Q tipo vėjo jėgainė + ūkis: raktas į energijos savarankiškumą

Neseniai su mumis susisiekė klientas iš JAV. Jis valdo savo ūkininkavimo ūkį, kuris yra apie tris kilometrus nuo artimiausios viešosios elektros tinklo linijos. Todėl šiuo atstumu prijungti ūkį prie viešojo elektros tinklo kainuotų labai daug pinigų. Tačiau jei to nepadarys, visos elektros reikalaujančios infrastruktūros – tokios kaip šviestuvai, šaldytuvai ir televizoriai – negalės būti naudojamos laisvai, kas visada kėlė jam didelių sunkumų.

Tuo tarpu šaltuoju metų laikotarpiu jo šeimai reikia remtis elektriniais grindų šildymo įrenginiais ir momentiniais vandens šildytuvais. Dėl to jo kasdienė elektros energijos suvartojimo norma siekia 15–20 kilovatvalandžių. Naktį, kai visi šildymo prietaisai veikia vienu metu, akimirkinis maksimalus elektros energijos suvartojimas gali net išaugti iki 5 kilovatų vienu metu. Tai ne tik reikalauja didesnių elektros sąskaitų, bet taip pat kelia saugos pavojų. Todėl jam skubiai reikia pakeisti šią situaciją.

Išklausęs kliento tada pateiktą aprašymą, man iškart kilo mintis: tai tiesiog puikus Q tipo vėjo jėgainės naudojimo scenarijus. Yra dvi problemos, kurios labiausiai kelia klientui galvos skausmą: pirma, dienos metu vartojama elektros energija – šviesos, šaldytuvai ir televizoriai – iš tikrųjų suvartoja nedaug elektros energijos; antra, žiemą reikalingas šildymas – elektrinis grindų šildymas kartu su momentiniais vandens šildytuvais, kurie naktį įjungiami maksimaliu 5 kW apkrova, o bendras dienos elektros energijos suvartojimas siekia 15–20 kWh. Šie duomenys yra labai svarbūs. Jie mums rodo dvi aplinkybes: pirma, didžiausia galios apkrova būna žiemą naktį; antra, ši didžiausia galia nėra ypač aukšta ir gali būti visiškai padengta viena vidutinio dydžio autonominės (off-grid) sistemos.

Plane, kurį jam rekomendavau, pagrindas yra Q tipo vėjo jėgainė. Kodėl pasirinkti Q tipą? Kadangi ūkio aplinkoje dažniausiai būna gana atvira vietovė ir palankios vėjo sąlygos, tačiau tradicinėms trišakių vėjo jėgainėms reikalingas aukštas vėjo greitis, jos skleidžia garsų triukšmą ir jų priežiūra yra sudėtinga. Q tipas turi vertikalią ašį, o pradėti suktis gali net esant žemam vėjo greičiui – apie 2 m/s, be to, ji nesijaudina dėl vėjo krypties kaitos. Net jei ūkio aplinkoje dėl pastatų ir medžių susidaro turbulentinis vėjas, ji vis tiek nuolat gamins elektros energiją. Svarbiausia – ji veikia tyliai ir nesukels klientams nemigos dėl „bzzz“ triukšmo naktį.

Priklausomai nuo kliento vietos, JAV Vidurio vakarų ūkininkavimo regiono vidutinis metinis vėjo greitis yra apie 4–5 m/s. 5 kW Q tipo vėjo jėgainė, sujungta su tinkama akumuliatorių baterija, gali visiškai patenkinti iki 5 kW viršūnės galios momentinę energijos paklausą. Apskaičiavau jam sąmatą: žiemą dieną sunaudojama 20 kWh elektros energijos, o naktinis šildymas susikaupia pirmoje nakties pusėje – apie 4–5 valandas. Šiuo metu, jei vėjas pučia nuolat, o akumuliatoriai išsikrauna, sistema gali visiškai tiekti reikiamą energiją. Dieną naudojama mažiau elektros energijos, o perteklinė energija kaupiama akumuliatoriuose, sudarydama uždarą ciklą.

Žinoma, remtis tik vėjo jėgaine nėra pakankamai saugu. Siūlau jam pridėti nedidelės galios saulės baterijų rinkinį – ne kaip pagrindinį energijos šaltinį, o kaip papildomą. Galų gale, būna ir saulėtų dienų be vėjo, o fotovoltinės sistemos kaip tik užpildo šią spragą. Su LiFePO4 akumuliatorių rinkiniu 10 kWh talpos saugojimo pajėgumai dienos metu yra daugiau nei pakankami. Invertorius pasirenkamas gryno sinusoidinio bangos tipo, apie 8 kW, o saugumas ir stabilumas yra užtikrinti.

Kas dėl kainos, tai klientus labiausiai domina „kiek galima sutaupyti elektros tinklą“. Tris kilometrus ilgio elektros tinklo įrengimas – nuo telefonų stulpų ir transformatorių iki statybos – preliminariai vertinamas bent dešimtys tūkstančių dolerių. Tuo tarpu 5 kW Q tipo vėjo jėgainės, 5 kW saulės baterijų ir 10 kWh elektrinės energijos kaupimo sistemos bendra įrangos kaina kartu su įrengimo ir infrastruktūros statybos išlaidomis yra maždaug dvigubai žemesnė nei elektros tinklo įrengimo išlaidos. Be to, šią sistemą galima naudoti 15–20 metų be jokių problemų. Šiuo laikotarpiu, išskyrus retą vėjo jėgainės guolių tepimą ir akumuliatorių būklės tikrinimą, beveik nereikia jokios techninės priežiūros. Elektros sąskaita? Nulis.

Svarbiausia yra saugumas. Klientas naktį vienu metu įjungė visus šildymo prietaisus, kas buvo lygiavertis grandinės apkrovimui iki ribos, o senosios laidų ir jungiklių sistemos lengvai perkaista ir gali užsidegti. Projektuojant autonominę sistemą, ji suprojektuojama su atsarga, atsižvelgiant į maksimalią galios apkrovą – 5 kW. Invertorius turi perkrovos apsaugą, baterija – temperatūros valdymo sistemą, o šakų valdymas – pavyzdžiui, miegamųjų ir gyvenamosios patalpos grindų šildymas įjungiamas su pusvalandžio persidengimu, todėl maksimali apkrova sumažėja. Tokiu būdu sistema ne tik pakanka reikmių, bet taip pat yra saugesnė nei pradinė miesto elektros tiekimo schema.

Šiuos analizės rezultatus pateikėme klientui vieną po kito, ir jis iškart susijaudino. Galiausiai jis paklausė: „Jei vasarą šildymo sistema neįjungiama, ką daryti su pertekliniu elektros energijos kiekiu?“ Mes nusišypsojome ir atsakėme, kad pridėjus elektrinį vandens šildytuvą ar mažą įkrovimo stotelę ūkininkų įrankiams ir ateities elektriniams automobiliams įkrauti – tai visai nešvaistymas.

Šis atvejis iš tikrųjų yra labai tipiškas. Daugelis žmonių, kalbėdami apie tinklo atjungimą, iš karto galvoja apie „daugiau akumuliatorių įdiegimą ir daugiau fotovoltinių elementų montavimą“, tačiau dažnai nepastebi vėjo energijos privalumų naktį ir žiemą. Q tipo vėjo jėgainė + fotovoltinė sistema + energijos kaupikliai – ši „landšafto energijos kaupimo“ kombinacija yra raktas, leidžiantis nuošalioms ūkininkų ūkiams tikrai pasiekti energijos savarankiškumą.