காற்றாலை வடிவமைப்புப் புரிதல்: ஒரு விரிவான வழிகாட்டி

காற்றாலைகள் நவீன புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் அமைப்புகளின் ஒரு மூலக்கல்லாக இருக்கின்றன, காற்றின் சக்தியைப் பயன்படுத்தி மின்சாரத்தை உருவாக்குகின்றன. அவற்றின் வடிவமைப்பு காற்றியக்கவியல் கோட்பாடுகள், இயந்திரப் பொறியியல் மற்றும் மின்சார அமைப்புகளின் ஒரு சிக்கலான இடைவினையாகும். இந்த வழிகாட்டி காற்றாலை வடிவமைப்பின் ஒரு விரிவான கண்ணோட்டத்தை வழங்குகிறது, உலகெங்கிலும் திறமையான மற்றும் நம்பகமான காற்று ஆற்றல் தீர்வுகளை உருவாக்குவதில் உள்ள முக்கிய கூறுகள், வகைகள் மற்றும் பரிசீலனைகளை ஆராய்கிறது.

1. காற்று ஆற்றலின் அடிப்படைகள்

காற்று ஆற்றல் என்பது வளிமண்டலத்தில் இருக்கும் ஒரு இயக்க ஆற்றல் மூலமாகும், இது பூமியின் மேற்பரப்பு வேறுபட்ட வெப்பமடைதல், வளிமண்டல அழுத்த சரிவுகள் மற்றும் பூமியின் சுழற்சி (கோரியோலிஸ் விளைவு) ஆகியவற்றால் ஏற்படும் காற்று இயக்கத்தால் உண்டாகிறது. காற்றாலைகள் இந்த இயக்க ஆற்றலை இயந்திர ஆற்றலாகவும், பின்னர் மின் ஆற்றலாகவும் மாற்றுகின்றன. காற்றிலிருந்து பிரித்தெடுக்கக்கூடிய சக்தியின் அளவு காற்றின் வேகத்தின் கன அளவிற்கு விகிதாசாரமாக உள்ளது, இது தொடர்ந்து அதிக காற்று வேகம் உள்ள பகுதிகளில் டர்பைன்களை அமைப்பதன் முக்கியத்துவத்தை எடுத்துக்காட்டுகிறது.

காற்றில் கிடைக்கும் சக்தியை பின்வரும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி கணக்கிடலாம்:

P = 0.5 * ρ * A * V³

இதில்:

• P = சக்தி (வாட்ஸ்)
• ρ = காற்றின் அடர்த்தி (கிகி/மீ³)
• A = சுழலியால் சுழற்றப்படும் பகுதி (மீ²)
• V = காற்றின் வேகம் (மீ/வி)

இந்த சமன்பாடு ஒரு காற்றாலையின் சக்தி உற்பத்தியை தீர்மானிப்பதில் காற்றின் வேகம் மற்றும் சுழற்றப்படும் பகுதியின் முக்கிய பங்கை அடிக்கோடிட்டுக் காட்டுகிறது. அதிக காற்று வேகம் மற்றும் பெரிய சுழலி விட்டங்கள் கணிசமாக அதிக சக்தி உற்பத்திக்கு வழிவகுக்கின்றன.

2. ஒரு காற்றாலையின் முக்கிய கூறுகள்

ஒரு காற்றாலை பல முக்கிய கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது, ஒவ்வொன்றும் ஆற்றல் மாற்றத்தில் ஒரு முக்கிய பங்கை வகிக்கின்றன:

2.1 சுழலி இறக்கைகள் (Rotor Blades)

சுழலி இறக்கைகள் காற்றுக்கும் டர்பைனுக்கும் இடையிலான முதன்மை இடைமுகமாகும். அவற்றின் காற்றியக்கவியல் வடிவமைப்பு காற்று ஆற்றலை திறமையாகப் பிடிக்க மிகவும் முக்கியமானது. இந்த இறக்கைகள் பொதுவாக கண்ணாடியிழை-வலுவூட்டப்பட்ட பாலிமர்கள், கார்பன் ஃபைபர் கலவைகள் அல்லது மரம்-எபோக்சி லேமினேட்கள் போன்ற இலகுரக, உயர்-வலிமைப் பொருட்களிலிருந்து தயாரிக்கப்படுகின்றன. இறக்கையின் வடிவம் விமான இறக்கைகளில் பயன்படுத்தப்படும் காற்றிதழ் சுயவிவரங்களை அடிப்படையாகக் கொண்டது, இது தூக்கு விசையை உருவாக்கி சுழலியை இயக்க உதவுகிறது. நவீன இறக்கைகள் பெரும்பாலும் வெவ்வேறு காற்று வேகங்களில் செயல்திறனை மேம்படுத்த திருப்பம் மற்றும் சரிவு ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன.

2.2 மையம் (Hub)

மையம் என்பது சுழலியின் மையப் பகுதியாகும், இது இறக்கைகளை பிரதான தண்டுடன் இணைக்கிறது. இது சுருதி கட்டுப்பாட்டு பொறிமுறையைக் கொண்டுள்ளது, இது மாறுபட்ட காற்று நிலைகளுக்கேற்ப தாக்குதல் கோணத்தை மேம்படுத்தவும், அதிக காற்றின் போது சேதத்தைத் தடுக்க இறக்கைகளை இறகு போல மாற்றவும் (காற்றிற்கு இணையாக சுழற்றுதல்) அனுமதிக்கிறது. டர்பைனின் திறமையான மற்றும் பாதுகாப்பான செயல்பாட்டை உறுதி செய்வதில் மையம் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும்.

2.3 நாசெல் (Nacelle)

நாசெல் என்பது கோபுரத்தின் உச்சியில் அமர்ந்திருக்கும் ஒரு கூடு ஆகும், இது ஜெனரேட்டர், பற்சக்கரப் பெட்டி (சில வடிவமைப்புகளில்), பிரதான தண்டு மற்றும் பிற முக்கிய கூறுகளைக் கொண்டுள்ளது. இது இந்த கூறுகளை வெளிப்புறச் சூழலிலிருந்து பாதுகாக்கிறது மற்றும் பராமரிப்பு மற்றும் பழுதுபார்ப்பதற்கான ஒரு தளத்தை வழங்குகிறது. நாசெல் திசைமாற்றி அமைப்பையும் (yaw mechanism) கொண்டுள்ளது, இது டர்பைனை சுழற்றி காற்றின் திசைக்கு ஏற்ப தன்னை சீரமைக்க அனுமதிக்கிறது. நாசெல்லுக்குள் உகந்த இயக்க வெப்பநிலையை பராமரிக்க சரியான சீல் மற்றும் காற்றோட்டம் மிக முக்கியம்.

2.4 ஜெனரேட்டர்

ஜெனரேட்டர் சுழலும் சுழலியிலிருந்து வரும் இயந்திர ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றுகிறது. ஒத்திசைவான ஜெனரேட்டர்கள், ஒத்திசைவற்ற ஜெனரேட்டர்கள் (தூண்டல் ஜெனரேட்டர்கள்) மற்றும் இரட்டை ஊட்ட தூண்டல் ஜெனரேட்டர்கள் (DFIGs) உட்பட பல்வேறு வகையான ஜெனரேட்டர்கள் காற்றாலைகளில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. DFIG-கள் நவீன காற்றாலைகளில் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஏனெனில் அவை பரந்த அளவிலான காற்று வேகத்தில் செயல்படும் திறன் மற்றும் மின் கட்டத்திற்கு எதிர்வினை சக்தி ஆதரவை வழங்கும் திறன் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளன.

2.5 பற்சக்கரப் பெட்டி (Gearbox) (விருப்பத்தேர்வு)

பல காற்றாலைகள், குறிப்பாக தூண்டல் ஜெனரேட்டர்களைக் கொண்டவை, சுழலியின் சுழற்சி வேகத்தை ஜெனரேட்டருக்குத் தேவையான வேகத்திற்கு அதிகரிக்க ஒரு பற்சக்கரப் பெட்டியைப் பயன்படுத்துகின்றன. இருப்பினும், பற்சக்கரப் பெட்டி தேவைப்படாத நேரடி-இயக்க காற்றாலைகள், அவற்றின் அதிக நம்பகத்தன்மை மற்றும் குறைந்த பராமரிப்பு செலவுகள் காரணமாக பெருகிய முறையில் பிரபலமாகி வருகின்றன. நேரடி-இயக்க டர்பைன்கள் குறைந்த வேகத்தில் இயங்கக்கூடிய பெரிய ஜெனரேட்டர்களைப் பயன்படுத்துகின்றன, இதனால் பற்சக்கரப் பெட்டியின் தேவை நீங்குகிறது.

2.6 கோபுரம் (Tower)

கோபுரம் நாசெல் மற்றும் சுழலியைத் தாங்குகிறது, அவற்றை காற்று வேகம் பொதுவாக அதிகமாகவும் சீராகவும் இருக்கும் உயரத்திற்கு உயர்த்துகிறது. கோபுரங்கள் பொதுவாக எஃகு அல்லது கான்கிரீட்டிலிருந்து தயாரிக்கப்படுகின்றன மற்றும் காற்று சுமைகள் மற்றும் டர்பைனின் எடையால் சுமத்தப்படும் குறிப்பிடத்தக்க விசைகளைத் தாங்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன. உயரமான கோபுரங்கள் பொதுவாக அதிக உயரத்தில் காற்றின் வேகம் அதிகரிப்பதால் அதிக ஆற்றல் உற்பத்திக்கு வழிவகுக்கின்றன.

2.7 கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு (Control System)

கட்டுப்பாட்டு அமைப்பு காற்றின் வேகம், காற்றின் திசை, சுழலி வேகம், ஜெனரேட்டர் வெளியீடு மற்றும் வெப்பநிலை உட்பட டர்பைனின் செயல்பாட்டின் அனைத்து அம்சங்களையும் கண்காணித்து கட்டுப்படுத்துகிறது. இது செயல்திறனை மேம்படுத்தவும் பாதுகாப்பான செயல்பாட்டை உறுதி செய்யவும் இறக்கைகளின் சுருதி, நாசெல்லின் திசை மற்றும் பிற அளவுருக்களை சரிசெய்கிறது. கட்டுப்பாட்டு அமைப்பில் அதிவேக பாதுகாப்பு மற்றும் தவறு கண்டறிதல் போன்ற பாதுகாப்பு அம்சங்களும் அடங்கும்.

3. காற்றாலைகளின் வகைகள்

காற்றாலைகளை அவற்றின் சுழலி அச்சின் நோக்குநிலையின் அடிப்படையில் இரண்டு முக்கிய வகைகளாகப் பிரிக்கலாம்:

3.1 கிடைமட்ட-அச்சு காற்றாலைகள் (HAWTs)

HAWTs மிகவும் பொதுவான வகை காற்றாலைகளாகும். அவை தரைக்கு இணையாக ஒரு சுழலி அச்சைக் கொண்டுள்ளன. HAWTs பொதுவாக மூன்று இறக்கைகளைக் கொண்டுள்ளன, இருப்பினும் சில வடிவமைப்புகளில் இரண்டு அல்லது ஒரு இறக்கை கூட உள்ளது. அவை பொதுவாக VAWT-களை விட திறமையானவை, ஏனெனில் அவை காற்றின் திசைக்கு ஏற்ப தங்களை சீரமைக்கும் திறன் மற்றும் அவற்றின் அதிக முனை வேகங்கள். இருப்பினும், HAWT-களுக்கு காற்றைக் கண்காணிக்க ஒரு திசைமாற்றி அமைப்பு தேவைப்படுகிறது மற்றும் பொதுவாக உற்பத்தி மற்றும் பராமரிப்புக்கு மிகவும் சிக்கலானவை மற்றும் விலை உயர்ந்தவை.

3.2 செங்குத்து-அச்சு காற்றாலைகள் (VAWTs)

VAWT-கள் தரைக்கு செங்குத்தாக ஒரு சுழலி அச்சைக் கொண்டுள்ளன. VAWT-களுக்கு காற்றைக் கண்காணிக்க ஒரு திசைமாற்றி அமைப்பு தேவையில்லை, இது அவற்றின் வடிவமைப்பை எளிதாக்குகிறது மற்றும் பராமரிப்பு செலவுகளைக் குறைக்கிறது. அவை கொந்தளிப்பான காற்று நிலைகளிலும் செயல்பட முடியும் மற்றும் பொதுவாக HAWT-களை விட அமைதியானவை. இருப்பினும், VAWT-கள் பொதுவாக HAWT-களை விட குறைந்த திறன் கொண்டவை மற்றும் குறைந்த முனை வேகங்களைக் கொண்டுள்ளன, இதன் விளைவாக குறைந்த சக்தி வெளியீடு ஏற்படுகிறது. இரண்டு பொதுவான வகை VAWT-கள்:

• டாரியஸ் டர்பைன்கள் (Darrieus Turbines): இந்த டர்பைன்கள் முட்டை அடிக்கும் கருவியைப் போன்ற வளைந்த இறக்கைகளைக் கொண்டுள்ளன. அவை ஒப்பீட்டளவில் திறமையானவை ஆனால் தொடங்க ஒரு வெளிப்புற சக்தி மூலம் தேவைப்படுகிறது.
• சவோனியஸ் டர்பைன்கள் (Savonius Turbines): இந்த டர்பைன்கள் S-வடிவ இறக்கைகளைக் கொண்டுள்ளன, அவை இழுவிசை மூலம் காற்று ஆற்றலைப் பிடிக்கின்றன. அவை டாரியஸ் டர்பைன்களை விட குறைந்த திறன் கொண்டவை ஆனால் சுயமாகத் தொடங்கக்கூடியவை மற்றும் பரந்த அளவிலான காற்று நிலைகளில் செயல்பட முடியும்.

4. காற்றியக்கவியல் வடிவமைப்புப் பரிசீலனைகள்

காற்றாலை இறக்கைகளின் காற்றியக்கவியல் வடிவமைப்பு ஆற்றல் பிடிப்பை அதிகரிக்கவும் சத்தத்தைக் குறைக்கவும் மிக முக்கியமானது. வடிவமைப்புச் செயல்பாட்டின் போது பல காரணிகள் கருத்தில் கொள்ளப்படுகின்றன:

4.1 காற்றிதழ் தேர்வு (Airfoil Selection)

இறக்கைகளில் பயன்படுத்தப்படும் காற்றிதழ் சுயவிவரத்தின் வடிவம் அவற்றின் செயல்திறனை கணிசமாக பாதிக்கிறது. அதிக தூக்கு-க்கு-இழுவிசை விகிதங்களைக் கொண்ட காற்றிதழ்கள் பொதுவாக ஆற்றல் பிடிப்பை அதிகரிக்க விரும்பப்படுகின்றன. வெவ்வேறு ஆர நிலைகளில் செயல்திறனை மேம்படுத்த இறக்கையின் நீளத்துடன் வெவ்வேறு காற்றிதழ்கள் பயன்படுத்தப்படலாம்.

4.2 இறக்கை திருப்பம் மற்றும் சரிவு (Blade Twist and Taper)

இறக்கை திருப்பம் என்பது இறக்கையின் நீளத்துடன் காற்றிதழின் தாக்குதல் கோணத்தில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது. சரிவு என்பது இறக்கையின் நீளத்துடன் காற்றிதழின் நாண் நீளத்தில் (அகலம்) ஏற்படும் மாற்றத்தைக் குறிக்கிறது. திருப்பம் மற்றும் சரிவு ஆகியவை வெவ்வேறு ஆர நிலைகளில் தாக்குதல் கோணம் மற்றும் நாண் நீளத்தை மேம்படுத்தப் பயன்படுகின்றன, இதனால் இறக்கை பல்வேறு காற்று வேகங்களில் திறமையாக செயல்படுவதை உறுதி செய்கிறது.

4.3 இறக்கை சுருதி கட்டுப்பாடு (Blade Pitch Control)

இறக்கை சுருதி கட்டுப்பாடு, மாறுபட்ட காற்று நிலைகளில் செயல்திறனை மேம்படுத்த இறக்கைகளின் கோணத்தை சரிசெய்ய அனுமதிக்கிறது. குறைந்த காற்று வேகத்தில், ஆற்றல் பிடிப்பை அதிகரிக்க இறக்கைகள் சுருதி செய்யப்படுகின்றன. அதிக காற்று வேகத்தில், கைப்பற்றப்பட்ட ஆற்றலின் அளவைக் குறைக்கவும், டர்பைனுக்கு சேதம் ஏற்படுவதைத் தடுக்கவும் இறக்கைகள் இறகு போல மாற்றப்படுகின்றன. டர்பைனின் சக்தி வெளியீட்டை ஒழுங்குபடுத்துவதற்கும் அதன் பாதுகாப்பான செயல்பாட்டை உறுதி செய்வதற்கும் சுருதி கட்டுப்பாடு அவசியம்.

4.4 ஸ்தம்பிப்பு ஒழுங்குமுறை (Stall Regulation)

ஸ்தம்பிப்பு ஒழுங்குமுறை என்பது அதிக காற்று வேகத்தில் ஒரு காற்றாலையின் சக்தி வெளியீட்டைக் கட்டுப்படுத்துவதற்கான ஒரு செயலற்ற முறையாகும். காற்றிதழின் தாக்குதல் கோணம் மிக அதிகமாகும்போது ஸ்தம்பிப்பு ஏற்படுகிறது, இதனால் காற்று ஓட்டம் இறக்கையின் மேற்பரப்பில் இருந்து பிரிந்து தூக்கு விசையைக் குறைக்கிறது. சில காற்றாலைகள் அதிக காற்று வேகத்தில் ஸ்தம்பிக்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன, இது கைப்பற்றப்பட்ட ஆற்றலின் அளவைக் குறைக்கிறது மற்றும் டர்பைனுக்கு சேதம் ஏற்படுவதைத் தடுக்கிறது. இருப்பினும், ஸ்தம்பிப்பு ஒழுங்குமுறை சுருதி கட்டுப்பாட்டை விட குறைந்த திறமையானதாக இருக்கலாம் மற்றும் அதிக சத்தத்திற்கு வழிவகுக்கும்.

5. இயந்திரப் பொறியியல் பரிசீலனைகள்

காற்றாலைகளின் இயந்திர வடிவமைப்பு, டர்பைன் கூறுகளின் கட்டமைப்பு ஒருமைப்பாடு மற்றும் நம்பகத்தன்மையை உறுதி செய்வதை உள்ளடக்கியது. வடிவமைப்புச் செயல்பாட்டின் போது பல காரணிகள் கருத்தில் கொள்ளப்படுகின்றன:

5.1 பொருள் தேர்வு (Material Selection)

காற்றாலை கூறுகளில் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்கள் வலிமையானதாகவும், இலகுரகமாகவும், சோர்வு மற்றும் அரிப்பை எதிர்க்கும் தன்மையுடனும் இருக்க வேண்டும். பொதுவான பொருட்கள் எஃகு, அலுமினியம், கண்ணாடியிழை-வலுவூட்டப்பட்ட பாலிமர்கள், கார்பன் ஃபைபர் கலவைகள் மற்றும் மரம்-எபோக்சி லேமினேட்கள் ஆகியவை அடங்கும். பொருளின் தேர்வு குறிப்பிட்ட பயன்பாடு மற்றும் விரும்பிய செயல்திறன் பண்புகளைப் பொறுத்தது.

5.2 கட்டமைப்புப் பகுப்பாய்வு (Structural Analysis)

காற்று, ஈர்ப்பு விசை மற்றும் பிற சக்திகளால் சுமத்தப்படும் சுமைகளை டர்பைன் கூறுகள் தாங்க முடியும் என்பதை உறுதிப்படுத்த கட்டமைப்புப் பகுப்பாய்வு பயன்படுத்தப்படுகிறது. வரையறுக்கப்பட்ட உறுப்பு பகுப்பாய்வு (FEA) என்பது டர்பைனின் கட்டமைப்பு நடத்தையை மாதிரியாக்குவதற்கும் சாத்தியமான அழுத்த செறிவுகளை அடையாளம் காண்பதற்கும் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு பொதுவான கருவியாகும்.

5.3 தாங்கி வடிவமைப்பு (Bearing Design)

தாங்கிகள் சுழலி, பிரதான தண்டு மற்றும் பற்சக்கரப் பெட்டி போன்ற டர்பைனின் சுழலும் கூறுகளை ஆதரிக்கப் பயன்படுகின்றன. அவற்றின் நம்பகத்தன்மை மற்றும் நீண்ட ஆயுளை உறுதி செய்வதில் தாங்கிகளின் வடிவமைப்பு மிக முக்கியமானது. தாங்கிகள் அதிக சுமைகளைத் தாங்கக்கூடியதாகவும், கடுமையான சுற்றுச்சூழல் நிலைகளில் செயல்படக்கூடியதாகவும் இருக்க வேண்டும். தாங்கி செயலிழப்பைத் தடுக்க வழக்கமான உயவு மற்றும் பராமரிப்பு அவசியம்.

5.4 பற்சக்கரப் பெட்டி வடிவமைப்பு (பொருந்தினால்) (Gearbox Design (If Applicable))

ஒரு பற்சக்கரப் பெட்டி பயன்படுத்தப்பட்டால், அதன் செயல்திறன் மற்றும் நம்பகத்தன்மையை உறுதி செய்வதில் அதன் வடிவமைப்பு மிக முக்கியமானது. பற்சக்கரப் பெட்டிகள் அதிக முறுக்குவிசைகளைக் கடத்தக்கூடியதாகவும், அதிக வேகத்தில் செயல்படக்கூடியதாகவும் இருக்க வேண்டும். எண்ணெய் மாற்றங்கள் மற்றும் ஆய்வுகள் உள்ளிட்ட வழக்கமான பராமரிப்பு, பற்சக்கரப் பெட்டி செயலிழப்பைத் தடுக்க அவசியம்.

6. மின் பொறியியல் பரிசீலனைகள்

காற்றாலைகளின் மின் வடிவமைப்பு, சுழலும் சுழலியிலிருந்து இயந்திர ஆற்றலை மின் ஆற்றலாக மாற்றுவதையும், டர்பைனை மின் கட்டத்துடன் இணைப்பதையும் உள்ளடக்கியது. வடிவமைப்புச் செயல்பாட்டின் போது பல காரணிகள் கருத்தில் கொள்ளப்படுகின்றன:

6.1 ஜெனரேட்டர் தேர்வு (Generator Selection)

ஜெனரேட்டரின் தேர்வு டர்பைனின் விரும்பிய செயல்திறன் பண்புகளைப் பொறுத்தது. ஒத்திசைவான ஜெனரேட்டர்கள், ஒத்திசைவற்ற ஜெனரேட்டர்கள் (தூண்டல் ஜெனரேட்டர்கள்) மற்றும் இரட்டை ஊட்ட தூண்டல் ஜெனரேட்டர்கள் (DFIGs) ஆகியவை காற்றாலைகளில் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. DFIG-கள் பரந்த அளவிலான காற்று வேகத்தில் செயல்படும் திறன் மற்றும் மின் கட்டத்திற்கு எதிர்வினை சக்தி ஆதரவை வழங்கும் திறன் ஆகியவற்றால் பெருகிய முறையில் பிரபலமாகி வருகின்றன.

6.2 சக்தி மின்னணுவியல் (Power Electronics)

சக்தி மின்னணுவியல், டர்பைனால் உருவாக்கப்படும் மாறி-அதிர்வெண் ஏசி சக்தியை மின் கட்டத்திற்கு இணக்கமான ஏசி சக்தியாக மாற்றப் பயன்படுகிறது. சக்தி மாற்றிகள் மின் சக்தியின் மின்னழுத்தம், அதிர்வெண் மற்றும் கட்டத்தைக் கட்டுப்படுத்தப் பயன்படுகின்றன. சக்தி மின்னணுவியல் மின்னழுத்த அலைவுகள் மற்றும் பிற மின் தவறுகளுக்கு எதிராக பாதுகாப்பையும் வழங்குகிறது.

6.3 மின் கட்ட இணைப்பு (Grid Connection)

ஒரு காற்றாலையை மின் கட்டத்துடன் இணைப்பதற்கு பயன்பாட்டு நிறுவனத்துடன் கவனமான திட்டமிடல் மற்றும் ஒருங்கிணைப்பு தேவைப்படுகிறது. டர்பைன் மின் கட்டத்தின் ஸ்திரத்தன்மையை சீர்குலைக்காது என்பதை உறுதிப்படுத்த சில தொழில்நுட்ப தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டும். மின் கட்டத்தில் டர்பைனின் தாக்கத்தை மதிப்பிடுவதற்கும் தேவையான மேம்பாடுகள் அல்லது மாற்றங்களை அடையாளம் காண்பதற்கும் மின் கட்ட இணைப்பு ஆய்வுகள் பொதுவாக செய்யப்படுகின்றன.

6.4 எதிர்வினை சக்தி இழப்பீடு (Reactive Power Compensation)

காற்றாலைகள் எதிர்வினை சக்தியை நுகரலாம் அல்லது உருவாக்கலாம், இது மின் கட்டத்தின் மின்னழுத்த ஸ்திரத்தன்மையை பாதிக்கலாம். மின்தேக்கி வங்கிகள் மற்றும் நிலையான VAR ஈடுசெய்யிகள் (SVCs) போன்ற எதிர்வினை சக்தி இழப்பீட்டு சாதனங்கள், மின்னழுத்தத்தை ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய வரம்புகளுக்குள் பராமரிக்கப் பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

7. காற்றாலை அமைவிடம் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பரிசீலனைகள்

ஒரு காற்றாலைக்கு சரியான இடத்தைத் தேர்ந்தெடுப்பது ஆற்றல் உற்பத்தியை அதிகரிப்பதற்கும் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்புகளைக் குறைப்பதற்கும் மிக முக்கியமானது. அமைவிடச் செயல்பாட்டின் போது பல காரணிகள் கருத்தில் கொள்ளப்படுகின்றன:

7.1 காற்று வள மதிப்பீடு (Wind Resource Assessment)

காற்று ஆற்றல் மேம்பாட்டிற்கு ஒரு தளம் பொருத்தமானதா என்பதை தீர்மானிக்க ஒரு முழுமையான காற்று வள மதிப்பீடு அவசியம். காற்று வள மதிப்பீடுகளில், அந்த தளத்தில் உள்ள காற்று வளத்தை வகைப்படுத்த பல ஆண்டுகளாக காற்று வேகம் மற்றும் திசைத் தரவுகளைச் சேகரிப்பது அடங்கும். வானிலை கோபுரங்கள், சோடார் (ஒலி கண்டறிதல் மற்றும் வரம்பு) அல்லது லிடார் (ஒளி கண்டறிதல் மற்றும் வரம்பு) அமைப்புகளைப் பயன்படுத்தி தரவுகளைச் சேகரிக்கலாம்.

7.2 சுற்றுச்சூழல் தாக்க மதிப்பீடு (Environmental Impact Assessment)

ஒரு காற்றாலை கட்டப்படுவதற்கு முன்பு பொதுவாக ஒரு சுற்றுச்சூழல் தாக்க மதிப்பீடு (EIA) தேவைப்படுகிறது. EIA வனவிலங்குகள், தாவரங்கள், நீர் வளங்கள் மற்றும் காற்றின் தரம் ஆகியவற்றில் டர்பைனின் சாத்தியமான தாக்கங்களை மதிப்பிடுகிறது. டர்பைனின் சுற்றுச்சூழல் பாதிப்புகளைக் குறைக்க தணிப்பு நடவடிக்கைகள் தேவைப்படலாம்.

7.3 இரைச்சல் மதிப்பீடு (Noise Assessment)

காற்றாலைகள் இரைச்சலை உருவாக்கக்கூடும், இது அருகிலுள்ள குடியிருப்பாளர்களுக்கு ஒரு கவலையாக இருக்கலாம். டர்பைனின் சாத்தியமான இரைச்சல் தாக்கங்களைத் தீர்மானிக்க ஒரு இரைச்சல் மதிப்பீடு பொதுவாக செய்யப்படுகிறது. இரைச்சல் அளவைக் குறைக்க, டர்பைனுக்கும் குடியிருப்புப் பகுதிகளுக்கும் இடையிலான தூரத்தை அதிகரிப்பது போன்ற தணிப்பு நடவடிக்கைகள் தேவைப்படலாம்.

7.4 காட்சித் தாக்க மதிப்பீடு (Visual Impact Assessment)

காற்றாலைகள் நிலப்பரப்பில் ஒரு காட்சித் தாக்கத்தை ஏற்படுத்தக்கூடும். டர்பைனின் சாத்தியமான காட்சித் தாக்கங்களை மதிப்பிடுவதற்கு ஒரு காட்சித் தாக்க மதிப்பீடு பொதுவாக செய்யப்படுகிறது. காட்சித் தாக்கத்தைக் குறைக்கும் ஒரு இடத்தைத் தேர்ந்தெடுப்பது அல்லது சுற்றுப்புறங்களுடன் கலக்கும் வண்ணத்தில் டர்பைனுக்கு வண்ணம் தீட்டுவது போன்ற தணிப்பு நடவடிக்கைகள் காட்சித் தாக்கத்தைக் குறைக்கத் தேவைப்படலாம்.

7.5 நிழல் மினுமினுப்பு மதிப்பீடு (Shadow Flicker Assessment)

ஒரு காற்றாலையின் சுழலும் இறக்கைகள் அருகிலுள்ள கட்டிடங்கள் மீது நிழல்களை வீசும்போது நிழல் மினுமினுப்பு ஏற்படுகிறது. இந்த கட்டிடங்களில் வசிக்கும் குடியிருப்பாளர்களுக்கு நிழல் மினுமினுப்பு ஒரு தொந்தரவாக இருக்கலாம். டர்பைனின் சாத்தியமான நிழல் மினுமினுப்பு தாக்கங்களைத் தீர்மானிக்க ஒரு நிழல் மினுமினுப்பு மதிப்பீடு பொதுவாக செய்யப்படுகிறது. நிழல் மினுமினுப்பைக் குறைக்க, দিনের சில நேரங்களில் டர்பைனை நிறுத்துவது அல்லது ஜன்னல் உறைகளை நிறுவுவது போன்ற தணிப்பு நடவடிக்கைகள் தேவைப்படலாம்.

8. காற்றாலை தொழில்நுட்பத்தில் உலகளாவிய போக்குகள்

காற்றாலைத் தொழில் தொடர்ந்து வளர்ந்து வருகிறது, செயல்திறன், நம்பகத்தன்மை மற்றும் செலவு-செயல்திறனை மேம்படுத்த புதிய தொழில்நுட்பங்கள் மற்றும் வடிவமைப்புகள் உருவாக்கப்படுகின்றன. காற்றாலை தொழில்நுட்பத்தில் சில முக்கிய போக்குகள் பின்வருமாறு:

8.1 பெரிய டர்பைன் அளவுகள்

காற்றாலைகள் பெருகிய முறையில் பெரியதாகி வருகின்றன, சுழலி விட்டங்கள் 200 மீட்டருக்கு மேல் மற்றும் சக்தி மதிப்பீடுகள் 10 மெகாவாட்டைத் தாண்டுகின்றன. பெரிய டர்பைன்கள் அதிக காற்று ஆற்றலைப் பிடிக்க முடியும் மற்றும் ஒரு கிலோவாட்-மணிநேர மின்சாரத்தின் விலையைக் குறைக்க முடியும்.

8.2 நேரடி-இயக்க டர்பைன்கள் (Direct-Drive Turbines)

பற்சக்கரப் பெட்டி தேவைப்படாத நேரடி-இயக்க டர்பைன்கள், அவற்றின் அதிக நம்பகத்தன்மை மற்றும் குறைந்த பராமரிப்பு செலவுகள் காரணமாக பெருகிய முறையில் பிரபலமாகி வருகின்றன. நேரடி-இயக்க டர்பைன்கள் குறைந்த வேகத்தில் இயங்கக்கூடிய பெரிய ஜெனரேட்டர்களைப் பயன்படுத்துகின்றன, இதனால் பற்சக்கரப் பெட்டியின் தேவை நீங்குகிறது.

8.3 கடல் காற்றாலைகள் (Offshore Wind Turbines)

கடல் காற்றாலைகள் பெருகிய எண்ணிக்கையில் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஏனெனில் அவை நிலப்பரப்பு டர்பைன்களை விட வலுவான மற்றும் சீரான காற்றை அணுக முடியும். கடல் காற்றாலைகள் பொதுவாக கடுமையான கடல் சூழலைத் தாங்குவதற்காக நிலப்பரப்பு டர்பைன்களை விட பெரியதாகவும் வலுவானதாகவும் இருக்கும்.

8.4 மிதக்கும் காற்றாலைகள் (Floating Wind Turbines)

நிலையான-அடி டர்பைன்கள் சாத்தியமில்லாத ஆழமான நீரில் காற்று ஆற்றல் மேம்பாட்டை செயல்படுத்த மிதக்கும் காற்றாலைகள் உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன. மிதக்கும் காற்றாலைகள் கடற்படுக்கையில் நங்கூரமிடப்பட்டுள்ளன மற்றும் பல நூறு மீட்டர் வரை நீர் ஆழத்தில் பயன்படுத்தப்படலாம்.

8.5 மேம்பட்ட இறக்கை வடிவமைப்புகள் (Advanced Blade Designs)

ஆற்றல் பிடிப்பை மேம்படுத்தவும் இரைச்சலைக் குறைக்கவும் மேம்பட்ட இறக்கை வடிவமைப்புகள் உருவாக்கப்பட்டு வருகின்றன. இந்த வடிவமைப்புகளில் இரம்பப் பற்கள் போன்ற பின் விளிம்புகள், சுழல் ஜெனரேட்டர்கள் மற்றும் செயலில் உள்ள ஓட்டக் கட்டுப்பாட்டு சாதனங்கள் போன்ற அம்சங்கள் உள்ளன.

9. காற்றாலை வடிவமைப்பின் எதிர்காலம்

காற்றாலை வடிவமைப்பின் எதிர்காலம் காற்று ஆற்றலின் விலையை மேலும் குறைப்பதற்கும், மின் கட்டத்தில் அதன் ஒருங்கிணைப்பை மேம்படுத்துவதற்கும் உள்ள தேவையால் இயக்கப்படும். எதிர்கால ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாட்டிற்கான சில முக்கிய கவனம் செலுத்தும் பகுதிகள் பின்வருமாறு:

• மேம்பட்ட பொருட்கள்: வலுவான, இலகுவான மற்றும் அதிக நீடித்த புதிய பொருட்களை உருவாக்குவது பெரிய மற்றும் திறமையான காற்றாலைகளின் வடிவமைப்பை செயல்படுத்தும்.
• ஸ்மார்ட் இறக்கைகள்: தங்கள் வடிவம் மற்றும் செயல்திறனை மாறும் வகையில் சரிசெய்யக்கூடிய சென்சார்கள் மற்றும் ஆக்சுவேட்டர்களைக் கொண்ட இறக்கைகளை உருவாக்குவது ஆற்றல் பிடிப்பை மேம்படுத்தி இரைச்சலைக் குறைக்கும்.
• மேம்படுத்தப்பட்ட கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகள்: காற்றாலைக்கும் மின் கட்டத்திற்கும் இடையிலான தொடர்பை சிறப்பாக நிர்வகிக்கக்கூடிய மேலும் அதிநவீன கட்டுப்பாட்டு அமைப்புகளை உருவாக்குவது மின் கட்டத்தின் ஸ்திரத்தன்மை மற்றும் நம்பகத்தன்மையை மேம்படுத்தும்.
• தரப்படுத்தல்: காற்றாலை கூறுகள் மற்றும் வடிவமைப்புகளின் அதிக தரப்படுத்தல் உற்பத்தி செலவுகளைக் குறைக்கும் மற்றும் விநியோகச் சங்கிலி செயல்திறனை மேம்படுத்தும்.
• வாழ்க்கைச் சுழற்சி மதிப்பீடு: வடிவமைப்புச் செயல்பாட்டில் வாழ்க்கைச் சுழற்சி மதிப்பீட்டை இணைப்பது காற்றாலைகளின் முழு ஆயுட்காலம் முழுவதும் அவற்றின் சுற்றுச்சூழல் தாக்கத்தைக் குறைக்கும்.

காற்றாலை தொழில்நுட்பம் ஒரு நிலையான ஆற்றல் எதிர்காலத்திற்கான உலகளாவிய மாற்றத்தில் ஒரு முக்கிய பங்கைக் கொண்டுள்ளது. காற்றாலை வடிவமைப்பின் கொள்கைகளைப் புரிந்துகொள்வதன் மூலம், உலகளவில் மிகவும் திறமையான, நம்பகமான மற்றும் செலவு குறைந்த காற்று ஆற்றல் தீர்வுகளின் வளர்ச்சி மற்றும் வரிசைப்படுத்தலுக்கு நாம் பங்களிக்க முடியும்.

10. உலகெங்கிலும் உள்ள காற்றாலைத் திட்டங்களின் வழக்கு ஆய்வுகள்

நிஜ உலக காற்றாலைத் திட்டங்களை ஆராய்வது வடிவமைப்பு கொள்கைகளின் நடைமுறைப் பயன்பாடு மற்றும் வெவ்வேறு சூழல்களில் ఎదుర్కొள்ளப்பட்ட சவால்கள் மற்றும் வெற்றிகள் பற்றிய மதிப்புமிக்க நுண்ணறிவுகளை வழங்குகிறது. இங்கே சில எடுத்துக்காட்டுகள்:

10.1 ஹார்ன்சீ காற்றாலைப் பண்ணை (ஐக்கிய இராச்சியம்)

ஹார்ன்சீ உலகின் மிகப்பெரிய கடல் காற்றாலைப் பண்ணைகளில் ஒன்றாகும், இது கடல் காற்று ஆற்றலின் அளவையும் திறனையும் காட்டுகிறது. அதன் டர்பைன்கள் கரையிலிருந்து வெகு தொலைவில் அமைந்துள்ளன, வலுவான மற்றும் சீரான காற்றைப் பயன்படுத்துகின்றன. இந்தத் திட்டம் கடல் டர்பைன் தொழில்நுட்பத்தில் ஏற்பட்டுள்ள முன்னேற்றங்களையும், பெரிய அளவிலான வரிசைப்படுத்தலுக்குத் தேவையான உள்கட்டமைப்பையும் எடுத்துக்காட்டுகிறது.

10.2 கான்சு காற்றாலைப் பண்ணை (சீனா)

கான்சு காற்றாலைப் பண்ணை, ஜியுகுவான் காற்று சக்தி தளம் என்றும் அழைக்கப்படுகிறது, இது உலகின் மிகப்பெரிய நிலப்பரப்பு காற்றாலைப் பண்ணைகளில் ஒன்றாகும். இந்தத் திட்டம் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலுக்கான சீனாவின் அர்ப்பணிப்பையும், தொலைதூர மற்றும் வறண்ட பகுதிகளில் பெரிய அளவிலான காற்றாலைப் பண்ணைகளை உருவாக்குவதில் உள்ள சவால்களையும் நிரூபிக்கிறது. பரந்த அளவிலான திட்டம் அதிநவீன மின் கட்ட ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் மேலாண்மை உத்திகளைக் கோருகிறது.

10.3 துர்கானா ஏரி காற்று சக்தித் திட்டம் (கென்யா)

துர்கானா ஏரி காற்று சக்தித் திட்டம் ஆப்பிரிக்காவில் ஒரு குறிப்பிடத்தக்க புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் திட்டமாகும். இந்தத் திட்டம் கென்யாவின் மின்சாரத் தேவைகளின் கணிசமான பகுதியை வழங்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. அதன் வடிவமைப்பு தனித்துவமான சுற்றுச்சூழல் நிலைமைகள் மற்றும் உள்ளூர் சமூகங்கள் மற்றும் வனவிலங்குகள் மீதான தாக்கத்தைக் குறைக்கும் தேவையை கருத்தில் கொண்டது.

10.4 டெஹாசாபி பாஸ் காற்றாலைப் பண்ணை (அமெரிக்கா)

டெஹாசாபி பாஸ் காற்றாலைப் பண்ணை அமெரிக்காவின் பழமையான மற்றும் மிகப்பெரிய காற்றாலைப் பண்ணைகளில் ஒன்றாகும். இந்தத் திட்டம் காற்று ஆற்றலின் நீண்டகால நம்பகத்தன்மையையும், வயதான காற்றாலை உள்கட்டமைப்பை பராமரிப்பதிலும் மேம்படுத்துவதிலும் உள்ள சவால்களையும் நிரூபிக்கிறது. இது நம்பகமான மின்சார விநியோகத்திற்கான மின் கட்ட இணைப்பு மற்றும் ஆற்றல் சேமிப்பின் முக்கியத்துவத்தையும் எடுத்துக்காட்டுகிறது.

11. முடிவுரை

காற்றாலை வடிவமைப்பு ஒரு மாறும் மற்றும் பன்முகத் துறையாகும், இது காற்றியக்கவியல், இயந்திரப் பொறியியல், மின் பொறியியல் மற்றும் சுற்றுச்சூழல் பரிசீலனைகளை உள்ளடக்கியது. உலகம் ஒரு நிலையான ஆற்றல் எதிர்காலத்திற்கு மாறும்போது, காற்று ஆற்றல் பெருகிய முறையில் ஒரு முக்கிய பங்கைக் வகிக்கும். காற்றாலை தொழில்நுட்பத்தை தொடர்ந்து மேம்படுத்துவதன் மூலமும், மின் கட்டத்தில் அதன் ஒருங்கிணைப்பை மேம்படுத்துவதன் மூலமும், தூய்மையான மற்றும் நிலையான உலகிற்கு சக்தி அளிக்க காற்று ஆற்றலின் முழு திறனையும் நாம் திறக்க முடியும்.