ഡെൻമാർക്ക് മുതൽ കാനറി ദ്വീപുകൾ വരെയുള്ള കാറ്റാടിപ്പാടങ്ങളിൽ ടർബൈൻ ബ്ലേഡുകൾ നേരിടുന്നത് അപ്രതീക്ഷിതമായ ഒരു ശത്രുവിനെയാണ്: മഴ. ബ്ലേഡുകളുടെ അഗ്രങ്ങൾക്ക് 360 km/h വരെ വേഗം കൈവരിക്കാം. ആ വേഗത്തിൽ മഴത്തുള്ളികൾ ബ്ലേഡിന്റെ മുൻവശത്തെ അരിക് ക്രമേണ തേഞ്ഞുപോകാൻ ഇടയാക്കും. യൂറോപ്പ് ശുദ്ധമായ ഊർജത്തിനായി കാറ്റിനെ കൂടുതൽ ആശ്രയിക്കുന്ന ഈ സമയത്ത്, തേഞ്ഞ ബ്ലേഡുകൾ കുറച്ച് വൈദ്യുതിയേ ഉൽപാദിപ്പിക്കൂ.

മഴ മാത്രമല്ല പ്രശ്നക്കാരൻ. മണലും ആലിപ്പഴവും ബ്ലേഡുകളുടെ ഉപരിതലത്തിന് കേടുവരുത്താം. അതിനാൽ തേയ്മാനം ഏറ്റവും കൂടുതൽ ഉണ്ടാകാൻ സാധ്യതയുള്ളത് എവിടെയാണെന്നും അത് എങ്ങനെ പരിമിതപ്പെടുത്താമെന്നും മനസ്സിലാക്കേണ്ടത് പ്രധാനമാണ്.

സ്പെയിനിലെ നവാറയിലെ സാരിഗുറെനിലുള്ള നാഷണൽ റിന്യൂവബിൾ എനർജി സെന്ററിലെ (CENER) കാറ്റോർജ ഗവേഷകയായ ഡോ. ബിയാട്രിസ് മെൻഡസ് ലോപ്പസ്, വ്യവസായത്തിലും അക്കാദമിക രംഗത്തുമുള്ള അനുഭവസമ്പത്തുമായാണ് ഈ വെല്ലുവിളിയെ നേരിടുന്നത്.

എൻജിനീയറിങ്ങിലും കംപ്യൂട്ടേഷണൽ ഫ്ലൂയിഡ് മെക്കാനിക്സിലും പരിശീലനം നേടിയ അവർ, 2011-ൽ CENER-ൽ ചേരുന്നതിനുമുമ്പ് സ്പെയിനിലെ കാറ്റോർജ, വ്യോമയാന വ്യവസായങ്ങളിൽ പ്രവർത്തിച്ചു. കാലാവസ്ഥ ടർബൈനുകളുടെ പ്രവർത്തനക്ഷമതയെയും ഈടുനിൽപ്പിനെയും എങ്ങനെ ബാധിക്കുന്നു എന്ന് അന്വേഷിക്കുന്ന, യൂറോപ്യൻ യൂണിയൻ ധനസഹായം നൽകുന്ന AIRE സംരംഭത്തെ ഇപ്പോൾ അവർ ഏകോപിപ്പിക്കുന്നു.

ഇതിന്റെ പ്രാധാന്യം വളരെ വലുതാണ്. 2025-ൽ യൂറോപ്യൻ യൂണിയന്റെ പുനരുപയോഗ ഊർജ വൈദ്യുതിയിൽ മൂന്നിലൊന്നിലധികം കാറ്റിൽനിന്നായിരുന്നു. 2050 ആകുമ്പോഴേക്കും യൂറോപ്യൻ യൂണിയന്റെ വൈദ്യുതി ആവശ്യത്തിന്റെ 40%-ത്തിലധികം കാറ്റോർജ നിറവേറ്റുമെന്നാണ് യൂറോപ്യൻ കമ്മീഷന്റെ പ്രതീക്ഷ. ആ ലക്ഷ്യത്തിലെത്താൻ അന്തരീക്ഷത്തിൽ കൂടുതൽ ഉയരത്തിലെത്തുന്ന വലിയ ടർബൈനുകൾ ഉപയോഗിക്കുകയും കരയിലും കടലിലും കൂടുതൽ വെല്ലുവിളിയേറിയ സ്ഥലങ്ങൾ കണ്ടെത്തുകയും വേണം.

“ഭാവിയിൽ യൂറോപ്യൻ യൂണിയന്റെ പുനരുപയോഗ ഊർജ ലക്ഷ്യങ്ങൾ കൈവരിക്കാൻ നമുക്ക് വളരെ കൂടുതൽ കാറ്റോർജ വേണ്ടിവരും,” മെൻഡസ് പറഞ്ഞു. “കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങളെ കഴിയുന്നത്ര കാര്യക്ഷമമാക്കുകയും വ്യത്യസ്ത സ്ഥലങ്ങളിൽ ഫലപ്രദമായി പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്നവയാക്കുകയും വേണം.”

“ഭാവിയിൽ യൂറോപ്യൻ യൂണിയന്റെ പുനരുപയോഗ ഊർജ ലക്ഷ്യങ്ങൾ കൈവരിക്കാൻ നമുക്ക് വളരെ കൂടുതൽ കാറ്റോർജ വേണ്ടിവരും.” — ഡോ. ബിയാട്രിസ് മെൻഡസ്, AIRE

ഊർജ സ്രോതസ്സുകളുടെ മിശ്രണം ഓരോ രാജ്യത്തും വ്യത്യസ്തമാണ്. അതിനാൽ ചില രാജ്യങ്ങളിൽ കാറ്റോർജയ്ക്ക് മറ്റുള്ളവയെക്കാൾ പ്രാധാന്യമുണ്ട്. AIRE സംഘത്തിലെ അംഗമായ ആസ്റ്റ ഹാനെസ്ഡോട്ടിർ, റോസ്കിൽഡെയിലെ ടെക്നിക്കൽ യൂണിവേഴ്സിറ്റി ഓഫ് ഡെൻമാർക്കിന്റെ റിസോ ക്യാമ്പസിൽ കാറ്റിനെയും ഊർജ സംവിധാനങ്ങളെയും കുറിച്ച് ഗവേഷണം നടത്തുന്നു. ഈ വ്യത്യാസം അവർക്ക് സ്വന്തം അനുഭവത്തിൽനിന്ന് അറിയാം: അവരുടെ ജന്മനാടായ ഐസ്‌ലൻഡിൽ ജലവൈദ്യുതിയും ഭൗമതാപ ഊർജവും സമൃദ്ധമാണ്.

“എന്നാൽ ജലവൈദ്യുതി തീരെ ഇല്ലാത്ത ഡെൻമാർക്ക് പോലുള്ള ചില സ്ഥലങ്ങളിൽ കാറ്റോർജ നിർണായകമാണ്.”

കാറ്റിന്റെ വേഗത്തിനപ്പുറം

അനുയോജ്യമായ സ്ഥലങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാനും കൂടുതൽ ഫലപ്രദമായ കാറ്റാടിപ്പാടങ്ങൾ രൂപകൽപന ചെയ്യാനും വികസന കമ്പനികളെ സഹായിക്കുന്നതിനായി, AIRE സംഘം കാറ്റിന്റെ വേഗം മാത്രമല്ല പരിശോധിക്കുന്നത്. യഥാർഥ സാഹചര്യങ്ങളിൽ ടർബൈനുകൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്നതിന്റെ മാതൃകകൾ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ ഗവേഷകർ കാറ്റാടിപ്പാടങ്ങളിൽനിന്നുള്ള അളവുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ആധുനിക ടർബൈനുകൾ എത്തുന്ന ഉയരങ്ങളിലെ മഴ, മണൽ, കാറ്റ് എന്നിവയും അവർ കണക്കിലെടുക്കുന്നു.

ബ്ലേഡുകളുടെ തേയ്മാനം എങ്ങനെ പുരോഗമിക്കുന്നു എന്ന് അവർ മാതൃകയാക്കുകയും അതുമൂലം നടത്തിപ്പുകാർക്ക് എത്ര വൈദ്യുതി നഷ്ടമാകാമെന്ന് കണക്കാക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. കനത്ത മഴയിൽ ടർബൈനുകളുടെ വേഗം കുറയ്ക്കുന്നത് കേടുപാടുകൾ എങ്ങനെ കുറയ്ക്കാമെന്നും അവർ പരിശോധിച്ചിട്ടുണ്ട്. അതോടൊപ്പം കടുത്ത കാലാവസ്ഥയെ ചെറുക്കാൻ രൂപകൽപന ചെയ്ത ബ്ലേഡ് ആകൃതികളും വികസിപ്പിക്കുന്നു.

“യഥാർഥ കാലാവസ്ഥാ സാഹചര്യങ്ങളിൽ കാറ്റാടിയന്ത്രങ്ങൾ എങ്ങനെ പ്രവർത്തിക്കുന്നു എന്ന് കൂടുതൽ നന്നായി മനസ്സിലാക്കുകയാണ് പദ്ധതിയുടെ ലക്ഷ്യം,” മെൻഡസ് പറഞ്ഞു.

6 രാജ്യങ്ങളിൽനിന്നുള്ള 11 സർവകലാശാലകളെയും കമ്പനികളെയും ഗവേഷണ-നവീകരണ കേന്ദ്രങ്ങളെയും ഈ സംഘം ഒരുമിപ്പിക്കുന്നു. രാജ്യാതിർത്തികൾ കടന്നുള്ള സഹകരണം ഗവേഷകർക്ക് താരതമ്യം ചെയ്യാൻ വൈവിധ്യമാർന്ന സാഹചര്യങ്ങൾ നൽകുന്നു. ഡെൻമാർക്കും യുകെയും മുതൽ കാനറി ദ്വീപുകൾ വരെയുള്ള കരയിലെയും കടലിലെയും സ്ഥലങ്ങൾ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

മഴ കൊണ്ടുള്ള പ്രശ്നം

അന്തരീക്ഷത്തിൽനിന്ന് വീഴുന്ന മഴ, മഞ്ഞ് തുടങ്ങിയവ മനസ്സിലാക്കുന്നത് പ്രത്യേകിച്ചും വെല്ലുവിളിയാണ്. ഭൂനിരപ്പിൽനിന്ന് ഏകദേശം 3 km വരെ ഉയരത്തിൽ സംഘം ഇവ അളന്നിട്ടുണ്ട്. എന്താണ് വീഴുന്നത്, തുള്ളികൾക്കോ കണങ്ങൾക്കോ എത്ര വലുപ്പമുണ്ട്, അവ എത്ര വേഗത്തിലാണ് വീഴുന്നത് എന്നിവ രേഖപ്പെടുത്തി.

“അന്തരീക്ഷത്തിൽനിന്ന് വീഴുന്ന ജലത്തിന്റെയും മഞ്ഞിന്റെയും മറ്റും ഫലങ്ങൾ സങ്കീർണമാണെന്നും ഇനിയും ഏറെ മനസ്സിലാക്കാനുണ്ടെന്നും ഞങ്ങൾ പഠിച്ചു,” മെൻഡസ് പറഞ്ഞു. “കാറ്റുമായുള്ള ഇതിന്റെ ബന്ധം എല്ലായ്പ്പോഴും നേരിട്ടുള്ളതല്ല: മഴയുണ്ടെന്നത് ശക്തമായ കാറ്റുണ്ടെന്ന് നിർബന്ധമായും അർഥമാക്കുന്നില്ല; തിരിച്ചും അങ്ങനെതന്നെ. ഭൂപ്രദേശം നിരപ്പാണോ കൂടുതൽ സങ്കീർണമാണോ എന്നതിനെ ആശ്രയിച്ചും ഫലങ്ങൾ മാറും.”

മഴയുടെ ഫലങ്ങൾ അളക്കുന്നതും അനുകരിച്ച് മാതൃകയാക്കുന്നതും പ്രയാസമാണെന്ന് ഹാനെസ്ഡോട്ടിർ കൂട്ടിച്ചേർത്തു. “നമുക്ക് 2 ഉപകരണങ്ങൾ അടുത്തടുത്ത് സ്ഥാപിച്ചാലും വ്യത്യസ്ത അളവുകൾ ലഭിക്കാം. കാറ്റിന്റെ കാര്യത്തിൽ സാധാരണയായി അങ്ങനെ കാണാറില്ല.”

കേടുപാടുകൾ പരിമിതപ്പെടുത്താനുള്ള പ്രായോഗിക മാർഗങ്ങൾ ഗവേഷകർ പരിശോധിക്കുകയാണ്. തേയ്മാനസാധ്യത കൂടുതലുള്ള കനത്ത മഴയിൽ ബ്ലേഡുകളുടെ വേഗം കുറയ്ക്കുക എന്നതാണ് ഒരു മാർഗം. ഹ്രസ്വകാലത്ത് ഇതുമൂലം വൈദ്യുതി ഉൽപാദനം കുറയുമെങ്കിലും, തേയ്മാനം കുറയ്ക്കുന്നത് ബ്ലേഡുകൾ കൂടുതൽ കാലം നിലനിൽക്കാനും കാലക്രമത്തിൽ അവയുടെ പ്രവർത്തനക്ഷമത നിലനിർത്താനും സഹായിച്ചേക്കാം.

കാലാവസ്ഥയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട കേടുപാടുകളെ കൂടുതൽ നന്നായി ചെറുക്കാൻ ഉദ്ദേശിച്ചുള്ള പുതിയ ബ്ലേഡ് ആകൃതികളും സംഘം രൂപകൽപന ചെയ്തിട്ടുണ്ട്.

കാറ്റോർജ വ്യവസായവുമായി ചേർന്ന് രൂപകൽപന ചെയ്ത ഉപകരണങ്ങൾ

AIRE സംഘം അതിന്റെ മാതൃകകളും ഡാറ്റയും ഒരു ഓൺലൈൻ ഉപകരണശേഖരത്തിൽ ഒരുമിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ട്. അപകടസാധ്യതകൾ വിലയിരുത്താനും ടർബൈൻ രൂപകൽപനയും പ്രവർത്തനവും മെച്ചപ്പെടുത്താനും മറ്റ് ഗവേഷകരെയും കാറ്റോർജ വ്യവസായത്തെയും ഇത് സഹായിക്കുന്നു.

യൂറോപ്പിലുടനീളം മാതൃകയാക്കിയ മഴമൂലമുള്ള ബ്ലേഡ് തേയ്മാനസാധ്യത കാണിക്കുന്ന ഒരു അപകടസാധ്യതാ അറ്റ്ലസ്, മഴയും മണലും പോലുള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ കാറ്റാടിപ്പാടങ്ങൾക്കുള്ള ആസൂത്രണ സഹായി, ബ്ലേഡുകൾ തേയുമ്പോൾ ടർബൈനുകൾക്ക് എത്ര വൈദ്യുതി നഷ്ടമാകാമെന്ന് കണക്കാക്കുന്ന മാതൃകകൾ എന്നിവ ഈ വിഭവങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

ഈ ഉപകരണശേഖരം ഓപ്പൺ സോഴ്സാണ്. അതായത് ആർക്കും അത് ഉപയോഗിക്കാനും ആവശ്യാനുസരണം മാറ്റാനും കഴിയും.

“കാറ്റോർജയുടെ വിശ്വാസ്യത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനായി ഗവേഷകർക്കും വ്യവസായ മേഖലയ്ക്കും ഉപയോഗിക്കാനും സാധുത പരിശോധിക്കാനും കൂടുതൽ വികസിപ്പിക്കാനും കഴിയുന്ന, ദീർഘകാലം പ്രയോജനപ്പെടുന്ന ഒരു വിഭവമായി AIRE ഉപകരണശേഖരം മാറുമെന്ന് ഞങ്ങൾ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു,” ഹാനെസ്ഡോട്ടിർ പറഞ്ഞു.

“ജലവൈദ്യുതി തീരെ ഇല്ലാത്ത ഡെൻമാർക്ക് പോലുള്ള ചില സ്ഥലങ്ങളിൽ കാറ്റോർജ നിർണായകമാണ്.” — ആസ്റ്റ ഹാനെസ്ഡോട്ടിർ, AIRE

സീമെൻസ് ഗമേസ റിന്യൂവബിൾ എനർജിയുടെ ഡാനിഷ് വിഭാഗം, സ്പെയിനിലെ ക്യാപിറ്റൽ എനർജി, ഫ്രാൻസിലെ എൻജി എന്നിവയുൾപ്പെടെയുള്ള വ്യവസായ പങ്കാളികളുമായി അടുത്ത് സഹകരിച്ചാണ് ഈ വിഭവങ്ങൾ വികസിപ്പിച്ചത്.

“രൂപകൽപന നടക്കുമ്പോൾ അവർ ഉപകരണങ്ങൾ പരീക്ഷിക്കുകയും വികസിപ്പിക്കുന്നവർക്ക് അഭിപ്രായങ്ങൾ അയയ്ക്കുകയും ചെയ്തു. ഈ മാതൃകകളുടെ ഉപയോഗം അനിശ്ചിതത്വവും ചെലവും കുറയ്ക്കുകയും വൈദ്യുതി ഉൽപാദനം വർധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യണം. അതുവഴി ബ്ലേഡ് നിർമാതാക്കൾക്കും കാറ്റാടിപ്പാടങ്ങളുടെ നടത്തിപ്പുകാർക്കും അവരുടെ രൂപകൽപനയും പ്രവർത്തനവും മെച്ചപ്പെടുത്താൻ സഹായിക്കണം,” മെൻഡസ് പറഞ്ഞു.

അറിവ് പങ്കിടൽ

കാറ്റോർജ ഉൽപാദനം മുൻകൂട്ടി കണക്കാക്കുന്നതും ടർബൈൻ രൂപകൽപനയും മെച്ചപ്പെടുത്താനുള്ള വിപുലമായ യൂറോപ്യൻ ശ്രമത്തിന്റെ ഭാഗമാണ് AIRE ഗവേഷണം. യൂറോപ്യൻ യൂണിയൻ ധനസഹായം നൽകുന്ന FLOW, MERIDIONAL എന്നീ മറ്റ് 2 സംരംഭങ്ങളും ഇതിനൊപ്പമുണ്ട്. കാറ്റാടിപ്പാടങ്ങൾ എത്ര വൈദ്യുതി ഉൽപാദിപ്പിക്കുമെന്നും അവയ്ക്ക് എത്രത്തോളം സമ്മർദം നേരിടേണ്ടിവരുമെന്നും പ്രവചിക്കാനുള്ള മാതൃകകളും രീതികളും ഈ സംരംഭങ്ങളിലെ ഗവേഷകരും വികസിപ്പിക്കുന്നുണ്ട്.

ഈ 3 സംഘങ്ങളും ചേർന്ന് WindLab-ലേക്ക് സംഭാവന നൽകിയിട്ടുണ്ട്. ആർക്കും തിരയാനും ഉപയോഗിക്കാനും കഴിയുന്ന, സ്വതന്ത്രമായി ലഭ്യമായ ഓൺലൈൻ അറിവ്-ഡാറ്റാ കേന്ദ്രമാണിത്. സംഭാവന നൽകിയ 27 സ്ഥാപനങ്ങളിൽനിന്നുള്ള 1 100-ലധികം ഡാറ്റാസെറ്റുകൾ—അളവുകളുടെയും കംപ്യൂട്ടർ അനുകരണങ്ങളുടെയും ശേഖരങ്ങൾ—ഇപ്പോൾ ഇതിലുണ്ട്.

കാറ്റ്, മഴ, ബ്ലേഡുകളുടെ അവസ്ഥ എന്നിവയുടെ അളവുകൾ മുതൽ അന്തരീക്ഷത്തിന്റെ കംപ്യൂട്ടർ അനുകരണങ്ങൾ വരെ ഈ ഡാറ്റയിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. കരയിലെയും കടലിലെയും ടർബൈനുകളെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങൾക്കൊപ്പം പട്ടം പോലുള്ള വായുവിലൂടെ പറക്കുന്ന സംവിധാനങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള വിവരങ്ങളും ഇതിലുണ്ട്.

കാറ്റോർജ ഉൽപാദനം കൂടുതൽ പ്രവചനയോഗ്യവും അപകടസാധ്യത കുറഞ്ഞതുമാക്കുകയാണ് ദീർഘകാല ലക്ഷ്യമെന്ന് മെൻഡസ് പറയുന്നു.

“ഒരു സ്ഥലത്തിന്റെ കാറ്റോർജ സാധ്യതയും അവിടത്തെ കാലാവസ്ഥ ഉയർത്തുന്ന വെല്ലുവിളികളും കൂടുതൽ നന്നായി മനസ്സിലാക്കുക എന്നതായിരിക്കും AIRE നൽകുന്ന ദീർഘകാല സംഭാവനയെന്ന് ഞങ്ങൾ പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. ഭാവിയിലെ പദ്ധതികളുടെ സാമ്പത്തിക അപകടസാധ്യത കുറയ്ക്കാൻ അത് സഹായിക്കും,” അവർ പറഞ്ഞു. “കൂടുതൽ വിശ്വാസ്യതയുള്ള കാറ്റോർജ ഊർജവിലകൾ സ്ഥിരതയോടെ നിലനിർത്താൻ സഹായിക്കുകയും പുനരുപയോഗ ഊർജ സ്രോതസ്സുകളെ സംവിധാനവുമായി സംയോജിപ്പിക്കുന്നത് എളുപ്പമാക്കുകയും ചെയ്യും.”

ഹാനെസ്ഡോട്ടിറിന് ലക്ഷ്യം വ്യക്തമാണ്. “പ്രായോഗികമായ ഓപ്പൺ സോഴ്സ് ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് തേയ്മാനം പ്രവചിക്കാനും സജീവമായി നിയന്ത്രിക്കാനും കഴിയുമെന്ന് തെളിയിക്കാനാണ് ഞങ്ങൾ ആഗ്രഹിക്കുന്നത്.”

ടർബൈനുകൾ വലുതാകുകയും കൂടുതൽ വെല്ലുവിളിയേറിയ സ്ഥലങ്ങളിൽ സ്ഥാപിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്യുമ്പോൾ അവയ്ക്ക് അന്തരീക്ഷത്തിലെ കൂടുതൽ വൈവിധ്യമാർന്ന സാഹചര്യങ്ങൾ നേരിടേണ്ടിവരും. കാറ്റിനെയും കാലാവസ്ഥയെയും കുറിച്ചുള്ള അറിവ് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെ, ടർബൈനുകൾ നേരിടുന്ന സാഹചര്യങ്ങളെ ചെറുക്കാനും യൂറോപ്പ് ആശ്രയിക്കുന്ന ശുദ്ധവൈദ്യുതി തുടർന്നും ഉൽപാദിപ്പിക്കാനും അവയെ സഹായിക്കാമെന്നാണ് ഗവേഷകരുടെ പ്രതീക്ഷ.

ഈ ലേഖനത്തിലെ ഗവേഷണത്തിന് യൂറോപ്യൻ യൂണിയന്റെ ഹൊറൈസൺ പ്രോഗ്രാമാണ് ധനസഹായം നൽകിയത്. അഭിമുഖം നൽകിയവരുടെ അഭിപ്രായങ്ങൾ യൂറോപ്യൻ കമ്മീഷന്റെ അഭിപ്രായങ്ങളെ നിർബന്ധമായും പ്രതിഫലിപ്പിക്കുന്നില്ല. ഈ ലേഖനം ഇഷ്ടപ്പെട്ടെങ്കിൽ സാമൂഹിക മാധ്യമങ്ങളിൽ പങ്കിടുന്നത് പരിഗണിക്കുക.