අනාගතයේ එළි දකින පෙති නැති සුළං ටර්බයින

මන්නාරම, පුත්තලම එහෙමත් නැත්තම් නුවරඑළිය පැත්තේ යද්දී සුලබ දර්ශනයක් වන්නේ අහස උසට නැගී සිටින සුළං ටර්බයින එක යායට පිහිටා තිබීම. ලංකාවේ පමණක් නොව ලෝකයේ සෑම රටක ම සුළං ටර්බයිනවල තිබෙන්නේ බොහෝ දුරට එකම ස්වරූපයක්; යෝධ පෙති තුනක් ඉතා උස කණුවකට සවි කර ඒවා සුළඟට කරකැවෙන අයුරින් තිබෙනු දැකගත හැකියි. පුනර්ජනනීය බලශක්තියක් ලෙස ජලයට පසු සුළං බලය ඉදිරියෙන් ම පැවතියත් මෙම සාම්ප්‍රදායික සුළං ටර්බයින සෑම අතින් ම අංගසම්පුර්ණ නැහැ. මේ නිසා දැන් දැන් වෙනත් ක්‍රමවලින් සුළං බලය ලබාගන්න සැලසුම් සකස් වෙනවා. ඒ පිළිබඳවයි මේ ලිපිය.

සාම්ප්‍රදායික සුළං ටර්බයිනවල අඩු පාඩු

සුළං ටර්බයිනයක කුළුණ සාමාන්‍යයෙන් මීටර 70ක් පමණ උසකින් යුක්තයි. එක තටුවක දිග කුළුණේ උසෙන් අර්ධයක්. එනම් මීටර 35ක් පමණ වෙනවා. ටර්බයිනයක මුළු උස ඒ අනුව මීටර 100කට වැඩියි. ඇතැම් සුළං ටර්බයින මීටර 250 ක් පමණ උස වන අවස්ථාත් පවතිනවා. කෙසේවෙතත් මෙවැනි දැවැන්ත ඉදිකිරීමක් සිදු කිරීම ලේසි පහසු කටයුත්තක් නොවේ. මීටර 100ක් පමණ උස සුළං ටර්බයිනය සිටුවන ස්ථානයේ පාදම සඳහා කොන්ක්‍රීට් මෙට්‍රික් ටොන් 350 – 500 ක් පමණ අවශ්‍ය වනවා. මෙම පාදම අඩි 30-50 ක් පමණ ගැඹුරෙන් යුක්තයි. ඒ සඳහා යකඩ කම්බි ටොන් 200 කට වැඩි ප්‍රමාණයක් ද අවශ්‍ය වනවා. ඉන්පසු නිපදවෙන විදුලිය රැගෙන යාමට කේබල් ඇදිය යුතු අතර කුළුණ සහ තටු කොටස් වශයෙන් සවි කෙරෙන්නේ ඉන් අනතුරුවයි. සවි කිරීමට පෙර වෙන වෙනම වට මිලියන ගණනක් සඳහා ඒවායේ නම්‍යශීලිතාව සහ දෘඩභාවය ද පරික්ෂා කළ යුතු වනවා. ඒවා සිටුවන ස්ථානය දක්වා ප්‍රවාහණය ද ඉතා වෙහෙසකර කටයුත්තක්. මීටර 35-50 ක් පමණ දිගැති එක් තටුවක් වංගු සහිත මාර්ගවලින් ප්‍රවාහනය කිරීම අපට නම් සිතන්නටවත් නොහැකි කාරණයක් බව අමුතුවෙන් කිවයුතු නැහැ.

දොඹකර ආධාරයෙන් දින ගණනක් තිස්සේ සුළං ටර්බයිනයේ කුළුණු කොටස් සහ තටු සවිකිරීම ඉන් පසු සිදුකෙරෙනවා. අවසානයේ ටොන් 50 කට වැඩි බරකින් යුත් ගියර් පද්ධතිය සහ ජෙනරේටරය කුළුණ මුදුනේ සවි වනවා. ඉදිකිරීම් අවසන් වුවත් නැවත වසරකට දෙවතාවක් පමණ මෙම ටර්බයින නඩත්තු කිරීම සඳහාත් ශ්‍රමය සහ මුදල් වැය කළ යුතුයි. සාමාන්‍යයෙන් මෙගාවොට් 2.5ක විදුලියක් නිෂ්පාදනය කළ හැකි සුළං ටර්බයිනයක් සඳහා අමෙරිකානු ඩොලර් මිලියන 1.5 ක් පමණ වැය වන බවයි කියවෙන්නේ. අධික වියදම් සහ ශ්‍රමය පිළිබඳ ව සැලකීමේදී සම්ප්‍රදායික සුළං විදුලි බලාගාර වඩා හොඳ විසඳුමක් ලබා නොදෙන බව ඒ අනුව පැහැදිලියි.

සුළං බලය පරිසර හිතකාමී බලශක්ති ප්‍රභවයක් වුවත් සුවිසල් සුළං ටර්බයිනයකින් සැලකිය යුතු තරමේ ශබ්ද දුෂණයක් සිදුවනවා. ඇතැම් අවස්ථාවල සුළඟේ දිශාව අනුව මීටර 500 ක් පමණ දුරකටත් ඩෙසිබල් 35- 40 ක පමණ ශබ්දයක් ඇසිය හැකියි. මීටර 250 ක් පමණ දුරකදී එම ශබ්දය ඩෙසිබල් 60 ක් පමණ දක්වා වැඩි වනවා. මේ නිසා සුළං බලාගාර බොහෝදුරට ඉදිකෙරෙන්නේ මිනිස් වාසස්ථානවලට මීටර 500 ක් වත් දුරකින් විය යුතුයි. ශබ්ද දුෂණයට අමතරව මේවා මඟින් වනජිවීන්ට ද තර්ජනයක් පවතිනවා. විශේෂයෙන් කුරුල්ලන් සහ වවුලන් වැනි සතුන් මේවායේ ගැටීම ඊට හේතුවයි. සාමාන්‍යයෙන් එම සතුන් මිනිසාගේ වෙනත් උස ගොඩනැගිලි නිසා ද අනතුරට ලක්ව මිය යනවා. උදාහරණයක් ලෙස දුරකථන සංඥා කුළුණු නිසා මිය යන කුරුල්ලන් ප්‍රමාණය සැලකීමේදී සුළං ටර්බයින නිසා මිය යන කුරුල්ලන් ප්‍රමාණය සාපේක්ෂව අඩු අගයක්. කෙසේ වෙතත් කුරුලු සහ වවුල් ගහණය සඳහා සම්ප්‍රදායික සුළං ටර්බයින සැලකිය යුතු බලපෑමක් සිදු කරන බව මෙහිදී සඳහන් කළ යුතුයි. වසරකට සුළං ටර්බයින නිසා මිය යන කුරුල්ලන් ගණන ලක්ෂ 2ක් පමණ වන බවයි පැවසෙන්නේ.

නවීන සුළං ටර්බයින සුළඟේ දිශාවත් සමඟ තම දිශාව ද සකස් කරගෙන උපරිම විදුලි බලයක් ජනනය කිරීම සඳහා සමත්කම් දැක්වුවත් ඒවායේ කාර්යක්ෂමතාව 40% සීමාව ඉක්මවා යන්නේ ඉතාමත් කලාතුරකින්. Betz’s සීමාවට අනුව විද්‍යාත්මකව එම අගය කිසිසේත් 59.3% සීමාව ද ඉක්මවා යන්නේ නැහැ. සමහර කාලවලදී ටර්බයිනය ඉදිකර ඇති ප්‍රදේශයේ සුළං හැමීමක් සිදු නොවීමටත් ඉඩ තිබෙනවා. මේ නිසා සුළං ටර්බයින විශ්වාසය තැබිය හැකි (reliable) ක්‍රමවේදයක් ලෙස සැලකෙන්නේ ද නැහැ. සුළං ටර්බයිනයක ආයු කාලය ද වසර 20-25ක් පමණ වෙනවා. ආයු කාලය නිම වූ කාබන් ෆයිබර් සහ ෆයිබර් ග්ලාස් සුළං ටර්බයිනවල දැවැන්ත කොටස් ප්‍රතිචක්‍රීකරණය කිරීමටද නොහැකියි. ඒවා පොළොවේ විශාල ඉඩක තැන්පත් කිරීමටත් ඒ අනුව සිදු වනවා. අධික මුලික වියදමක් සහ නඩත්තු වියදමකින් ඉහත අවාසිවලට මුහුණ දීමට සිදුවීම සාම්ප්‍රදායික සුළං ටර්බයින වෙනුවට වෙනත් විකල්ප සඳහා පර්යේෂකයන් මේ වන විට යොමු කර තිබෙනවා.

EWICON තාක්ෂණය සහ SWET තාක්ෂණය

EWICON යනු කෙටියෙන් Electrostatic Wind Energy Converter යන්නයි. මෙහිදී සිදු වන්නේ තටු හෝ වෙනත් කිසිදු සෙලවෙන කොටසක් යොද නොගෙන සුළං බලයෙන් විදුලිය නිෂ්පාදනය කිරීමක්. සාම්ප්‍රදායික සුළං ටර්බයින මඟින් සුළඟේ චාලක ශක්තිය ටර්බයිනයේ යාන්ත්‍රික ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කර ඉන්පසු එය විද්‍යුත් ශක්තිය බවට පරිවර්තනය කරනවා. නමුත් EWICON තාක්ෂණයේදී අතරමැදි යාන්ත්‍රික ශක්තිය වෙනුවට සුළඟේ චාලක ශක්තිය සෘජුව ම විද්‍යුත් ශක්තිය බවට පෙරළනවා. සුළඟ මඟින් විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක් හරහා විරුද්ධ දිශාවට ආරෝපණ ගමන් කිරීමට සැලැස්වීම මෙම තාක්ෂණයේදී සිදුවනවා. ධන ආරෝපණයක් ගමන් කිරීමට නැඹුරු වන්නේ විද්‍යුත් ක්ෂේත්‍රයක සෘණ අග්‍රය දෙසට වුවත් සුළඟේ දිශාව මඟින් එම ආරෝපණය හැකිතාක් ධන අග්‍රයට යොමු කරනවා. එවිට එම ආරෝපණය මත විශාල විභවයක් නිර්මාණය වනවා. මෙය ධන අග්‍රය හරහා ලබාගෙන විද්‍යුතය ලෙස පරිභෝජනය කළ හැකියි.

2013 දී හඳුන්වා දුන් EWICON තාක්ෂණයේදී ආරෝපණ ලබාදෙන්නේ ඉතා කුඩා ජල බිඳිතිවලටයි. ධන ආරෝපිත ජල බිඳිති සුළං දිශාව ඔස්සේ පරිවාරක එකතුකරණයක් (collector) දෙසට ගමන් කිරීමට සලස්වන අතර එවිට එකතුකරණයේ විභවය ඉහළ යනවා. එය විද්‍යුතය ලෙස ලබාගැනීමට හැකි බවයි පර්යේෂකයන් පෙන්වා දුන්නේ. එකතුකරණය යනු රාමුවක සවි කළ දැලක් වැනි උපකරණයක් වන අතර මේවා කාර්යබහුල නගර මධ්‍යයක වුව ද සවිකළ හැකියි. කිසිදු චලනය වන කොටසක් නොමැති වීම නිසා අනාරක්ෂිත බවක් ඇත්තේ නැහැ. පර්යේෂකයන් එවැනි උපකරණයක ආදර්ශකයක් නෙදර්ලන්තයේ ඩෙල්ෆ්ට් තාක්ෂණික විශ්වවිද්‍යාලයේ සවිකර තිබෙනවා.

EWICON හි ප්‍රධාන ම ගැටලුව වන්නේ ඒ සඳහා ජල සැපයුමක් අවශ්‍ය වීමයි. මේ නිසා ජලය නොමැති ප්‍රදේශවල හෝ උෂ්ණත්වය සෘණ අගයන් පවතින ප්‍රදේශවලට මෙම තාක්ෂණය සුදුසු වන්නේ නැහැ. අනෙක් ප්‍රදේශවලදීත් මේ සඳහා ජල සැපයුමක් ලබාදීම අමතර වෙහෙසක් දැරීමට සිදුවන කාරණයක් නිසා මෙම සංකල්පයේ ම දිගුවක් වශයෙන් 2018 දී SWET තාක්ෂණය හඳුන්වා දෙනවා. SWET යනු Solid-state Wind Energy Transformer සඳහා වන කෙටි යෙදුමයි. මෙය මුල්වරට පරික්ෂා කිරීම සඳහා පර්යේෂකයන් භාවිත කර තිබුණේ මීටර 8.5 ක් උසින් යුත් දැව කඳන් දෙකක් මීටර 8ක පරතරයෙන් තබා ඒ අතර සමාන පරතරවලින් ඇලුමිනියම් කම්බි 55ක් ඇද සැකසු ඇටවුමකි. මේ ඇලුමිනියම් කම්බියක ඝනකම මිලිමීටර 1.14ක් වන අතර එකක් හැර එකක් මත කුඩා කාබන් ෆයිබර් අංශු සවිකර ඇත. කාබන් ෆයිබර් අංශු ගෝලාකාර ඒවා වන අතර ඒවායේ විෂ්කම්භය මයික්‍රෝ මීටර 7ක් පමණ වනවා. එක් කම්බියක මෙවැනි අංශු කිහිපයක් එකිනෙකට සෙන්ටිමීටර 15ක පරතරයෙන් සවිකර තිබෙනවා.

කාබන් ෆයිබර් අංශු සහිත කම්බි ඔස්සේ ඉතා කුඩා සෘණ විද්‍යුත් ධාරාවක් මෙහිදී ගමන් කිරීමට සලස්වනවා. එවිට කාබන් ෆයිබර් අංශුවල කොරෝනා විසර්ජනයක් සිදුවී සෘණ අයණ වායුගෝලයට මුදාහරෙනවා. ඒවා සුළං ප්‍රවාහය ඔස්සේ ගමන් කිරීමට සැලැස්වුවහොත් කම්බි ඇටවුමට ධන විභවයක් ලැබෙනවා. එය විද්‍යුතය වශයෙන් එකතු කර ගත හැකියි. විශාල විද්‍යුත් බලයක් ලබාගැනීමට නම් කම්බි විශාල ප්‍රමාණයක් යොදා සකස් කළ දැවැන්ත ඉදිකිරීමක් අවශ්‍ය වනවා. නෙදර්ලන්තේ SWET තාක්ෂණයෙන් විදුලිය ලබාගැනීම සඳහා විශාල ගොඩනැගිල්ලක් ඉදිකිරීමට දැනටමත් සැලසුම් කර තිබෙනවා. එය උසින් මීටර 160-180 ක් පමණ වන බවයි පැවසෙන්නේ. මෙවැනි ඉදිකිරීමකින් විදුලිය ලබාගැනීමට අමතරව එහි සුර්ය පැනල සවි කිරීමටත්, වැසි ජලය එක් රැස් කිරීමටත් සහ සංචාරක ගොඩනැගිල්ලක් ලෙස වැඩි දියුණු කිරීමටත් අදහස් පළ වී තිබෙනවා.

සුළි වායු ධාරාවලින් විදුලිය නිපදවන “ස්කයිබ්‍රේටර්”

ස්පාඤ්ඤ සමාගමක් වන Vortex Bladeless සමාගම අමුතු ම ආකාරයේ උපකරණයකින් සුළං බලය ලබාගැනීමට සැලසුම් කර තිබෙනවා. ඔවුන්ගේ උපකරණය නම් කර තිබෙන්නේ Vortex Induced Vibration Resonant Wind Generator නොහොත් Skybrator ලෙසයි.

යම් වස්තුවක් හරහා සුළං ප්‍රවාහයක් ගමන් කිරීමේදී සුළං පැමිණෙන දිශාවට විරුද්ධ දිශාවෙන් කැළඹිලි වායු ධාරාවක් (Turbulent Flow) හටගන්නවා. ඒවා බොහෝ විට සුළි ආකාරයක් ගන්නා අතර මෙය සුළි පිටවීමක් (Vortex Shedding) ලෙස හඳුන්වනු ලබනවා. ඒ සමඟ වස්තුවත් චලනය වන්නේ නම් සුළි සකස් වීම සිදුවන්නේ එක්තරා රටාවකටයි. ඒ අනුව වස්තුවේ චලනය ද තවදුරටත් වැඩිවනවා. උස ගොඩනැගිලි සහ පාලම් ආදිය ඉදිකිරීමේදී මෙම සංසිද්ධිය ඇති නොවීමට වග බලා ගැනෙනවා. නැතහොත් සුළි නිසා ඇති කෙරෙන වස්තුවේ චලනයේ සංඛ්‍යාතය යම් මොහොතක වස්තුවේ ස්වභාවික සංඛ්‍යාතයට සමාන වුවහොත් අධික විස්තාරයක් දක්වමින් චලනය වී අවසානයේ ඉදිකිරීම ද කැඩී යා හැකියි. මෙසේ බාහිර සංඛ්‍යාතය ස්වභාවික සංඛ්‍යාතයට සමාන වීම හඳුන්වන්නේ අනුනාදය (Resonance) ලෙසයි.

Vortex Bladeless සමාගම තම නිර්මාණය අනුනාදයට ලක්වීමට ඉඩ හැර උපරිම විස්තාරයක චලනයක් ලබාගැනීම සඳහා සකස් කර තිබෙනවා. ඒ සඳහා ඔවුන් කොටස් දෙකකින් සමන්විත කුඩා කුලුණක් වැනි උපකරණයක් පොළොවේ සවි කරනවා. මෙහි පාදම කොටස ස්ථිර ලෙස පොළොවට සවිකර තිබෙන අතර ඉහළ කොටස සුළං ප්‍රවාහය ඔස්සේ කම්පනය වීමටයි සකස් කර ඇත්තේ. මෙය සාමාන්‍ය සුළං ටර්බයින පෙති සඳහා යොදාගන්නා ද්‍රව්‍යවලින් සකස් කර තිබුණත් පොළවේ සිට වූ විට උස වන්නේ මීටර 2 -3 ක් පමණයි. සුළඟ නිසා සිදුවන චලනය කාන්දම් උපයෝගී කරගෙන විද්‍යුතය බවට හරවනු ලබනවා. එනම් කිසිදු ගියර් පද්ධතියක් හෝ වෙනත් කරකැවෙන චලනය වන කොටසක් මෙය තුළ අඩංගු වන්නේ නැහැ. මේ නිසා නඩත්තු කටයුතු ඉතා අවමයි. 

මීටර 2.75 ක් පමණ උස මෙවැනි උපකරණයකින් වොට් 100 ක විදුලියක් ජනනය කළ හැකි බව පර්යේෂකයින් පවසනවා. මේවා සඳහා වැයවන්නේ ඉතා කුඩා ඉඩකඩක් බැවින් එකිනෙක ආසන්නයේ විශාල ප්‍රමාණයක් සවි කර අවශ්‍ය විදුලි බලය ලබාගත හැකියි (කවරයේ පින්තූරයේ දැක්වෙන ආකාරයට). සාම්ප්‍රදායික සුළං ටර්බයිනයකින් ලැබෙන විදුලි බලයට සරිලන ලෙස ඉහත උපකරණ සවි කළහොත් වියදම 45% කින් අඩු කර ගත හැකි බවත් ඔවුන් පෙන්වා දෙනවා.

අතේ ගෙන යා හැකි සුළං ටර්බයින

සුර්ය පැනල නිවෙස්වල වහලය මත සවිකර නිවසට අවශ්‍ය විදුලිය සපයාගත හැකි වුවත් සුළං බලය එලෙසින් ලබාගැනීමට කුඩා සුළං ටර්බයින සවිකිරීම තවමත් මෙරට ප්‍රචලිත නැහැ. ඒවා දැනටමත් ලෝකයේ සමහර රටවල් භාවිත කරනවා. නිවෙස් හෝ ගොඩනැගිලිවල වහලයේ සවිකළ හැකි මේවා හෙලික්සීය හැඩයෙන් යුත් විවෘත පෙති වලින් සමන්විත වනවා. Icewind නම් අයිස්ලන්ත සමාගමක් නිපදවන Freya නම් කුඩා ප්‍රමාණයේ සුළං ටර්බයිනයක උස මීටර 1.5 ක් පමණ වනවා. කුඩා ඉඩක් අවශ්‍ය වන මෙවැන්නකින් ජනනය කෙරෙන විදුලි බලය වොට් 600 ක්. වසර 25ක් පමණ කාලයක් කිසිදු නඩත්තු කිරීමකින් තොරව ක්‍රියා කළ හැකි මෙය අමෙරිකානු ඩොලර් 3200 කට මිල නියම කර තිබෙනවා. නමුත් වොට් 600ක බලයක් නිපදවිය හැකි සුර්ය පැනලයක මිල වන්නේ ඩොලර් 2000කට අඩු අගයක්.

Halcium නම් අමෙරිකානු සමාගම Powerpod නම් අතේ ගෙන යා හැකි සුළං ටර්බයිනයක් හඳුන්වා දෙනවා. මෙහි විවෘත ලෙස සකස් කළ කරකැවෙන පෙති අඩංගු වන්නේ නැහැ. ඒ වෙනුවට ඒවා ආරක්‍ෂිත ලෙස ආවරණය කර තිබෙනවා. මේ නිසා කුඩා දරුවන් සහ සතුන් සිටින නිවසක වුවත් භාවිතයට ගැනීමට සුදුසු බවයි ඔවුන්ගේ මතය. Powerpod උපකරණය උසින් අඩි 3ක් සහ විශ්කම්භයෙන් අඩිය 1.5ක් පමණ වනවා. ඕනෑම දිශාවකින් පැමිණෙන සුළං ප්‍රවාහයක් ටර්බයින වෙත යොමු කිරීමට හැකිවන ලෙසයි මෙහි වාකවුළු විවරයන් සකස් කර ඇත්තේ. එම විවර පළල් ලෙස ආරම්භ වී ඇතුළතට යන විට කුඩා වන ලෙස සකස් කර තිබෙනවා. මේ නිසා ටර්බයිනය වෙත එල්ලවන වායු ධාරා වැඩි වේගයකින් යුක්තයි. ඒ නිසා මෙම ප්‍රමාණයෙන් ම යුත් විවෘත පෙති සහිත ටර්බයිනයකට වඩා තුන් ගුණයක වැඩිපුර බලයක් නිපදවිය හැකි බවයි පැවසෙන්නේ. සුර්ය පැනල මෙන් නොව දවසේ පැය 24 ම විදුලිය නිපදවිය හැකි නිසා Powerpod උපකරණය වඩා වාසිදායක වනවා.

ඉහත සඳහන් නව තාක්ෂණ බොහොමයක් තවමත් පවතින්නේ පර්යේෂණ අදියරවලයි. ඒවා දැනට භාවිතා කරන සුළං ටර්බයිනවලට වඩා වියදම, කාර්යක්ෂමතාව සහ ආයු කාලය වැනි අංශවලින් ඉදිරියෙන් පසු වීම නිසා නුදුරු අනාගතයේදී ම සුළං, බලය ලබාගන්නා ප්‍රධාන මුලාශ්‍ර බවට පත්වෙනු ඇතැයි විශ්වාසය තැබිය හැකියි.