जलविद्युत गिरते पानी की स्थितिज ऊर्जा को बिजली में बदलती है। यह बिजली का सबसे पुराना नवीकरणीय स्रोत है और आज भी सबसे बड़ा। 2025 में इससे लगभग 4,400 TWh बिजली बनी, जो दुनिया की बिजली का करीब 14% है और न्यूक्लियर, पवन या सोलर में से किसी एक से भी ज़्यादा है। International Hydropower Association के अनुसार पंप्ड स्टोरेज समेत दुनिया की स्थापित क्षमता लगभग 1,400 GW है। हाइड्रो वह भी देता है जो पवन और सोलर अपने दम पर नहीं दे सकते: बड़े पैमाने पर, लंबी अवधि का स्टोरेज और ऐसा उत्पादन जो मिनटों में मांग के हिसाब से घट-बढ़ सके। इसी लचीलेपन की वजह से नॉर्वे, ब्राज़ील और कनाडा के ग्रिड इस पर टिके हैं, और बाकी जगहों पर यह घटते-बढ़ते नवीकरणीय स्रोतों का दिन-ब-दिन ज़्यादा कीमती साथी बन रहा है।
जलविद्युत कैसे काम करती है
ऊंचाई पर रोके गए पानी में स्थितिज ऊर्जा होती है। जब यह पेनस्टॉक नाम के पाइप से नीचे बहता है, तो नीचे दबाव बनता है। फिर पानी टरबाइन से गुज़रता है, जिसका रनर इस दबाव और रफ़्तार को घूमने की गति में बदलता है। टरबाइन के शाफ़्ट पर लगा सिंक्रोनस जनरेटर ग्रिड फ़्रीक्वेंसी पर अल्टरनेटिंग करंट बनाता है, और ट्रांसफ़ॉर्मर ट्रांसमिशन के लिए वोल्टेज बढ़ाता है।
उत्पादन सिर्फ दो चीज़ों पर निर्भर है: पानी का बहाव और हाइड्रॉलिक हेड, यानी पानी कितनी ऊर्ध्वाधर दूरी से गिरता है।
ρ = density of water (≈ 1,000 kg/m³) g = gravitational acceleration (9.81 m/s²) Q = flow rate through the turbine (m³/s) H = net head after friction losses in the penstock (m) η = overall efficiency of turbine, generator and transformer (≈ 0.85–0.93)
Example: Q = 100 m³/s, H = 80 m, η = 0.90 → P ≈ 1,000 × 9.81 × 100 × 80 × 0.90 ≈ 70.6 MW
बिजली बहाव और हेड, दोनों के साथ सीधे अनुपात में बढ़ती है। इसलिए 600 m की ढलान वाली छोटी पहाड़ी धारा उतनी ही बिजली दे सकती है जितनी 6 m की ढलान वाली बड़े बहाव की मैदानी नदी, हालांकि दोनों को बिल्कुल अलग टरबाइन चाहिए। माइक्रो हाइड्रो कैलकुलेटर यही फ़ॉर्मूला किसी छोटी धारा पर लगाता है।
टरबाइन के प्रकार
- फ़्रांसिस टरबाइन रिएक्शन टरबाइन हैं: पानी एडजस्ट होने वाली गाइड वेन से रेडियल दिशा में अंदर आता है और अक्षीय दिशा में बाहर निकलता है। ये सबसे बड़ी रेंज संभालती हैं, लगभग 10 m से 700 m हेड तक, और ज़्यादातर बड़े बांध इन्हीं से चलते हैं, जिनमें थ्री गॉर्जेस और इताइपू की 700 MW वाली यूनिट भी शामिल हैं। पीक दक्षता 94% से ऊपर है।
- कैपलान टरबाइन प्रोपेलर जैसी रिएक्शन टरबाइन हैं जिनके ब्लेड एडजस्ट हो सकते हैं। ये कम हेड (लगभग 2–40 m) और बड़े बहाव के लिए बनी हैं और बड़ी नदियों के रन-ऑफ़-रिवर प्लांट में मिलती हैं। बल्ब टरबाइन, कैपलान का एक रूप जिसमें जनरेटर पानी के रास्ते के अंदर सीलबंद होता है, बहुत कम हेड संभालती है, ज्वारीय बैराज में भी।
- पेल्टन टरबाइन इम्पल्स टरबाइन हैं। नोज़ल से निकली तेज़ धारें पहिये पर लगी चम्मच जैसी बाल्टियों से टकराती हैं। ये ऊंचे हेड (लगभग 200 m से 1,800 m से ऊपर तक) और मध्यम बहाव के लिए ठीक हैं, जैसे आल्प्स और नॉर्वे की योजनाओं में।
- क्रॉसफ़्लो और टर्गो टरबाइन छोटे हाइड्रो में काम आती हैं, जहां पीक दक्षता से ज़्यादा कम कीमत और टिकाऊपन मायने रखते हैं।
प्रकार और मुख्य रूप
जलाशय (स्टोरेज) वाला हाइड्रोपावर
बांध नदी को रोककर जलाशय बनाता है, जो दिनों, मौसमों या सालों तक के लिए पानी जमा रखता है। ऑपरेटर इसे तब छोड़ते हैं जब बिजली की कीमत सबसे ज़्यादा हो, यानी प्लांट बारिश और बर्फ़ पिघलने से चार्ज होने वाली एक विशाल बैटरी की तरह काम करता है। जलाशय सिंचाई, बाढ़ नियंत्रण और पीने का पानी भी देते हैं, और ये ज़रूरतें बिजली उत्पादन से टकरा सकती हैं। सबसे बड़े सारे प्लांट जलाशय वाली योजनाएं हैं: चीन का थ्री गॉर्जेस (22.5 GW, आम तौर पर सालाना लगभग 100 TWh), बाइहेतान (16 GW), ब्राज़ील-पराग्वे सीमा पर इताइपू (14 GW, जिसने 100 TWh से ऊपर के सालाना रिकॉर्ड बनाए), शिलुओदू (13.9 GW), ब्राज़ील का बेलो मोंटे (11.2 GW) और वेनेज़ुएला का गुरी (लगभग 10 GW)।
रन-ऑफ़-रिवर
रन-ऑफ़-रिवर प्लांट नदी के प्राकृतिक बहाव का एक हिस्सा नहर या सुरंग से टरबाइन तक ले जाते हैं, या एक नीची वियर के पीछे बहुत कम स्टोरेज के साथ बने होते हैं (अक्सर ज़्यादा से ज़्यादा कुछ घंटों का पानी)। उत्पादन नदी के साथ चलता है और बसंत में बर्फ़ पिघलने या बरसात के मौसम में सबसे ऊंचा होता है। ज़मीन डूबने और लोगों के विस्थापन की समस्या बहुत कम है, पर मछलियों के आने-जाने और न्यूनतम पर्यावरणीय बहाव का इंतज़ाम फिर भी करना पड़ता है। डेन्यूब, राइन और कोलंबिया नदियों के कई बड़े प्लांट ज़्यादातर रन-ऑफ़-रिवर की तरह चलते हैं।
पंप्ड स्टोरेज
पंप्ड हाइड्रो स्टोरेज पानी को ऊपरी और निचले जलाशय के बीच ले जाता है। बिजली सस्ती या भरपूर होने पर यह पानी ऊपर पंप करता है और बिजली की कमी होने पर बिजली बनाता है। आधुनिक रिवर्सिबल पंप-टरबाइन लगभग 70–85% की राउंड-ट्रिप दक्षता तक पहुंचती हैं। दुनिया में स्थापित पंप्ड स्टोरेज लगभग 180–190 GW है (IHA, 2024) और ऊर्जा के हिसाब से दुनिया की जमा बिजली का 90% से ज़्यादा हिस्सा अब भी इसी के पास है; सबसे ज़्यादा नई क्षमता चीन बना रहा है, बाकियों से कहीं आगे। सबसे बड़ा प्लांट, हेबेई का फ़ेंगनिंग, 3.6 GW तक पहुंचा। “क्लोज़्ड-लूप” या नदी से हटकर बनी योजनाएं नदियों से पूरी तरह दूर रहती हैं, और Australian National University ने दुनिया भर में ऐसी लाखों संभावित जगहें पहचानी हैं। किसी योजना का आकार पंप्ड हाइड्रो स्टोरेज कैलकुलेटर से तय करें या बैटरी स्टोरेज में बैटरी से इसकी तुलना देखें।
स्मॉल, मिनी और माइक्रो हाइड्रो
परिभाषाएं अलग-अलग हैं। स्मॉल हाइड्रो का मतलब आम तौर पर 10 MW से कम होता है (कुछ देश 30 या 50 MW मानते हैं), मिनी का 1 MW से कम और माइक्रो का 100 kW से कम। माइक्रो हाइड्रो नेपाल, पेरू और पूर्वी अफ़्रीका के दूरदराज़ गांवों को बिजली देता है, और जहां भी किसी स्थिर धारा में काम लायक ढलान हो, वहां अक्सर यही ग्रिड से बाहर की सबसे सस्ती बिजली होती है।
दक्षता और कैपेसिटी फैक्टर
कोई और उत्पादन तकनीक ऊर्जा को इतनी कुशलता से नहीं बदलती। अच्छी देखरेख वाले बड़े प्लांट पानी से तार तक 90–95% दक्षता देते हैं, जबकि थर्मल बिजलीघर 35–60% और सोलर मॉड्यूल लगभग 20–23%। क्षमता उपयोग कारक (कैपेसिटी फैक्टर) की बात अलग है: यह इस पर टिका है कि पानी कितना है, और इस फ़ैसले पर कि प्लांट स्थिर उत्पादन की जगह पीक मांग के लिए चलाया जाए।
| पैरामीटर | जलाशय | रन-ऑफ़-रिवर | पंप्ड स्टोरेज |
|---|---|---|---|
| सामान्य हेड | 30–300+ m | 2–50 m (डायवर्ज़न योजनाओं में ज़्यादा) | 100–800 m |
| मुख्य टरबाइन | फ़्रांसिस, पेल्टन | कैपलान, बल्ब, फ़्रांसिस | रिवर्सिबल फ़्रांसिस पंप-टरबाइन |
| पानी से तार तक दक्षता | 85–93% | 85–92% | 70–85% राउंड ट्रिप |
| कैपेसिटी फैक्टर | 30–60% | 40–70% (मौसमी) | 10–25% (बाज़ार पर निर्भर) |
| रिस्पॉन्स टाइम | सेकंड से मिनट | बहाव से सीमित | सेकंड से मिनट |
| उम्र | 50–100+ साल (सिविल ढांचा) | 40–80 साल | 50–100 साल |
IRENA का कॉस्ट डेटाबेस हाल के सालों में नए हाइड्रोपावर का वैश्विक भारित औसत कैपेसिटी फैक्टर लगभग 45–55% बताता है, जिसमें बड़ा फैलाव है। नॉर्वे और स्विट्ज़रलैंड के पीकिंग प्लांट डिज़ाइन से ही कम घंटे चलते हैं, जबकि भूमध्य रेखा के पास स्थिर बहाव वाली नदियों के प्लांट ज़्यादा। बारिश के साथ उत्पादन साल-दर-साल भी बदलता है। सूखे ने 2022 में यूरोप में, 2022–2023 में चीन के सिचुआन और युन्नान में, और 2021 में ब्राज़ील में हाइड्रो उत्पादन तेज़ी से घटाया। हाइड्रो पर टिकी व्यवस्थाओं के लिए यह बढ़ता जलवायु जोखिम है।
खर्च
जलविद्युत में पूंजी बहुत लगती है और हर जगह अलग होती है, पर एक बार बन जाने पर यह दशकों तक सस्ती बिजली देती है। IRENA की Renewable Power Generation Costs in 2023 (2024) के अनुसार 2023 में चालू हुए हाइड्रोपावर का वैश्विक भारित औसत LCOE लगभग USD 0.057/kWh था। कुल इंस्टॉलेशन खर्च औसतन लगभग USD 2,800/kW रहा, जो दशक की शुरुआत से ज़्यादा है, क्योंकि जगहें दूरदराज़ और जटिल होती गईं। अलग-अलग प्रोजेक्ट चीन, ब्राज़ील और अफ़्रीका के बड़े प्लांट में USD 0.03/kWh से कम से लेकर मुश्किल छोटी या दूरदराज़ जगहों पर USD 0.15/kWh से काफ़ी ऊपर तक जाते हैं। Lazard का LCOE+ नए हाइड्रो को विस्तार से नहीं देखता। NREL का ATB अमेरिका में अछूती नदियों पर नए हाइड्रोपावर को महंगे नवीकरणीय स्रोतों में रखता है, क्योंकि अमेरिका की सबसे अच्छी जगहों पर दशकों पहले ही बांध बन चुके हैं; मौजूदा बांधों को अपग्रेड करना और बिजली न बनाने वाले बांधों पर टरबाइन लगाना अक्सर कहीं सस्ता पड़ता है।
LCOE की सीधी तुलना को दो बातें बिगाड़ती हैं। पहली, सिविल ढांचा एक सदी तक चल सकता है, इसलिए 30–40 साल में बट्टे खाते में डाले गए प्लांट बहुत कम मार्जिनल खर्च पर बिजली बनाते रहते हैं; यूरोप और उत्तरी अमेरिका के मौजूदा बेड़े का बड़ा हिस्सा 1980 से पहले का है। दूसरी, खर्च बजट से ऊपर जाना आम है। Ansar et al. (2014) के 245 बड़े बांधों के अध्ययन में वास्तविक कीमतों पर औसतन लगभग 96% ज़्यादा खर्च मिला, और समय-सीमा औसतन 44% खिसकी। पंप्ड स्टोरेज को LCOS से मापना बेहतर है, और आठ घंटे या उससे ज़्यादा की अवधि के लिए आम तौर पर इसका मुकाबला बैटरी से होता है।
ज़मीन, पानी और कच्चा माल
बड़े जलाशय बहुत ज़मीन डुबोते हैं। प्रति यूनिट ऊर्जा ज़मीन का इस्तेमाल हज़ारों गुना तक अलग हो सकता है: ऊंचे हेड वाली पहाड़ी योजनाओं में प्रति MWh/साल 1 m² से काफ़ी कम, और ब्राज़ील के बालबिना जैसे उथले मैदानी जलाशयों में दसियों वर्ग मीटर, जिसने 250 MW के लिए लगभग 2,400 km² ज़मीन डुबोई। थ्री गॉर्जेस ने लगभग 630 km² डुबोए और करीब 13 लाख लोगों को दूसरी जगह बसना पड़ा। World Commission on Dams (2000) का अनुमान था कि दुनिया भर में 4–8 करोड़ लोग बांधों की वजह से विस्थापित हुए, जिनमें से बहुतों को उचित मुआवज़ा नहीं मिला।
जलविद्युत थर्मल कूलिंग की तरह पानी नहीं खपाती, पर जलाशयों से पानी भाप बनकर उड़ता है, और गर्म, सूखे इलाकों में यह प्रति MWh बड़ी मात्रा हो सकती है। बांध नदियों को टुकड़ों में बांटते हैं, वह गाद रोक लेते हैं जो नीचे जाकर डेल्टा और खेतों को फिर से बनाती, और पानी का तापमान व ऑक्सीजन स्तर बदल देते हैं। सामग्री ज़्यादातर कंक्रीट, पत्थर की भराई और स्टील है। बहुत लंबी उम्र पर बांटें तो प्रति MWh सामग्री का इस्तेमाल बहुत कम बैठता है।
लाइफ़साइकिल CO2 उत्सर्जन
किसी और नवीकरणीय स्रोत के उत्सर्जन की रेंज इतनी चौड़ी नहीं है। IPCC AR5 WGIII Annex III (2014) के अनुसार मीडियन लगभग 24 gCO2e/kWh है, और रेंज लगभग 1 से 2,200 gCO2e/kWh तक। ऊंचे हेड वाले पहाड़ी और नॉर्डिक प्लांट सबसे नीचे हैं। सबसे ऊपर के चरम आंकड़े कुछ उथले उष्णकटिबंधीय जलाशयों से आते हैं, जहां डूबी वनस्पति और बहकर आया जैविक पदार्थ बिना ऑक्सीजन के सड़ता है। ये जलाशय की सतह से, टरबाइन और स्पिलवे से होकर (“डीगैसिंग”) और आगे नीचे की ओर मीथेन छोड़ते हैं। UNECE का 2021 आकलन सबसे चरम जलाशयों को छोड़कर प्रतिनिधि प्लांट के लिए लगभग 6 से 150 gCO2e/kWh देता है।
ऊंचे आंकड़ों के पीछे मीथेन है, जिसकी 20 साल में ग्लोबल वार्मिंग क्षमता CO2 से लगभग 80 गुना है। जलाशय का उत्सर्जन ज़मीन डूबने के बाद पहले दशक में सबसे ज़्यादा होता है और जलवायु, गहराई, प्रति MW क्षेत्रफल और जैविक भार पर निर्भर करता है। IHA और UNESCO का G-res टूल अब निर्माण से पहले जलाशय के नेट उत्सर्जन का अनुमान लगाने के लिए बड़े पैमाने पर इस्तेमाल होता है। ज़्यादातर समशीतोष्ण और उत्तरी (बोरियल) इलाकों के हाइड्रो, और आम तौर पर रन-ऑफ़-रिवर प्लांट का लाइफ़साइकिल उत्सर्जन पवन और न्यूक्लियर जैसा है।
सुरक्षा और पर्यावरण पर असर
बांध सुरक्षा। प्रति TWh औसत निकालें तो जलविद्युत से कम लोगों की जान जाती है, पर जोखिम का एक भारी सिरा है। 1975 में टाइफ़ून नीना की भीषण बारिश ने चीन के हेनान प्रांत में बांकियाओ और शिमंतान बांध गिरा दिए, जिसके बाद नीचे के दर्जनों बांध टूट गए। मौतों के अनुमान लगभग 26,000 से लेकर, अकाल और बीमारियों को जोड़ने पर, 1,70,000 से ऊपर तक हैं। दूसरी बड़ी विफलताओं में इटली का वायोंट (1963, लगभग 2,000 मौतें, जब भूस्खलन से उठी लहर बांध के ऊपर से गुज़री) और भारत का मच्छू-II (1979) शामिल हैं। आधुनिक बांध इंजीनियरिंग, चरम बाढ़ के लिए डिज़ाइन किए स्पिलवे, निगरानी और आपातकालीन योजनाओं ने विनाशकारी विफलता को दुर्लभ बना दिया है। पुराने होते बांध और जलवायु परिवर्तन से बढ़ती भारी बारिश चिंता बढ़ा रहे हैं।
पारिस्थितिकी। बांध सैल्मन, स्टर्जन और ईल जैसी प्रवासी मछलियों का रास्ता रोकते हैं। फ़िश लैडर, बायपास चैनल और मछलियों के अनुकूल टरबाइन नुकसान घटाते हैं, पर उसे शायद ही कभी खत्म करते हैं। बदले हुए बहाव का असर दलदली इलाकों और बाढ़ के मैदानों पर पड़ता है, और “हाइड्रोपीकिंग” (मांग के हिसाब से बहाव में अचानक बदलाव) नीचे की ओर नदी के जीवन को नुकसान पहुंचाता है। यूरोप और अमेरिका में बांध हटाने के उदाहरण, जैसे वॉशिंगटन की एलवा नदी पर, दिखाते हैं कि मछलियों की आबादी कितनी तेज़ी से लौट सकती है।
सामाजिक असर। विस्थापन, खेती की ज़मीन और सांस्कृतिक स्थलों का खोना, और साझा नदियों पर विवाद (ग्रैंड इथियोपियन रेनेसां बांध को लेकर नील, मेकांग, सिंधु) बड़े हाइड्रो को राजनीतिक रूप से विवादित बनाते हैं। IHA का Hydropower Sustainability Standard परामर्श, मुआवज़े और पर्यावरणीय बहाव के मानदंड तय करता है।
हाइड्रो पर टिकी बिजली व्यवस्थाएं
कई देश अपनी ज़्यादातर बिजली जलविद्युत से लेते हैं। नॉर्वे लगभग 90% बिजली हाइड्रो से बनाता है और अपने विशाल जलाशयों से इंटरकनेक्टर के ज़रिए नॉर्डिक और महाद्वीपीय बाज़ारों को संतुलित करता है। ब्राज़ील ऐतिहासिक रूप से अपनी लगभग 60% बिजली हाइड्रो से बनाता रहा है, इताइपू, बेलो मोंटे और तुकुरुई कॉम्प्लेक्स से। कनाडा लगभग 60% बिजली हाइड्रो से लेता है, जिसमें क्यूबेक, ब्रिटिश कोलंबिया और मैनिटोबा आगे हैं, और बड़ी मात्रा अमेरिका को निर्यात करता है। पराग्वे, इथियोपिया, नेपाल और डेमोक्रेटिक रिपब्लिक ऑफ़ कांगो में 90% से ज़्यादा बिजली हाइड्रो से आती है। अलग-अलग प्लांट बिजलीघर मैप पर देखें।
आगे की तस्वीर
IEA की Hydropower Special Market Report (2021) ने हाइड्रो को साफ़ बिजली का “भूला हुआ दिग्गज” कहा और अनुमान लगाया कि चीन से बाहर इसकी बढ़त धीमी होगी, क्योंकि सबसे अच्छी जगहें इस्तेमाल हो चुकी हैं और सामाजिक व पर्यावरणीय विरोध कड़ा हो रहा है। ज़्यादातर नई पारंपरिक क्षमता चीन, भारत, अफ़्रीका और दक्षिण-पूर्व एशिया में लग रही है। पवन और सोलर को संतुलित करने की ज़रूरत से पंप्ड स्टोरेज ज़्यादा तेज़ी से बढ़ रहा है; अकेले चीन में 100 GW से काफ़ी ज़्यादा क्षमता निर्माणाधीन या मंज़ूर है। यूरोप और उत्तरी अमेरिका के पुराने बेड़े को आधुनिक बनाने और उसकी क्षमता बढ़ाने, मौजूदा बांधों पर जनरेटर लगाने, जलाशयों पर तैरते सोलर, और हाइड्रो व सोलर को साथ चलाने से कम नए असर के साथ बड़े फ़ायदे मिल सकते हैं। जलवायु परिवर्तन दोनों तरफ़ असर डालता है: ऊंचे अक्षांशों के कुछ नदी बेसिन में बहाव बढ़ता है, जबकि भूमध्यसागरीय इलाके, दक्षिणी अफ़्रीका और दक्षिण अमेरिका के कुछ हिस्सों में घटता है। टेक्नोलॉजी तुलना पेज हाइड्रोपावर को दूसरे स्रोतों के सामने रखता है, और समुद्री ऊर्जा इसके समुद्र-आधारित रिश्तेदार की जानकारी देता है।
अक्सर पूछे जाने वाले सवाल
जलविद्युत बांध से बिजली कैसे बनती है?
दुनिया की कितनी बिजली जलविद्युत से आती है?
क्या जलविद्युत कार्बन न्यूट्रल है?
रन-ऑफ़-रिवर और जलाशय वाले हाइड्रोपावर में क्या फ़र्क है?
दुनिया का सबसे बड़ा जलविद्युत बांध कौन-सा है?
पंप्ड हाइड्रो स्टोरेज कितना कुशल है?
बांकियाओ बांध हादसा क्या था?
स्रोत और संदर्भ
- IRENA (2024). Renewable Power Generation Costs in 2023
- IEA (2021). Hydropower Special Market Report
- International Hydropower Association (2024). World Hydropower Outlook
- IPCC (2014). AR5 WGIII Annex III: Technology-specific Cost and Performance Parameters
- UNECE (2021). Life Cycle Assessment of Electricity Generation Options
- NREL. Annual Technology Baseline (ATB) — Hydropower and Pumped Storage Hydropower
- Ember और Energy Institute: बिजली डेटा Our World in Data के ज़रिए (इस पेज के चार्ट और तालिकाएँ)