Q-type-vindmølle + landbrug: Nøglen til at opnå energiselvforsyning

For nylig kontaktede en kunde fra USA os. Han driver sin egen gård, som ligger cirka tre kilometer fra det nærmeste offentlige elnet. Derfor vil det ved denne afstand koste meget penge at forbinde hans gård til det offentlige elnet. Men hvis han ikke gør dette, kan al infrastruktur, der kræver elektricitet – såsom lys, køleskabe og tv-apparater – ikke bruges efter behov, hvilket altid har været en kilde til irritation for ham.

I mellemtiden må hans familie i de kolde måneder stole på elektrisk gulvvarme og strømstyrkede vandvarmere til opvarmning. Som følge heraf vil hans daglige elforbrug nå 15–20 kilowatt-timer. Om natten, når al opvarmningsudstyr kører samtidigt, kan det øjeblikkelige topel-forbrug endda stige til 5 kilowatt på én gang. Dette medfører ikke kun højere elregninger, men udgør også sikkerhedsrisici. Derfor har han akut brug for at ændre denne situation.

Efter at have lyttet til kundens beskrivelse på det tidspunkt dukkede der straks en idé op i mit sind: Dette er simpelthen et fremragende anvendelsesscenarie for Q-type vindmølle. Der er to ting, som kunderne har størst problemer med: For det første er den daglige el-forbrug om dagen, f.eks. lys, køleskabe og tv-apparater, faktisk ikke særlig stort; for det andet er opvarmningen om vinteren – elektrisk gulvopvarmning samt gennemløbsvandvarmer – som tændes om natten med en topforbrug på 5 kilowatt, og det samlede el-forbrug er 15–20 kWh pr. dag. Disse data er meget vigtige. De fortæller os to ting: For det første ligger topforbruget om vinteren om natten; for det andet er topforbruget ikke særlig højt og kan fuldstændigt dækkes af et mellemstort netuafhængigt system alene.

Kernen i den plan, jeg anbefalede ham, er en Q-type vindmølle. Hvorfor vælge Q-typen? Fordi området omkring gården er normalt relativt åbent, og vindforholdene er gode, men den traditionelle tre-bladede vindmølle stiller høje krav til vindhastigheden, forårsager støj og kræver besværlig vedligeholdelse. Q-typen har en lodret akse-design, og startvindhastigheden er lav – vinden kan dreje den ved ca. 2 m/s, og den er ikke følsom over for ændringer i vindretningen. Hvis der opstår turbulente vinde som følge af ladestalde og træer omkring gården, kan den alligevel generere strøm stabil. Mere vigtigt er, at den er stille og ikke vil gøre kunderne søvnløse på grund af den "summende" støj om natten.

Afhængigt af kundens beliggenhed er den gennemsnitlige årlige vindhastighed på en landbrugsbedrift i Midtvesten i USA ca. 4-5 m/s. En 5 kW Q-type vindmølle kombineret med et passende batteripakke kan fuldt ud dække det øjeblikkelige forbrug ved en topbelastning på 5 kilowatt. Jeg lavede en beregning for ham: Om vinteren er strømforbruget 20 grader pr. dag, og natafvæklingen koncentreres i den første halvdel af natten, ca. 4-5 timer. På dette tidspunkt kan vindmøllen, hvis den blæser hele tiden, sammen med batteriets afladning, fuldt ud dække behovet. Der bruges mindre strøm om dagen, og den overskydende strøm lagres i batteriet, hvilket danner en lukket kreds.

Selvfølgelig er det ikke sikkert nok at stole udelukkende på vindmøllen. Jeg foreslår, at han tilføjer et sæt solcellepaneler med lille kapacitet – ikke til hovedforsyningen, men som supplement. Der er jo også solrige dage uden vind, og fotovoltaik udfylder netop denne manglende dækning. Med et LiFePO4-batteripakke er en lagringskapacitet på 10 kWh mere end tilstrækkelig om dagen. Inverteren vælges som ren sinusformet, ca. 8 kilowatt, og sikkerheden samt stabiliteten er dermed garanteret.

Hvad kunderne mest er bekymrede for, hvad angår omkostningerne, er »hvor meget der spares på elnettet«. At trække et tredivekilometers elnet kræver ifølge en grov vurdering fra telefonstolper, transformatorer til byggearbejde mindst titusind dollars. En 5 kW Q-type vindmølle, 5 kW solcellepaneler og et 10 kWh elektrisk energilagringssystem koster i alt – herunder udstyrets pris samt omkostningerne til installation og infrastrukturbygning – mindst halvdelen mindre end elnettet. Desuden kan dette system anvendes problemfrit i 15–20 år. I denne periode er der næsten ingen vedligeholdelsesomkostninger ud over lejlighedsvis smøring af vindmøllens lejer og kontrol af batteriets stand. Elregning? Nul.

Hvad der er mere vigtigt, er sikkerheden. Kunden tændte alle opvarmningsudstyr samtidigt om natten, hvilket svarede til at belaste kredsløbet på grænsen, og de gamle ledninger og kontakter var derfor lette at overopvarme og få til at brænde. Når det afkoblede system er designet, udføres det med en reservekapacitet baseret på en topbelastning på 5 kW. Inverteren har overbelastningsbeskyttelse, batteriet har temperaturstyringsstyring, og grenstyringen – for eksempel er gulvopvarmningen i soveværelset og i stuen skiftes halvtimesvis, så topbelastningen kan reduceres. På denne måde er systemet ikke kun tilstrækkeligt, men også sikrere end den oprindelige bystrømsplan.

Vi fremlagde disse analyser for kunden én ad gangen, og han blev straks begejstret. Til sidst spurgte han: "Hvad sker der med den overskydende elektricitet, hvis opvarmningen ikke tændes om sommeren?" Vi svarede med et smil, at det slet ikke er spild at tilføje en el-drevet vandopvarmer eller en lille opladningspæl til brug af el-værktøjer på gården og fremtidige el-biler.

Dette tilfælde er faktisk meget typisk. Mange mennesker tænker straks på "at installere flere batterier og lægge mere fotovoltaisk" så snart de taler om at forlade el-nettet, men de ignorerer ofte fordelene ved vindenergi om natten og om vinteren. Q-type vindmølle + fotovoltaisk + energilagring – denne kombination af "landskabslagring" er nøglen til, at fjerne gårde virkelig kan opnå energi-selvforsyning.