पवन उद्योग का कोई भी हिस्सा ऑफ़शोर जितनी तेज़ी से छोटे प्रयोग से बड़े बिजलीघर के स्तर तक नहीं पहुंचा। पहला ऑफ़शोर फार्म, डेनमार्क का Vindeby (1991), 450 kW के ग्यारह टरबाइनों से बना था। आज यूरोप और चीन में लग रही मशीनें 14–16 MW की हैं, उनके रोटर 230 m से ज़्यादा चौड़े हैं, और अकेले एक प्रोजेक्ट 1 GW पार कर जाते हैं। इस गाइड में आप जानेंगे कि डेवलपर समुद्र में बनाने के लिए ज़्यादा पैसा क्यों खर्च करते हैं, वहां का हार्डवेयर ज़मीन वाली पवन ऊर्जा से कैसे अलग है, उत्पादन और लागत कैसी दिखती है, और असली रुकावटें कहां हैं।
समुद्र में हवा बेहतर क्यों है
हवा में मौजूद ताकत हवा की गति के घन के अनुपात में बढ़ती है, इसलिए गति में थोड़ी बढ़ोतरी से ऊर्जा बहुत बढ़ जाती है। खुला पानी बेहद चिकना होता है: शांत समुद्र की सतह की खुरदरापन लंबाई लगभग 0.0002 m है, जबकि खेतों के लिए 0.03–0.1 m और जंगल के लिए 0.5 m या उससे ज़्यादा। घर्षण कम होने से सतह के पास भी हवा की गति ऊंची रहती है और ऊंचाई के साथ कम बदलती है। टर्बुलेंस भी कम होता है, जिससे ब्लेड और ड्राइवट्रेन पर थकान वाला लोड घटता है।
यानी हब की ऊंचाई पर 10 m/s औसत हवा वाली साइट, 7 m/s वाली साइट के मुकाबले रोटर के प्रति वर्ग मीटर लगभग तीन गुना ताकत लिए होती है। नॉर्थ सी की अच्छी साइटें 9–11 m/s के दायरे में हैं; यूरोप की कई ज़मीनी साइटों का औसत 6–8 m/s है। हमारा ऊंचाई पर हवा की गति कैलकुलेटर दिखाता है कि औसत गति ऊंचाई और ज़मीन की बनावट के साथ कैसे बदलती है। पवन संसाधन आप विश्व ऊर्जा मानचित्र पर या Energy Explorer में किसी बिंदु पर क्लिक करके देख सकते हैं।
इसका फ़ायदा बहुत ऊंचे क्षमता उपयोग कारक (कैपेसिटी फैक्टर) के रूप में मिलता है। यह वह हिस्सा है जो टरबाइन अपनी सैद्धांतिक अधिकतम क्षमता का साल भर में असल में दे पाता है (देखें कैपेसिटी फैक्टर का मतलब)।
| टेक्नोलॉजी | सामान्य कैपेसिटी फैक्टर | टिप्पणी |
|---|---|---|
| ऑनशोर विंड, पुराना बेड़ा | 20–30% | छोटे रोटर, नीचे हब |
| ऑनशोर विंड, नए प्रोजेक्ट | 30–45% | जनरेटर रेटिंग के मुकाबले बड़े रोटर |
| ऑफ़शोर विंड, फ़िक्स्ड-बॉटम | 40–55% | नॉर्थ सी के प्रोजेक्ट अक्सर 45% से ऊपर |
| फ़्लोटिंग ऑफ़शोर (शुरुआती ऐरे) | 45–55% | Hywind Scotland ने शुरुआती सालों में UK के कुछ सबसे ऊंचे आंकड़े दर्ज किए |
ये दायरे मोटे अनुमान हैं, जो IEA की Offshore Wind Outlook 2019, IRENA की लागत रिपोर्टों और NREL के Annual Technology Baseline से लिए गए हैं। मौसम की वजह से अलग-अलग सालों में कुछ प्रतिशत अंकों का फ़र्क आ जाता है।
हार्डवेयर: टरबाइन, फ़ाउंडेशन और केबल
टरबाइन
ऑफ़शोर टरबाइन भी वही तीन ब्लेड वाले, हवा की ओर मुंह किए, क्षैतिज धुरी वाले डिज़ाइन के होते हैं जो ज़मीन पर लगते हैं, बस बड़े। हर पोज़ीशन पर इंस्टॉलेशन और फ़ाउंडेशन का बड़ा तय खर्च आता है, इसलिए कम पर बड़े टरबाइन का मतलब है कम फ़ाउंडेशन, कम केबल और जहाज़ों के कम चक्कर। 2020 में NREL और IEA Wind Task 37 ने 240 m रोटर और 150 m हब ऊंचाई वाला 15 MW का एक सार्वजनिक रेफ़रेंस टरबाइन प्रकाशित किया, जो 2020 के दशक के मध्य में चालू होने वाली मशीनों जैसा है।
ज़मीनी मशीनों से ये कैसे अलग हैं:
- डायरेक्ट-ड्राइव या मीडियम-स्पीड जनरेटर आम हैं, क्योंकि गियरबॉक्स का हर हिस्सा जो खराब हो सकता है, किनारे से बहुत दूर होता है।
- जंग से बचाव: सील किए और नमी-रहित नैसेल व टावर, समुद्री कोटिंग और फ़ाउंडेशन पर कैथोडिक प्रोटेक्शन।
- ढुलाई की कोई सीमा नहीं: 100 m से लंबे ब्लेड को सड़क से ले जाना लगभग नामुमकिन होगा, पर इन्हें तट पर बनी फ़ैक्ट्रियों से सीधे जहाज़ में भेजा जा सकता है।
फ़ाउंडेशन
| फ़ाउंडेशन | सामान्य पानी की गहराई | कैसे काम करता है |
|---|---|---|
| मोनोपाइल | ~40–60 m तक | स्टील की एक ट्यूब, सबसे बड़े टरबाइन के लिए 8–11 m व्यास, समुद्र तल में ठोकी या ड्रिल की जाती है |
| जैकेट | ~30–60 m | तीन या चार पैरों वाला स्टील का जालीदार ढांचा, पाइलों से जकड़ा हुआ |
| ग्रैविटी बेस | उथला, सख्त समुद्र तल | भारी कंक्रीट बेस, जो अपने वज़न से टिका रहता है |
| फ़्लोटिंग स्पार | 100 m+ | गहराई तक जाने वाला वज़नदार सिलेंडर, बहुत स्थिर, पर बंदरगाह पर भी गहरा पानी चाहिए |
| सेमी-सबमर्सिबल | ~50 m+ | तीन या चार कॉलम, बंदरगाह में जोड़कर खींचकर ले जाया जाता है |
| टेंशन-लेग प्लेटफ़ॉर्म | ~50 m+ | तैरता ढांचा जिसे तनी हुई टेंडन नीचे खींचे रखती हैं, कम जगह घेरता है |
प्रोजेक्ट की पूंजी लागत का अक्सर एक चौथाई या उससे ज़्यादा हिस्सा फ़ाउंडेशन और इंस्टॉलेशन में जाता है। आज लगी क्षमता में मोनोपाइल सबसे आगे हैं, क्योंकि इन्हें बड़ी संख्या में बनाना आसान है।
इलेक्ट्रिकल सिस्टम
हर टरबाइन एक ऐरे केबल से जुड़ा होता है (नए प्रोजेक्ट्स में आम तौर पर 66 kV, पहले 33 kV), जो टरबाइनों को एक ऑफ़शोर सबस्टेशन तक ले जाती है। वहां वोल्टेज बढ़ाकर 132–275 kV किया जाता है और एक्सपोर्ट केबल बिजली को तट तक लाती है। लगभग 80–100 km से ज़्यादा दूरी पर हाई-वोल्टेज डायरेक्ट करंट (HVDC) लागत में AC से बेहतर पड़ता है, क्योंकि AC केबल बड़ा कैपेसिटिव चार्जिंग करंट खींचती हैं जो ट्रांसफ़र क्षमता खा जाता है। पर HVDC के लिए समुद्र में बड़े और महंगे कन्वर्टर प्लेटफ़ॉर्म चाहिए, इसलिए AC या DC का चुनाव हर प्रोजेक्ट के मुख्य डिज़ाइन फ़ैसलों में से एक है।
उत्पादन के नुकसान में केबलों का हिस्सा उनके आकार से कहीं ज़्यादा है। एक्सपोर्ट केबल में खराबी पूरे फार्म को हफ़्तों तक बंद रख सकती है, जब तक मरम्मत वाला जहाज़ पहुंचे। इसलिए नए प्रोजेक्ट अब ज़्यादातर दो एक्सपोर्ट केबल डालते हैं या सबस्टेशनों को आपस में जोड़ते हैं।
उदाहरण: 1 GW ऑफ़शोर फार्म की सालाना ऊर्जा
नॉर्थ सी का एक काल्पनिक प्रोजेक्ट लें: 15 MW के 67 टरबाइन (1,005 MW) और हब ऊंचाई पर 10 m/s की दीर्घकालिक औसत हवा।
- सकल ऊर्जा: Weibull पवन वितरण को टरबाइन के पावर कर्व के साथ मिलाने पर 10 m/s साइट पर 15 MW की मशीन लगभग 55–60% का सकल कैपेसिटी फैक्टर छू सकती है।
- वेक लॉस: पीछे वाले टरबाइन धीमी और ज़्यादा अशांत हवा में होते हैं। बड़े ऐरे आम तौर पर वेक में 8–15% गंवाते हैं, और पड़ोसी फार्म ऊपर से “बाहरी” वेक जोड़ देते हैं।
- उपलब्धता: लहरों की ऊंचाई तय करती है कि कर्मचारी कब टरबाइन तक पहुंच सकते हैं, इसलिए ऑफ़शोर में 93–97% उपलब्धता आम है, जबकि ज़मीन पर 97–99%।
- इलेक्ट्रिकल लॉस: ऐरे और एक्सपोर्ट केबल व ट्रांसफ़ॉर्मर मिलकर 2–4% गंवाते हैं।
अंदाज़ा लगाने के लिए: साल में लगभग 4.2 TWh, साइप्रस की सालाना बिजली खपत के करीब है, या एस्टोनिया की लगभग आधी (हमारे देश प्रोफ़ाइल पर तुलना करें)। लगभग 350–400 g CO₂/kWh वाली गैस बिजली की जगह लेकर यह हर साल करीब 15–17 लाख टन CO₂ बचाता है। किसी भी ग्रिड के लिए यह हिसाब आप इलेक्ट्रिसिटी CO₂ कैलकुलेटर में दोबारा लगा सकते हैं। अपनी साइट पर एक टरबाइन के लिए विंड टरबाइन कैलकुलेटर यही Weibull और पावर-कर्व तरीका अपनाता है।
ऑफ़शोर विंड की लागत
सबसे ईमानदार तुलना स्तरीकृत लागत (LCOE) से होती है: पूरी उम्र की लागत को पूरी उम्र के उत्पादन से भाग दें (देखें LCOE क्या है)। ऑफ़शोर विंड में पूंजी का दबदबा है:
| लागत का हिस्सा | उम्र भर की लागत में लगभग हिस्सा | किन बातों पर निर्भर |
|---|---|---|
| टरबाइन | 30–40% | स्टील और रेयर-अर्थ की कीमतें, टरबाइन निर्माता का मार्जिन |
| फ़ाउंडेशन और इंस्टॉलेशन | 20–30% | पानी की गहराई, मिट्टी, जहाज़ों का दैनिक किराया |
| इलेक्ट्रिकल (ऐरे, सबस्टेशन, एक्सपोर्ट) | 10–20% | तट से दूरी, AC या HVDC; कभी-कभी ग्रिड ऑपरेटर भुगतान करता है |
| संचालन और रखरखाव | 20–30% | दूरी, मौसम की खिड़कियां, क्रू ट्रांसफ़र जहाज़ या सर्विस ऑपरेशन जहाज़ |
| डेवलपमेंट, फ़ाइनेंसिंग, डीकमीशनिंग | बाकी | ब्याज दरें, मंज़ूरी में लगने वाला समय |
प्रोजेक्ट और देश के हिसाब से ये हिस्से बहुत बदलते हैं। ये प्रकाशित लागत विश्लेषणों (NREL ATB, IRENA) से लिए गए मोटे दायरे हैं।
सुर्खियों में छपी कीमतें पढ़ते समय दो बातें ध्यान रखें:
- नीलामी की कीमत LCOE नहीं है। कॉन्ट्रैक्ट-फ़ॉर-डिफ़रेंस (CfD) की स्ट्राइक कीमतों में महंगाई से जुड़ाव, ग्रिड व्यवस्था और जोखिम प्रीमियम शामिल होते हैं, जो हर देश में अलग हैं। UK और जर्मनी ट्रांसमिशन एसेट को अलग तरह से गिनते हैं, इसलिए एक ही फार्म कागज़ पर सस्ता या महंगा दिख सकता है।
- 2021 के बाद लागत बढ़ी। IRENA ने 2010 के दशक में ऑफ़शोर LCOE की लंबी गिरावट दर्ज की। फिर 2022–2024 में ऊंची ब्याज दरों, स्टील की कीमतों और सप्लाई चेन की रुकावटों ने लागत फिर बढ़ा दी, और कई डेवलपरों ने अमेरिका और UK में अनुबंध रद्द किए या दोबारा तय किए। ऑफ़शोर विंड में पूंजी इतनी ज़्यादा लगती है कि पूंजी की लागत में कुछ प्रतिशत अंकों का बदलाव भी LCOE को बहुत हिला देता है। LCOE कैलकुलेटर में आज़माकर देखें: पूंजी-प्रधान प्रोजेक्ट में डिस्काउंट रेट 5% से 8% करने पर LCOE आम तौर पर लगभग एक चौथाई बढ़ जाती है।
फ़्लोटिंग विंड अब भी फ़िक्स्ड-बॉटम से काफ़ी महंगी है, क्योंकि अभी इसकी मात्रा कम है। NREL का ATB अनुमान लगाता है कि ऐरे सैकड़ों MW तक बढ़ने पर लागत बहुत घटेगी, पर ये अनुमान हैं, देखी गई कीमतें नहीं।
खूबियां और सीमाएं
खूबियां
- ऊंचा कैपेसिटी फैक्टर और ऑनशोर विंड या सोलर से ज़्यादा स्थिर उत्पादन।
- उत्तरी यूरोप में उत्पादन सर्दियों में सबसे ज़्यादा होता है, ठीक तब जब मांग और हीटिंग लोड भी ऊपर होते हैं। इससे यह सोलर का अच्छा जोड़ीदार बनता है।
- तटीय मांग केंद्रों के पास बड़ी अकेली साइटें, ज़मीन के लिए कोई खास होड़ नहीं।
- उद्योग और बंदरगाहों की अर्थव्यवस्था को अच्छा फ़ायदा। IEA की 2019 की रिपोर्ट के अनुसार तट के पास की ऑफ़शोर विंड की तकनीकी क्षमता दुनिया की बिजली मांग से कई गुना है।
सीमाएं
- उतार-चढ़ाव अब भी मायने रखता है। पूरे नॉर्थ सी में कई दिन तक हवा ठहरी रहे, ऐसा होता है। इसलिए किसी भी बदलते स्रोत की तरह ऑफ़शोर विंड को भी बैकअप क्षमता, इंटरकनेक्शन, स्टोरेज या मांग में लचीलापन चाहिए। ऑपरेटर संतुलन कैसे बनाते हैं, यह हमारी पावर ग्रिड गाइड बताती है।
- ग्रिड कनेक्शन। गीगावाट बिजली तट पर लाने के लिए अक्सर नई ज़मीनी ट्रांसमिशन लाइनें चाहिए, जिनकी मंज़ूरी में पवन फार्म से भी ज़्यादा समय लग सकता है।
- सप्लाई चेन। सबसे बड़े टरबाइन लगाने वाले जहाज़ गिने-चुने हैं, और असेंबली के लिए बंदरगाह पर जगह कम है।
- समुद्र के दूसरे उपयोगकर्ता। शिपिंग लेन, मछली पकड़ने के इलाके, सैन्य क्षेत्र और रडार, सब तय करते हैं कि फार्म कहां बन सकते हैं।
- पूंजी की लागत के प्रति संवेदनशीलता, जैसा ऊपर बताया गया।
ऑफ़शोर विंड कहां बन रही है
2020 के दशक की शुरुआत तक लगी ऑफ़शोर क्षमता ज़्यादातर चीन, UK, जर्मनी, नीदरलैंड्स और डेनमार्क में रही है। GWEC की Global Offshore Wind Report दिखाती है कि हाल के कई सालों में नई क्षमता का सबसे बड़ा हिस्सा चीन ने जोड़ा। ताइवान, दक्षिण कोरिया, जापान, वियतनाम, अमेरिका का पूर्वी तट, पोलैंड और बाल्टिक देश अपने पहले बड़े प्रोजेक्ट बना रहे हैं। यहां भूगोल बहुत कुछ तय करता है: उथली, तेज़ हवा वाली कॉन्टिनेंटल शेल्फ़ जीतती है। नॉर्थ सी में 50 m से कम गहराई वाले बड़े इलाके हैं जहां औसत हवा 10 m/s के करीब है, जो फ़िक्स्ड-बॉटम फ़ाउंडेशन के लिए लगभग आदर्श है। अमेरिका का पश्चिमी तट और जापान का प्रशांत तट जल्दी ही गहरे पानी में उतर जाते हैं और फ़्लोटिंग टेक्नोलॉजी पर निर्भर हैं।
हर देश की बिजली में पवन का हिस्सा रैंकिंग पेजों पर तुलना करें, या किसी देश प्रोफ़ाइल में समय के साथ उसका बिजली मिश्रण देखें।
मुख्य बातें
- ऑफ़शोर विंड ज़्यादा पूंजी और मेंटेनेंस खर्च के बदले ज़्यादा तेज़ और स्थिर हवा पाती है: नेट कैपेसिटी फैक्टर 40–55%, जबकि ज़मीन पर 25–45%।
- नए फ़िक्स्ड-बॉटम प्रोजेक्ट ज़्यादातर मोनोपाइल या जैकेट फ़ाउंडेशन पर 14–16 MW के टरबाइन लगाते हैं। फ़्लोटिंग प्लेटफ़ॉर्म गहरे तट खोलते हैं, पर अभी महंगे हैं।
- वेक लॉस, उपलब्धता और केबलों की विश्वसनीयता तय करती हैं कि सकल पवन संसाधन का कितना हिस्सा ग्रिड तक पहुंचे।
- लगभग पूरी लागत शुरुआत में ही लगती है, इसलिए ऑफ़शोर बिजली की कीमत के लिए ब्याज दरें उतनी ही मायने रखती हैं जितनी टरबाइन टेक्नोलॉजी।
इस विषय के कैलकुलेटर
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
ज़मीन सस्ती है, फिर पवन फार्म समुद्र में क्यों बनाए जाते हैं?
एक ऑफ़शोर पवन टरबाइन कितनी बिजली बनाता है?
फ़िक्स्ड-बॉटम और फ़्लोटिंग ऑफ़शोर विंड में क्या फ़र्क है?
ऑफ़शोर पवन टरबाइन कितने साल चलते हैं?
क्या ऑफ़शोर विंड, ऑनशोर विंड से महंगी है?
क्या ऑफ़शोर विंड से समुद्री जीवों को नुकसान होता है?
स्रोत और संदर्भ
- IEA (2019). Offshore Wind Outlook 2019
- IRENA — Renewable Power Generation Costs (वार्षिक रिपोर्ट श्रृंखला)
- NREL — Annual Technology Baseline (ऑफ़शोर विंड)
- Gaertner, E. et al. (2020). IEA Wind TCP Task 37: Definition of the IEA 15-Megawatt Offshore Reference Wind Turbine. NREL/TP-5000-75698
- Global Wind Energy Council — Global Offshore Wind Report
इस गाइड के आँकड़े ऊपर दिए स्रोतों से ली गई आम रेंज हैं। आपके अपने आँकड़े लोकेशन, कीमतों और उपकरण पर निर्भर करेंगे। अपनी साइट के अनुमान के लिए लिंक किए गए कैलकुलेटर इस्तेमाल करें।