भारत का विद्युत क्षेत्रक, ग्रिड प्रबंधन, व्यवहार्यता अंतराल वित्तपोषण (VGF) तंत्र और ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियाँ
संलग्न अध्ययन सामग्री के साथ नवंबर 2026 तक उपलब्ध अद्यतन आधिकारिक तथ्यों, अवधारणाओं, प्रश्नों और परीक्षा-उपयोगी संक्षिप्त नोट्स का व्यवस्थित अध्ययन।
पाठ्यक्रम संबद्धता एवं विद्युत क्षेत्रक का वैधानिक ढाँचा
- पाठ्यक्रम: GS Paper-III (बुनियादी ढाँचा: ऊर्जा, बंदरगाह, सड़क, विमानपत्तन, रेलवे आदि; पर्यावरण संरक्षण)।
- संवैधानिक स्थिति: 'विद्युत' (Electricity) भारतीय संविधान की सातवीं अनुसूची की समवर्ती सूची (Concurrent List — प्रविष्टि 38) का विषय है।
- विद्युत अधिनियम, 2003 (Electricity Act, 2003) के तहत प्रमुख सांविधिक निकाय:
- केंद्रीय विद्युत प्राधिकरण (Central Electricity Authority - CEA): विद्युत (आपूर्ति) अधिनियम, 1948 के तहत गठित और विद्युत अधिनियम, 2003 की धारा 70 के अंतर्गत निरंतर कार्यरत एक सांविधिक निकाय। यह सरकार का मुख्य तकनीकी सलाहकार है और राष्ट्रीय विद्युत योजना (National Electricity Plan - NEP) तैयार करता है।
- केंद्रीय विद्युत विनियामक आयोग (CERC) एवं राज्य विद्युत विनियामक आयोग (SERCs): अंतर-राज्यीय विद्युत पारेषण और केंद्रीय उत्पादन केंद्रों के टैरिफ का विनियमन करने वाले अर्ध-न्यायिक सांविधिक निकाय (विद्युत अपीलीय न्यायाधिकरण / APTEL इनकी अपीलों की सुनवाई करता है)।
- ग्रिड-इंडिया (Grid Controller of India Ltd. — पूर्व नाम POSOCO): राष्ट्रीय भार प्रेषण केंद्र (NLDC) और 5 क्षेत्रीय भार प्रेषण केंद्रों (RLDCs) के माध्यम से राष्ट्रीय पावर ग्रिड की रीयल-टाइम स्थिरता और सुरक्षा का संचालन करने वाला केंद्रीय सार्वजनिक क्षेत्र का उपक्रम।
व्यवहार्यता अंतराल वित्तपोषण (Viability Gap Funding - VGF) तंत्र क्या है?
- अवधारणा: ऐसी बुनियादी ढाँचा परियोजनाएँ (जैसे सड़कें, मेट्रो, अस्पताल, अपतटीय पवन ऊर्जा या ग्रिड-स्केल बैटरी भंडारण) जो आर्थिक और सामाजिक रूप से तो अत्यंत आवश्यक (Economically justified) हैं, किंतु उच्च प्रारंभिक पूंजीगत लागत (High upfront capex), लंबी निर्माण अवधि (Long gestation period) या कम उपयोगकर्ता शुल्क (User charges) के कारण निजी निवेशकों के लिए वाणिज्यिक रूप से व्यवहार्य नहीं (Financially unviable) हो पातीं—उन्हें व्यवहार्य बनाने के लिए सरकार द्वारा दिया जाने वाला एकमुश्त या चरणबद्ध पूंजीगत अनुदान (Capital Grant) व्यवहार्यता अंतराल वित्तपोषण (VGF) कहलाता है।
- वित्त मंत्रालय की मुख्य PPP-VGF योजना (2006 में प्रारंभ, 2020 में पुनर्गठित):
- आर्थिक कार्य विभाग (DEA, वित्त मंत्रालय) द्वारा प्रशासित इस सामान्य योजना में सामाजिक अवसंरचना (जल शोधन, ठोस अपशिष्ट, स्वास्थ्य, शिक्षा — कुल परियोजना लागत के 60% से 80% तक अनुदान) और आर्थिक अवसंरचना (कुल परियोजना लागत के अधिकतम 40% तक अनुदान: 20% केंद्र + 20% प्रायोजक मंत्रालय/राज्य) के लिए सहायता दी जाती है। इसके अतिरिक्त, विशिष्ट मंत्रालय (जैसे विद्युत मंत्रालय की ₹14,500 करोड़ की ऊर्जा भंडारण योजना या नवीन एवं नवीकरणीय ऊर्जा मंत्रालय की ₹7,453 करोड़ की अपतटीय पवन ऊर्जा योजना) अपनी क्षेत्र-विशिष्ट VGF योजनाएँ भी संचालित करते हैं।
प्रमुख ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों (Energy Storage Technologies) का वैज्ञानिक वर्गीकरण
| भंडारण श्रेणी | प्रमुख प्रौद्योगिकी | वैज्ञानिक कार्य सिद्धांत एवं UPSC प्रारंभिक परीक्षा के मुख्य बिंदु |
|---|---|---|
| 1. यांत्रिक भंडारण (Mechanical) | (i) पंप्ड हाइड्रो स्टोरेज (PSP) (ii) संपीड़ित वायु ऊर्जा भंडारण (CAES) (iii) फ्लाईव्हील (Flywheel) | • PSP: दो अलग-अलग ऊँचाइयों पर स्थित जलाशयों के बीच पानी पंप कर गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा (Gravitational Potential Energy) का भंडारण। विश्व में वर्तमान में स्थापित कुल ग्रिड स्टोरेज का ~90% हिस्सा PSP है। • क्लोज्ड-लूप बनाम ओपन-लूप PSP: 'ऑफ-रिवर' या क्लोज्ड-लूप PSP किसी बहती नदी पर बांध नहीं बनाता, इसलिए इसका पर्यावरणीय प्रभाव अत्यंत कम होता है। • फ्लाईव्हील: घूर्णन गतिज ऊर्जा (Rotational Kinetic Energy) के रूप में अल्पकालिक भंडारण। |
| 2. विद्युत-रासायनिक (Electrochemical / BESS) | (i) लिथियम-आयन (LFP एवं NMC) (ii) सोडियम-आयन (Na-ion) (iii) वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी (VRFB) | • फ्लो बैटरी (Redox Flow Battery): पारंपरिक ठोस इलेक्ट्रोड बैटरियों के विपरीत, फ्लो बैटरी में रासायनिक ऊर्जा दो बाहरी टैंकों में रखे तरल इलेक्ट्रोलाइट्स (जैसे वैनेडियम आयन घोल) में संग्रहित होती है जिन्हें एक झिल्ली (Membrane) वाले सेल स्टैक के माध्यम से पंप किया जाता है। लाभ: इसमें आग लगने का खतरा (Thermal runaway) नहीं होता, जीवनकाल 20–25 वर्ष होता है और केवल टैंक का आकार बढ़ाकर भंडारण क्षमता (MWh) बढ़ाई जा सकती है। |
| 3. रासायनिक भंडारण (Chemical) | ग्रीन हाइड्रोजन एवं ग्रीन अमोनिया | अधिशेष सौर/पवन बिजली से इलेक्ट्रोलाइजर द्वारा जल (H_2O) का विखंडन कर ग्रीन हाइड्रोजन (H_2) बनाना और आवश्यकता पड़ने पर ईंधन सेल (Fuel Cell) या टरबाइन में उसका उपयोग कर पुनः बिजली और जल प्राप्त करना (मौसमी / दीर्घकालिक भंडारण हेतु उपयुक्त)। |
| 4. तापीय भंडारण (Thermal) | पिघला हुआ लवण (Molten Salt Storage) | केंद्रित सौर ऊर्जा (Concentrated Solar Power - CSP) संयंत्रों में सूर्य के ताप से सोडियम और पोटैशियम नाइट्रेट लवणों को पिघलाकर 500°C+ पर इंसुलेटेड टैंकों में रखना ताकि रात में भाप टरबाइन चलाई जा सके। |
पूर्व परीक्षा से संबंधित प्रश्न — प्रश्नपत्र से मूल पाठ का मिलान अपेक्षित
प्रारंभिक परीक्षा (UPSC CSE Prelims 2015, GS Paper-I): प्रश्न: 'हाइड्रोजन ईंधन कोशाणु' (Hydrogen fuel cell) वाहन निम्नलिखित में से क्या "उत्सर्जन" (Exhaust) पैदा करते हैं?
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सही उत्तर और विस्तृत व्याख्या
उत्तर: विकल्प C। हाइड्रोजन ईंधन सेल में हाइड्रोजन (H_2) और ऑक्सीजन (O_2) की विद्युत-रासायनिक अभिक्रिया से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है और उप-उत्पाद के रूप में केवल शुद्ध जलवाष्प (H_2O) और ऊष्मा निकलती है।
स्वयं निर्मित स्टैटिक अभ्यास प्रश्न
प्रश्न 1. ऊर्जा भंडारण प्रौद्योगिकियों के संदर्भ में, 'रेडॉक्स फ्लो बैटरी' (Redox Flow Battery) और पारंपरिक 'लिथियम-आयन बैटरी' के बीच अंतर पर निम्नलिखित कथनों पर विचार कीजिए:
- लिथियम-आयन बैटरी में ऊर्जा सेल के भीतर ठोस इलेक्ट्रोड सामग्री में संग्रहित होती है, जबकि रेडॉक्स फ्लो बैटरी में ऊर्जा बाहरी टैंकों में रखे तरल इलेक्ट्रोलाइट विलयनों में संग्रहित होती है।
- रेडॉक्स फ्लो बैटरियों में वैनेडियम (Vanadium) का व्यापक रूप से इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग किया जाता है क्योंकि यह एनोड और कैथोड दोनों अर्ध-कोशिकाओं में विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाओं में रह सकता है, जिससे क्रॉस-संदूषण (Cross-contamination) की समस्या समाप्त हो जाती है।
उपर्युक्त में से कौन-सा/से कथन सही है/हैं?
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सही उत्तर और विस्तृत व्याख्या
उत्तर: विकल्प C। दोनों कथन पूर्णतः सत्य हैं। वैनेडियम चार अलग-अलग ऑक्सीकरण अवस्थाओं (V^{2+}, V^{3+}, V^{4+}, V^{5+}) में अस्तित्व में रह सकता है, इसलिए वैनेडियम रेडॉक्स फ्लो बैटरी (VRFB) में दोनों टैंकों में एक ही तत्व (वैनेडियम) के घोल का उपयोग होता है, जिससे झिल्ली के आर-पार आयनों के रिसने पर भी बैटरी स्थायी रूप से खराब नहीं होती।