शक्ति – उत्पादन केंद्र

शक्ती-उत्पादन केंद्र : (पॉवर प्लँट). जेथे एखाद्या कृत्रिम प्रकाराने नियंत्रित व प्रत्यक्षात उपयुक्त अशा यांत्रिक ऊर्जेची व नंतर विजेची प्रचंड प्रमाणावर निर्मिती होते ते स्थान. यांत्रिक ऊर्जेचे निर्मितीस्थानापासून प्रेषण करणे कठीणच नव्हे, तर जवळजवळ अशक्यच असते परंतु विद्युत ऊर्जेचे उत्पादन केंद्रापासून दूरच्या ठिकाणी प्रेषण करणे शक्य व सोपे असते. जगात सर्वत्र मोठमोठी विद्युत उत्पादन केंद्रे आढळतात. सर्वसाधारणपणे विजेसाठी शक्ती हा शब्द वापरला जातो.

पृथ्वीवरील ऊर्जेच्या नैसर्गिक उदगमांमध्ये वाऱ्याचे व पाण्याचे प्रवाह, नद्या-नाल्यांची गतिज ऊर्जा, उंचावरील पाण्याची तशीच समुद्राची भरती-ओहोटी व लाटा यांची स्थितिज ऊर्जा, सूऱ्याची उष्णता आणि जीवाश्म इंधनाच्या (खनिज तेल, दगडी कोळसा, नैसर्गिक वायू इ.) ज्वलनाने निर्माण होणारी उष्णता यांचा समावेश होतो. यांपैकी वारा, लाटा व सूर्य यांपासून मिळणारी ऊर्जा अनिश्चित स्वरूपाची असते. पवनचक्क्या, लाटांच्या शक्तीवर असतात. भरती-ओहोटीवर चालणाऱ्या शक्ती- उत्पादन केंद्रांचा भांडवली खर्च फार मोठा असतो. ज्वालामुखी व नैसर्गिक वाफ यांच्या शक्तीचा म्हणजे भूऔष्णिक ऊर्जेचा उपयोग इटली व आइसलँड या देशांत विद्युत-निर्मितीसाठी केला जातो पण शेवटी जल टरबाईने आणि औष्णिक एंजिने हीच सुटसुटीत, कमी खर्चाची व मोठ्या प्रमाणात वीज देणारी ठरली आहेत.

इतिहास : वाऱ्यावर जहाजे व पवनचक्क्या चालविणे, तसेच नदी-नाल्यांच्या साहाय्याने पाणचक्क्या वापरून यांत्रिक ऊर्जा मिळविणे, यांसारख्या गोष्टी फार पूर्वीपासून मानवाने साध्य केल्या आहेत परंतु यांत्रिक ऊर्जेसाठी केलेल्या आधुनिक यशस्वी प्रयत्नांची सुरूवात सतराव्या शतकाच्या अखेरीस झाली. टॉमस सेव्हरी यांनी १६९८ साली खाणीतील पाण्याचा उपसा करण्यासाठी वाफेचे इंजिन बवविले. प्रसिद्ध इंग्लिश अभियंते ⇨ जेम्स वॉट यांनी आधुनिक तंत्रदृष्टीने वाफेचे एंजिन १७८२ मध्ये तयार केले [⟶ वाफ एंजिन]. एकोणिसाव्या शतकाच्या उत्तरार्धात ⇨ अंतर्ज्वलन एंजिनाचा शोध लावून एत्येन लन्वार (१८६०), नीकोलाउस आउगुस्ट ओटो (१८७६), गोटलीप व्हिल्हेल्म डाइमलर (१८८३), हॉनर्सबी (१८९४) यांच्या नावानेच प्रसिद्ध असलेले एंजिने वापरात आली. ⇨ डीझेल एंजिनाने (१८९७) त्या प्रकारापुरते तरी पूर्णत्व गाठले. वाफेच्या एंजिनात सैद्धांतिकदृष्ट्या पुढे फारसी प्रगती झाली नाही, पण त्याचे टरबाइनामध्ये रूपांतर होण्यास सुरूवात झाली. अमेरिकन यंत्रज्ञ विल्यम एव्हरी (१८३१) यांना जरी वाफ टरबाइनच्या कल्पनेचे जनक म्हणता आले, तरी औद्योगिक उपयोगाला योग्य अशी टरबाइने कार्ल जी. पी. द लाव्हाल (स्वीडन, १८८३), सर चार्ल्स अल्जेर्नान पार्सन्स (ब्रिटन, १८८४), सी.जी. कर्टिस (अमेरिका, १८९७) या अभियंत्यांच्या प्रयत्नांनी सिद्ध झाली. विसाव्या शतकाच्या सुरूवातीपासूनच पाश्चिमात्त्य देशांत एंजिनांऐवजी वाफेची टरबाइने कारखान्यांतील शक्ती केंद्रात वापरण्यास सुरूवात झाली. पहिल्या महायुद्धाच्या (१९१४ –१८) सुमारास अंतर्ज्वलन एंजिनाची पुढील पायरी ठरलेल्या वायू टरबाइनाची कल्पना पुढे आली. दुसऱ्या महायुद्धाच्या (१९३९ – ४५) सुमारास अँल्बर्ट आइन्स्टाइन यांच्या सिद्धांताच्या आधारावर अणुऊर्जा प्राप्त झाली व तिचा उपयोग औद्योगिक क्षेत्रातील विद्युत निर्मितीसाठी केला जातो.

जलीय शक्तीच्या बाबतीत फोर्निशॅन जोव्हाल आणि खास करून पेल्टन, फ्रान्सिस, कॅप्लन, डेरिएझ, बल्ब या नावांनी खूपच प्रगती झाली. [⟶ जल टरबाइन].

एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीला विद्युत शास्त्राची बरीच प्रगती होऊन ⇨ प्रत्यावर्ती विद्युत प्रवाहाचे संवाहक तारेतून दूरवर प्रेषण करणे शक्य व सोपे झाले. परिणामतः कारखान्यात यांत्रिक ऊर्जा निर्माण करून तीच त्यामधील यंत्रांना पुरविण्याची पद्धती बंद होऊन यंत्रांना विद्युत चलित्रे लावणे सुरू झाले. यामुळे मोठ्या मध्यवर्ती शक्ती-उत्पादन केंद्रांची स्थापना होऊन तिथे विजेची निर्मिती करण्यास प्रारंभ झाला.

भारत : आधुनिक शक्ती-उत्पादन केंद्रे भारतात एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीपर्यंत नव्हती. मुंबईसारख्या औद्योगिक शहरातही बहुतेक सर्व कापड गिरण्या १९२५ पर्यंत स्वतःची यांत्रिक ऊर्जा स्वतःच तयार करून वापरीत असत.

भारतात आधुनिक यांत्रिक युगाचा पाया मुंबईतील सुती कापड्याच्या व कोलकाता येथील तागाचा गिरण्यांनी घातला (सु.१८५५ – ६५). तथापि नाव घेण्याजोग्या शक्ती-उत्पादन केंद्राच्या उभारणीस तत्कालीन म्हैसूर संस्थानातील शिवसमुद्रम येथील कावेरी नदीवरील प्रकल्पाने सुरूवात झाली. ही जलविद्युत योजना १९०२ च्या सुमारास कार्यवाहीत येऊन ४५,००० किवॉ. वीज निर्माण होऊ लागली. त्यानंतर १९१५ च्या सुमारास टाटा कंपनीचे खोपोली येथील जलीय विद्युत संयंत्र तयार झाले. आणि त्यापाठोपाठ भिवपुरी व भिरा ही त्याच प्रकारची केंद्रे चालू झाली. कोलकात्यात व मुंबईत १९०० च्या सुमारास विजेसाठी औष्णिक शक्ती-उत्पादन केंद्रे उभारण्यात आली तसेच अहमदाबाद व मुंबईजवळ चोला येथील औष्णिक शक्ती-उत्पादन केंद्रही १९२५ पर्यंत चालू झाली.

स्वातंत्र्योत्तर काळात विद्युत शक्ती-उत्पादन केंद्राची झपाट्याने वाढ झाली. पहिल्या पंचवार्षिक योजनेत (१९५१ – ५६) सबंध भारतात ठिकठिकाणी नवे जलीय व औष्णिक विद्युत प्रकल्प सुरू करण्यात आले. १९४७ साली भारताची वीजनिर्मितीची स्थापित क्षमता १,४०० मेवॉ. होती, ती मार्च २००६ या वर्षाअखेरीस १,२६,०८८ मेवॉ. पर्यंत पोहचली. १९६० साली महाराष्ट्राची वीजनिर्मितीची स्थापित क्षमता ७६० मेवॉ. होती, ती २००४-२००५ या वर्षासखेरीस १४,३६९.६० मेवॉ. पर्यंत पोहोचली.

यांत्रिक व विद्युत् ऊर्जांमधील संबंध : यांत्रिक ऊर्जेचे मापन अश्व शक्तीमध्ये व विद्युत् ऊर्जेचे मापन किलोवॉटमध्ये केले जाते. या दोन्ही ऊर्जा एकमेकींत रूपांतर होऊ शकणाऱ्या असून त्यासंबंधीचे सूत्र पुढीलप्रमाणे आहे :

०·७४६ किलोवॉट = १ अश्वशक्ती  

फार मोठ्या प्रमाणावर विद्युत शक्ती मोजताना किलोवॉट हे एकक लहान भासते म्हणून मेगॅवॉट हे मोठे एकक वापरतात (१ मेगॅवॉट = १००० किलोवॉट = १०^६ वॉट) शक्ती-उत्पादन केंद्राचे निर्धारण किलोवॉट अथवा मेगॅवॉटमध्ये केले जाते. निर्मिलेली अथवा वापरलेली विद्युत ऊर्जा मोजण्यासाठी “किलोवॅट-तास = युनिट” हे एकक वापरतात. शक्ती-उत्पादन केंद्राचे उत्पादन दशलक्ष युनिट (एम.यू.) मध्ये मोजतात. शक्ती-उत्पादन केंद्रामध्ये कोणत्या तरी नैसर्गिक ऊर्जेचे रूपांतर यांत्रिक परिभ्रमी गतीत केले जाते व ही परिभ्रमी गती विद्युत् जनित्रास पुरवून तिचे विद्युत् ऊर्जेत रूपांतर केले जाते.

वर्गीकरण : शक्ति-उत्पादन केंद्रांचे वर्गीकरण त्यांत वापरल्या जाणाऱ्या नैसर्गिक ऊर्जेच्या प्रकरणावरून पुढीलप्रमाणे करतात : (१) जलविद्युत् शक्ति-उत्पादन केंद्रे: (अ) उंचावर जलसंचय करून त्यावर चालणारी जल टरबाईने असलेली, (आ) भरती-ओहोटी विद्युत केंद्रे (२) औष्णिक विद्युत् केंद्रे : (अ) वाफ टरबाइने असलेली, (आ) अंतर्ज्वलन एंजिने असलेली (३) अणुकेंद्रीय शक्ती-उत्पादन केंद्रे.

जलविद्युत् शक्ति-उत्पादन केंद्रे : जलविद्युत केंद्र : जलविद्युत केंद्रांमध्ये जनित्र चालविण्यासाठी लागणारी ऊर्जा उंचावरून कोसळणाऱ्या पाण्याच्या झोताने पुरविली जाते. पाण्याच्या स्थितिज ऊर्जेचे गतिज ऊर्जेत रूपांतर करून ही गतिज ऊर्जा टरबाईन चालविण्यास वापरली जाते. जलविद्युत केंद्रांचे त्यांच्या जलशीर्षांवरून उच्च, मध्यम व निम्न शीर्षांची असे तीन प्रकार पडले आहेत. उच्च जलशीर्षाच्या केंद्रातील महत्त्वाचे विविध घटक पुढीलप्रमाणे असतात : (१) धरण, (२) शीर्षजल, (३) शीर्ष तटाक, (४) मुख्य झडपा गृह, (५) पातनळ, (६) पुरवठा झडप, (७) प्रोथ, (८) टरबाइन व तदनुषंगिक साहाय्यक यंत्रे व यंत्रणा, (९) जनित्र, (१०) पादजल आणि (११) वीज उत्पादनानंतर दूर प्रेषणासाठी लागणारी रोहित्रे इ. सामग्री. जलविद्युत केंद्रांची विद्युत् उत्पादन शक्ती मुख्यतः पाण्याचे प्रवाहमान व जलशीर्ष या दोन गोष्टींवर अवलंबून असते. जलशीर्ष जर ३०५ मी. पेक्षा जास्त असेल, तर आवेग टरबाइन आणि त्यापेक्षा कमी असल्यास प्रतिक्रिया टरबाइन वापरले जाते [⟶ जल टरबाइन]. जल टरबाइने साधारणतः दर मिनिटाला १०० ते ३७५ ह्या फेरेव्याप्तीतील कोणत्याही एका समकालिक गतीने फिरतात. [⟶ जलविद्युत् केंद्र].

भरती-ओहोटी विद्युत् केंद्रे : भरती-ओहोटीतून मिळणाऱ्या ऊर्जेचा उपयोग (विशेषकरून भरती व ओहोटीच्या वेळी असणाऱ्या समुद्राच्या पातळ्यांतील फरक जास्त असेल तेथे) वीजनिर्मितीसाठी करता येऊ शकतो. भूभागाच्या रचनेवर भरतीची उंची अवलंबून असते. अशा ठिकाणी बल्ब जातीची टरबाइने वापरली जातात. जगातील पहिले भरती-ओहोटी विद्युत् केंद्र १९६७ मध्ये इंग्लिश खाडीत फ्रान्यच्या किनाऱ्यावर रांस नदीच्या मुखावर काऱ्यान्वित झाले. भरतीमुळे मिळणारे जलशीर्ष सु. ८ मी. असून २४ टरबाइने असलेल्या या केंद्राची क्षमता ५५० मेवॉ. आहे. [⟶ भरती-ओहोटी].

औष्णिक विद्युत् केंद्रे : वाफ शक्ति-उत्पादन केंद्रे : वाफ विद्युत् केंद्रांमध्ये जीवाश्म इंधनाचा (दगडी कोळसा, नैसर्गिक वायू किंवा खनिज तेल) वापर केला जातो. इंधनाच्या उष्णतेने पाण्याची वाफ होते व ती टरबाइनामध्ये सोडून तेथे तिच्यातील उष्णतेने घूर्णकाच्या परिभ्रती गतीद्वारा यांत्रिक ऊर्जेत व पुढे विद्युत् जनित्राच्या साहाय्याने विद्युत् ऊर्जेत परिवर्तन होते. अशा प्रकारच्या केंद्रांमध्ये बाष्पित्र, वाफ टरबाइन आणि जनित्र हे पायाभूत घटक असतात. वाफ शक्ती संयंत्रातील प्रमुख भागांची माहिती खाली दिली आहे.

(१) बाष्पित्र : फार मोठी वाफ टरबाइने चालविण्यास प्रचंड प्रमाणावर वाफेच्या निर्मितीची आवश्यकता असते. दगडी कोळसा, नैसर्गिक वायू किंवा खनिज तेल याचा भट्टीमध्ये पुरवठा करून ते बाष्पित्राच्या तळाजवळ जाळले जाते. ज्वलनातून निर्माण झालेला तप्त वायू वर सरकतो व बाष्पित्रामध्ये असलेल्या जलनलिकांभोवती खेळविला जातो. या जलनलिकांमध्ये अभिसारित केलेल्या पाण्याचे बाष्पिभवन होऊन त्याचे वाफेत रूपांतर होते. इंधन जाळून निर्माण होणाऱ्या उष्णतेतील जास्तीत जास्त उष्णता ऊर्जेचे यांत्रिक काऱ्यात रूपांतर व्हावे व अशा रीतीने संपूर्ण संयंत्राची कार्यक्षमता जास्तीत जास्त व्हावी याची दक्षता घेतलेली असते. यासाठी बाष्पित्र प्रचंड दाबाखाली चालवितात. तसेच उष्णता शोषणाचे क्षेत्र वाढविण्यासाठी अनेक नळ्यांतून बाष्पित्राचे पाणी वेगाने फिरविले जाते. त्यामुळे ठरावीक वेळात होणाऱ्या वाफनिर्मितीचा वेगही वाढतो. सर्वसाधारणपणे अतितप्त वाफ व विद्युत् ऊर्जा यांचे समीकरण पुढीलप्रमाणे आहे : ३·२ किग्रॅ. अतितप्त वाफ = १ किलोवॉट-तास. आतमध्ये एवढा प्रचंड दाब व तापमान असलेले बाष्पित्र सुरक्षित राहावे व व्यवस्थितपणे चालावे यासाठी अर्थातच त्यावर काही साधने बसविलेली असतात. उदा., सुरक्षा झडपा, पाण्याची पातळी कमी वा जास्त होताच इशारा देणारी झडप, दाबदर्शक इत्यादी. [⟶ बाष्पित्र].

(२) अतितापक : हा मजबूत पोलादी नळ्यांचा बनविलेला असून बाष्पित्रामधून निघालेली वाफ प्रथम त्यातून जाते. बाष्पित्राच्या भट्टीतून येणाऱ्या वायूंच्या उच्च तापामानामुळे त्याच्या मार्गातील या नळ्यांमधील वाफ कोरडी, अतितप्त होऊन तिचा दाबही वाढविला जातो.

(३) वाफ टरबाइन : टरबाइनाचा घूर्णक बहुधा शंखाकृते असून त्याच्या परिघावर अंगच्याच पात्यांच्या कड्यांच्या रांगा जवळजवळ ठेवलेल्या असतात. ही पाती उच्च वेगाने वाहणाऱ्या वाफेच्या गतिज ऊर्जेने फिरविली जातात. टरबाइनाचे कवच स्थिर असून त्याच्या आतील परिघावर अंगची प्रोथांचे किंवा पात्यांची कडी ठेवलेली असतात. अशा प्रोथांचे कार्य वाफेचे प्रसरण करणे व अशा पात्यांचे कार्य वाफेचे मार्गदर्शन करणे हे असते. घूर्णकावरील प्रत्येक रांगेतील फिरत्या पात्यांचा आकार, आकारमान आणि लांबी वेगवेगळी असतात. कारण टरबाइनमधून सरकताना वाफेचे तापमान, दाब आणि घनफळ बदलत असते. टरबाइनाच्या आगम मार्गाच्या टोकापाशी पात्यांचे आकारमान लहान असते, तर निर्गम मार्गाच्या टोकापर्यंत ते मोठे होत जाते. वाफ टरबाइने सामान्यतः दर मिनिटाला ३,००० फेरे या वेगाने फिरतात. [⟶ वाफ टरबाइन].

(४) संघनक : टरबाइनाच्या शेवटच्या टप्प्यातून वाफ संघनकामध्ये प्रवेश करते. संघनकात थंड पाणी वाहणाऱ्या नळ्या असतात. नळ्यांमधील पाणी वाफेची उष्णता शोषून घेते व वाफेचे रूपांतर पाण्यामध्ये होते म्हणजे वाफेचे संघनन होते. हे पाणी पंपाद्वारे पुन्हा बाष्पित्रामध्ये पाठविले जाते. बऱ्याच केंद्रांमध्ये संघनकातील नळ्यांमधील पाणी ज्याने वाफेची उष्णता शोषलेली असते ते थंड करण्यासाठी शीतक मनोरा वापरला जातो. [⟶ संघनक].

जीवाश्म इंधन वापरणारी वाफ विद्युत् केंद्रे कार्यक्षम व विश्वसनीय असतात पण त्यांच्यामुळे प्रदूषण होऊ शकते. काही केंद्रे शीतक मनोरा किंवा तत्सम पाणी थंड करण्याचे उपकरण वापरत नसत व ते गरम पाणी तळ्यात, नदीत अथवा अन्य जलप्रवाहात सोडत. त्यामुळे होणारे औष्णिक प्रदूषण पाण्यातील वनस्पती तसेच प्राणिजीवाला अपायकारक असे. दगडी कोळसा आणि नैसर्गिक वायू यांच्यामध्ये सामान्यतः थोड्या प्रमाणात गंधक असते. ही इंधने जाळल्यानंतर गंधकाचे रूपांतर सल्फर डाय-ऑक्साइडामध्ये होते. हा वायू जीवसृष्टीला अतिशय हानीकारक असतो. [⟶ प्रदूषण].

भारताच्या महत्त्वाकांक्षी योजनाबद्ध प्रगतीत औष्णिक शक्ति-उत्पादन केंद्राचा वाटा महत्त्वाचा आहे. राज्यस्तरीय औष्णिक शक्ति-उत्पादन केंद्रांबरोबर राष्ट्रीय स्तरावर नॅशनल थर्मल पॉवर कॉर्पोरेशन हे सुपर थर्मल केंद्रे उभारते.

अंतर्ज्वलन एंजिनयुक्त शक्ति-उत्पादन केंद्रे : या प्रकारच्या केंद्रांमध्ये वीजनिर्मितीसाठी लागणारी ऊर्जा डीझेल एंजिन किंवा वायू टरबाइनामधून मिळवली जाते. डीझेल एंजिनामध्ये सिलिंडरात इंधन तेल आणि संपीडित (दाब दिलेली) हवा अंतःक्षेपित केली जाते, तेथे पश्चाग्र (पुढे-मागे) गतीत सरकणाऱ्या दट्ट्यांमुळे संपीडनाद्वारे हवा गरम होऊन तिचे तापमान इंधन तेलाच्या प्रज्वलन बिंदूपेक्षा जास्त होते. त्यामुळे इंधन पेटते व दट्ट्यांमार्फत यांत्रिक ऊर्जा उत्पन्न होते. सरकणारा दट्ट्या संयोजदांडा व भुजा यांनी भुजादंडाला जोडलेला असतो. या जोडणीमुळे दट्ट्याच्या पश्चाग्र गतीचे भुजादंडाच्या परिभ्रमी गतीत रूपांतर होते. ही परिभ्रमी गती जनित्राला पुरवून वीजनिर्मिते केली जाते. [⟶ अंतर्ज्वलन एंजिन].

दुसऱ्या महायुद्धानंतर जर्मनी व पश्चिम युरोपीय देशांत विशिष्ट शहरास पुरेसा वीजपुरवठा करता यावा म्हणून प्रचंड क्षमतेची डीझेल एंजिने प्रथम निर्माण केली गेली. ह्या प्रचंड क्षमतेच्या डीझेल एंजिनाचा आकार छोट्याशा दुमजली इमारतीइतका असतो. भारतात अशा एंजिनांची निर्मिती मुंबईजवळ खोपोली येथे १९८९ पासून झाली. येथे निर्माण केल्या जाणाऱ्या चार प्रकारच्या संयंत्राची क्षमता २,००० ते १०,००० किवॉ. इतकी असून त्याचे वजन ९० ते १०० टन इतके आहे. विद्युत् पुरवठा करणाऱ्या कंपन्या विजेची मागणी पुरवू शकत नाहीत, अशा वेळी मागणी आणि पुरवठा ह्यांतील तफावत भरून काढण्यासाठी ही यंत्रे भारतभर मोठ्या प्रमाणावर वापरली जात आहेत.

वायू टरबाइन वापरणाऱ्या शक्ति-उत्पादन केंद्रांमध्ये वायू हा कार्यद्रायू म्हणून वापरला जातो. वायू प्रथम संपीडित करून त्याचे तापमान व दाब वाढविले जातात. मग त्यामध्ये इंधनाचे ज्वलन होऊन प्रचंड उष्णता निर्माण होते. नंतर खूप दाब व तापमान असलेल्या वायूचे प्रसरण होते व त्यातून मिळणाऱ्या कार्यशक्तीतून टरबाइनाच्या घूर्णकाला परिभ्रती गती दिली जाते व तिचे रूपांतर जनित्राद्वारे विजेमध्ये केले जाते. [⟶ वायु टरबाइन].

अणुकेंद्रीय शक्ति-उत्पादन केंद्रे : जनित्र जोडलेले टरबाइन चालविण्यासाठी जे कार्यमाध्यम लागते, ते मिळविण्यासाठी दुसऱ्या महायुद्धानंतर कमी अणुभार असलेल्या मूलद्रव्यांच्या अणुकेंद्रांच्या संयोगाने वा संघटनाने अथवा उच्च अणुभार असलेल्या मूलद्रव्यांच्या अणुकेंद्रांच्या भंजनाने उत्पन्न होणाऱ्या उष्णतेचा उपयोग होऊ लागला. एक किग्रॅ. युरेनिअमाच्या भंजनाने मिळणारी ऊर्जा प्रतिकिग्रॅ. १०,५००० किकॅ. मूल्य असलेल्या १,००० टन खनिज तेलातील उष्णतेइतकी असते. तर एक किग्रॅ. ड्यूटेरियम अणूंच्या संघटनाने मिळणारी ऊर्जा त्याच तेलाच्या ९,८५० टनांतील उष्णतैतकी अंदाजे असते. प्रचलित वाफ विद्युत केंद्रांमध्ये वापरल्या जाणाऱ्या बाष्पित्राऐवजी अणुकेंद्रीय शक्ति-उत्पादन केंद्रांमध्ये अणुकेंद्रीय विक्रियक वापरला जातो. अणूचे भंजन अथवा संघटन होताना जी उष्णता बाहेर पडते, ती शीतक द्रव अथवा वायू नळांतून खेळवून त्यांच्याद्वारा विक्रियकामधून बाहेर काढतात. नंतर तो द्रव किंवा वायू थेटपणे टरबाइन चालविण्यास वापरतात (प्रत्यक्ष आवर्तन) किंवा एका उष्णता विनिमयकातून नेऊन तेथे पाण्याची वाफ तयार करतात व ती टरबाइन चालविण्यास (अप्रत्यक्ष आवर्तन) वापरतात. शीतकाचे तापमान जितके जास्त, तितकी शक्ति-उत्पादन केंद्राची औष्णिक कार्यक्षमता जास्त असते. यामुळे प्रत्यक्ष आवर्तन जास्त कार्यक्षम असते.

अणुकेंद्रीय शक्ति-उत्पादन केंद्रांमधून होणारे वायुप्रदूषण अत्यल्प असते, तरी विक्रियकात अणुभंजनापासून उत्पन्न होणारी किरणोत्सर्गी द्रव्ये बंदिस्त तरी ठेवावी लागतात किंवा त्यांचे पाण्यात मिश्रण करून ती पसरून, विखरून टाकावी लागतात. ह्या एकूण सर्वच क्रियेमध्ये फार मोठा धोका असतो त्यामुळे अशी अणुकेंद्रीय शक्ति-उत्पादन केंद्रे कार्यरत ठेवण्यासाठी सतत जागरुकता व प्रत्येक व्यवहार शंभर टक्के सुरक्षापूर्ण रीतीने केले जात असल्याबद्दल सतत आश्वस्तकरण करावे लागते. अशा प्रकारे आश्वस्तकरण न केल्याने रशियातील चेर्नोबिल व जपानमधील अणुऊर्जा केंद्रांत अपघातांच्या घटना घडल्या. [⟶ अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी].

शक्ति-उत्पादन केंद्रांची मांडणी : मूलचालक (उष्णता वा दाब या रूपातील ऊर्जेचे यांत्रिक रूपात रूपांतर करणारा शक्ति-संयंत्रातील घटक) आणि जनित्रे यांचे आस एकमेकांना सरळच जोडलेले असतात. दोहोंमध्ये दंतचक्रे वगैरे घालण्याची आवश्यकता दोहोंचा आराखडा तयार करतानाच टाळून दोहोंचीही परिभ्रमी गती सारखीच ठेवतात. जनित्राची मांडणी उभी किंवा आडवी करणे शक्य असते पण ते टरबाइनाच्या मांडणीवर अवलंबून असते. उच्च शीर्षाचा पण कमी शक्तीचा जलीय मूलचालक असल्यास त्याची व त्याचबरोबर जनित्रांचीही मांडणी आडवी असते. अन्य प्रकारांची जल टरबाइने उभ्या मांडणीची असतात. उभ्या मांडणीच्या यंत्रदालनाचे क्षेत्रफळ कमी असते पण उंची जास्त असते. एकंदर व्यापाचा विचार केला असता, ही उभी मांडणी जास्त आटोपशीर व कमी खर्चाची असते. उभ्या मांडणीत टरबाइनाच्या व जनित्राच्या फिरत्या भागांचे वजन व जलप्रवाहाची उभ्या दिशेतील प्रेरणा एकाच दिशेत असल्याने त्या दोन्ही प्रेरणा धारव्यांवर [आधार देणाऱ्या ज्या यंत्रभागावर दुसरा भाग घसरतो अथवा त्याच्याभोवती फिरतो वा आंदोलने करतो तो भाग म्हणजेच धारवा होय ⟶ धारवा] सर्व ठिकाणी सारख्या विखुरल्या जातात. यामुळे घर्षणाने होणारी हानी कमी होते. उभ्या मांडणीत जनित्र व पाण्याचे नळ निरनिराळ्या मजल्यांवर असतात व पादजलाच्या पातळीच्या बरेच वर जनित्र असल्यामुळे ते पाण्यात बुडून खराब होण्याची शक्यता राहात नाही.

विद्युत् विभाग : विद्युत् जनित्र : आधुनिक तंत्रात मध्यवर्ती शक्ति-उत्पादन केंद्रातील जनित्रे प्रत्यावर्ती प्रवाहाचीच असतात. एकदिश प्रवाहाची जनित्रे फक्त विशेष कामांसाठी व लहान प्रमाणावरच वापरतात. प्रत्यावर्ती प्रवाहाची कंप्रता दर सेकंदास ५० कंपने व जनित्रप्रवाहाचा दाब ११ किलोव्होल्ट ठेवण्याचा प्रघात आहे. प्रत्यावर्ती प्रवाहाच्या जनित्रामध्ये एक स्थिर भाग असतो, त्याला स्थाणुक असे म्हणतात आणि एक परिभ्रमी भाग असतो, त्याला घूर्णक असे म्हणतात. मोठ्या शक्ति-उत्पादन केंद्रांमध्ये स्थाणुकाला तारांची शेकडो वेटोळी असतात तर घूर्णक हा प्रचंड विद्युत चुंबक असून त्याला एका स्वतंत्र छोट्या जनित्रापासून विद्युत पुरवठा होतो. या छोट्या जनित्राला उद्दीपक जनित्र असे म्हणतात. मूलचालकाने घूर्णक फिरविल्यावर स्थाणुकच्या वेटोळ्यांमध्ये विद्युत दाब निर्माण होतो व त्यामुळे विद्युत प्रवाह वाहण्यास सुरूवात होते. [⟶ विद्युत जनित्र].

केबल : जनित्रात तयार होणाऱ्या विजेचा दाब हा प्रेषण दाबाच्या मानाने बराच कमी व प्रवाह जास्त असल्याने विद्युत निरोधित केबलचे आकारमान मोठे असते. यामुळे त्या केबली तीव्र वक्रतेची वळणे घेऊ शकत नाहीत. या मुख्य केबलींचा मार्ग केंद्राचा आराखडा तयार करतानाच ठरवितात. व त्याप्रमाणे केबलींच्या मार्गात खांब व यंत्रांचे पाये वगैरेंसारखे इतर अडथळे येणार नाहीत याची दक्षता घेतात. या मुख्य केबली जनित्रापासून प्रथम नियंत्रक खोलीच्या मागील बाजूस सुयोग्य क्षमतेच्या विद्युत मंडल खंडकांना जोडलेल्या असतात. केबली जनित्रापासून स्विचांपर्यंत नेण्यासाठी यंत्रदालनाच्या मजल्यांच्या तळातील फरशीत जरुरीप्रमाणे विशेष प्रकारची काढती-घालती झाकणे असलेले चर असतात. त्यांना सेवाचर असे संबोधण्याचा प्रघात आहे. या मुख्य केबलींच्या बाजूने नियंत्रक केबलीही नेलेल्या असतात. [⟶ केबल].

बस पट्ट्या : प्रत्येक यंत्रात उत्पन्न झालेली वीज ⇨ विद्युत् मंडल खंडकानंतर संवाहकामार्फत बसपट्ट्यांना जोडतात. तेथे केंद्रातील सर्व जनित्रांनी निर्मिलेली वीज एकत्रित केली जाते.

नियंत्रण खोली : ही शक्ति-उत्पादन केंद्राचा मस्तिष्ककोशच असते. येथे मोठे फलक व त्यावर बसविलेले दर्शक/मापक उपकरणे असतात. यात बाष्पित्र, मूलचालक व जनित्रे यांच्या नियंत्रणाची स्वयंचलित व मानवी साधने, टरबाइने व जनित्रे सुरू व बंद करण्यासाठी लागणाऱ्या पुरवठा झडपांची स्विचे, जनित्रांचे समांतर करण्याचे साधने, टरबाइनाच्या साहाय्यक यंत्रणेच्या कळा वगैरे सर्व काही सामावलेले असते. तसेच कंप्रतेचे व दाबाचे नियमन आणि चालू यंत्रावरील देखरेख व दुरुस्ती ही सुद्धा कार्ये तेथे केली जातात. ही नियंत्रण खोली यंत्रदालनातच किंवा ते वाढवूनही पण यंत्रविभाग दिसेल अशा तऱ्हेने बांधलेली असते.

निरनिराळ्या मापकांना जोडणाऱ्या अनेकविध केबली व्यवस्थितपणे जोडता याव्यात म्हणून नियंत्रण खोलीच्या खालच्या बाजूस वितरणासाठी लहान मजला ठेवणे सोयीचे होते. नियंत्रण खोलीतील उजेडाची व दिव्यांची व्यवस्था करताना निरनिराळी मापके वाचताना कोणत्याही प्रकारची अडचण येणार नाही, याची काळजी घेतात. याच खोलीत चालकाचे स्थान असते व त्याच्याजवळ कोणाशीही त्वरित संपर्क साधण्यासाठी संदेश यंत्रणाही असते.

औष्णिक शक्ति-उत्पादन केंद्रावरील विद्युत्-उत्पादन जलविद्युत् केंद्रावरील दाबाप्रमाणे चटकन कमी-जास्त करणे शक्य होत नाही. औष्णिक केंद्र थोडा वेळ बंद ठेवावयाचे असले, तरी बाष्पित्रामधील इंधनाचे ज्वलन चालू ठेवून वाफ नेहमी तयार ठेवावी लागते. यात अर्थातच इंधनाचा अपव्यय होतो म्हणून औष्णिक केंद्रांवरील विद्युत्-उत्पादन सतत बदलत नाहीत. जलीय केंद्रातील यंत्रे बंद किंवा चालू करून कमी-जास्त मागणी भरून काढतात. जल टरबाइन बंद असेल, तर काहीच नुकसान होत नाही.

रोहित्र भाग : जनित्रात उत्पन्न झालेली वीज शेवटी कित्येक किमी. दूर असलेल्या ठिकाणी पुरवावी लागते. त्यासाठी उंच मनोऱ्यावरून घातलेल्या तारांतून तिचे प्रेषण करतात. असे दूर अंतरावर प्रेषण करताना विद्युत् ऊर्जेत घट होते. ही प्रेषण घट कमी करणे कार्यक्षमतेसाठी आवश्यक असते. विद्युत् ऊर्जेची घट विजेच्या प्रवाहाच्या वर्गानुसार (I^२) होत असल्याने प्रवाहमूल्य शक्य तितके कमी ठेवण्याचा प्रयत्न असतो. यासाठी विजेचा दाब वाढवावा लागतो. उच्च दाबाची वीज थेट जनित्रांतूनच मिळविणे धोक्याचे असते, म्हणून जनित्रातून निघाल्यावरच तिचा दाब वाढवितात. ही दाब वाढविण्याची क्रिया आरोहित्राच्या साहाय्याने करतात. प्रत्येक जनित्राला रोहित्र जोडलेले असते. जनित्रापासून निघालेल्या केबली आरोहित्राकडे नेल्या जातात, संयंत्राची शक्ती जर कमी असेल, तर या कमी दाबाच्या केबलींवरच ⇨ स्विच गिअर बसवितात परंतु जेव्हा शक्ती जास्त असते, तेव्हा तांत्रिक अडचणींमुळे हे शक्य होत नाही. जनित्र व स्विच गिअर यांच्यामध्ये रोहित्र बसवावे लागते. मुख्य रोहित्र सामान्यतः विद्युत् केंद्राबाहेर स्विच गिअरच्या परिसरात बसविणे सोयीचे असते. विद्युत् केंद्रामध्ये रोहित्र बसविले असता आगीपासून संरक्षण करण्याची काळजी घ्यावी लागते. शक्ति-उत्पादन केंद्रातील सर्व साहाय्यक यंत्रणांपैकी रोहित्रास आगीपासून सर्वात जास्त धोका असतो. कारण रोहित्रात तेलाचा मोठा साठा असतो व त्याला काही कारणाने आग लागली असता भडका उडण्यास वेळ लागत नाही. आग लागल्यावर रोहित्रातून बाहेर पडणारे जळते तेल सुरक्षितरीत्या दूर नेण्याची खात्रीलायक व्यवस्था करावी लागते. तसेच आग पसरू नये म्हणून दोन रोहित्रांमध्ये जाड भिंत बांधून ती एकमेकांपासून अलग ठेवतात.

कित्येक वेळा भौगोलिक परिस्थितीमुळे जलीय संयंत्राच्या जवळपास स्विच गिअर ठेवणे अशक्य असते. अशा वेळी रोहित्र यंत्रदालन व धरण यांच्यामधील जागेत किंवा पादनालावरील मजल्यावर ठेवतात. एका टरबाइन जनित्राला लागणाऱ्या जागेसमोरील किंवा पाठीमागील जागेत त्याचा रोहित्रसंच बसविता येतो.

भूमिगत जलविद्युत् केंद्रात काही वेळा रोहित्रही भूमिगत ठेवणे कमी खर्चाचे असते. अशा वेळी रोहित्रांसाठी वेगळा बोगदा खणून त्यात ती ठेवली जातात किंवा मुख्य यंत्रदालनाची रुंदी वाढवून तेथे त्यांची योजना केली जाते परंतु आगीपासून त्यांचे संरक्षण स्वतंत्ररीत्या करावे लागते. रोहित्रांत वाढलेला दाब घेऊन तारा शेवटी उंचावरील उच्च दाबच्या विलगी स्विचांना जोडतात. तेथून मग मनोऱ्यावरील तारांतून वीज पुढे जाते. [⟶ रोहित्र].

स्विच गिअर : यात विद्युत्मंडल खंडक, विलगी स्विचे वगैरेंचा समावेश असतो. सामान्यतः ही यंत्रणा उघड्यावरच असते, परंतु काही ठिकणी यंत्रदालनाच्या आतच ती ठेवतात. ती आत बसविल्यास स्फोटाचा व आगीचा धोका टाळण्यास तेलरहित स्विच गिअर वापरतात. [⟶ स्विच स्विच गिअर].

साहाय्यक यंत्रणा व त्यांना लागणारी विद्युत मंडले : टरबाइनाला लागणाऱ्या साहाय्यक यंत्रणेत (१) निरनिराळ्या मोठ्या झडपांचे यांत्रिक चालन, (२) विविध कामांसाठी लागणारे पाण्याचे पंप, (३) नियंत्रकाची (गव्हर्नराची) साहाय्यक यंत्रणा कार्यवाहित आणण्यासाठी लागणारे तेलाचे पंप व वंगण करणारे पंप ही मुख आहेत.

विद्युत् कक्षात वरील यंत्रे चालविण्यासाठी लागणारी विद्युत् मंडले, नियंत्रण खोलीतूनच विद्युत् मंडल खंडकांच्या चालनाची व इतर सामग्रीच्या नियंत्रणाची मंडले ठेवलेली असतात. तसेच शक्ति-उत्पादक केंद्रे व त्याच्या आवारातील दिव्यांसाठी, विद्युत घटमालेची भारक यंत्रणा चालविण्यासाठी, नियंत्रण खोलीतील साधने, उपसाधने, निरनिराळी मापके, संरक्षक रिले यांसाठी, संयंत्रातच व बाहेर संदेशवहन ठेवण्यासाठी लागणारी दूरध्वनी संच, रेडिओ, सूक्ष्मतरंग केंद्र वगैरेंसाठी लागणारी विद्युतमंडले विद्युत कक्षात ठेवावी लागतात. यांतील काही प्रत्यावर्ती व काही एकदिश प्रवाहंवर चालणारी असून त्यांच्याकरिता वेगवेगळे फलक असतात.

निरोधकातील अतिप्रवाह व अतिदाब आणि धारवे व जनित्रातील गुंडाळ्याच्या तापमानांतील वाढ तसेच वंगणखंड यांसारख्या जनित्रांत घडू शकणाऱ्या दोषांपासून त्याला उत्पन्न होणारा धोका टाळण्यासाठी साधने, दाब नियमनाची साधने यांचीही जरूर ती व्यवस्था यंत्रदालनातच केलेली असते. या सर्व विद्युत् मंडलांना लागणारी निरनिराळ्या दाबांची वीज पुरविण्यासाठी संयंत्रात लहान दुय्यम रोहित्रे बसविलेले असतात. काही विशेष दुर्धर घटनांमुळे जर संबंध संयंत्रच बंद पडले आणि स्थानीय विद्युत जालाचाही संपर्क तुटला, तर तत्काळ चालू करता येण्यासारखे जनित्रासहित डीझेल एंजिनासारखे एखादे साधन उपलब्ध असते. तसेच विद्युत घटमालाही सदैव सज्ज ठेवलेली असते. [⟶ विद्युत मंडल].

विद्युत् जाल : आधुनिक कालात विजेचा वापर खूपच वाढल्याने ठिकठिकाणी मोठी शक्ति-उत्पादन केंद्रे स्थापन झाली आहेत. आता मोठ्या विभागातीलच नव्हे, तर सबंध राज्यातील निरनिराळ्या केंद्रांतील विजेच्या तारा एकमेकींशी जोडून विद्युत जाल तयार करतात. त्यायोगे जरूर पडेल, तशी कुठल्याही वीज केंद्रातील वीज कुठेही नेता येते. एका मोठ्या विभागासाठी विद्युत दाब वा भार नियंत्रणाकरिता एक मध्यवर्ती विद्युत दाब वितरक काऱ्यालय असते. कोणत्या वेळी कुठल्या केंद्रातील किती यंत्रे चालू करायची, किती वेळ चालू ठेवायची, केव्हा कुठले बंद करावयाचे इ. ठरविणे व त्याप्रमाणे आदेश देणे, हे त्याचे काम असते. विद्युत जालाचा जसा लाभ आहे, तसाच तोटाही आहे. एखाद्या राज्यात काही कारणाने वीज प्रवाह बंद पडला, तर शेजारील राज्यात त्याचा अचानक प्रभाव पडून त्या ठिकाणीही वीज प्रवाह अचानक बंद पडतो.

शक्तिनिर्मितीचे अर्थशास्त्र : वीज वा शक्ती ह्यांची निर्मिती शक्य तितक्या कमी खर्चात करणे, हे उद्दिष्ट ठेवूनच शक्ति-उत्पादन केंद्रांची स्थापना केली जाते. जेव्हा शक्तिनिर्मितीवरील एकूण खर्च यापुढे कमी होऊ शकणार नाही अशा (पर्याप्त) मर्यादेपर्यंत खाली आणला जातो तेव्हाच ते केंद्र आर्थिकदृष्ट्या उत्तम ठरते. शक्तिनिर्मितीचा खर्च हा ज्या अनेक गोष्टीवर अवलंबून असतो, त्यांतील काही मुख्य गोष्टी पुढीलप्रमाणे आहेत: (१) शक्ति-उत्पादन केंद्राचे भौगोलिक स्थान, (२) केंद्राची अभिस्थापित शक्तिक्षमता, (३) केंद्राच्या उभारणीला लागणारा काळ (४) देखभालीचा खर्च, (५) मोडतोडीची दुरुस्ती आणि (६) प्रत्यक्ष शक्तिनिर्मितीचा खर्च.

केंद्राचे भौगोलिक स्थान : या स्थानावर शक्तिनिर्मितीचा खर्च, मुख्यत्त्वे भांडवली खर्च अवलंबून असतो. सोयीचे बंदर, रेल्वे स्थानक, चांगले रस्ते यांच्याजवळ केंद्र असणे वाहतुकीच्या दृष्टीने फायदेशीर असते. तर चांगल्या रस्त्यापासून दूर डोंगराळ भागातील केंद्राची जागा खर्चिक होईल. आसमंतातील परिस्थितीचाही खर्चावर परिणाम होतो. विपुल इंधन नजीक असणे, प्रशिक्षित कामगारांची मुबलकता असणे या अर्थातच कमी खर्चाच्या द्योतक बाबी आहेत.

केंद्रातील यंत्राचे आकारमान : अपेक्षित विद्युत उत्पादनासाठी तेवढ्याच शक्तीचे एक यंत्र वापरावयाचे की, एकापेक्षा अधिक यंत्रे वापरावयाची, या मुद्याचा यात विचार होतो. विद्युत मागणी नेहमीच दिवसाचे चोवीस तास व वर्षाचे बाराही महिने सारखीच नसते व यंत्राची कार्यक्षमता त्याबरोबर बदलत असते. तसेच एकत्र यंत्र असल्यास ते बिघडले, तर सबंध केंद्रच बंद पडेल. एका यंत्राऐवजी तेवढ्याच एकूण शक्तीची दोन किंवा अधिक यंत्रे घेतल्यास त्यांना किंमत अर्थातच जास्त पडेल. या सर्व गोष्टींचा विचार करून कमीत कमी खर्चात यंत्रांची शक्ती व त्यांची संख्याही ठरवितात.

केंद्राच्या उभारणीला लागणारा काळ : या उभारणीला जास्त वेळ लागल्यास विजेच्या प्रत्यक्ष उत्पादनालाही विलंब होतो व त्या दृष्टीने नुकसान होते. उरलेल्या तीन बाबींवरील खर्च उत्पादन खर्चातच जमा होणारा असतो. जितका तो कमी, तितका उत्पादनावर बोजा कमी पडेल. आता या निरनिराळ्या खर्चांपैकी काही खर्च निर्माण केल्या जाणाऱ्या विजेवर अवलंबून असल्याने ते बदलते असतात. उदा., इंधन, वंगण, घसारा, काही अंशी दुरुस्ती इत्यादी. याउलट काही खर्च कायम स्वरूपाचे असतात. उदा., गुंतविलेल्या भांडवलावरील व्याज, विमा, वरकडखर्च इत्यादी. हे खर्च साधारणपणे कायम राहतात.

भारांक व क्षमतांक : वीज शक्य तितक्या अल्प किमतीत ग्राहकाला देता यावी, याकरिता भारांकाचे मूल्य जास्तीत जास्त असावे लागते.  

या मुद्याच्या स्पष्टीकरणार्थ एक अतिशयोक्तीचे उदाहरण घेऊ. समजा एका शक्ती संयंत्राला फक्त २,००० किवॉ. एवढीच वीज दिवसाला बराच काळ पुरवावयाची आहे परंतु काही थोड्या काळापुरता त्याला १०,००० किवॉ. इतका विद्युत् भार पुरवावा लागतो.

याचा अर्थ त्या शक्ती संयंत्राची निर्मितीक्षमता १०,००० किवॉ. असणे आवश्यक आहे. अर्थातच जेव्हा त्याची सर्व शक्ती वापरली जात नाही, तेव्हा न वापरल्या जाणाऱ्या संयंत्राच्या भागावरील (वरील दाखल्यात ८,००० किवॉ. शक्ती निर्माण करणाऱ्या भागावरील) कायम खर्च वाया जातो. यावरून संपूर्ण संयंत्र जर सतत कार्यरत राहिले, तरच या सर्व विजेवरील सर्व खर्चाचा बोजा पडून विजेची प्रती एकक किंमत कमी होईल. याउलट कमी शक्तिनिर्मिती झाल्यास कायम खर्चाचा बोजा या थोड्या विजेवर पडतो व विजेची प्रती एकक किंमत वाढते. म्हणजेच भारांक जितका मोठा, तितकी निर्मित वीज स्वस्त पडते.

जर जास्तीत जास्त निर्मितीक्षमता = संयंत्रावरील जास्तीत जास्त विद्युत भार, तर क्षमतांक = भारांक. म्हणून क्षमतांक जितका मोठा, तितकी विजेची प्रती एकक किंमत अधिक असेल.

पाहा: अणुकेंद्रीय अभियांत्रिकी उपकरण योजना जलविद्युत केंद्र टरबाइन प्रचालन विद्युत् जनित्र शक्ति-उदगम.

संदर्भ : 1. Avallone, E.A., Baumeister, T. Eds. Marks’ Standard Hand book for MechanicalEngineers, 1966. 

           2. Fink. D. G. Beaty, H. W. Standard Handbook for Electrical Engineers, 1993.

कनिटकर, गो. चि., कुलकर्णी, प्रमोद पां.