Q-tyyppinen tuuliturbiini + maatila: avain energiariippumattomuuden saavuttamiseen

Viime aikoina yhdysvaltalainen asiakas otti meihin yhteyttä. Hänellä on oma tilansa, joka sijaitsee noin kolmen kilometrin päässä lähimmästä julkisesta sähköverkosta. Tämän etäisyyden vuoksi hänen tilansa kytkeminen julkiseen sähköverkkoon maksaisi paljon rahaa. Jos hän kuitenkaan ei tee näin, kaikki sähköä tarvitsevat infrastruktuurit, kuten valot, jääkaapit ja televisiot, eivät ole käytettävissä halutessa, mikä on aiheuttanut hänelle jo pitkään päänvaivaa.

Sillä välin kylminä kuukausina hänen perheensä joutuu luottamaan sähköiseen lattialämmitykseen ja heti kuumeneviin kylpyammeen lämmittimiin lämmitykseen. Tämän seurauksena hänen päivittäinen sähkönkulutuksensa saattaa nousta 15–20 kilowattituntiin. Illalla, kun kaikki lämmityslaitteet ovat käytössä samanaikaisesti, hetkellinen huippusähkönkulutus voi jopa kohota yhtä aikaa 5 kilowattiin. Tämä aiheuttaa paitsi korkeammat sähkölaskut myös turvallisuusriskin. Siksi hänellä on kiireellinen tarve muuttaa tämä tilanne.

Kuunnellessani asiakkaan kuvausta tuolloin minulle syttyi heti ajatus: tämä on yksinkertaisesti erinomainen käyttötilanne Q-tyyppiselle tuuliturbiinille. Asiakkailla on kaksi suurinta ongelmaa: ensinnäkin päivittäinen sähkönkulutus päivällä, kuten valot, jääkaappi ja televisiot, eivät itse asiassa kuluta paljoa sähköä; toiseksi talvella tapahtuva lämmitys – sähköllä toimiva lattialämmitys ja heti kuumennettava kylpyammevesikuumennin, jotka käynnistetään yöllä huippukulutuksessa 5 kilowatin teholla, ja kokonaissähkönkulutus on päivässä 15–20 kilowattituntia. Tämä tieto on erinomaisen tärkeää. Se kertoo meille kaksi asiaa: ensinnäkin sen huippukulutusteho on talvella yöllä; toiseksi huippukulutusteho ei ole erityisen korkea, ja se voidaan katkaista täysin yhdellä keskikokoisella verkkoon kytkemättömällä järjestelmällä.

Suosittelmani suunnitelman ydin on Q-tyyppinen tuuliturbiini. Miksi valita Q-tyyppi? Koska tilan ympäristö on yleensä suhteellisen avoin ja tuuliolosuhteet ovat hyvät, mutta perinteisillä kolmisiipisillä tuuliturbiineilla on korkeat vaatimukset tuulen nopeudelle, ne ovat kovaa melua ja niiden huolto on työlästä. Q-tyyppi on pystysuuntainen suunnittelu, ja sen käynnistysnopeus on alhainen – tuuli voi pyörittää sitä jo noin 2 m/s:n nopeudella, eikä se pelkää tuulen suunnan vaihteluita. Jos tilan ympärillä olevat navetan rakennukset ja puut aiheuttavat epäsäännölistä tuulta, turbiini voi silti tuottaa sähköä vakaisesti. Tärkeintä on kuitenkin, että se on hiljainen eikä aiheuta asiakkaille unihäiriöitä yöllä kuuluvan "surinan" takia.

Asiakkaan sijainnista riippuen Yhdysvalloissa sijaitsevan Keski-Lännen maatilan keskimääräinen vuosittainen tuuli nopeus on noin 4–5 m/s. 5 kW:n Q-tyyppinen tuuliturbiini, jota käytetään yhdessä sopivan akkupaketin kanssa, pystyy täyttämään täysin 5 kilowatin huippukulutuksen hetkellisen tarpeen. Laskin hänelle laskelman: talvella sähköä kuluu päivässä 20 astetta, ja yöllinen lämmitys keskittyy yön ensimmäiseen puolikkaaseen, noin 4–5 tuntiin. Tällöin, jos tuuliturbiini toimii tuulisena koko ajan ja akku lataa samalla, järjestelmä pystyy täysin tukemaan lämmitystarvetta. Päivällä sähköä kuluu vähemmän, ja ylijäävä sähkö varastoidaan akkuun, mikä muodostaa suljetun piirin.

Tietysti pelkän tuuliturbiinin käyttö ei ole riittävän turvallista. Ehdotan, että hän lisää joukon pienitehoisia aurinkopaneeleja – ei pääsähköntuotantoon, vaan tä дополняväksi ratkaisuksi. Loppujen lopuksi myös tuuliton sää voi olla aurinkoinen, ja aurinkosähkö täyttää juuri tämän aukon. Liitostyyppisellä litium-ferro-fosfaattiakulla (LiFePO4) varustetun akkupaketin varastointikapasiteetti 10 kilowattituntia riittää hyvin päivän aikana. Invertteriksi valitaan puhtaasti sinimuotoinen, noin 8 kilowatin teholtaan, mikä takaa turvallisuuden ja vakauden.

Kustannusten osalta asiakkaat ovat eniten huolissaan siitä, "kuinka paljon sähköverkkoa voidaan säästää". Kolmen kilometrin mittaisen sähköverkon vetäminen – arvioiden mukaan puhelintukista, muuntajista ja rakentamisesta – maksaa vähintään kymmeniä tuhansia dollareita. Sen sijaan 5 kW:n Q-tyyppisen tuuliturbiinin, 5 kW:n aurinkopaneelien ja 10 kWh:n sähköenergian varastointijärjestelmän kokonaishinta sekä asennus- ja infrastruktuurirakennuskustannukset ovat vähintään puolet edullisemmat kuin sähköverkon kustannukset. Lisäksi tätä järjestelmää voidaan käyttää ongelmitta 15–20 vuoden ajan. Tämän ajanjakson aikana ylläpitoa tarvitaan lähes ei lainkaan: tuuliturbiinin laakerit voidaan öljyä ajoittain ja akkujen tilaa voidaan tarkistaa. Sähkölasku? Nolla.

Tärkeintä on kuitenkin turvallisuus. Asiakas käytti yöllä kaikkia lämmityslaitteita samanaikaisesti, mikä vastasi piirin kuormittamista sen enimmäisrajaan saakka, ja vanhat johtot ja kytkimet ylikuumenivat helposti ja aiheuttivat tulipalon. Kun off-grid-järjestelmä suunnitellaan, se mitoitetaan varmuuden vuoksi 5 kilowatin huippukuormaan. Invertterissä on ylikuormitussuojaus, akussa lämpötilanhallintajärjestelmä ja haarakytkentä – esimerkiksi makuuhuoneen ja olohuoneen lattialämmitys käynnistetään puolen tunnin välein vuorotellen, jolloin huippukuormaa voidaan alentaa. Näin ollen järjestelmä ei ainoastaan riitä tarpeisiin, vaan se on myös turvallisempi kuin alkuperäinen kaupungin sähköverkkoon perustuva ratkaisu.

Kertoimme nämä analyysit asiakkaalle yksi kerrallaan, ja hän innostui paikan päällä. Lopuksi hän kysyi: "Mitä tapahtuu ylimääräiselle sähköllä kesällä, jos lämmitystä ei käytetä?" Vastasimme hymyillen, että sähkökäyttöisen kuumavesikattilän tai pienemmän latauspaikan lisääminen maatilan sähkötyökalujen ja tulevien sähköautojen käyttöön ei ole lainkaan hukkaa.

Tämä tapaus on itse asiassa hyvin tyypillinen. Monet ihmiset ajattelevat heti verkkoon liittymisen jättämisen yhteydessä "lisää akkuja ja asenna enemmän aurinkopaneeleja", mutta he jättävät usein huomiotta tuulienergian edut yöllä ja talvella. Q-tyyppinen tuuliturbiini + aurinkopaneelit + energiavarasto – tämä "maisemavarasto"-yhdistelmä on avain etäisille maatiloille, jotta ne voivat todella saavuttaa energiariippumattomuuden.