भारत का नवीकरणीय ऊर्जा विस्तार और ग्रिड स्थिरता की चुनौती

Read in English | जब आप अपना फोन चार्ज करने के लिए लगाते हैं तब क्या यह एक बार भी सोचते हैं कि यह ऊर्जा आपके घर तक कैसे पहुंच रही है और इसका स्त्रोत क्या है? शायद नहीं, लेकिन ऊर्जा को उसके स्त्रोत से आपके घरों तक पहुंचाने के पीछे कई वायर्स, केबल्स और ट्रांस्फॉर्मर्स से बना जटिल तंत्र काम करता है जिसे ग्रिड कहा जाता है। भारत में ग्रिड का संचालन केंद्र और राज्य सरकारें दोनों मिलकर करती हैं क्योंकि यह समवर्ती सूची का विषय है। ग्रिड सिस्टम के चार हिस्से होते हैं उत्पादन (Generation), पारेषण (Transmission), वितरण (Distribution) और उपयोग (Utilise)।

रीन्यूएबल एनर्जी की जब बात होती है तो ज्यादातर ध्यान इसके उत्पादन पर रहता है। हम यह गणना तो करते हैं कि किस स्त्रोत से कितनी बिजली उत्पादित होगी। लेकिन इसका दूसरा महत्वपूर्ण पहलू एनर्जी ट्रांस्मिशन यानी उत्पादित ऊर्जा को वहां पहुंचाना जहां उसकी ज़रुरत है, अनदेखा ही रह जाता है। 

विभिन्न ऊर्जा स्रोतों द्वारा उत्पादित बिजली को ट्रांसमिशन लाइनों के माध्यम से सबस्टेशन तक पहुंचाया जाता है। सबस्टेशनों पर, वोल्टेज को नियंत्रित किया जाता है और फिर वितरण लाइनों के माध्यम से हमारे घरों तक पहुंचाया जाता है। यह संपूर्ण ऊर्जा उत्पादन, आपूर्ति और मांग प्रणाली हर समय सही संतुलन में रहनी चाहिए। यदि कम मांग के साथ उत्पन्न ऊर्जा की अधिकता है, तो ऊर्जा वृद्धि के कारण बुनियादी ढांचे को नुकसान होने का संभावित खतरा है। इसके विपरीत, यदि उत्पन्न ऊर्जा कम है और मांग ज्यादा, तो ब्लैकआउट का खतरा होता है। ग्रिड ऑपरेटरों की जिम्मेदारी ऊर्जा उत्पादन और खपत के बीच सामंजस्यपूर्ण संतुलन सुनिश्चित करना है।

अक्षय ऊर्जा का धारा प्रवाह न होना परेशानी का सबब

सरकारी आंकड़ों के अनुसार, जुलाई 2023 तक भारत की कुल स्थापित ऊर्जा क्षमता 423 गीगावॉट है। इस क्षमता में कोयले से 212.52 गीगावॉट, तेल और गैस से 25.63 गीगावॉट, हाइड्रो से 46.85 गीगावॉट, परमाणु से 7.48 गीगावॉट, सौर से 71.15 गीगावॉट, पवन से 43.94 गीगावॉट और जैव-ऊर्जा उत्पादन से 10.82 गीगावॉट का योगदान है। भारत को नेट ज़ीरो लक्ष्य प्राप्त करने के लिए ऊर्जा मिश्रण में नवीकरणीय ऊर्जा की हिस्सेदारी बढ़ाने की आवश्यकता होगी। संयुक्त राष्ट्र के अनुसार, नेट ज़ीरो का तात्पर्य ग्रीनहाउस गैस (GHG) उत्सर्जन को कम करना और शेष वायुमंडलीय कार्बन को पृथक्करण के माध्यम से पुनः अवशोषित करना है।

हालाँकि, रुक रुक कर प्रवाहित होने वाली नवीकरणीय ऊर्जा की ग्रिड में तेज़ी से बढ़ती हिस्सेदारी ग्रिड ऑपरेटरों के लिए कई चुनौतियां पैदा करती है।

केंद्रीय विद्युत प्राधिकरण के पूर्व सदस्य डॉ. सोमित दासगुप्ता का कहना है

“भारतीय ग्रिड किसी भी मायने में विकसित देशों के ग्रिड सिस्टम से कम नहीं है। ग्रिड के अंस्टेबल होने का मतलब है फ्रीक्वेंसी और वोल्टेज में फ्लक्चुएशन। ऐसा रीन्यूएबल एनर्जी के इंटरमिटेट नेचर की कारण जनरेशन और लोड में गैप आने की वजह से होता है। हमें इस गैप को बैलेंस करना होता है। यह हम लोड शेंडिंग करके या दूसरे एनर्जी सोर्स को रैंप अप करके कर सकते हैं।”

इसका कारण यह है कि हमारी ग्रिड प्रणाली थर्मल और जलविद्युत संयंत्रों जैसे ऊर्जा स्रोतों पर निर्भर है। इन स्रोतों ने हमें मांग के आधार पर निरंतर, निर्बाध बिजली की आपूर्ति पर नियंत्रण रखने की अनुमति दी है। हालाँकि, सौर और पवन ऊर्जा के मामले में स्थिति अलग है। इन मामलों में, उत्पन्न बिजली की मात्रा सूर्य की चमक और हवा की गति जैसे कारकों द्वारा निर्धारित होती है। यह परिवर्तनशीलता ग्रिड स्थिरता बनाए रखने में एक चुनौती पेश करती है। एक स्थिर ग्रिड सुनिश्चित करने के लिए, जैसा कि ऊपर बताया गया है, बिजली के लोड और उत्पादन का लगातार मिलान करना महत्वपूर्ण है।

हालाँकि, वर्ष 2070 तक नेट ज़ीरो लक्ष्य प्राप्त करने के लिए, भारत को नवीकरणीय ऊर्जा संचरण से जुड़ी मूलभूत चुनौतियों का समाधान करना होगा।

एक देश एक ग्रिड

भारत के ग्रिड संचालन के बारे में बताते हुए सोमित कहते हैं,

“हमारे पास एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि हम वन नेशन वन ग्रिड नीति के तहत काम करते हैं, जिसमें भारत के सभी राज्यों के ग्रिड आपस में जुड़े हुए हैं और एक एकीकृत वोल्टेज और आवृत्ति पर काम करते हैं। हमारे ग्रिड में उत्पादन इकाइयाँ और राज्य, क्षेत्रीय और केंद्रीय स्तरों पर स्थित लोड प्रेषण केंद्रों का मिश्रण शामिल है। ये केंद्र बिजली की मांग और आपूर्ति का प्रभावी ढंग से प्रबंधन करते हैं।''

इंटरकनेक्शन के कारण, भारत का राष्ट्रीय ग्रिड 423 गीगावॉट की उल्लेखनीय स्थापित क्षमता के साथ दुनिया का सबसे बड़ा सिंक्रोनाइज्ड ग्रिड बन गया है। इस इंटरकनेक्टेड प्रणाली ने संसाधन-केंद्रित क्षेत्रों से लोड-केंद्रित क्षेत्रों तक बिजली की कुशल डिलीवरी की सुविधा प्रदान की है। उल्लेखनीय है कि अक्टूबर 1991 से पहले, भारत में पाँच अलग-अलग क्षेत्रीय ग्रिड थे, जो अलग-अलग आवृत्तियों पर काम करते थे। हालाँकि, दिसंबर 2013 में, इन ग्रिडों को एक ही ग्रिड में एकीकृत कर दिया गया, जिससे पूरे देश में एक समान आवृत्ति और वोल्टेज सुनिश्चित हो गया।

डॉ. सोमित कहते है कि भारत ने ग्रिड में नवीकरणीय ऊर्जा एकीकरण के बाद किसी भी ब्लैकआउट आउटेज का अनुभव नहीं किया है। हालाँकि, ग्रिड के निर्बाध संचालन को सुनिश्चित करने के लिए उत्पादन और लोड का सटीक पूर्वानुमान महत्वपूर्ण है।

नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस्ड स्टडीज (एनआईएएस) की एसोसिएट प्रोफेसर तेजल कानिटकर सबसे बड़ी समस्या की ओर इशारा करते हुए कहती हैं

“हम एक केंद्रीकृत ग्रिड प्रणाली पर काम करते हैं। हालाँकि, बिजली प्रेषण प्रक्रिया क्षेत्रीय स्तर पर होती है, जिससे सौर और पवन स्रोतों से उत्पादित अधिशेष ऊर्जा के प्रबंधन में महत्वपूर्ण चुनौतियाँ पैदा होती हैं। यह निरंतर जारी रहने वाला मुद्दा न केवल भारत में नवीकरणीय ऊर्जा के विकास में बाधा डालता है, बल्कि हमारे ग्रिड की स्थिरता को भी कमजोर करता है।''

इसके अलावा, ग्रिड स्थिरीकरण के सवाल को संबोधित करते हुए, वह कहती हैं

“ऊर्जा सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए ऊर्जा विविधता को बढ़ावा देना महत्वपूर्ण है। हालाँकि, सौर ऊर्जा को असंगत रूप से प्राथमिकता देना इस विविधता को कमजोर करता है। नतीजतन, इससे ग्रिड के भीतर असंतुलन पैदा हो सकता है, खासकर जब दिन और रात में बिजली की मांग को पूरा करने की बात आती है।"

गैर-कटौती नीति

कटौती क्या है? इस बात को समझाते हुए तेजल कहते हैं कि

“कटौती का तात्पर्य उत्पन्न बिजली के ऑफ-टेक (प्रवाह) पर प्रतिबंध या इनकार करना है। भारत में, राज्य लोड प्रेषण केंद्रों और DISCOMs (वितरण कंपनियों) के बीच दीर्घकालिक बिजली खरीद समझौते मौजूद हैं। लोड प्रेषण एक 'लागत-आधारित नीति' के तहत किया जाता है जो पहले सबसे सस्ती बिजली के प्रेषण को प्राथमिकता देता है। हालाँकि, भारतीय विद्युत ग्रिड कोड 2010 के अनुसार, नवीकरणीय ऊर्जा पर विशेष रूप से लागू एक गैर-कटौती नीति है। यह नीति राज्य लोड डिस्पैच केंद्रों को ग्रिड असुरक्षा के मामले को छोड़कर, प्रेषण के दौरान नवीकरणीय ऊर्जा को प्राथमिकता देने का आदेश देती है, भले ही नवीकरणीय ऊर्जा की लागत अन्य स्रोतों की तुलना में अधिक हो। अफसोस की बात है, वास्तव में, एसएलडीसी (स्टेट लोड डिस्पैच सेंटर) अक्सर डिस्कॉम के व्यावसायिक हितों से प्रभावित होकर ग्रिड सुरक्षा उपायों के रूप में नवीकरणीय स्रोतों में कटौती करते हैं।"

दो-भाग टैरिफ तंत्र के कारण, डिस्कॉम थर्मल प्लांटों को निश्चित भुगतान करने के लिए बाध्य हैं, भले ही वे अपनी बिजली का उपयोग करें या नहीं। यह स्थिति थर्मल पावर के पक्ष में नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों में कटौती की ओर ले जाती है। इसके अलावा, उच्च टैरिफ वाले पुराने पवन और सौर संयंत्र विशेष रूप से इस तरह की कटौती से प्रभावित होते हैं।

स्थिरता के लिए स्मार्ट ग्रिड

अब तक, ग्रिड का एकमात्र उद्देश्य उत्पादन केंद्र से उपभोक्ता तक बिजली पहुंचाना रहा है। हालाँकि, रूफटॉप सोलर के बढ़ने के साथ, उपभोक्ता अब बिजली का उत्पादन भी कर रहे हैं। ऐसे में एक ऐसे स्मार्ट ग्रिड की जरूरत बढ़ रही है जो जेनरेशन और लोड दोनों का सटीक आकलन कर सके। स्मार्ट ग्रिड एक दो-तरफा संचार प्रणाली है जो वास्तविक समय की ऊर्जा खपत डेटा एकत्र करने और इसे ऊर्जा उत्पादन केंद्रों तक पहुंचाने के लिए स्मार्ट मीटर का उपयोग करती है। ऊर्जा प्रदाता और घर के उपकरणों के बीच एक कम्प्यूटरीकृत प्रणाली स्थापित की जाती है। फिर, ग्रिड पर तनाव के दौरान उपभोक्ता उपकरणों के ऊर्जा उपयोग को कम करने के लिए सिस्टम स्वचालित रूप से सतर्क करता है।

इसके अतिरिक्त, स्मार्ट ग्रिड ट्रांसमिशन लाइनों की निगरानी करते हैं, दोषों से सुरक्षा प्रदान करते हैं, और यहां तक कि बिजली चोरी की घटनाओं का भी पता लगा सकते हैं, जिसकी वर्तमान में भारत में प्रति वर्ष 16 बिलियन डॉलर से अधिक की लागत आती है।

इन्हें ध्यान में रखते हुए, भारत सरकार ने देश भर में स्मार्ट ग्रिड स्थापित करने के उद्देश्य से 2015 में राष्ट्रीय स्मार्ट ग्रिड मिशन की शुरुआत की। अगस्त 2023 तक, विभिन्न राज्यों में 11 स्मार्ट ग्रिड परियोजनाओं पर प्रगति हो रही है। हालाँकि, सौमित का तर्क है कि भारत में स्मार्ट ग्रिड लागू करना वित्तीय रूप से एक कठिन प्रयास है और इसके लिए पर्याप्त पूंजी की आवश्यकता होती है।

ऊर्जा पर्याप्तता, और ग्रिड स्थिरता के लिए विकेंद्रीकरण

लंबी दूरी के संचरण के दौरान ऊर्जा हानि के जोखिम को कम करने के लिए, ऊर्जा वितरण में विकेंद्रीकरण का कार्यान्वयन एक प्रभावी दृष्टिकोण साबित हुआ है। विकेंद्रीकृत ऊर्जा प्रणाली को अपनाने से, ऊर्जा उत्पादन सुविधाएं रणनीतिक रूप से ऊर्जा खपत के केंद्र के करीब स्थित होती हैं। एनर्जी स्वराज के संस्थापक और आईआईटी प्रोफेसर चेतन सोलंकी सौर ऊर्जा की विकेंद्रीकृत प्रकृति की आवश्यकता पर जोर देते हैं। सौर माइक्रोग्रिड स्थापित करके चुनौतीपूर्ण भौगोलिक इलाकों में भी स्वच्छ ऊर्जा की आपूर्ति की जा सकती है। यह विकेंद्रीकरण प्रक्रिया न केवल ग्रिड पर तनाव को कम करती है बल्कि लंबी दूरी की ट्रांसमिशन लाइनें बिछाने के लिए आवश्यक व्यापक पूंजी निवेश की आवश्यकता को भी समाप्त करती है।

चेतन आगे कहते हैं कि,

"ऊर्जा के क्षेत्र में स्वराज लाने की ज़रुरत है, यानी हर व्यक्ति अपनी ज़रुरत की बिजली का खुद उत्पादन करे। अगर ऐसा हुआ तो हमें बड़े-बड़े सोलर पार्क और स्टोरेज सिस्टम लगाने की ज़रुरत ही नहीं होगी। इसके साथ ही हमें अपने व्यवहार में भी बड़ा बदलाव लाना होगा। हमें ज्यादा ऊर्जा खपत वाले कार्यों को दिन में करना होगा और ऊर्जा का संरक्षण करना होगा।”

ट्रांसमिशन इंफ्रास्ट्रक्चर, और हरित ऊर्जा गलियारे

भारत में भौगोलिक दृष्टि से, पश्चिमी राज्यों में सौर ऊर्जा क्षमता अधिक है, जबकि पश्चिमी और दक्षिणी तटीय क्षेत्रों में पवन ऊर्जा क्षमता अधिक है। परिणामस्वरूप, सीमित नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन क्षमता वाले क्षेत्रों में सौर और पवन ऊर्जा के परिवहन के लिए अंतर-राज्य और अंतर-क्षेत्रीय संचरण की बढ़ी हुई क्षमता आवश्यक है। यह उन प्रमुख भारतीय शहरों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां बिजली की खपत अधिक है लेकिन सौर पार्क स्थापित करने के लिए जगह सीमित है।

सौमित कहते हैं

"भारत में समर्पित हरित ऊर्जा गलियारे स्थापित करने के प्रयास चल रहे हैं, जिसका लक्ष्य देश भर की छोटी इकाइयों से नवीकरणीय ऊर्जा को इकट्ठा करना और उच्च ऊर्जा मांग वाले क्षेत्रों में वितरित करना है। फिर भी, ऐसी प्रणाली के कार्यान्वयन के लिए पर्याप्त पूंजी निवेश की आवश्यकता होती है।"

भारत ने अपने ट्रांसमिशन ग्रिड को अपग्रेड करने के लिए 2.44 लाख करोड़ रुपये का निवेश करने का फैसला किया है। इस निवेश का लक्ष्य वर्ष 2030 तक अंतर-क्षेत्रीय पारेषण क्षमता को 112 गीगावॉट से बढ़ाकर 150 गीगावॉट तक करना है। इसके अतिरिक्त, राष्ट्रीय विद्युत योजना इस पहल का समर्थन करती है

3200 सीकेएम ट्रांसमिशन लाइनों और 17,000 एमवीए सबस्टेशनों से युक्त अंतर-राज्य ट्रांसमिशन सिस्टम (आईएसटीएस) घटक मार्च 2020 में पूरा हो गया था। आठ आरई-समृद्ध राज्यों तमिलनाडु, राजस्थान, कर्नाटक, आंध्र प्रदेश, महाराष्ट्र, गुजरात, हिमाचल प्रदेश और मध्य प्रदेश से 20,000 मेगावाट से अधिक नवीकरणीय ऊर्जा की निकासी के लिए इंट्रा-स्टेट ट्रांसमिशन सिस्टम (आईएनएसटीएस) घटक को मंजूरी दे दी गई है।

ग्रिड स्थिरता के लिए भंडारण

सेंट्रल इलेक्ट्रिसिटी अथाॉरिटी के रोडमैप के मुताबिक भारत ग्रिड में रेन्युएबल एनर्जी के बढ़ते पेनीट्रेशन को देखते हुए ग्रिड की फ्लेक्सिबिलीटी बढाने की दिशा में काम कर रहा है इसके लिए कई उपायों पर ध्यान केंद्रित किया है, जैसे कोयला आधारित बिजली संयंत्रों का लचीलापन बढ़ाना ताकि इन्हें ज़रुरत पढ़ने पर तेज़ी से रैंप अप और रैंप डाउन किया जा सके, भौगोलिक और विद्युत संतुलन क्षेत्रों का विस्तार करना,, रणनीतिक स्थानों में ट्रांसमिशन का विस्तार, फोरकास्टिंग और शेड्यूलिंग मैकेनिज़म में सुधार, ग्रिड-स्केल स्टोरेज सिस्टम स्थापित करना जैसे पंप्ड हायड्रो स्टोरेज, बैटरी एनर्जी स्टोरेज सिस्टम (बीईएसएस) आदि।” इन स्टोरेज मैथड्स के बारे में हमने अपने पिछले आर्टिकल में विस्तार से बात की है।

सौमित का दावा है कि भारत अगले 25 वर्षों तक कोयला बिजली संयंत्रों को बंद नहीं करेगा, क्योंकि अगले पांच वर्षों में भारत की ऊर्जा मांग दोगुनी होने की संभावना है। जब तक हमारे पास कुशल और किफायती भंडारण उपलब्ध नहीं हो जाता, तब तक कोयला आधारित बिजली संयंत्रों और जलविद्युत संयंत्रों का उपयोग मांग-आपूर्ति अंतर और ग्रिड स्थिरता को प्रबंधित करने के लिए किया जाएगा।

This is the second of three articles series on India’s renewable energy expansion, and storage system. This story is produced with the support of the Earth Journalism Network story grants

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