Wednesday, 20 December 2017

மின்சாரமும் ஜடத்துவமும் - ஹாலாஸ்யன்

மாலை ஆறு மணிக்கு அலுவலகம் விட்டுக் கிளம்பி, போக்குவரத்து நெரிசலில் ஆய்ந்து ஓய்ந்து, சாலையில் நாலுபேரிடம் திட்டு வாங்கி, நாலுபேரின் சந்ததியைத் தோண்டி எடுத்துத் திட்டி, நசநசப்பில் வீட்டுக்கு வந்து ஏஸியைத் தட்டி விடுகிறீர்கள். முகம் கழுவப் போனால் குழாயில் தண்ணீர் சன்னமாக வருகிறது. சமாளித்து வெளியே வந்து மோட்டாரைப் போட்டுவிட்டு, ஃப்ரிட்ஜைத் திறந்து தண்ணீர் எடுத்துக் குடித்துவிட்டு தொலைக்காட்சியை உயிர்ப்பித்து அமர்கிறீர்கள். நீங்கள் ஒருவர் மட்டும் செயல்படாமல் இருந்த ஐந்தாறு மின் உபகரணங்களை ஓட வைத்திருக்கிறீர்கள். நீங்கள் இருக்கின்ற அடுக்குமாடி வளாகத்தில் உங்களைப் போலவே ஏஸி, மோட்டார், ஃப்ரிட்ஜ், தொலைக்காட்சி என எல்லாவற்றையும் தொடக்கியிருப்பார்கள்தானே. உங்கள் குடியிருப்பைப் போலவே எத்தனை குடியிருப்புகள்? எவ்வளவு மக்கள்? அரை மணி நேர இடைவெளியில் மின்சாரப் பயன்பாடு சட்டென உச்சத்தைத் தொடும். இதைப்போலவே காலையில் கிளம்புகையிலும் எல்லா உபகரணங்களும் ஓடும். மதியம் ஒரு நான்கு மணி நேரம் குடியிருப்புகளின் மின்சாரத் தேவை கொஞ்சம் குறையும். இதையெல்லாம் யார் சரிசெய்கிறார்கள்? யார் நிர்வகிக்கிறார்கள்?

மின்பகிர்மான அமைப்பு (electricity supply grid) என்ற ஒரு அமைப்பு தொடர்ச்சியாக மின் உற்பத்தி, மின்தேவை இரண்டுக்குமான வேறுபாட்டைத் தொடர்ந்து கவனித்து உற்பத்தியைக் கூட்டவோ குறைக்கவோ செய்யும். மின் உற்பத்திக்கு நாம் ஆற்றல் மூலங்களை நம்பியிருக்கிறோம்.

பள்ளிப்பாடங்களைக் கொஞ்சம் நினைவு கூர்ந்தால், எட்டாங்கிளாஸ் பாடத்தின்படி ஆற்றல் இரண்டு வகைப்படும். மரபு சார் ஆற்றல் (conventional), மரபு சாரா ஆற்றல் (non-conventional). இன்றைய தேதிக்கு பெரும்பான்மை மின் உற்பத்தி நமக்கு மரபு சார் ஆற்றல் மூலமாகக் கிடைக்கிறது. அனல், புனல், அணு இதைத்தவிர இயற்கை எரிவாயு மூலம் இயங்கும் மின் உற்பத்தி நிலையங்கள் நமது பெரும்பான்மை ஆற்றல் தேவையைப் பூர்த்தி செய்கின்றன. காற்றாலைகள், சூரிய சக்தி மூலம் மின்சாரம், புவிவெப்ப ஆற்றல் (geothermal) ஆகியவை மரபு சாரா ஆற்றல் மூலங்கள்.

இந்த மரபு சார் ஆற்றல் மூலம் மின்சாரம் தயாரிப்பதன் அடிப்படை ஒன்றுதான். அது ராட்சத டர்பைன்களை இயக்குதல். அணுக்கருச் சிதைவின் மூலம் கிடைக்கும் வெப்பம், நிலக்கரி, எரிவாயு ஆகியற்றை எரித்துக் கிடைக்கும் வெப்பம் இவற்றைக் கொண்டு நீரை நீராவியாக்கி அதனைக் கொண்டு ராட்சத டர்பைன்களை இயக்குவார்கள். புனல் மின்சாரத்தின் நீராவிக்குப் பதிலாக நீரே டர்பைன்களைச் சுழற்றும். அந்த டர்பைன்கள் மிகப் பிரம்மாண்டமாக இருக்கும். அவற்றைச் சுழற்ற ஆரம்பிப்பது மிகக் கடினம் என்றாலும், அந்த ராட்சத அளவுகளில் நமக்கு ஒரு நன்மை இருக்கிறது. அதுதான் ஜடத்துவம் அல்லது நிலைமம். ஆங்கிலத்தில் inertia. மூன்றாம் விதி அளவுக்கு நம்மிடையே அதிகம் பிரபலமாகாத ஐன்ஸ்டைனின் முதல் விதி. இயக்கத்தில் இருக்கும் ஒரு பொருள் இன்னொரு விசை வந்து நிறுத்தும் வரை இயங்கிக்கொண்டே இருக்கும். அதனால் இந்த மின் நிலையங்கள் ஏதேனும் பெரிய சிக்கலால் முடங்கினாலோ, உயர் அழுத்த மின் கம்பிகள் அறுந்துபோய் மின்சாரம் தடைப்பட்டாலோ டர்பைன்கள் நின்று விடாது. அதன் பெரும் நிறையால், மாதக்கணக்கில் வருடக் கணக்கில் சுழன்றுகொண்டிருந்த காரணத்தால், சுற்றிக்கொண்டிருந்த வேகத்தில் சற்று நேரம் சுற்றிவிட்டுத்தான் அடங்கும். இதற்கு மின் பகிர்மான அமைப்பின் ஜடத்துவம் system inertia என்று பெயர். இப்படி ஒன்று இருப்பதால்தான் அந்த நேரத்தைப் பயன்படுத்தி மற்றொரு மின் நிலையத்தை முடுக்கிவிட்டு தேவையை ஈடுகட்டுவார்கள்.
இது மின்நிலையம் செயலிழந்தால் மட்டுமல்ல, நாம் தொடக்கத்தில் பார்த்த காலை மாலை அதிகத் தேவைகளை ஈடுகட்ட, கூடுதல் மின்நிலையங்களில் இருந்து மின்சாரத்தை வாங்கி அளிக்க வேண்டிவரும். இந்த சிஸ்டம் இனர்ஷியாதான் நமக்குச் சமாளிக்கும் நேரத்தைத் தருகிறது. இதனை மின் பகிர்மான வட்ட எதிர்வினை நேரம் grid response time என்கிறார்கள். (இங்கு நினைவில் கொள்ள வேண்டிய ஒரு விஷயம் இருக்கிறது. திடீர்த் தேவைகளைச் சமாளிக்க வெகு சில மின்நிலையங்களைத் தவிர மீதி அனைத்தையும் அதன் முழுத் திறனோடு இயங்கச் செய்ய மாட்டார்கள். இதுபற்றி பின்னால் விரிவாய்ப் பார்ப்போம்.)

மேலும் நமக்கு வரும் மின்சாரத்திற்கு, மின்னழுத்தம் (voltage), மின்னோட்டம் (current) என்ற இரண்டையும் தவிர அதிர்வெண் என்று ஒரு அளவும் இருக்கிறது. ஒரு நொடிக்கு எத்தனை அலைச்சுழல்கள் என்பதுதான் அந்த அதிர்வெண். பெரும்பான்மை நாடுகளில் இது 60 ஹெர்ட்ஸ். வினாடிக்கு அறுபது அலைச்சுழல்கள். அமெரிக்கா வழக்கம்போல விதிவிலக்கு, 50 ஹெர்ட்ஸ். இந்த அதிர்வெண் சரியில்லையெனில் நமது பெரும்பான்மை மின் உபகரணங்கள் சரிவர இயங்காது. முக்கியமாக விளக்குகள். சரியான அதிர்வெண் இல்லாமல் போனால் மினுக்கி மினுக்கி எரியும். இந்த அதிர்வெண் ஒழுங்கிற்கும் அந்த மின்பகிர்மான வட்டம் முழுதும் இருக்கும் மின்நிலையங்களின் ஜடத்துவம் முக்கியம். இத்தனை நாள் இதெல்லாம் பெரிய ராட்சத டர்பைன்களால் ஒழுங்காக ஓடிக்கொண்டிருந்தது. நாம் மரபு சாரா ஆற்றலைப் பயன்படுத்த ஆரம்பித்தது முதல் இதில் சில சிக்கல்கள்.

சூரிய ஒளியிலிருந்து மின்சாரம் தயாரிக்கும் முறையில் நகரும் பாகங்களே கிடையாது. அதனால் அதில் ஜடத்துவம் கிடையவே கிடையாது. காற்றாலை மின்சார உற்பத்தி முறையில், காற்றாலைகளுக்கு ராட்சத இறக்கைகள் இருந்தாலும் ஒரு டர்பைன் தரும் ஜடத்துவத்தை அவற்றால் தந்துவிட முடியாது. மேலும் ஒவ்வொரு காற்றாலையும் ஒவ்வொரு வேகத்தில் சுழலக் கூடும். சூரிய ஒளி, காற்றாலை மின் உற்பத்தி இரண்டும் நிச்சயமில்லா அடிப்படைதான். மேகம் மூடினாலோ அல்லது காற்று நின்றாலே உற்பத்தி நின்றுவிடும்.

மரபு சாரா ஆற்றலை நாம் மின்பகிர்மான வட்டத்தில் இணைக்கையில் இந்த நிச்சமின்மையை நிச்சயமாகக் கணக்கில் எடுத்துக்கொள்ள வேண்டி வரும். எவ்வளவுக்கெவ்வளவு மரபு சாரா மின்சாரம் நோக்கி நகர்கிறோமோ அவ்வளவுக்கு அவ்வளவு நாம் நிச்சயமின்மையையையும் ஏற்கிறோம் என்பது தெளிவு. தீர்வுகள் மின் உற்பத்தி அல்லது மின் பயன்பாடு என்று இருமுனைகளில் இருந்தும் செய்யலாம். மின் பயன்பாடு என்பது நாமெல்லாம் இப்போது இருக்கிற அதிர்வெண் சார்ந்து இயங்கும் மின் உபகரணங்களைக் கடாசிவிட்டு, அதிர்வெண் சாரா உபகரணங்களாகப் பயன்படுத்தலாம். இது நடைமுறையில் சாத்தியமற்றது. காரணம் 60 ஹெர்ட்ஸுக்குப் பழகித் தொலைத்துவிட்டோம். மின் உற்பத்தி முனையில் இது கொஞ்சம் எளிது. (நம் கண்ணோட்டத்தில் இருந்துதான். மின் நிலையப் பொறியாளரிடம் கேட்டால் மாற்றிச் சொல்ல வாய்ப்பிருக்கிறது).

எதற்கும் இருக்கட்டும் என்று சில மின்நிலையங்களை தேமேயென்று சும்மா ஓடச்செய்யலாம். தேவைப்படுகையில் மின்சாரம் தயாரித்துப் பயன்படுத்திக்கொள்ளலாம். ஆனால் பாருங்கள், இந்த அனல், அணு, புனல் மின் நிலையங்கள் கொஞ்சம் மந்தம். “ந்தா வரேன்” என்று மெல்ல மந்தமாய் வேகமெடுப்பதற்குள் இங்கு எதிர்வினை நேரம் முடிந்தே போயிருக்கும். இயற்கை எரிவாயு மின் நிலையங்கள் நம் அவசரத்துக்குக் தோதானவை. ஆனால் கற்பனை செய்து பாருங்கள். எந்த இயற்கை அழிவில் இருந்து பாதுகாக்க நாம் சூரிய, காற்றாலை மின்சாரத்தைக் கொண்டு வருகிறோமோ, அந்த சூரிய காற்றாலை மின் உற்பத்தியில் பின்னடைவை அதே அழிவு ஏற்படுத்தும் அமைப்புகள்தாம் ஈடுகட்டுகின்றன. இதற்கு முன்னராவது அவை முழு நேரமும் மின் உற்பத்தியில் ஈடுபட்டிருந்தன. இப்போது எப்போது வேண்டுமானாலும் தேவைப்படும் என்று வெற்றாய் ஓடவைக்கப்பட வேண்டும். மேலும் திடீர் திடீரென இயங்கும் வேகத்தை மாற்றுதல் என்பது பராமரிப்புச் செலவு எனும் தேரை இழுத்துத் தெருவில் விட்டுவிடும். கொஞ்சம் ஒதுங்கி ஒரு சின்ன கணக்கு பார்ப்போம்.



படத்தில் பார்ப்பது வருட வாரியாக அமெரிக்கா கலிஃபோர்னியாவின் , சராசரியாக ஒரு நாளின் மின்தேவை (மெகாவாட் அளவுகளில்). மேலே இருக்கும் படத்தில் காலை 6-9, மாலை 6-9 ஒட்டகத் திமில் போல இருக்கிறதா? இந்த வரைபடத்திற்கு ஒட்டக வளைவு (camel curve) என்று பெயரிட்டிருக்கிறார்கள். இடையில் இருக்கும் பள்ளம் மின் பயன்பாடு குறைவதையும் சூரிய மின்சாரம் முழு அளவில் இயங்குவதால் மைய மின் உற்பத்தியில் தேவை குறைவையும் சுட்டுகிறது. அப்படியே கீழ் படத்திற்குப் போகலாம். அடுத்தடுத்த படங்களில் மரபு சாரா மின்சாரம் குறிப்பாக சூரிய மின்சாரம் அதிகளவில் நிறுவப்பட்டு, நாளின் மத்தியில் மைய மின் உற்பத்தில் இருந்து குறைந்த அளவே தேவைப்படுகிறது. நல்ல விஷயம் தானே என்று நினைக்கலாம். காலை, உச்சபட்சப் பயன்பாட்டில் இருந்து குறுகிய நேரத்தில் கடனுக்கே என்று இயக்கப்படும் நிலைக்குச் செல்லும் மின் நிலையங்கள், மாலை அதிக மின் தேவைக்காக அதே குறுகிய நேரத்தில் முழு திறனுடன் செயல்பட வேண்டிய நிலைக்குத் தள்ளபடுகின்றன. இது மின் நிலையங்களில் தேய்மானத்தை ஏற்படுத்துகிறது. அதுதான் நடுவில் ஒரு பெரிய பள்ளம். இதனை வாத்து வளைவு (duck curve) என்று பெயரிட்டிருக்கிறார்கள். இன்னும் அதிகம் மரபு சாரா ஆற்றல் உள்ளே சேர்க்கப்படுகையில் சூரிய ஒளியால் தேவைக்கு மேலே மின்சாரம் உருவாகும். மேலை நாடுகளில் இது சார்ந்து தொடர்ச்சியாய் விவாதிக்கிறார்கள். இங்கும் அந்த நிலை வரத்தான் போகிறது. ஆனால் அப்போதும் நாம் இப்போது இருக்கிற தொழில்நுட்பம் போல சில ராட்சத டர்பைன்களை சும்மா ஓடவிடப்போகிறோமா? அல்லது மாற்றுகளை நோக்கி நகர்ந்து தயாராக இருக்கப்போகிறோமா?

மாற்றுகள் எல்லாமே தற்போதைக்கு பிரசவ வார்டில் கடைசி மாத செக்கப்பிற்குத்தான் போயிருக்கின்றன. தற்போதைக்கு காற்றாலைகளில் இந்த ஜடத்துவத்தைக் கொண்டு வரும் முயற்சி தொடங்கி இருக்கிறது. ராட்சத டர்பைன்கள் சுழன்று தருகிற ஜடத்துவத்தை, செயற்கையாக மின்னணு சாதனங்கள், குறிப்பாக மாறுதிசையாக்கிகள் (inverters) கொண்டு செய்யும் இதற்கு செயற்கை ஜடத்துவம் (synthetic inertia) என்று பெயர். அந்த வசதி கொண்ட காற்றாலைகள் சிக்கலான நேரத்தில் அதிர்வெண் சரிவதைத் தாங்கிப் பிடிக்க முயல்கின்றன. ஆம் ‘முயல்கின்றன’தான். சரிசெய்ய நாம்தான் வேறு இடங்களில் இருந்து மின்சாரம் கொணர்ந்தாக வேண்டும். 2016ன் இறுதியில் GE போன்ற இந்தத் துறை ஜாம்பவான்கள் இந்த செயற்கை ஜடத்துவத்தில் நம்பிக்கை தெரிவிக்கிறார்கள். இதைத் தவிர காற்றாலைகளில் தயாராகும் உபரி மின்சாரத்தைக் கொண்டு மலைக்குகைகளில் அல்லது மலையைக் குடைந்து செய்யப்படும் குகைகளில், ராட்சத கம்ப்ரஸர்கள் மூலம் காற்றை அழுத்தி வைத்து தேவைப்படுகையில் அழுத்தப்பட்ட காற்றில் இருக்கும் ஆற்றலை மீட்டு எடுத்துப் பயன்படுத்துவது. நம்மூரில் அது எந்தளவு தோதுப்படும் என்று தெரியவில்லை. குன்றெல்லாம் கோயிலோ, இயேசு அழைக்கிறார் ஜெபவீடுகளோ இருக்கின்றன. அப்படி இல்லையென்றாலும் குவாரிக்காரர்கள் இருக்கிறார்கள். இது கொஞ்சம் கடினமாகத் தெரிந்தால் கொஞ்சம் எளிமையாய் ஒரு சமாசாரம் இருக்கிறது. அதே உபரி மின்சாரம் கொண்டு, நீரை ஹைட்ரஜனாகவும், ஆக்ஸிஜனாகவும் பிரித்து தனித்தனியே சேமித்துவைத்து, தேவைப்படுகையில் இரண்டையும் மீண்டும் சேரவிட்டு ஆற்றல் பெறுவது. கிட்டத்தட்ட பேட்டரிதான். ஆனால் கிடைப்பது நீர் என்பதால் சூழலுக்குப் ‘பெரிய’ அளவில் பாதிப்பில்லை.

சூரிய சக்திக்கும் இதையே செய்யலாம். சூரியனின் சூட்டையும் வைத்து ஏதாவது செய்ய முடியுமா என்றும் யோசிக்கிறார்கள். வெப்பத்தைப் பாறையிலே தேக்கும் திட்டம்கூட இருக்கிறது. இரவானால் சேமித்து வைத்த சூட்டைக் கொண்டு மின்சாரம் தயாரிப்பது.

செயல்முறையில் இப்படி முயன்று கொண்டிருக்க, கோட்பாட்டு ரீதியாக இன்னமும் துல்லியமான காற்றின் நகர்வு, மேகங்களின் நகர்வு, பருவகாலங்களின் மாறுதல் பற்றிய ஆய்வுகளும் முக்கியம். அவை, அடுத்த சில மணி நேரங்களில் வானிலை எப்படி இருக்கும் என்பதற்கான கணித மாதிரிகள் மூலம் திட்டமிட உதவுகின்றன. மரபு சாரா உற்பத்தி பெரும்பாலும் மையத்தன்மை அற்றதாக இருப்பதால் (decentralized) ஏதேனும் ஒரு இடத்தில் உபரி உற்பத்தி இருக்கும். ஏனெனில் ஒட்டுமொத்த தமிழகமும் மழையாலோ, மேகத்தாலே மூடிவிடப் போவதில்லை. திருவிளையாடல் சிவாஜி கைகாட்டினாற்போல் காற்று அசைவின்றி நின்றுவிடப் போவதும் இல்லை. அதனால் உபரி உற்பத்தியைக் கொண்டு திட்டமிட இயலும்.

இப்போதுவரை மின் உற்பத்தியும், மின் பயன்பாடும் ஒருவழிப்பாதைதான். காரணம் காற்றாலைகளும், சூரிய ஆற்றலும் இன்னமும் நம்மை முழுதாய் ஊடுருவவில்லை. அப்படி ஊடுருவும் காலத்தில் இது இருவழிப்பாதை ஆகும். நாம் மைய மின் பகிர்மான வட்டத்திற்கு மின்சாரம் அனுப்பி வைப்போம். நாம் இதுவரை பார்த்தவை எல்லாமே இந்தக் கட்டுரை எழுதப்படுகிற நாளில் மின் இலாகாவின் தலைவலியாக இருக்கலாம். ஆனால் அது நம் தலைவலியாகவும் மாறும் நாள் வெகுதொலைவில் இல்லை. முழுக்க முழுக்க மரபு சாரா மின்சாரத்துக்கு நகர வேண்டும் என்று நினைக்கையில் இதையெல்லாம் முட்டுக்கட்டைகளாகப் பார்க்காமல் முறியடிக்கப்பட வேண்டிய சவாலாகப் பார்த்தால் இந்த மாற்றம் நமக்குக் கொஞ்சம் எளிதாய் இருக்கும்



No comments:

Post a Comment

அநாகரீகமான பின்னூட்டங்கள் வெளியிடப்படமாட்டாது.