पवनचक्की ला तीनच ब्लेड का असतात?

पवनचक्की 

हे वाऱ्यापासून ऊर्जा मिळवण्याचे एक साधन आहे. पवनचक्कीपासून कोणतेही प्रदूषण न होता ऊर्जा मिळवता येते. महाराष्ट्रातील पहिली पवनचक्की ही पुण्याच्या वेधशाळेत होती.

आशिया खंडातील सर्वात मोठा पवनचक्की प्रकल्प भारताच्या महाराष्ट्र राज्यातील सातारा शहराजवळील चाळकेवाडी येथे आहे. सातारा परिसरातही कोरेगाव, खटाव व माण या तालुक्यांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर पवनचक्क्या उभारल्या आहेत.

v v ऑस्ट्रेलिया येथील वीज मिळवण्यासाठी वापरात असलेली पवनचक्की. ही वीज विद्युतसंचात साठवली जाते

ऑस्ट्रेलिया येथील वीज मिळवण्यासाठी वापरात असलेली पवनचक्की. ही वीज विद्युतसंचात साठवली जाते

प्रकार-------

1)पाणी उपसणारी पवनचक्की

2)विद्युत् निर्मिती

पृथ्वीच्या वातावरणामधील वाऱ्‍याच्या रूपातील गतिज ऊर्जेचा यांत्रिक ऊर्जा मिळविण्यासाठी उपयोग करणारे साधन. मानवाने यांत्रिक ऊर्जा मिळविण्याकरिता योजिलेल्या साधनांपैकी पवनचक्की हे एक मूलभूत साधन मानण्यात येते.

इतिहास

वाऱ्‍यातील गतिज ऊर्जेचा नौका चालविण्यासाठी उपयोग केल्याचे उल्लेख ख्रिस्तपूर्व काळातीलही आढळतात पण या ऊर्जेचा जमिनीवर उपयोग करण्याच्या दृष्टीने प्रयत्न झाल्याचे सर्वांत जुने उल्लेख इराणमध्ये इ. स. ६४४ च्या सुमाराचे आढळतात. इराणमधील सीस्तान भागात ९१५ मध्ये पवनचक्कीचा धान्य दळण्यासाठी उपयोग करण्यात येत होता. पाण्याच्या गतिज ऊर्जेचा उपयोग करून पाणी वरच्या पातळीत चढविण्यासाठी वापरण्यात येणाऱ्‍या फिरत्या रहाटगाडग्यासारख्या जलचक्राच्या धर्तीवरच या साधनाची रचना केलेली होती. यात इमारतीच्या छपरातून एका उभ्या लाकडी दंडाचे ( वाशाचे) वरचे टोक बाहेर काढून त्यावर फुलीच्या आकारात चार शिडे आडव्या पातळीत. (त्रिज्येच्या दिशेने) पक्की बसविलेली होती. शिडे सु ३-४ मी. लांब व १ मी. रुंद अशा लाकडी पट्ट्यांच्या चौकटीवर चिवट कापड ठोकून तयार केलेली होती. लाकडी दंडाच्या खालच्या टोकाला दगडी जात्याची बरची तळी पक्की बसविल्याने शिडांतून वारा धुसला की, ती खालच्या तळीतील मध्यभागी असलेल्या खुंटाभोवती फिरू लागे आणि वरच्या तळीतील पाळातून टाकलेले धान्य दळले जाई. या पवनचक्कीत दंतचक्रांचा उपयोग केलेला नव्हता. अशा आडव्या पवनचक्क्यांचा उपयोग क्रिमिया, पश्चिम यूरोप व अमेरिकेतही नंतर थोड्या प्रमाणात करण्यात आला. इराणमधील काही कुशल कारागिरांना चंगीझखान (११६७-१२२७) यांनी चिनला कैदी म्हणून नेऊन तेथे त्यांच्या मार्गदर्शनाखाली शेतीला पाणीपुरवठा करण्यासाठी पवनचक्क्या उभारल्या. या पवनचक्क्यांना सभोवती आधार नव्हता व उपयुक्ततेच्या दृष्टीने त्यात फरकही करण्यात आला होता. चीनमध्ये तेव्हापासून पवनचक्कीचा वापर रूढ झाला.

सर्वांत जुन्या प्रकारच्या उभ्या पवनचक्कीची रचना पेटीसारखी असे (पोस्ट मिल). या प्रकारच्या पवनचक्क्या अद्यापही पहावयास मिळतात. पेटीत दंतचक्रे, दळणाची जाती व इतर यंत्रसामग्री असून तिच्या बाहेरच्या बाजूस शिडे लावलेली असतात. ही पेटी मजबूत पायावर उभ्या केलेल्या एका खांबावर बसविलेली असून हा खांब पेटीच्या दुसऱ्‍या मजल्यावरील एका आडव्या खांबाला जोडलेला असतो. त्यामुळे शिडे वाऱ्‍याच्या दिशेला योग्य रीतीने राहतील अशा प्रकारे पेटी वळविता येते. सामान्यतः खांब व त्याच्या खालील बांधकाम जमिनीच्या वर असते पण काही ठिकाणी ते एखाद्या दगडाच्या राशीत बंदिस्त केलेले असते. खांबाच्या खालील बांधकामाभोवती संरक्षणार्थ गोलाकांर भिंत असते आणि तिच्या आतील बाजूचा कोठीसारखा उपयोग होतो.

 बाराव्या शतकापासून एकोणिसाव्या शतकापर्यंत हॉलंडमध्ये सु. ९,००० पवनचक्क्यांद्वारे विविध प्रकारची कामे करण्यात येत होती. डत तंत्रज्ञांनी तयार केलेली सुधारित पवनचक्की डच पवनचक्की याच नावाने ओळखण्यात येते. वेस्ट इंडीज बेटांमध्ये साखरेच्या कारखाऱ्‍यात ऊस गाळण्यासाठी अनेक पवनचक्क्या उभारणात आलेल्या आहेत.

प्रथमतः खांबाच्या पवनचक्कीची पेटी अथवा मनोरा पवनचक्कीची टोपी जमिनीपर्यंत लांब ठेवलेल्या एका काठीच्या साहाय्याने हातानेच वळविण्याची व्यवस्था होती. त्यांनंतर पवनचक्कीच्या भोवती अनेक खांब उभारून साखळी व रहाटासारख्या योजनेने हे कार्य करण्यात येई. त्यानंतरच्या काळात या कामासाठी काही साध्या स्वयंचलीत योजना कार्यवाहीत आल्या.

पवनचक्कीची शिडे क्षितिजाला ५ ते १५ वरच्या दिशेने कललेल्या एका दंडावर बसविलेली असतात. शिडांची संख्या चार असते, पण मागातून ५, ६ व ८ शिडे असलेल्या पवनचक्क्याही बांधण्यात आल्या. सुरुवातीची शिडे लाकडी चौकटीवर जाड आणि चिवट कापड (सेल क्लॉथ) ताणून बसवून तयार केलेली असत. प्रत्येक शीड पवनचक्की स्थिर ठेवून योग्य स्थितीत आणावे लागे. प्रारंभाची शिडे सपाट असत व ती फिरण्याच्या दिशेशी ठराविक कोन करीत असत. त्यानंतर विमानाच्या प्रचालकाप्रमाणे (पंख्याप्रमाणे) पीळ दिल्यासारखी त्यांची रचना  करण्यात येऊ लागली. १७७२ मध्ये अँड्रयू मिकल या स्कॉटिश तंत्रज्ञांनी कापडाऐवजी बिजागरीयुक्त झडपा वापरलेले शीड शोधून काढले. या झडपा एक संयोग दांडा आणि प्रत्येक शिडावर बसविलेली स्प्रिंग यांच्या साहाय्याने नियंत्रित केल्या जात. प्रत्येक शीड पवनचक्की स्थिर असतानाच जरूरीप्रमाणे योग्य स्थितीत आणावे लागे आणि नंतर मात्र शिडे काही प्रमाणात स्वयंनियंत्रित राहत असत. यानंतर झडपांऐवजी पवनचक्की चालू असतानाच दूरवर्ती नियंत्रणाने गुंडाळता येणाऱ्‍या पडद्यांची योजना करण्यात आली. १८०७ मध्ये बिजागरीयुक्त झडपा वापरलेली व साखळीच्या सहाय्याने दूरवर्ती नियंत्रण करून छत्रीसारखी नियंत्रित करता येणारी पेटंट शिडे विल्यम क्यूबीट यांनी प्रचारात आणली. या प्रकारच्या शिडांचा नंतर डेन्मार्क, जर्मनी व हॉलंड येथेही प्रसार झाला. १८६० साली वा शिडांकरिता गतीनियंत्रणासाठी वायू गतिरोधकाचा (ब्रेकचा) यशस्वी उपयोग करण्यात आला. स्पेन, पोर्तुगाल, ग्रीस, तुर्कस्तान, भूमध्य समुद्रातील बेटे इ. भागात ८ ते १२ त्रिकोणी शिडे वापरण्याची पद्धत आढळून येते. य़ानंतर विमानाच्या बांधणीत वापरण्यात येणाऱ्‍या वातपर्णाच्या वायुयामिकीधर्तीवर विविध प्रकारची शिडे वा पाती तयार करण्यात आली. तसेच साधारण मंद वाऱ्‍यातही पवनचक्कीचे कार्य होऊ शकेल आशा योजना करण्यात आल्या.

पाणी उपसणारी पवनचक्की

नेहमीच्या शिडांच्या ऐवजी एका चक्रावर अनेक लहान पाती बसविलेली आणि पाणी उपसण्याकरिता वापरावयाची पवनचक्की अमेरिकेत १८५४ मध्ये डी. हॅलॅडी यांनी तयार केली आणि अशा प्रकारच्या पोलादाच्या पवनचक्कीचे व्यापारी उत्पादन करण्यास स्टुअर्ट पेरी यांनी १८८३ मध्ये सुरुवात केली. ही पवनचक्की काहीशी अकार्यक्षम असली, तरी स्वस्त व विश्वसनीय असल्यामुळे तिचा लवकरच जगभर प्रसार झाला.

पवनचक्कीत ७ मी. किंवा जास्त उंचीचा पोलादी मनोरा असून त्याच्या डोक्यावर एका आडव्या दंडावर एक पोलादी पातीचक्र घट्ट उभ्या पातळीत बसविलेले असते. सुकाणाच्या साहाय्याने  पातीचक्रांचे तोंड वाऱ्‍याच्या दिशेकडे ठेवले जाते. चक्रातील पात्यांना विशिष्ट कोन दिलेला असतो व त्यामुळे वाऱ्‍याने पात्यांवर आघात करताच चक्र फिरू लागते. पातीचक्राच्या दंडावर मागील बाजूस दोन दंतचक्रिका दुय्यम स्वतंत्र दंडावर घट्ट बसविलेल्या दोन दंतचक्रांशी निगडित केलेल्या असतात. या दोन दंतचक्रांवर भुजादंड बसवून त्याला पंपाचा दांडा जोडतात. विहिरीच्या काठावर बसविलेल्या पंपातील दट्ट्याला दांड्याचे दुसरे टोक जोडलेले असते. चक्राचा व्यास जितका जास्त तितकी जास्त शक्ती निर्माण होते. दर ताशी ३२ किमी. वेगाचा वारा असल्यास २.५ मी. व्यासाचे चक्र ०.५ अश्वशक्ती, तर ३मी. व्यासाचे चक्र १ अश्वशक्ती निर्माण करते

विद्युत् निर्मिती

मोटरगाडीच्या प्रसारमुळे संचायक विद्युत् घटाचा मोठ्या प्रमाणावर उपयोग होऊ लागल्यावर आणि दूरच्या शेतीवाडीवर रोडिओसंच व प्रकाश यांसाठी विद्युत् शक्तीची आवश्यकता भासू लागल्यावर विद्युत् निर्मितीसाठी व्यापारी तत्त्वावर पवनचक्क्यांचे उत्पादन अमेरिकेत सुरू झाले. या पवनचक्क्यांची पाती मंद वाऱ्‍यासाठी १.८–४.५ मी. व्यासाची होती व पाणी उपसणाऱ्‍या पवनचक्कीपेक्षा तिचा सहापट वेग असताना तिच्या दिडपट शक्ती या पवनचक्कीपासून मिळत असे. विद्युत् जनित्राच्या दंडावरच ही पवनचक्की बसविलेली असे व वारा वाहत असताना ६ व्होल्टचा विद्युत् घट भारित होई. जेव्हा वारा वाहत नसे तेव्हा आपोआप विद्युत् संयोग तुटण्याची सोय असे व त्यामुळे वारा पुऱ्‍हा सुरू होताना जनित्राला भार जोडलेला असण्याची आवश्यकता नसे. ४.५ मी. व्यासाची पाती असलेली मोठी संयंत्रे ३२ व्होल्ट जनित्राला जोडलेली असत व त्यांचा उपयोग शेतीवाडीवरील दिव्यांना शक्तीचा पुरवठा करणाऱ्‍या मोठ्या विद्युत् घटांसाठी होत असे. पवनचक्कीत बहुपाती चक्र असल्यास दर ताशी सु. १० किमी. पेक्षा जास्त व द्विपाती चक्र असल्यास दर ताशी सु. १३ किमी. पेक्षा जास्त वेगाचे वारे चक्र फिरवू शकतात. ज्या वाऱ्‍याच्या वेगाने पातीचक्र फिरू लागते तो वेग पात्याच्या कोनावर अवलंबून असतो. मोठ्या प्रमाणावर विद्युत् शक्ती वाहून नेणारे प्रेषण मार्ग प्रचारात आल्यावर या पवनचक्क्या मागे पडल्या.

पहिल्या महायुद्धकाळात यूरोपात व अमेरिकेत प्रयोगान्ती पवनचक्क्यांच्या रचनेत अनेक फेरफार करून निरनिराळ्या पवनचक्क्या तयार करण्यात य़ेऊ लागल्या. बहुपाती अमेरिकन, डच, प्रचालकयुक्त शीघ्र गती व घूर्णकी ( रोटर ) असे पवनचक्क्यांचे मुख्य प्रकार समजले जात.

दुसऱ्‍या महायुद्धातील कोळशाच्या तुटवड्यामुळे अधिक मोठ्या पवनचक्क्या यूरोपात विशेषत्वाने उभारण्यात आल्या. त्यांपैकी अद्यापही काही चालू असून त्यामुळे अधिक प्रायोगिक माहिती उपलब्ध होण्यास मदत होत आहे. डेन्मार्कमध्ये १३मी. व्यासाच्या तीन पात्यांची पवनचक्की ५० किवॉ. प्रत्यावर्ती प्रवाह (उलट सुलट दिशांनी वाहणारा प्रवाह ) जनित्राला जोडण्यात आली होती आणि तिच्या साहाय्याने १९५२-५३ साली ५ महिन्यांत २६,०९२ किवॉ.– तास इतकी शक्ती मिळविण्यात आली. जर्मनीमध्ये स्टटगार्ट येथे ३३.६ मी. व्यासाच्या तीन पात्यांची एक पवनचक्की २१.६ मी. उंचीच्या मनोऱ्‍यावर बसविण्यात आलेली असून ती १०० किवॉ. प्रत्यावर्ती जनित्र चालविते.

खनिज तेलाच्या वाढत्या किंमती व प्रदूषणाची समस्या यांमुळे १९७४ सालानंतर इतर शक्ती उद्गमांचा वापर करण्याच्या दृष्टीने प्रयत्न सुरू झाले. पवनचक्कीच्या पात्यांचे विविध अभिकल्प ( आराखडे), ती तयार करण्यासाठी लागणारे पदार्थ, निरनिराळ्या कामांसाठी व वाऱ्‍याच्या वेगांसाठी अभिकल्पात सुधारणा इ. बाबतींत मोठ्या प्रमाणावर संशोधन सुरू आहे. पवनशक्तीविषयी संशोधन करण्याकरिता हॉलंडमध्ये १९७४ साली एक समिती नेमण्यात आली. तेथील ट्विंड महाविद्यालयाने ५० मी. उंचीच्या पोलादी मनोऱ्‍यावर २७ मी. लांबीच्या पात्यांचे चक्र असलेली १४ मी. से. वेगाच्या वाऱ्‍यावर चालणारी पवनचक्की उभारली आहे. ही पवनचक्की दर वर्षी २ मेगॅवॉट ( ३.६ लक्ष किवॉ.–तास ) वीज निर्माण करू शकेल, अशी तिची रचना केलेली आहे. कील कालव्याच्या उत्तर समुद्राकडील टोकाजवळ १०० मी. व्यासाची पाती असलेली पवनचक्की १०० मी. उंचीच्या मनोऱ्‍यावर उभारण्यात येत असून तिच्याद्वारे २,००० – ३,००० किवॉ.विद्युत् शक्ती मिळू शकेल. 

भारतात समुद्रकिनारी व त्याजवळील घाटमाध्यावर १० किमी./तास पेक्षा जास्त वेगाचे वारे फक्त पावसाळ्यात वाहतात. हिवाळ्यात व उऱ्‍हाळ्यात वाऱ्‍याचा वेग यापेक्षा कमी असतो, तर काही वेळा वाराच नसतो. शेतीला पावसाळ्यापेक्षा उऱ्‍हाळ्यात व हिवाळ्यात पाणी देण्याची जास्त जरूरी असते आणि नेमके त्याच वेळी वारे कमी वेगाचे असल्याने पवनचक्कीचा उपयोग होऊ शकत नाही. तथापि २-३ किमी./तास वेगाचे वारे सर्व ऋतूंत व सर्वत्र उपलब्ध असल्याने त्यांवर कोणत्या प्रकारची पवनचक्की चालू शकेल व त्यासाठी तिच्या रचनेत कोणते बदल करावे लागतील यासंबंधी केंद्रीय शासनातर्के बंगलोर येथे संशोधन करण्यात येत आहे. पात्यांचे वजन कमी करण्यासाठी काचतंतू किंवा ॲल्युमिनियम वापरणे, पात्यांचा कोन व आकार बदलणे, घर्षण कमी करण्यासाठी नायलॉन किंवा स्वयंवंगणी धारवे [⟶ धारवा] वापरणे, संचायक विद्युत् घटात विद्युत् शक्ती साठवून नंतर ती जरूर त्या कामासाठी वापरणे इ. दृष्टींनी संशोधन चालू आहे. बंगलोर येथे पवनचक्क्या तयार करण्याचा एक कारखाना शासनातर्फे चालविण्यात येत असून त्यांची निर्यातही केली जाते.

पवनचक्की ला तीनच ब्लेड का असतात?

कारण ब्लेड उभ्या आहेत की क्षैतिज आहेत यावर अवलंबून उभ्या अक्षातील त्यांचा कोनीय संवेग बदलतो . तीन ब्लेडसह, कोनीय संवेग स्थिर राहतो कारण जेव्हा एक ब्लेड वर असतो तेव्हा इतर दोन एका कोनाकडे निर्देशित करतात. त्यामुळे टर्बाइन सुरळीतपणे वाऱ्यात फिरू शकते.