వాతావరణం దయాదాక్షిణ్యాలపై: గాలి టర్బైన్లు ఎక్కువ కాలం పనిచేసేలా సహాయపడుతున్న పరిశోధకులు

డెన్మార్క్ నుంచి కానరీ దీవుల వరకు ఉన్న విండ్ ఫార్మ్‌లలో టర్బైన్ బ్లేడ్లు ఊహించని శత్రువును ఎదుర్కొంటున్నాయి: వర్షం. వాటి చివరి భాగాల వేగం 360 km/h వరకు చేరగలదు. ఆ వేగంతో తాకే వాన చినుకులు బ్లేడ్ ముందరి అంచును క్రమంగా అరిగించగలవు. స్వచ్ఛమైన విద్యుత్ కోసం యూరప్ గాలి శక్తిపై మరింత ఆధారపడుతున్న సమయంలో, అరిగిన బ్లేడ్లు తక్కువ విద్యుత్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి.

వర్షం ఒక్కటే కారణం కాదు. ఇసుక, వడగళ్లు కూడా బ్లేడ్ల ఉపరితలాలను దెబ్బతీయగలవు. అందుకే అరుగుదల ఎక్కువగా ఎక్కడ సంభవించే అవకాశం ఉందో, దానిని ఎలా పరిమితం చేయవచ్చో అర్థం చేసుకోవడం ముఖ్యం.

స్పెయిన్‌లోని నవారా ప్రాంతం, సర్రిగురెన్‌లో ఉన్న జాతీయ పునరుత్పాదక ఇంధన కేంద్రం (CENER)లో గాలి శక్తి పరిశోధకురాలైన డాక్టర్ బియాట్రిస్ మెండెజ్ లోపెజ్, ఈ సవాలును ఎదుర్కోవడానికి పరిశ్రమతోపాటు విద్యా రంగంలో తనకున్న అనుభవాన్ని ఉపయోగిస్తున్నారు.

ఇంజినీరింగ్, కంప్యూటేషనల్ ఫ్లూయిడ్ మెకానిక్స్‌లో శిక్షణ పొందిన ఆమె, 2011లో CENERలో చేరడానికి ముందు స్పెయిన్ గాలి శక్తి, ఏరోనాటిక్స్ పరిశ్రమల్లో పనిచేశారు. వాతావరణం టర్బైన్ల పనితీరు, మన్నికపై ఎలాంటి ప్రభావం చూపుతుందో పరిశీలిస్తున్న, EU నిధులతో నడిచే AIRE కార్యక్రమానికి ఇప్పుడు ఆమె సమన్వయకర్తగా ఉన్నారు.

ఇది ఎంతో కీలకమైన విషయం. 2025లో EU పునరుత్పాదక విద్యుత్‌లో మూడో వంతుకంటే ఎక్కువ గాలి శక్తి నుంచే వచ్చింది. భవిష్యత్తులో, 2050 నాటికి EU విద్యుత్ డిమాండ్‌లో 40%కంటే ఎక్కువ గాలి శక్తి తీర్చగలదని యూరోపియన్ కమిషన్ అంచనా వేస్తోంది. ఆ లక్ష్యాన్ని చేరుకోవాలంటే వాతావరణంలో మరింత ఎత్తుకు చేరే పెద్ద టర్బైన్లను ఉపయోగించడంతోపాటు, భూమిపైనా సముద్రంలోనూ మరింత సవాలుతో కూడిన ప్రదేశాలను పరిశీలించాల్సి ఉంటుంది.

“EU పునరుత్పాదక ఇంధన లక్ష్యాలను చేరుకోవాలంటే భవిష్యత్తులో మనకు మరింత ఎక్కువ గాలి శక్తి అవసరమవుతుంది” అని మెండెజ్ చెప్పారు. “గాలి టర్బైన్లు సాధ్యమైనంత సమర్థంగా ఉండేలా, వేర్వేరు ప్రదేశాల్లో సమర్థంగా పనిచేసేలా చేయాలి.”

“భవిష్యత్తులో EU పునరుత్పాదక ఇంధన లక్ష్యాలను చేరుకోవాలంటే మనకు మరింత ఎక్కువ గాలి శక్తి అవసరమవుతుంది.” డాక్టర్ బియాట్రిస్ మెండెజ్, AIRE

ఇంధన వనరుల మిశ్రమం దేశానికీ దేశానికీ మారుతుంది. అందువల్ల కొన్ని దేశాల్లో గాలి శక్తికి ఇతర దేశాలకంటే ఎక్కువ ప్రాధాన్యం ఉంటుంది. AIRE బృందంలో భాగమైన ఆస్టా హానెస్‌డాటిర్, రోస్కిల్డేలోని టెక్నికల్ యూనివర్సిటీ ఆఫ్ డెన్మార్క్‌కు చెందిన రిసో ప్రాంగణంలో గాలి, ఇంధన వ్యవస్థలపై పరిశోధిస్తున్నారు. ఈ తేడా ఆమెకు ప్రత్యక్షంగా తెలుసు: ఆమె స్వదేశమైన ఐస్‌లాండ్‌లో జలవిద్యుత్, భూఉష్ణ శక్తి సమృద్ధిగా ఉన్నాయి.

“కానీ జలవిద్యుత్ దాదాపు లేని డెన్మార్క్ వంటి కొన్ని ప్రదేశాల్లో గాలి విద్యుత్ చాలా కీలకం.”

గాలి వేగానికి మించి

అనువైన ప్రదేశాలను ఎంచుకోవడంలో, మరింత సమర్థమైన విండ్ ఫార్మ్‌లను రూపొందించడంలో అభివృద్ధిదారులకు సహాయపడేందుకు AIRE బృందం గాలి వేగాన్ని మాత్రమే కాకుండా ఇతర అంశాలనూ పరిశీలిస్తోంది. ఆధునిక టర్బైన్లు చేరే ఎత్తుల్లో ఉండే వర్షం, ఇసుక, గాలి పరిస్థితులను పరిగణనలోకి తీసుకుంటూ, వాస్తవ పరిస్థితుల్లో టర్బైన్లు ఎలా పనిచేస్తాయో తెలిపే నమూనాలను మెరుగుపరచడానికి పరిశోధకులు విండ్ ఫార్మ్‌ల నుంచి తీసుకున్న కొలతలను ఉపయోగిస్తున్నారు.

బ్లేడ్ల అరుగుదల ఎలా పెరుగుతుందో వారు నమూనాల ద్వారా పరిశీలిస్తున్నారు. దాని వల్ల నిర్వాహకులు ఎంత విద్యుత్‌ను కోల్పోవచ్చో కూడా లెక్కిస్తున్నారు. భారీ వర్షం సమయంలో టర్బైన్ల వేగాన్ని తగ్గించడం వల్ల నష్టాన్ని ఎలా తగ్గించవచ్చో పరిశోధించారు. అదే సమయంలో తీవ్రమైన వాతావరణాన్ని తట్టుకునేలా బ్లేడ్ల ఆకృతులను రూపొందిస్తున్నారు.

“వాస్తవ వాతావరణ పరిస్థితుల్లో గాలి టర్బైన్లు ఎలా పనిచేస్తాయో మరింత మెరుగ్గా అర్థం చేసుకోవడమే ఈ ప్రాజెక్టు లక్ష్యం” అని మెండెజ్ చెప్పారు.

ఈ బృందంలో 6 దేశాలకు చెందిన 11 విశ్వవిద్యాలయాలు, కంపెనీలు, పరిశోధన-ఆవిష్కరణ కేంద్రాలు కలిసి పనిచేస్తున్నాయి. దేశాల సరిహద్దులు దాటి పనిచేయడం వల్ల, డెన్మార్క్, UK నుంచి కానరీ దీవుల వరకు భూమిపైన, సముద్రంలో ఉన్న ప్రదేశాల్లోని విస్తృత పరిస్థితులను పరిశోధకులు పోల్చగలుగుతున్నారు.

వర్షంతో వచ్చే సమస్య

వర్షపాతాన్ని అర్థం చేసుకోవడం ప్రత్యేకంగా సవాలుతో కూడుకున్నది. బృందం భూమి నుంచి సుమారు 3 km ఎత్తు వరకు దానిని కొలిచింది. అక్కడ ఏం కురుస్తోంది, చినుకులు లేదా రేణువులు ఎంత పెద్దగా ఉన్నాయి, అవి ఎంత వేగంగా పడుతున్నాయి అనే విషయాలను నమోదు చేసింది.

“వర్షపాతం ప్రభావాలు సంక్లిష్టంగా ఉంటాయని మేము తెలుసుకున్నాం. ఇంకా అర్థం చేసుకోవాల్సింది చాలా ఉంది” అని మెండెజ్ చెప్పారు. “గాలితో దాని సంబంధం ఎప్పుడూ సూటిగా ఉండదు: వర్షం పడితే బలమైన గాలులు తప్పనిసరిగా ఉంటాయని చెప్పలేం; బలమైన గాలులు ఉంటే వర్షం పడుతుందని కూడా చెప్పలేం. భూభాగం చదునుగా ఉందా, మరింత సంక్లిష్టంగా ఉందా అనేదానిపైనా ప్రభావాలు ఆధారపడతాయి.”

వర్షం ప్రభావాలను కొలవడం, అనుకరించడం కూడా కష్టమేనని హానెస్‌డాటిర్ చెప్పారు. “మేము 2 పరికరాలను పక్కపక్కనే పెట్టినా వేర్వేరు రీడింగులు రావచ్చు. గాలి విషయంలో సాధారణంగా ఇలా కనిపించదు.”

నష్టాన్ని పరిమితం చేయడానికి ఆచరణాత్మక మార్గాలను పరిశోధకులు అన్వేషిస్తున్నారు. అరుగుదల ప్రమాదం ఎక్కువగా ఉండే భారీ వర్షం సమయంలో బ్లేడ్ల వేగాన్ని తగ్గించడం ఒక మార్గం. దీనివల్ల తాత్కాలికంగా తక్కువ విద్యుత్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. అయితే అరుగుదలను తగ్గించడం వల్ల బ్లేడ్లు ఎక్కువ కాలం మన్నడానికి, కాలక్రమంలో వాటి పనితీరు నిలవడానికి తోడ్పడవచ్చు.

వాతావరణం వల్ల కలిగే నష్టాన్ని మరింత సమర్థంగా తట్టుకునేందుకు ఉద్దేశించిన కొత్త బ్లేడ్ ఆకృతులను కూడా బృందం రూపొందించింది.

గాలి విద్యుత్ పరిశ్రమతో కలిసి రూపొందించిన సాధనాలు

AIRE బృందం తన నమూనాలు, డేటాను ఒక ఆన్‌లైన్ సాధనాల సమాహారంలో అందుబాటులోకి తెచ్చింది. ఇది ఇతర పరిశోధకులు, గాలి విద్యుత్ పరిశ్రమ ప్రమాదాలను అంచనా వేయడానికి, టర్బైన్ల రూపకల్పన, నిర్వహణను మెరుగుపరచడానికి తోడ్పడుతుంది.

ఈ వనరుల్లో యూరప్ అంతటా నమూనాల ఆధారంగా అంచనా వేసిన వర్షపు అరుగుదల ప్రమాదాన్ని చూపే బ్లేడ్ అరుగుదల ప్రమాద పటం, వర్షం, ఇసుక వంటి పరిస్థితుల్లో విండ్ ఫార్మ్‌ల ప్రణాళికకు ఉపయోగపడే సాధనం, బ్లేడ్లు అరుగుతున్న కొద్దీ టర్బైన్లు ఎంత విద్యుత్‌ను కోల్పోవచ్చో అంచనా వేసే నమూనాలు ఉన్నాయి.

ఈ సాధనాల సమాహారం ఓపెన్ సోర్స్‌లో ఉంది. అంటే ఎవరైనా దాన్ని ఉపయోగించవచ్చు, తమ అవసరాలకు అనుగుణంగా మార్చుకోవచ్చు.

“గాలి శక్తి విశ్వసనీయతను మెరుగుపరచడానికి పరిశోధకులు, పరిశ్రమ ఉపయోగించగల, ధ్రువీకరించగల, మరింత అభివృద్ధి చేయగల దీర్ఘకాలిక వనరుగా AIRE సాధనాల సమాహారం నిలుస్తుందని ఆశిస్తున్నాం” అని హానెస్‌డాటిర్ చెప్పారు.

“జలవిద్యుత్ దాదాపు లేని డెన్మార్క్ వంటి కొన్ని ప్రదేశాల్లో గాలి విద్యుత్ చాలా కీలకం.” ఆస్టా హానెస్‌డాటిర్, AIRE

సీమెన్స్ గమేసా రెన్యూవబుల్ ఎనర్జీ డెన్మార్క్ విభాగం, స్పెయిన్‌కు చెందిన క్యాపిటల్ ఎనర్జీ, ఫ్రాన్స్‌కు చెందిన ఎంజీ సహా పారిశ్రామిక భాగస్వాములతో సన్నిహితంగా కలిసి ఈ వనరులను అభివృద్ధి చేశారు.

“సాధనాల రూపకల్పన సమయంలో వారు వాటిని పరీక్షించి, అభివృద్ధిదారులకు తమ అభిప్రాయాన్ని పంపారు. ఈ నమూనాల వినియోగం అనిశ్చితిని, ఖర్చులను తగ్గించి, విద్యుత్ ఉత్పత్తిని పెంచాలి. తద్వారా బ్లేడ్ తయారీదారులు, విండ్ ఫార్మ్ నిర్వాహకులు తమ రూపకల్పనలను, కార్యకలాపాలను మెరుగుపరచడానికి సహాయపడాలి” అని మెండెజ్ చెప్పారు.

పరిజ్ఞానాన్ని పంచుకోవడం

గాలి విద్యుత్ ఉత్పత్తి అంచనాలను, టర్బైన్ రూపకల్పనను మెరుగుపరచడానికి జరుగుతున్న విస్తృత యూరోపియన్ ప్రయత్నంలో AIRE పరిశోధన ఒక భాగం. EU నిధులతో నడిచే మరో 2 కార్యక్రమాలు FLOW, MERIDIONAL కూడా ఇందులో ఉన్నాయి. విండ్ ఫార్మ్‌లు ఎంత విద్యుత్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తాయో, అవి ఎలాంటి ఒత్తిళ్లను ఎదుర్కొంటాయో అంచనా వేసే నమూనాలు, పద్ధతులను ఈ కార్యక్రమాల పరిశోధకులు కూడా అభివృద్ధి చేస్తున్నారు.

ఈ 3 బృందాలు కలిసి WindLabకు తోడ్పడ్డాయి. ఇది ఎవరైనా శోధించి, ఉపయోగించగల ఉచిత ప్రవేశం ఉన్న ఆన్‌లైన్ పరిజ్ఞాన, డేటా కేంద్రం. ప్రస్తుతం ఇందులో 27 సంస్థలు అందించిన 1 100కంటే ఎక్కువ డేటాసెట్లు ఉన్నాయి. ఇవి కొలతలు, కంప్యూటర్ అనుకరణల సమాహారాలు.

ఈ డేటాలో గాలి, వర్షం, బ్లేడ్ల స్థితి కొలతల నుంచి వాతావరణానికి సంబంధించిన కంప్యూటర్ అనుకరణల వరకు అన్నీ ఉన్నాయి. భూమిపై, సముద్రంలో ఉన్న టర్బైన్లతోపాటు గాలిపటాలు వంటి గగన వ్యవస్థల సమాచారమూ ఇందులో ఉంది.

గాలి విద్యుత్ ఉత్పత్తిని మరింత కచ్చితంగా అంచనా వేయగలిగేలా, తక్కువ ప్రమాదకరంగా చేయడమే దీర్ఘకాలిక లక్ష్యమని మెండెజ్ భావిస్తున్నారు.

“ఒక ప్రదేశంలో గాలి శక్తి సామర్థ్యం, అక్కడ వాతావరణం వల్ల ఎదురయ్యే సవాళ్లపై మెరుగైన అవగాహనను అందించడం AIRE వారసత్వంగా నిలుస్తుందని ఆశిస్తున్నాం. ఇది భవిష్యత్ ప్రాజెక్టుల ఆర్థిక ప్రమాదాలను తగ్గించడానికి తోడ్పడుతుంది” అని ఆమె చెప్పారు. “మరింత విశ్వసనీయమైన గాలి శక్తి, ఇంధన ధరలను స్థిరీకరించడానికి, పునరుత్పాదక ఇంధన వనరులను వ్యవస్థలో అనుసంధానించడాన్ని సులభతరం చేయడానికి సహాయపడుతుంది.”

హానెస్‌డాటిర్ దృష్టిలో లక్ష్యం స్పష్టంగా ఉంది. “ఆచరణాత్మక ఓపెన్ సోర్స్ సాధనాలను ఉపయోగించి అరుగుదలను ముందే అంచనా వేయవచ్చని, దాన్ని చురుగ్గా నిర్వహించవచ్చని చూపించాలనుకుంటున్నాం.”

టర్బైన్లు మరింత పెద్దవిగా మారి, మరింత సవాలుతో కూడిన ప్రదేశాల్లో ఏర్పాటు అవుతున్న కొద్దీ అవి అనేక రకాల వాతావరణ పరిస్థితులను ఎదుర్కొంటాయి. గాలి, వాతావరణంపై అవగాహనను మెరుగుపరచడం ద్వారా, టర్బైన్లు తాము ఎదుర్కొనే పరిస్థితులను తట్టుకుని, యూరప్ ఆధారపడుతున్న స్వచ్ఛమైన విద్యుత్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తూనే ఉండేందుకు సహాయపడగలమని పరిశోధకులు ఆశిస్తున్నారు.

ఈ వ్యాసంలోని పరిశోధనకు EU హారైజన్ కార్యక్రమం నిధులు అందించింది. ఇంటర్వ్యూ ఇచ్చినవారి అభిప్రాయాలు తప్పనిసరిగా యూరోపియన్ కమిషన్ అభిప్రాయాలను ప్రతిబింబించవు. ఈ వ్యాసం మీకు నచ్చితే, దయచేసి సామాజిక మాధ్యమాల్లో పంచుకోవడాన్ని పరిశీలించండి.