Q-тәрізді жел турбинасы + шаруашылық: энергия өзіндік жеткіліктілігін қамтамасыз ету кілті

Соңғы кезде Америка Құрама Штаттарынан бір клиент бізге хабарласқан. Ол өзінің шаруашылығын басқарады, ал ол ең жақын мемлекеттік электр желісінен шамамен үш километр қашықтықта орналасқан. Сондықтан осы қашықтықта шаруашылығын мемлекеттік электр желісіне қосу өте көп шығын тудырады. Алайда, егер ол оны істемесе, жарық, тоңазытқыштар және теледидарлар сияқты электр қуатын қажет ететін барлық инфрақұрылымды еркін пайдалану мүмкін болмайды, бұл әрқашан оған бас ауруын туғызады.

Сол арада суық айларда оның отбасысы қыздыру үшін электрлік еден қыздырғыштар мен сәттік су қыздырғыштарға тәуелді болуы керек. Сондықтан оның күндік электр энергиясын тұтынуы 15–20 киловатт-сағатқа жетеді. Түнде барлық қыздыру құрылғылары бір уақытта істеген кезде лездік электр энергиясының шығыны бір мезетте 5 киловаттқа дейін көтерілуі мүмкін. Бұл тек қосымша электр энергиясын төлеуді ғана талап етпейді, сонымен қатар қауіпсіздікке де қауп төндіреді. Сондықтан ол бұл жағдайды өзгертуге өте қажеттілік сезінеді.

Сол кездегі клиенттің сипаттамасын тыңдағаннан кейін ойымда бірден идея пайда болды: бұл — Q-түрлі желдеткіш турбинасы үшін жай ғана өте жақсы қолдану сценарийі. Клиенттердің ең көп мәселесі екі нәрсе: біріншісі — күндізгі тәуліктік электр энергиясының тұтынуы, мысалы, жарық, тоңазытқыштар мен теледидарлар, шынымен аз электр энергиясын тұтынады; екіншісі — қыстағы жылыту: электрлік еден жылытуы мен сәттік су қыздырғыш, ол түнде 5 киловатттық шыңда іске қосылады, ал жалпы тәуліктік электр энергиясының тұтынуы күніне 15–20 киловатт-сағат құрайды. Бұл деректер өте маңызды. Олар бізге екі нәрсені көрсетеді: біріншісі — оның шың қуат тұтынуы қыстағы түнде болады; екіншісі — шың қуат ерекше жоғары емес, оны орташа өлшемді автономды жүйе жеке ғана толық қамтамасыз ете алады.

Мен оған ұсынған жоспардың негізі — Q типті жел турбинасы. Неге Q типті таңдау керек? Себебі ферманың айналасындағы аумақ әдетте салыстырмалы түрде ашық, желдің жағдайлары жақсы, бірақ дәстүрлі үш жапырақты жел турбинасы желдің жоғары жылдамдығын талап етеді, көп шу шығарады және қолдануы қиын. Q типті — вертикаль осьті конструкция, оның іске қосылу жел жылдамдығы төмен — жел 2 м/с жылдамдықпен айнала бастайды, сонымен қатар жел бағытының өзгеруіне қарсы тұрады. Егер ферманың айналасындағы қойма мен ағаштардың салдарынан турбулентті жел пайда болса, ол әлі де тұрақты электр энергиясын өндіреді. Маңыздырақ, ол ұялы — түнде «гүрілдеу» шуынан клиенттердің ұйықтай алмауына себепші болмайды.

Тұтынушының орналасқан жеріне байланысты Америка Құрама Штаттарындағы Орталық Америкадағы шаруашылықта орташа жылдық желдің жылдамдығы шамамен 4–5 м/с құрайды. 5 кВт қуатты Q-түрлі жел турбинасы мен сәйкес аккумуляторлық қорапты қосып пайдаланса, қуаттың шыңы 5 киловаттқа дейін болған кезде қажеттілікті толық қанағаттандыруға болады. Мен оған есептеп бердім: қыста күндіз электр энергиясы 20 градусқа дейін қолданылады, ал түнде жылыту түннің бірінші жартысында, яғни шамамен 4–5 сағат ішінде шоғырланады. Осы уақытта жел турбинасы үнемі желді болса және аккумулятордан разрядтау жүрсе, бұл толық қолдау көрсетуге мүмкіндік береді. Күндіз электр энергиясы аз қолданылады, ал артық электр энергиясы аккумуляторға сақталып, тұйық цикл қалыптасады.

Әрине, тек жел турбинасына сүйену жеткілікті қауіпсіз емес. Мен оған негізгі қоректендіру үшін емес, қосымша ретінде кіші қуатты күн энергиясын пайдаланатын панельдердің бір комплектін қосуды ұсынамын. Сонымен қатар, жел болмайтын күндер де кездеседі, ал фотоэлектрлік жабдықтар осы аралықты толтырады. LiFePO4 аккумуляторлық қораппен күндіз 10 кВт·сағ сыйымдылық жеткілікті. Инвертор таза синусоидалы түрін таңдаңыз — шамамен 8 киловатт, бұл қауіпсіздікті және тұрақтылықты қамтамасыз етеді.

Құны бойынша тұтынушылар ең көп назар аударатын сұрақ — «электр желісін қанша үнемдеймін?». Үш километрлік электр желісін салу үшін телефон бағандарынан, трансформаторларға дейінгі құрылыс шығындары шамамен ондаған мың долларды құрайды. Ал 5 кВт қуатты Q-тәрізді жел турбинасы, 5 кВт күн энергиясын пайдаланатын панельдер мен 10 кВт·сағ электр энергиясын сақтау жүйесінің жалпы құны, оның орнатылуы мен инфрақұрылым құрылысына кететін шығындармен қосылғанда, электр желісін салуға кететін шығыннан кемінде екі есе аз болады. Сонымен қатар, бұл жүйе 15–20 жыл бойы ешқандай ақаулықсыз жұмыс істейді. Осы кезеңде жел турбинасының подшипниктерін кейде майлау мен аккумулятордың жағдайын тексеру ғана қажет, ал басқа кез келген қызмет көрсету шамамен қажет емес. Электр қағазы? Нөл.

Бірақ ең маңыздысы — қауіпсіздік. Тұтынушы түнде барлық жылыту құрылғыларын бір уақытта қосқан, бұл электр тізбегін шегіне дейін кернеулеуге тең болды, ал ескі сымдар мен ажыратқыштар қызуға ұшырап, өртке айналуға оңай болды. Аут-оф-нет жүйесін жобалаған кезде ол 5 киловатттық ең жоғары қуат көрсеткішіне сәйкес резервті болады. Инверторда асырмалы жүктемеден қорғау құрылғысы бар, аккумуляторда температураны бақылау жүйесі бар, сонымен қатар тармақтық басқару қолданылады — мысалы, ұйықтау бөлмесіндегі еденді жылыту мен отырғызу бөлмесіндегі еденді жылыту жарты сағатқа ығысады, нәтижесінде жоғары қуат көрсеткіші төмендейді. Осылайша, бұл жүйе тек қана жеткілікті емес, сонымен қатар бастапқы қалалық электр жоспарына қарағанда қауіпсізірек болады.

Біз осы талдауларды тұтынушыға біртіндеп айтып бердік, сонда ол дереу қуанышқа келді. Соңында ол: «Егер жазда жылыту қондырғысын қоспасақ, артық электр энергиясы қалай болады?» — деп сұрады. Біз күлімсіре отырып, фермада электр құралдарын және келешекте электрлік автокөліктерді пайдалану үшін электрлік су қыздырғыш немесе кіші зарядтау қондырғысын орнату толығымен шығын емес деп жауап бердік.

Бұл жағдай өте типтік. Көптеген адамдар «тордан шығу» туралы сөз қозғалған кезде бірінші ойлары «батареяларды көбейту және көбірек фотогальваникалық панель орнату» болады, бірақ олар жиі түнде және қыста жел энергиясының артықшылықтарын ұмытады. Q-түріндегі жел турбинасы + фотогальваника + энергия сақтау — бұл «ландшафттық сақтау» комбинациясы алыстағы фермалардың шынымен энергиялық өзіндік жеткіліктілігін қамтамасыз ету үшін негізгі фактор.