नीचे ग्राउंडिंग सिस्टम तक गुजरता है। ब्लेड में एक बड़ा क्रॉस-सेक्शन तांबे का कंडक्टर शामिल होता है जो इसकी लंबाई के साथ चलता है और बिना किसी हानिकारक ताप प्रभाव के ब्लेड के साथ करंट प्रवाहित होने देता है। नैकेले को एक तड़ित चालक द्वारा संरक्षित किया जाता है, जो अक्सर तांबे का होता है। मस्तूल के आधार पर ग्राउंडिंग सिस्टम में एक मोटी तांबे की अंगूठी वाला कंडक्टर होता है जो आधार से जुड़ा होता है या आधार के एक मीटर के भीतर स्थित होता है। वलय मस्तूल आधार पर दो बिल्कुल विपरीत बिंदुओं से जुड़ा हुआ है। कॉपर लीड रिंग से बाहर की ओर बढ़ते हैं और कॉपर ग्राउंडिंग इलेक्ट्रोड से जुड़ते हैं। पवन फार्मों पर टर्बाइनों पर ग्राउंडिंग रिंग आपस में जुड़े हुए हैं, जो बेहद कम समग्र प्रतिरोध के साथ एक नेटवर्क प्रणाली प्रदान करते हैं।[43]

ठोस तांबे के तार और केबल को इसकी उत्कृष्ट विद्युत चालकता के कारण पारंपरिक रूप से ग्राउंडिंग और बिजली उपकरणों के लिए तैनात किया गया है। हालाँकि, निर्माता कम महंगे बाय-मेटल कॉपर क्लैड या एल्यूमीनियम ग्राउंडिंग तारों और केबलों की ओर बढ़ रहे हैं।[58] कॉपर-प्लेटिंग तार की खोज की जा रही है। कॉपर प्लेटेड तार के मौजूदा नुकसानों में कम चालकता, आकार, वजन, लचीलापन और करंट ले जाने की क्षमता शामिल है।

अन्य उपकरणों में तांबा

जनरेटर और केबल के बाद बाकी उपकरणों में मामूली मात्रा में तांबे का इस्तेमाल होता है। यॉ और पिच सहायक मोटरों में, यॉ प्रणाली तांबे की मामूली मात्रा के साथ प्रेरण मोटरें और मल्टी-स्टेज एपिसाइक्लिक गियरिंग के संयोजन का उपयोग करती है। पावर इलेक्ट्रॉनिक्स में अन्य उपकरणों की तुलना में तांबे की न्यूनतम मात्रा होती है। जैसे-जैसे टरबाइन की क्षमता बढ़ती है, कनवर्टर रेटिंग भी कम वोल्टेज (<1 केवी) से मध्यम वोल्टेज (1-5 केवी) तक बढ़ जाती है। अधिकांश पवन टरबाइनों में पूर्ण विद्युत ऊर्जा रूपांतरण होता है, जिनकी विद्युत रेटिंग विद्युत जनरेटर के समान होती है, डीएफएजी को छोड़कर जिसमें एक विद्युत कनवर्टर होता है जो जनरेटर की रेटिंग का 30% होता है। अंत में, गियरबॉक्स या जनरेटर पर हवा/तेल और पानी से ठंडा होने वाले सर्किट में तांबे की थोड़ी मात्रा का उपयोग किया जाता है।[53]

क्लास 5 कॉपर पावर केबलिंग का उपयोग विशेष रूप से जनरेटर से लूप और टॉवर की आंतरिक दीवार के माध्यम से किया जाता है। यह 20 वर्षों के सेवा जीवन के लिए 15,000 मरोड़ चक्रों से तनाव झेलने की क्षमता के कारण है।[59] पवन टर्बाइनों के भीतर और बाहर अतिचालकता सामग्रियों का परीक्षण किया जा रहा है। वे उच्च विद्युत दक्षता, उच्च धाराएं ले जाने की क्षमता और हल्का वजन प्रदान करते हैं। हालाँकि, ये सामग्रियाँ इस समय तांबे की तुलना में बहुत अधिक महंगी हैं।[53]


अपतटीय पवन फार्मों में तांबा

अपतटीय पवन फार्मों में तांबे की मात्रा तट की दूरी के साथ बढ़ती है। अपतटीय पवन टर्बाइनों में तांबे का उपयोग 10.5 टन प्रति मेगावाट के क्रम पर है।[60] जर्मनी में अपतटीय पवन फार्मों की सूची में 400 मेगावाट, बाहरी ग्रिड से 200 किलोमीटर कनेक्शन के लिए 5,800 टन या प्रति मेगावाट लगभग 14.5 टन तांबे का उपयोग किया जाता है। हॉर्न्स रेव ऑफशोर विंड फार्म 160 मेगावाट 21 किलोमीटर ग्रिड तक संचारित करने के लिए प्रति मेगावाट 8.75 टन तांबे का उपयोग करता है।[61]


संदर्भ

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