উইন্ড টারবাইন কীভাবে কাজ করে: যন্ত্রাংশ, প্রকারভেদ এবং বিদ্যুৎ উৎপাদন প্রক্রিয়া

বাতাসের গতিশক্তি থেকে বিদ্যুৎ উৎপাদন : বায়ুকলের গঠন, কার্যপ্রণালী এবং বিভিন্ন ধরন নিয়ে বিস্তারিত।

বাতাসের শক্তিতে ভবিষ্যতের আলো

বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য যে নবায়নযোগ্য শক্তির উৎসগুলো এখন বিশ্বজুড়ে গুরুত্ব পাচ্ছে, তার মধ্যে বায়ুশক্তি অন্যতম। আর এই বায়ুশক্তিকে কাজে লাগানোর প্রধান যন্ত্র হলো বায়ুকল বা উইন্ড টারবাইন (Wind Turbine)। ১৮৮৭ সালে স্কটল্যান্ডে প্রফেসর জেমস ব্লিথ তাঁর ছুটির বাড়িতে সর্বপ্রথম বিদ্যুৎ উৎপাদনকারী বায়ুকল তৈরি করেছিলেন, যার উচ্চতা ছিল মাত্র ১০ মিটার এবং পালতোলা কাপড়ের তৈরি ব্লেড ছিল। তারপর থেকে এই প্রযুক্তি এতটাই এগিয়েছে যে, এখন শত শত মিটার উঁচু টাওয়ার এবং তিনটি বিশাল ব্লেডওয়ালা আধুনিক বায়ুকল সাগরের মাঝে বা মাঠের ওপর দাঁড়িয়ে মেঘাওয়াট বিদ্যুৎ উৎপাদন করছে।

বায়ুকল শুধুমাত্র একটি যন্ত্র নয়, এটি জলবায়ু পরিবর্তনের বিরুদ্ধে লড়াইয়ের একটি হাতিয়ার এবং টেকসই ভবিষ্যতের প্রতীক। বাংলাদেশ বা পশ্চিমবঙ্গের মতো জায়গায় যেখানে বিদ্যুতের চাহিদা ক্রমাগত বাড়ছে, সেখানে বায়ুশক্তির সম্ভাবনা অপার। আসুন জেনে নিই, কীভাবে এই বায়ুকল কাজ করে, এর বিভিন্ন অংশ এবং প্রকারভেদ কী, এবং কেন এটি আমাদের ভবিষ্যতের জন্য এত গুরুত্বপূর্ণ।

বায়ুকল কী এবং কীভাবে কাজ করে?

বায়ুকল বা উইন্ড টারবাইন মূলত একটি বিদ্যুৎ উৎপাদক যন্ত্র যা বাতাসের গতিশক্তিকে (Kinetic Energy) কাজে লাগিয়ে বিদ্যুৎ তৈরি করে। সাধারণভাবে বলতে গেলে, এটি আধুনিক যুগের বায়ুচালিত কল বা উইন্ডমিলের উন্নত সংস্করণ। অনেকগুলো বায়ুকল একসাথে একটি নির্দিষ্ট স্থানে স্থাপন করলে তাকে বলা হয় বায়ুবিদ্যুৎ খামার বা উইন্ড ফার্ম (Wind Farm)। ১৯৮০ সালে মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের নিউ হ্যাম্পশায়ারে বিশ্বের প্রথম বাণিজ্যিক বায়ুবিদ্যুৎ খামার চালু হয়।

বায়ুকলের প্রধান অংশসমূহ:

১. রোটর ও ব্লেড (Rotor and Blades): বায়ুকলের সবচেয়ে দৃশ্যমান অংশ হলো এর ব্লেড বা পাখা। সাধারণত তিনটি ব্লেড একটি কেন্দ্রীয় অংশের (হাব বা Hub) সাথে যুক্ত থাকে এবং একসাথে রোটর গঠন করে। যখন বাতাস প্রবাহিত হয়, এই ব্লেডগুলো ঘুরতে শুরু করে। ব্লেডগুলো বিশেষভাবে বায়ুগতিবিদ্যার (Aerodynamic) নীতি অনুসরণ করে ডিজাইন করা হয়, যাতে বাতাস থেকে সর্বোচ্চ শক্তি আহরণ সম্ভব হয়।

২. নাসেল বা গণ্ডোলা (Nacelle): বায়ুকলের টাওয়ারের একদম উপরে যে বাক্সের মতো কাঠামো দেখা যায়, সেটি হলো নাসেল। এর ভেতরেই থাকে গিয়ারবক্স, জেনারেটর এবং নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থাসহ সমস্ত যান্ত্রিক ও বৈদ্যুতিক উপাদান।

৩. জেনারেটর (Generator): রোটরের ঘূর্ণন গতিকে বিদ্যুৎ শক্তিতে রূপান্তরিত করার জন্য জেনারেটর ব্যবহার করা হয়। এটি তড়িৎচৌম্বকীয় (Electromagnetic) নীতির উপর কাজ করে — চুম্বক এবং কয়েলের মাধ্যমে বৈদ্যুতিক প্রবাহ সৃষ্টি হয়। সাধারণত সিনক্রোনাস (Synchronous) বা অ্যাসিনক্রোনাস (Asynchronous) জেনারেটর ব্যবহার করা হয়।

৪. টাওয়ার (Tower): এটি রোটর এবং নাসেলকে মাটি থেকে উঁচুতে ধরে রাখে। টাওয়ার যত উঁচু হয়, সাধারণত তত বেশি এবং স্থিতিশীল বাতাস পাওয়া যায়, কারণ ভূমি স্তরের উপরে বাতাসের গতি বেশি থাকে।

৫. নিয়ন্ত্রণ ও দিকনির্দেশক ব্যবস্থা (Control and Directional System): একটি স্বয়ংক্রিয় নিয়ন্ত্রণ ব্যবস্থা বাতাসের গতি এবং দিক ক্রমাগত পর্যবেক্ষণ করে এবং রোটরকে এমনভাবে ঘোরায় যাতে সর্বোচ্চ শক্তি আহরণ করা যায়। সেন্সরের সাহায্যে রোটরের দিক পরিবর্তন করা হয়।

বায়ুকল কীভাবে কাজ করে? ধাপে ধাপে:

ধাপ ১ — বায়ুশক্তি আহরণ: যখন বাতাস বায়ুকলের ব্লেডের উপর আঘাত করে, ব্লেডগুলো ঘুরতে শুরু করে। বায়ুকল সাধারণত ঘণ্টায় ১১ থেকে ৯০ কিলোমিটার বেগের বাতাসে কাজ করতে পারে। সর্বোচ্চ দক্ষতা পাওয়া যায় প্রায় ২৯ কিলোমিটার প্রতি ঘণ্টা বেগে এবং সর্বোচ্চ বিদ্যুৎ উৎপাদন হয় ৪৩ কিলোমিটার প্রতি ঘণ্টা বেগে।

ধাপ ২ — রোটরের ঘূর্ণন: ব্লেডের ঘূর্ণন একটি শ্যাফটের মাধ্যমে নাসেলের ভেতরের গিয়ারবক্সে পৌঁছায়। গিয়ারবক্সের কাজ হলো রোটরের ধীর ঘূর্ণনকে দ্রুত ঘূর্ণনে রূপান্তরিত করা, যা জেনারেটরের জন্য প্রয়োজন।

ধাপ ৩ — বিদ্যুৎ উৎপাদন: এই দ্রুত ঘূর্ণন জেনারেটরে প্রবেশ করে এবং তড়িৎচৌম্বকীয় আবেশের মাধ্যমে যান্ত্রিক শক্তিকে বৈদ্যুতিক শক্তিতে রূপান্তরিত করে। উৎপন্ন বিদ্যুৎ সাধারণত পরিবর্তনশীল প্রবাহ বা অল্টারনেটিং কারেন্ট (AC)।

ধাপ ৪ — নিয়ন্ত্রণ ও দিক সমন্বয়: স্বয়ংক্রিয় সেন্সর বাতাসের দিক এবং গতি পর্যবেক্ষণ করে এবং রোটরকে সবসময় সঠিক দিকে রাখে। এটি নিশ্চিত করে যে বায়ুকল সর্বদা সর্বোচ্চ দক্ষতায় কাজ করছে।

ধাপ ৫ — ট্রান্সফরমেশন ও বিতরণ: উৎপন্ন বিদ্যুৎ একটি ট্রান্সফরমারের মাধ্যমে ভোল্টেজ বাড়িয়ে জাতীয় গ্রিডে পাঠানোর উপযোগী করা হয়। তারপর সেটি তারের মাধ্যমে ট্রান্সফরমার স্টেশনে যায় এবং শেষ পর্যন্ত বিদ্যুৎ লাইনের মাধ্যমে আমাদের ঘরবাড়ি, কারখানা বা ব্যবসা প্রতিষ্ঠানে পৌঁছে যায়। একটি মজার ব্যাপার হলো, আপনার মোবাইল ফোন চার্জ দেওয়ার সময় যে বিদ্যুৎ ব্যবহার হচ্ছে, তার সূচনা হতে পারে কয়েক কিলোমিটার দূরের কোনো বায়ুকলের ব্লেডের মৃদু ঘূর্ণন থেকে!

বায়ুকলের প্রকারভেদ: চার ধরনের টারবাইন

বায়ুকল সব জায়গায় বা সব পরিস্থিতিতে একইরকম হয় না। বাতাসের গতি, স্থাপনার উদ্দেশ্য এবং অর্থনৈতিক দিক বিবেচনা করে বিভিন্ন ধরনের বায়ুকল ব্যবহার করা হয়। প্রধান চার ধরনের বায়ুকল হলো:

১. অনুভূমিক অক্ষের বায়ুকল (Horizontal-Axis Wind Turbine):

এটি সবচেয়ে প্রচলিত এবং ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত বায়ুকল। এর রোটর একটি অনুভূমিক অক্ষের চারদিকে ঘোরে যা বাতাসের দিকের সাথে সমকোণে থাকে। সাধারণত তিনটি বা তার বেশি ব্লেড থাকে যা হাবের সাথে যুক্ত। গিয়ারবক্স রোটরের ঘূর্ণন গতি বাড়িয়ে জেনারেটরে পৌঁছায়। উঁচু টাওয়ারের সাহায্যে রোটর উচ্চতায় স্থাপন করা হয়, যেখানে বাতাস বেশি শক্তিশালী এবং স্থিতিশীল। এই ডিজাইন বাতাসের গতিশক্তিকে বিদ্যুতে রূপান্তরের জন্য সবচেয়ে কার্যকর এবং মেগাওয়াট পর্যায়ে উৎপাদনের জন্য আদর্শ।

২. উল্লম্ব অক্ষের বায়ুকল (Vertical-Axis Wind Turbine):

এই বায়ুকলের রোটর একটি উল্লম্ব অক্ষের চারদিকে ঘোরে এবং ব্লেড সর্পিল আকৃতির বা ডিম্বাকার হতে পারে। এই ডিজাইন অপেক্ষাকৃত কমপ্যাক্ট এবং বহুমুখী। একটি বড় সুবিধা হলো এরা যেকোনো দিক থেকে আসা বাতাসে কাজ করতে পারে — ফলে দিক পরিবর্তনের প্রয়োজন নেই। শহরাঞ্চল বা জনবহুল এলাকায় যেখানে জায়গা সীমিত, সেখানে এই বায়ুকল বেশ উপযোগী। এখনো এই প্রযুক্তি উন্নয়নশীল পর্যায়ে আছে, তবে ভবিষ্যতে শহরের বিদ্যুৎ উৎপাদনে এটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করতে পারে।

৩. ব্লেডবিহীন বায়ুকল (Bladeless Wind Turbine):

বায়ুকল প্রযুক্তিতে একটি উদ্ভাবনী পদক্ষেপ হলো ব্লেডবিহীন বায়ুকল, যা সম্পূর্ণভাবে প্রথাগত ঘূর্ণায়মান ব্লেড ছাড়াই কাজ করে। স্পেনের স্টার্টআপ ভরটেক্স ব্লেডলেস (Vortex Bladeless) এই প্রযুক্তিতে অগ্রণী। এরা উল্লম্ব নলাকার বা সর্পিল কাঠামো ব্যবহার করে বায়ুর কম্পন থেকে শক্তি আহরণ করে। এর সুবিধা হলো কম শব্দদূষণ, দৃশ্যগত প্রভাব কম এবং পাখিদের জন্য তুলনামূলকভাবে নিরাপদ। এই ধরনের টারবাইন এখনো পরীক্ষামূলক পর্যায়ে রয়েছে, তবে ভবিষ্যতে শহুরে পরিবেশে ছোট আকারের বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য এটি একটি আশাব্যঞ্জক সমাধান হতে পারে।

৪. ক্ষুদ্র এবং মাইক্রো বায়ুকল (Small and Micro Wind Turbines):

আবাসিক বা ছোট বাণিজ্যিক ব্যবহারের জন্য ক্ষুদ্র বায়ুকল ক্রমশ জনপ্রিয় হচ্ছে। এগুলো ব্যক্তিগত বিদ্যুৎ উৎপাদন বা স্ব-ভোগ ব্যবস্থার (Self-Consumption System) অংশ হিসেবে ব্যবহৃত হয়। যেমন, নৌকায়, অথবা গ্রামীণ এলাকায় একক বাড়িতে বিদ্যুৎ সরবরাহের জন্য এগুলো খুবই কার্যকর। এই ধরনের টারবাইন কেন্দ্রীয় গ্রিডের উপর নির্ভরতা কমিয়ে স্থানীয়ভাবে নবায়নযোগ্য শক্তি উৎপাদনে সহায়তা করে এবং পরিবেশগত প্রভাবও কমায়।

বায়ুবিদ্যুৎ খামার: কোথায় এবং কেন?

বায়ুবিদ্যুৎ খামারগুলো সাধারণত এমন জায়গায় স্থাপন করা হয় যেখানে বাতাসের গতি বেশি এবং নিয়মিত। দুটি প্রধান ধরন রয়েছে:

অনশোর উইন্ড ফার্ম (Onshore Wind Farm): ভূমিতে স্থাপিত এই খামারগুলো সাধারণত খোলা মাঠ, পাহাড় বা গ্রামীণ এলাকায় তৈরি হয়, যেখানে বাড়িঘর বা অন্যান্য বাধা বাতাসের প্রবাহকে বিঘ্নিত করে না।

অফশোর উইন্ড ফার্ম (Offshore Wind Farm): সমুদ্রের মধ্যে স্থাপিত এই খামারগুলোতে বাতাসের গতি সাধারণত আরও বেশি এবং স্থিতিশীল থাকে। যদিও স্থাপনা খরচ বেশি, তবে উৎপাদন ক্ষমতাও অনেক বেশি।

বায়ুকল সাধারণত সাদা বা হালকা ধূসর রঙের হয় যাতে চোখে কম লাগে এবং পরিবেশের সাথে মিশে যায়। কিছু দেশে বিমান চলাচলের নিরাপত্তার জন্য ব্লেডের শেষ প্রান্তে রঙিন চিহ্ন ব্যবহার করা হয়।

পরিবেশ ও পাখিদের প্রশ্ন: বাস্তবতা কী?

বায়ুকল নিয়ে একটি প্রচলিত উদ্বেগ হলো পাখিদের উপর এর প্রভাব। রয়েল সোসাইটি ফর দ্য প্রটেকশন অফ বার্ডস (RSPB) স্বীকার করে যে জলবায়ু পরিবর্তন পাখি এবং বন্যপ্রাণীর জন্য দীর্ঘমেয়াদে সবচেয়ে বড় হুমকি। আর নবায়নযোগ্য শক্তি — যার মধ্যে বায়ুশক্তি মুখ্য — গ্রিনহাউস গ্যাস কমাতে অপরিহার্য। বায়ুকল স্থাপনের সময় পরিবেশবিদদের সাথে পরামর্শ করে এমন জায়গা বেছে নেওয়া হয় যেখানে পাখিদের আবাসস্থল বা চলাচলের পথ কম ক্ষতিগ্রস্ত হয়।

মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের একটি গবেষণা অনুসারে, বায়ুকলের কারণে পাখিদের মৃত্যুর হার তুলনামূলকভাবে অনেক কম, যেখানে বিড়ালের আক্রমণ বা উঁচু দালানের সাথে সংঘর্ষে অনেক বেশি পাখি মারা যায়। সুতরাং, বৃহত্তর পরিবেশগত সুবিধার কথা বিবেচনা করলে বায়ুকল একটি ভারসাম্যপূর্ণ সমাধান।

বায়ুশক্তির ভবিষ্যৎ: বৈশ্বিক প্রেক্ষাপট

বিশ্বজুড়ে বায়ুশক্তিতে বিনিয়োগ দ্রুত বাড়ছে। স্পেন, চিলি, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং ইতালির মতো দেশগুলোতে বিশাল আকারের বায়ুবিদ্যুৎ প্রকল্প চলছে। কোম্পানিগুলো শুধু প্রথাগত বায়ুকলেই বিনিয়োগ করছে না, বরং অফশোর এবং ব্লেডবিহীন নতুন প্রযুক্তিতেও গবেষণা চলছে।

ভারতেও বায়ুশক্তি দ্রুত বাড়ছে, বিশেষত তামিলনাড়ু, গুজরাট এবং রাজস্থানে। বাংলাদেশেও কক্সবাজার এবং উপকূলীয় অঞ্চলগুলোতে বায়ুশক্তির সম্ভাবনা নিয়ে আলোচনা চলছে।

বায়ুশক্তি প্রযুক্তির অগ্রগতি — দক্ষতা বৃদ্ধি, খরচ কমানো এবং বিভিন্ন পরিবেশে মানিয়ে নেওয়ার ক্ষমতা — এই শক্তির উৎসকে আরও সহজলভ্য ও টেকসই করে তুলছে।

কী শিখলাম?

বায়ুকল শুধুমাত্র একটি সাদা টাওয়ার আর ঘুরন্ত ব্লেড নয় — এটি প্রকৌশল, বিজ্ঞান এবং টেকসই ভবিষ্যতের স্বপ্নের একটি সম্মিলিত রূপ। বাতাসের সহজ প্রবাহ থেকে শুরু করে আমাদের ঘরে বিদ্যুৎ পৌঁছানো পর্যন্ত পুরো প্রক্রিয়াটি বিস্ময়কর। অনুভূমিক, উল্লম্ব, ব্লেডবিহীন বা ক্ষুদ্র — যে ধরনেরই হোক না কেন, বায়ুকল আমাদের জীবাশ্ম জ্বালানি থেকে মুক্ত হয়ে পরিচ্ছন্ন শক্তির দিকে এগিয়ে যেতে সাহায্য করছে। জলবায়ু পরিবর্তনের বিরুদ্ধে লড়াইয়ে বায়ুশক্তি একটি শক্তিশালী অস্ত্র — এবং প্রতিটি ঘূর্ণনে এই বায়ুকল আমাদের আরও একধাপ এগিয়ে নিয়ে যাচ্ছে।

সূত্র: রেপসল, ন্যাশনাল গ্রিড