উইন্ডমিল: বিদ্যুৎ উৎপাদনের বিকল্প উপায়

ছোটবেলায় আমরা অনেকেই খেজুরপাতার চরকি নিয়ে খেলা করেছি। এই পাতায় বাতাস লাগলেই চরকি ঘুরতে থাকত। বাতাস যত বেশি হতো, ঘুরতও তত বেশি। ঠিক এ পদ্ধতিতেই উইন্ডমিল বা বায়ুকল কাজ করে। আমরা বিভিন্ন সময় হলিউড মুভি কিংবা ড্রামাতে উইন্ডমিল দেখে থাকি। ফাঁকা মাঠের মধ্যে কিংবা সমুদ্রপাড়ে, বাড়ির সঙ্গে জুড়ে দেওয়া উঁচু স্তম্ভের সাথে বড় বড় পাখা ঘুরছে। দেখতে কি অসাধারণই না লাগে! এগুলো দেখতে যেমন কৌতূহলপূর্ণ, তেমনি এর কাজও বেশ চমকপ্রদ। টিভিতে কিংবা মুভিতে দেখা এ আজব স্থাপনাগুলো যে উইন্ডমিল, এটা আমরা অনেকেই জানি। কিন্তু উইন্ডমিলের কাজ এবং এর ইতিহাস সম্পর্কে আমরা অনেকেই অবগত নই। তো চলুন, আজ উইন্ডমিল নিয়ে আলোচনা করা যাক।

প্রযুক্তির উন্নয়নের সাথে সাথে বেড়েছে বিদ্যুতের চাহিদা। বর্তমানের বিদ্যুৎ ছাড়া কোনোকিছু যেন কল্পনাই করা যায় না। বিদ্যুৎ উৎপাদন এবং আবিষ্কার ছিল মানব সভ্যতার এক অভূতপূর্ব সফলতা। বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য কত পদ্ধতিই না আবিষ্কৃত হয়েছে! কিন্তু এর মধ্যে অন্যতম আজব এবং মজার পদ্ধতি হলো উইন্ডমিল। প্রথমে বাতাসের শক্তিকে কাজে লাগিয়ে বিভিন্ন কৃষিকাজ করা হতো। আবিষ্কারের পর অনেক বছর পর্যন্তু উইন্ডমিল এসব কাজের মধ্যেই সীমাবদ্ধ ছিল। পরবর্তী সময়ে ১৮৫০ সালের দিকে এই একই ধরনের শক্তিকে কাজে লাগিয়ে জেনারেটর ঘুরিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়। আজকে আমরা জানব আজব এই বিদ্যুৎ উৎপাদন প্রক্রিয়া বা উইন্ডমিল সম্পর্কে।

সাধারণত, বায়ুপ্রবাহজনিত কারণে উৎপন্ন হয় গতিশক্তি। আর এই গতিশক্তিকে ব্যবহার করে বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য যে যন্ত্র বা মেশিন ব্যবহার করা হয়, তাকে বলা হয় উইন্ডমিল বা বায়ুকল। উইন্ডমিল সাধারণত বিভিন্ন ধরনের পাখা দ্বারা তৈরি করা হয়। এই পাখাগুলো উল্লম্ব বা আনুভূমিক, যেকোনো ধরনের হতে পারে।

তবে বাতাসের প্রবাহকে সহজেই কাজে লাগানোর জন্য আনুভূমিক পাখার উইন্ডমিল সবচেয়ে বেশি ব্যবহার হয়। এ ধরনের পাখার সাহায্যে প্রবাহিত বায়ুশক্তিকে সহজেই কাজে লাগিয়ে জেনারেটর দ্বারা বিদ্যুৎ উৎপাদন করা সম্ভব।

বর্তমানে উইন্ডমিলের সাহায্যে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হলেও উইন্ডমিল আবিষ্কারের প্রথম পর্যায়ে এটা ব্যবহার হতো অন্য কাজে। প্রথম পর্যায়ে সাধারণত বায়ুশক্তিকে কাজে লাগিয়ে যান্ত্রিকশক্তিতে রূপান্তরের মাধ্যমে পানি তোলা, সেঁচকাজ, কাঠ কাটা এবং পাথর কাটার মতো কঠিন কাজগুলো করা হতো। বর্তমানে একইভাবে এই শক্তির মাধ্যমে জেনারেটর ঘুরিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়। যেসব উইন্ডমিল ব্যবহার করে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা হয়, সেগুলোকে বলা হয় এরোজেনারেটর।

আনুভূমিক উইন্ডমিলগুলো বিদ্যুৎ উৎপাদন জেনারেটর এবং রোটর শ্যাফট বাতাসের দিকে মুখ করে টাওয়ারের চূড়ায় বসানো থাকে। রোটরের সঙ্গে লাগানো থাকে বিশাল সাইজের পাখা। বায়ুপ্রবাহজনিত কারণে পাখাগুলো ঘুরতে থাকে; কখনো জোরে, আবার কখনো ধীরে। একইভাবে ঘুরতে থাকে জেনারেটরের রোটর শ্যাফটও, ফলে নিরবচ্ছিন্নভাবে উৎপাদন হতে থাকে বিদ্যুৎ। তবে বায়ুপ্রবাহ একেবারেই কমে গেলে ঘূর্ণনগতি যদি অস্বাভাবিক হারে ধীর হয়ে যায়, তাহলে বিদ্যুৎ উৎপাদন বন্ধ হয়ে যায়। এ জাতীয় উইন্ডমিলগুলো সবচেয়ে জনপ্রিয় এবং পুরনো।

মূলত পাহাড়ি এলাকা, কিংবা সমুদ্রপাড়ে সবচেয়ে উইন্ডমিল বেশি দেখা যায়। কারণ ঐ সমস্ত এলাকায় তুলনামূলকভাবে বায়ু প্রবাহের পরিমাণ বেশি থাকে। উইন্ডমিল পরিচালনার প্রথম শর্ত হলো, তীব্র বায়ুপ্রবাহ থাকতে হবে। একটা বিষয় খেয়াল করলে দেখা যায় যে, সব উইন্ডমিলে সমানসংখ্যক পাখা বসানো হয় না। উইন্ডমিল যে অঞ্চলে আছে, সে অঞ্চলের বায়ুপ্রবাহের উপর ভিত্তি করে দু’টি, তিনটি, চারটি বা আরো বেশিসংখ্যক পাখা যুক্ত করা হয়। পাখা যদি প্রশস্ত হয়, তাহলে বাতাস বেশি লাগে, ফলে ঘূর্ণনগতিও থাকে বেশি। আবার পাখা যদি সরু হয়, তাহলে বাতাস কম লাগে, ফলে ঘূর্ণন গতিও থাকে কম। তবে পাখা সরু হলে একটি সুবিধা পাওয়া যায়। ওজন কম থাকার কারণে নির্বিঘ্নে ঘুরতে পারে। এসব বিষয় মাথায় রেখেই নির্ধারণ করা হয়, কী ধরনের পাখা ব্যবহার করা হবে।

এক গবেষণায় দেখা গেছে, উইন্ডমিলের পাখা যতভাবেই তৈরি করা হোক না কেন, কখনোই শতভাগ বায়ুশক্তিকে কাজে লাগানো সম্ভব নয়। ১৯১৯ সালে জার্মান পদার্থবিদ আলবার্ট বেট্জ গবেষণা করে দেখেছেন যে, উইন্ডমিল ব্যবহার করে বায়ুশক্তির সর্বোচ্চ ৫৯.৩ শতাংশ ব্যবহার করা সম্ভব। কোনো স্থানে যদি বায়ুর গতিবেগ ঘণ্টায় ৭ থেকে ১০ মাইল হয়ে থাকে, তাহলে সেখানে উইন্ডমিল ঘুরিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করা সম্ভব। বাতাসের প্রবাহ যখন টারবাইনগুলোর মধ্য দিয়ে অতিক্রম করে, তখন বাতাসের টানে যে লিফট তৈরি হয়, তাতেই এগুলো ঘুরতে থাকে। ফলে এদের কেন্দ্রীয় অক্ষ বরাবর টর্ক তৈরি হয় এবং বাতাসের গতিশক্তি ঘূর্ণনশক্তিতে রূপান্তরিত হয়। তাছাড়া বাতাসের গতিকে টারবাইনের মধ্য দিয়ে মসৃণভাবে পার হয়ে যাওয়ার সুযোগ দিতে হবে। নয়তো বাতাসের গতি ধীর হয়ে গিয়ে ঘূর্ণনগতি কমিয়ে দেয়, ফলে কার্যকারিতা হ্রাস পায়।

সহজভাবে বলতে গেলে, বাতাস যখন টারবাইনের মধ্য দিয়ে অতিক্রম করে, তখন বাতাসের ধাক্কার ফলে টারবাইন ঘুরতে থাকে। ওই টারবাইনের ব্লেডগুলোর সাথে জেনারেটর রোটর সংযুক্ত থাকে। বাতাসের ধাক্কায় যখন টারবাইন ঘুরতে শুরু করে, তখন জেনারেটর ঘুরতে থাকে। আর এই জেনারেটর রোটর ঘূর্ণনের ফলে উৎপাদন হয় বিদ্যুৎ। এ টারবাইন বা পাখাগুলো সাধারণত একটি মিনার, বা উঁচু টাওয়ারের উপর স্থাপন করা হয়। যাতে করে বায়ুশক্তির প্রায় পুরোটাই কাজে লাগানো যায়। সাধারণত ভূপৃষ্ঠ থেকে যত বেশি উচ্চতায় উঠে যায়, বাতাসের প্রবাহ কিছুটা বাড়তে থাকে। কারণ গাছপালার কারণে উপরে বায়ু প্রবাহ বাধাপ্রাপ্ত হয় না। এজন্যই এ প্রক্রিয়ায় টারবাইন উঁচু স্থানে স্থাপন করা হয়।

উইন্ডমিলের সুবিধা হলো, কয়েকটি পরিবার কিংবা একটি গ্রামের জন্য একটি উইন্ডমিলই যথেষ্ট। এতে করে জাতীয় বিদ্যুৎ ব্যবস্থার উপর চাপ কমে। অন্যদিকে নিজের প্রয়োজনীয় বিদ্যুৎ নিজেই উৎপাদন করার মাধ্যমে বিদ্যুৎ সংক্রান্ত খরচ কমিয়ে আনা যায়। যদিও প্রাথমিকভাবে উইন্ডমিল স্থাপন করতে মোটা অংকের অর্থ খরচ করতে হয়। উইন্ডমিল বা বায়ু টারবাইন সম্পূর্ণ নবায়নযোগ্য বৈদ্যুতিক উৎস। এতে করে পরিবেশের কোনো ক্ষতি হয় না। কারণ বায়ুশক্তিকে কাজে লাগানোর কারণে এতে কোনো ধোঁয়া, গ্যাস বা কার্বন ডাইঅক্সাইড নির্গত হয় না। এজন্য পরিবেশের ভারসাম্যের উপর কোনোপ্রকার প্রভাব ফেলে না।

যেহেতু, পৃথিবীতে বায়ুপ্রবাহ থেমে যাওয়ার সম্ভাবনা নেই, তাই এই নবায়নযোগ্য শক্তির উৎস শেষ হয়ে যাওয়ারও কোনো ভয় নেই। পৃথিবীতে তেল-গ্যাস কিংবা কয়লার মজুদ সীমিত। যদি কখনও এগুলো শেষ হয়ে যায়, তাহলে পৃথিবীর প্রায় ৭০ শতাংশ বিদ্যুৎ উৎপাদন বন্ধ হয়ে যাবে। তখন বিদ্যুৎ উৎপাদনের একমাত্র মাধ্যম হবে নবায়নযোগ্য শক্তির ব্যবহার। তার মধ্যে বায়ু-বিদ্যুৎ সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ।

উইন্ডমিলের প্রথম আবিষ্কার ঘটে ইসলামী স্বর্ণালী যুগে। সে সময় আধুনিক নগর ব্যবস্থা গড়ে তোলার জন্য কাজের পরিসরকে সহজ করে আনার দরকার ছিল। তারপর শুরু হয়ে যায় চিন্তা-ভাবনা। মুসলমানদের হাত ধরেই বিশ্বে সর্বপ্রথম উইন্ডমিলের আবিষ্কার ঘটে। পৃথিবীর প্রথম উইন্ডমিলটি ঘুরেছিল নবম শতাব্দীতে পূর্ব পারস্যে। ধারণা করা হয়, এরও আগে সিস্তানে ৬৪৪ সালে বায়ুকল আবিষ্কৃত হয়েছিল। তবে ৯১৫ সালের পারস্যের আবিষ্কৃত উইন্ডমিলকেই পৃথিবীর প্রথম উইন্ডমিল বলে বিবেচনা করা হয়। তখন অবশ্য বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য উইন্ডমিল ব্যবহার হতো না।

চেঙ্গিস খানের বাহিনী যখন পার্সিয়ান মিলওয়াইটস দখল করে, তখন তারা পার্সিয়ানদের এ অদ্ভুত প্রযুক্তি দেখে অবাক হয়। পরে তারা এই উইন্ডমিল প্রযুক্তি চীনে নিয়ে যায়। সেখানে সেঁচের জন্য তারা এটি ব্যাপকভাবে নির্মাণ শুরু করে দেয়। এভাবেই সে সময় চীনসহ মধ্য এশীয় অঞ্চলে উইন্ডমিলের বিস্তৃত পরিসরে প্রচলন ঘটে। পারস্যে উইন্ডমিল আবিষ্কৃত হওয়ার প্রায় ৫০০ বছর পরে এসে ১৩ শতাব্দীর দিকে ধীরে ধীরে এ প্রযুক্তি ইউরোপে ব্যাপকভাবে ছড়িয়ে পড়ে। বর্তমান বিশ্বের সবচেয়ে বেশি উইন্ডমিল রয়েছে ইউরোপেই।

চার্লস ফ্রান্সিস ব্রুস নামক এক বিজ্ঞানী সর্বপ্রথম ১৮৮৮ সালে একটি বায়ু টারবাইন নির্মাণ করেন, যা একটি ব্যাটারির মাধ্যমে বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য জেনারেটরের সাথে যুক্ত ছিল। ১৮৯১ সালে ডেনিশ পদার্থবিজ্ঞানী এবং উদ্ভাবক পল লা চউর প্রথম ‘বায়ুু ঘূর্ণনযন্ত্র’ পরীক্ষা করেন। ১৯০০ সালের কাছাকাছি তিনি বায়ুু-চালিত বিদ্যুৎ প্ল্যান্ট নির্মাণ শুরু করেন।

দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধের সময় যখন কয়লা এবং তেলের ব্যাপক সংকট দেখা দিল, তখন এফ এল স্মিথ নামক একটি কোম্পানি ৭০ কিলোওয়াট বিদ্যুৎ উৎপাদন ক্ষমতাসম্পন্ন বৈদ্যুতিক টারবাইন নির্মাণ করে। পরবর্তী সময়ে দ্বিতীয় বিশ্বযুদ্ধ থেমে যাওয়ার পর এ প্রযুক্তি বিলীন হয়ে যায়। ১৯৭০ সালের দিকে ডেনমার্কে ১৫ মিটার উচ্চতায় প্রায় ২০ মিটার ব্যাস বিশিষ্ট টারবাইন সমৃদ্ধ ২,০০০ বায়ুচালিত জেনারেটর নির্মাণ করা হয়, যা প্রায় ২০০ কিলোওয়াট বিদ্যুৎ উৎপাদনে সক্ষম ছিল।

বিশ্বের প্রথম ভাসমান উইন্ডমিল আবিষ্কৃত হয় স্কটল্যান্ড। স্কটল্যান্ডের সমুদ্র উপকূল থেকে ২৫ কিলোমিটার সাগরে ভাসমান স্তম্ভের উপর উইন্ডমিলগুলো নির্মাণ করা হয়, যাতে করে উপকূলীয় অঞ্চলে প্রায় ২০ জন বাসিন্দাকে নিরবচ্ছিন্ন বিদ্যুৎসেবার আওতায় নিয়ে আসা যায়। বর্তমান বিশ্বের সবচেয়ে বেশি উইন্ডমিল রয়েছে নেদারল্যান্ডে। শুধু তা-ই নয়, উইন্ডমিলকে নেদারল্যান্ডের জাতীয় প্রতীক হিসেবে চিহ্নিত করা হয়। প্রাচীন অনেক উইন্ডমিল এখনও নেদারল্যান্ডে রয়েছে। এমনকি নেপোলিয়ান বোনাপোর্ট কর্তৃক নির্মিত অনেক উইন্ডমিল বর্তমানে দৃশ্যমান রয়েছে। বিশ্বের সবচেয়ে বিখ্যাত উইন্ডমিল হলো কিন্ডারডিজক উইন্ডমিল। একাধারে সাজানো এই ১৯টি উইন্ডমিল ইউনেস্কো কর্তৃক ওয়ার্ল্ড হেরিটেজ হিসেবে স্বীকৃতিপ্রাপ্ত হয়েছে। নেদারল্যান্ডের সেই পুরাতন উইন্ডমিলগুলোতে এখনো গম ভাঙা, শস্য গুঁড়া করা এবং সেঁচকাজ পরিচালনার মতো কাজগুলো করা হয়ে থাকে। এছাড়া নেদারল্যান্ডে রয়েছে উইন্ডমিল পার্ক ও সংরক্ষিত উইন্ডমিল অঞ্চল।

১৮৫০ সালের দিকে পুরো নেদারল্যান্ড জুড়ে প্রায় ১০ হাজার উইন্ডমিল নির্মাণ করা হয়েছিল। পুরনো নেদারল্যান্ড জুড়ে এখনও প্রায় ১ হাজার উইন্ডমিল রয়েছে। এগুলো যেমন পর্যটক আকৃষ্ট করছে, দর্শনার্থীদের মনোরঞ্জন করছে তেমনি প্রায় সবগুলোতেই এখনও কার্যক্রম পরিচালনা করা হচ্ছে। শত বছর পার হয়ে গেলেও এখনও এগুলো নতুনের মতোই দেখায়। বর্তমানে নেদারল্যান্ডে উইন্ডমিলকেন্দ্রিক পর্যটনও গড়ে উঠছে। দৃষ্টিনন্দন এই উইন্ডমিলগুলো নিয়ে বিশ্ববাসীর কৌতূহল যেন কমছেই না। তাই তো প্রতি বছর উইন্ডমিলের সৌন্দর্য উপভোগ করতে হাজার হাজার পর্যটক পাড়ি জমান নেদারল্যান্ডে।

বর্তমান বিশ্বে বায়ুশক্তিকে কাজে লাগিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদনে এগিয়ে রয়েছে চীন। চীন বর্তমানে ১৪৫ হাজার কিলোওয়াট বিদ্যুৎ উৎপাদন করে বায়ুশক্তিকে কাজে লাগিয়ে, যা সে দেশের মোট বিদ্যুৎ উৎপাদনের প্রায় ৩৩.৬ শতাংশ। অন্যদিকে যুক্তরাষ্ট্রের বায়ুশক্তিকে কাজে লাগিয়ে বিদ্যুৎ উৎপাদন করে ১৭.২ শতাংশ। এছাড়া স্পেন, যুক্তরাজ্য, ফ্রান্স, ভারতসহ বেশ কিছু দেশ উইন্ডমিল কিংবা বায়ুকলের সাহায্যে বিদ্যুৎ উৎপাদনে এগিয়ে রয়েছে।