हिमनदीमा आधारित जलविद्युत्‌, परम्परागत डिसेन्डर र नयाँ प्रविधि

हिमाली क्षेत्रका साँघुरा नदी उपत्यकाहरूमा निर्माण हुने नदीको बहावमा आधारित (आरओआर) जलविद्युत्‌ आयोजनाका लागि सबैभन्दा ठूलो चुनौती कडा र धारिलो क्वार्ट्जयुक्त लेदो (Sediment) हो । प्रत्येक वर्षामा नेपालका कलिला भू-गर्भीय संरचना भएका नदीमा २५,००० PPM (Parts Per Million) भन्दा बढी बालुवा तथा लेदो प्रवाह हुन्छ । यसले टर्बाइनका रनर, नोजल र गाइड भेनलाई द्रुत गतिमा खियाएर नष्ट पुर्‍याउँछ ।

यस्तो गम्भीर समस्याका बाबजुद दक्षिण एसियाका अधिकांश जलविद्युत्‌ आयोजना अझै एक शताब्दी पुरानो परम्परागत बालुवा थिग्राउने पोखरी (Gravity Desanding Basin) मै निर्भर छन् । आखिर यो क्षेत्र किन पुराना डिजाइनमै सीमित छ ? नेपालमै भएको पछिल्लो अनुसन्धानले 'मल्टि-इन्लेट स्पाइरल हाइड्रोसाइक्लोन' प्रविधिमार्फत बालुवा पृथकीकरणमा कसरी रूपान्तरण ल्याएको छ भन्ने बुझ्नुपर्छ ।

परम्परागत ढाँचा र हिमाली यथार्थ

परम्परागत डिसेन्डरको प्रयोग बुझ्न यसको इतिहास हेर्नुपर्छ । सुरुका जलविद्युत्‌ डिजाइन कोडहरू युरोपका एल्प्स (Alps) र स्क्यान्डिनेभियाली क्षेत्रका नदीमा विकसित थिए । ती पुराना र स्थिर चट्टानी नदीमा बालुवाको मात्रा कम र दानाहरू ठूला हुन्थे । त्यो परिस्थितिमा पानीको गति ०.२ देखि ०.५ मिटर/सेकेन्डमा घटाएर बालुवा प्राकृतिकरूपमा थिग्राउने दुफुर (Dufour) वा बिएरी (Bieri) प्रकृतिका लामो कंक्रिट पोखरी प्रभावकारी मानिन्थे ।

जब नेपालजस्ता हिमाली क्षेत्रमा जलविद्युत्‌ इन्जिनियरिङ भित्रियो, युरोपेली ढाँचा यहाँको स्थानीय भू-बनोट अनुकूल परिमार्जन नगरी जस्ताको तस्तै अपनाइयो । हिमाली नदीहरूको भौतिक अवस्था पूर्णतः फरक रहेको तथ्यतिर खासै खासै ध्यान दिइएन ।

हिमाली नदीहरूको भू-बनोटको अवस्था

• कलिलो भूगर्भ: निरन्तर पहिरो जाने र कमजोर पहाडका कारण बर्खामा अत्यधिक लेदो (२५,००० PPM भन्दा बढी) बग्छ ।
• खियाउने क्षमता (Hardness): हिमाली बालुवामा ७० देखि ८० प्रतिशतसम्म ज्यादै कडा र धारिलो क्वार्ट्ज (Quartz) हुन्छ, जसले तरल पिसानी (Sandpaper) को काम गर्छ ।
• मिहिन दानाको बाहुल्यता: युरोपेली नदीमा ठूला दाना (>२०० माइक्रोन) हुने भए पनि हिमाली नदीमा ज्यादै मिहिन बालुवा र लेदो (५० देखि १०० माइक्रोन) बग्छ ।

परम्परागत कंक्रिट पोखरीले यस्ता महिन क्वार्ट्जका दाना थिग्राउन सक्दैन । फलतः बालुवा थिग्रिनुको साटो सोझै पेनस्टक pipe हुँदै टर्बाइनमा पुग्छ र उपकरणहरू छिट्टै ध्वस्त बनाउँछ ।

स्थानीय अनुसन्धान

परम्परागत डिसेन्डरका सीमा बुझेर नेपाली अनुसन्धानकर्ताले औद्योगिक सिंगल-इन्लेट हाइड्रोसाइक्लोन (Single-Inlet Hydrocyclone) जलविद्युत्‌मा प्रयोग गर्ने प्रारम्भिक प्रयास गरेका थिए । अध्ययनले गुरुत्वाकर्षणभन्दा सेन्ट्रीफ्युगल (Centrifugal) बल बालुवा छुट्ट्याउन बढी प्रभावकारी हुन्छ भन्ने प्रमाणित गरे । तथापि, हिमाली नदीमा सिंगल-इन्लेटका केही गम्भीर प्राविधिक सीमाहरू देखिए :

१. अत्यधिक स्थानीय अशान्ति (Turbulence) र एकांकी खियावट: एउटा मात्र प्रवेशद्वार हुँदा पानी अधिक गतिमा भित्रिँदा भित्तामा असमान खियावट हुन्थ्यो र भित्री चक्रवात (Vortex Core) खलबलिन्थ्यो ।

२. अत्यधिक प्रेसर ड्रप (Head Loss): पुराना सिंगल-इन्लेट मोडलहरूलाई सञ्चालन गर्न ५ देखि १० मिटरसम्मको 'हेड लस' चाहिन्थ्यो, जसले आयोजनाको विद्युत् उत्पादन क्षमता घटाउँथ्यो ।

३. जाम हुने जोखिम: खोलामा बगेर आउने ढुङ्गा र गेग्रेन (>५० मिमी) ले सानो एउटा मात्र प्रवेशद्वारलाई सजिलै थुनिदिन्थ्यो ।

नयाँ आविष्कार

यस्ता प्राविधिक जटिलता हल गर्न लेखक स्वयम् र डा. शैलेश चित्रकारले कम्प्युटेसनल फ्लुइड डाइनामिक्स (CFD) तथा प्रयोगात्मक अनुसन्धानमार्फत मल्टि-स्टेज स्पाइरल मल्टि-इन्लेट हाइड्रोसाइक्लोन प्रणाली (Multi-Stage Spiral Multi-Inlet Hydrocyclone System) विकास गरियो ।

पानी एउटै साँघुरो नोजलबाट पठाउनुको सट्टा, नयाँ प्रविधिमा ३६० डिग्रीको स्पाइरल संरचनामार्फत धेरै प्रवेशद्वारबाट परिधिभरि समानरूपमा भित्र पठाइन्छ :

• सन्तुलित सेन्ट्रीफ्युगल प्रवेग: पानीलाई पातलो र समान गतिमा भित्री भागमा पठाउँदा भित्ताको खियावट हट्छ र बालुवा छुट्टिने समय दोब्बर हुन्छ ।
• अति-न्यूनीकरण गरिएको हेड लस (< १.५ मिटर): सञ्चालनका क्रममा हुने प्रेसर ड्रपलाई १.५ मिटरभन्दा कममा सीमित गरिएकाले यो आरओआर आयोजनाका लागि पूर्णतः उपयुक्त छ ।
• गेग्रेन नअड्किने संरचना (६५ मिमी स्लट): रिभर ट्र्यासर्याकबाट छिर्ने ५० मिमीसम्मका गेग्रेन र ढुङ्गाहरू नअड्किई सजिलै पार हुन सक्ने गरी ६५ मिमीको स्लट डिजाइन गरिएको छ ।

अर्थतन्त्रमा रूपान्तरण

परम्परागत पोखरीको साटो यो आधुनिक मल्टि-इन्लेट हाइड्रोसाइक्लोन प्रयोग गर्दा आयोजनाको वित्तीय र सञ्चालन पक्षमा ठूलो सुधार आउने देखिएको छ :

१. टर्बाइनको आयु
१०० माइक्रोनसम्मका बालुवाका दानालाई ८५ देखि ९५ प्रतिशतसम्म थिग्राउने र ६० माइक्रोनसम्मका लेदोलाई समेत हटाउने भएकाले टर्बाइनमा पुग्ने बालुवाको मात्रा नगण्य हुन्छ । यसले टर्बाइन रनर र गाइड भेनको आयु २ देखि ३ गुणासम्म बढाउँछ ।

२. निरन्तर विद्युत् उत्पादन
स्वचालित र नथुनिने खालको पिन्च/स्क्विज भल्भ (Pinch/Squeeze Valve) जडान गरिएकाले हाइड्रोसाइक्लोनले लेदोयुक्त पानी निरन्तर बाहिर फाल्छ । फलतः बर्खाको बाढीका बेला पनि आयोजना बन्द नगरी पूर्ण क्षमतामा निरन्तर बिजुली उत्पादन गर्न सकिन्छ ।

३. लागतमा बचत
हाइड्रोसाइक्लोन प्रणालीले परम्परागत डिसेन्डर पोखरीको तुलनामा २० प्रतिशतभन्दा पनि कम जग्गा ओगट्छ । साँघुरा र पहिरोग्रस्त हिमाली खोँचहरूमा यसले कंक्रीट र कटिङको ठूलो खर्च बचाउँछ ।

१० मेगावाटसम्मका लागि वरदान

१० मेगावाटसम्मका साना जलविद्युत्‌ आयोजना निर्माण गर्ने निजी प्रवर्द्धकहरूका लागि परम्परागत सिभिल संरचना ठूलो वित्तीय बोझ बन्ने गर्छन् । मल्टि-इन्लेट हाइड्रोसाइक्लोनले साना आयोजनाका लागि विशेष वित्तीय फाइदाहरू पुर्‍याउँछ :

• जग्गा प्राप्ति विवादको अन्त्य: साना आयोजनामा १०० मिटरभन्दा लामा समतल जग्गा पाउन कठिन हुन्छ । खोला किनारमा धेरै जग्गा अधिग्रहण गर्दा आयोजना ढिलाइ हुने र लागत बढ्ने गर्छ । हाइड्रोसाइक्लोनलाई भने साँघुरो चट्टानी भाग वा सानो कोठाभित्रै सजिलै जडान गर्न सकिन्छ ।
• फ्याक्ट्रीमै तयार हुने मोड्युलर (Prefabricated Skids): महिनाौंसम्म साइटमा कंक्रीट ढाल्नुको सट्टा, हाइड्रोसाइक्लोनका पार्टपुर्जा फ्याक्ट्रीमै स्टिलबाट तयार पारेर (Skid-mounted) गाडीमा राखी साइटमा लगेर केही दिनभित्रै जोड्न (Assemble) सकिन्छ ।
• कम खर्च (CapEx) र छिटो उत्पादन (COD): सिभिल निर्माण र जग्गाको खर्च घट्नाले प्रतिमेगावाट लागत उल्लेख्य रूपमा घट्छ । निर्माण अवधि छोटिनाले व्यावसायिक उत्पादन मिति (COD) महिनाौँ अघि धकेलिन्छ, जसले वित्तीय ब्याज घटाएर लगानीको प्रतिफल चाँडो सुनिश्चित गर्छ ।

तुलनात्मक विश्लेषण

जब परम्परागत डिसेन्डर, पुराना सिंगल-इन्लेट मोडल र नयाँ मल्टि-इन्लेट स्पाइरल प्रविधिलाई तुलना गरिन्छ, कार्यसम्पादनमा ठूलो भिन्नता देखिन्छ । परम्परागत कंक्रीट पोखरीले १०० माइक्रोनका महीन क्वार्ट्ज बालुवा केवल ३० देखि ५० प्रतिशत मात्र थिग्राउन सक्छ भने पुराना सिंगल-इन्लेट मोडलले ६० देखि ७५ प्रतिशतसम्म थिग्राउँथे । विकसित मल्टि-इन्लेट स्पाइरल हाइड्रोसाइक्लोनले ८५ देखि ९५ प्रतिशतसम्म बालुवा थिग्राउँछ । यसले १.०५ देखि १.३९ मिटरको अति-निम्न हेड लसमा काम गर्छ, जबकि पुराना सिंगल-इन्लेट मोडलमा ५ देखि १० मिटरसम्मको अत्यधिक हेड लस हुने गर्थ्यो । साथै, ६५ मिमीको फराकिलो इन्लेट स्लट भएकाले यसले ५० मिमीसम्मका गेग्रेनलाई नथुनिई सजिलै पठाउन सक्छ ।

यो प्राविधिक श्रेष्ठताले सोझै आयोजनाको नाफा बढाउँछ । बर्खाको बाढीमा परम्परागत पोखरी भरिएर बिजुली उत्पादन पूर्ण रूपमा बन्द गर्नुपर्ने र टर्बाइनको आयु १ वर्षमै सकिने अवस्था हुन्थ्यो । मल्टि-इन्लेट हाइड्रोसाइक्लोनले भने बाढीकै समयमा पनि निरन्तर पूर्ण क्षमतामा बिजुली उत्पादन सम्भव बनाउँछ । टर्बाइनको आयु २ देखि ३ वर्षभन्दा बढी बढाउँछ । जग्गाको क्षेत्रफलको हिसाबले यसले परम्परागत पोखरीको २० प्रतिशत भाग मात्र ओगट्छ । विशेषतः १० मेगावाटसम्मका साना आयोजनाका लागि, जहाँ जग्गा अधिग्रहण र ठूलो सिभिल बजेट प्रमुख अवरोध हुन् । यो प्रविधि फ्याक्ट्रीमा निर्मित मोड्युलर संरचनाका रूपमा छिटो जडान गरी आयोजनाको व्यावसायिक उत्पादन चाँडो सुरु गर्न र लगानीको प्रतिफल बढाउन गेम-चेन्जर साबित भएको छ ।

स्थानीय भूगोल र प्रविधि

हिमाली क्षेत्रका बालुवायुक्त नदीमा एक शताब्दी पुराना युरोपेली डिसेन्डर डिजाइन प्रयोग गरिरहनु आर्थिक रूपमा घाटा सहनु हो । नेपालमै भएको अनुसन्धानले स्थानीय इन्जिनियरिङ चुनौतीको समाधान स्थानीय प्रविधिबाटै सम्भव छ भन्ने प्रमाणित गरेको छ ।

पुराना पोखरीको साटो मल्टि-इन्लेट स्पाइरल हाइड्रोसाइक्लोन अपनाएर नेपालका जलविद्युत्‌ प्रवर्द्धकले आयोजनाको जग्गा र सिभिल लागत घटाउन, टर्बाइनको सुरक्षा गर्न, बर्खामा पनि निरन्तर बिजुली बेच्न र आयोजनाको समग्र नाफा उल्लेख्यरूपमा बढाउन सक्छन् ।

सेडिगन हाइड्रो सिलोनबाट मेकानिकल इन्जिनियरिङमा स्नातकोत्तर गरेका पाण्डे कन्स्ट्रक्सन इम्पेक्स प्रालिसँग आबद्ध छन् ।