Q-type-vindturbine + gård: Nøkkelen til å oppnå energisjølvforsyning

Nylig kontaktet en kunde fra USA oss. Han driver sin egen gård, som ligger omtrent tre kilometer unna det nærmeste offentlige strømnettet. Derfor vil det koste mye penger å koble gården til det offentlige strømnettet på denne avstanden. Men hvis han ikke gjør dette, kan ikke all infrastruktur som trenger strøm – for eksempel lys, kjøleskap og TV-er – brukes fritt, noe som alltid har vært en hodepine for ham.

I mellomtiden må familien hans i kalde måneder stole på elektrisk gulvvarme og vannvarmere med øyeblikkelig oppvarming for oppvarming. Som et resultat vil daglig strømforbruk nå 15 til 20 kilowattimer. Om natten, når alt oppvarmingsutstyr kjører samtidig, kan det momentane toppstrømforbruket til og med stige til 5 kilowatt på én gang. Dette krever ikke bare høyere strømregninger, men innebär også sikkerhetsrisikoer. Derfor har han akutt behov for å endre denne situasjonen.

Etter å ha lyttet til kundens beskrivelse på det tidspunktet dukket det umiddelbart opp en idé i mitt sinn: Dette er rett og slett et utmerket anvendelsesområde for Q-type vindturbin. Det er to ting som kundene har størst problemer med: For det første er den daglige strømforbruket om dagen – for eksempel lys, kjøleskap og TV-er – faktisk ikke særlig stort; for det andre er oppvarmingen om vinteren, der elektrisk gulvvarme kombinert med en strømoppvarmet vannkoker slås på om natten med en toppbelastning på 5 kilowatt, og det totale strømforbruket ligger på 15–20 kilowattimer per dag. Disse dataene er svært viktige. De forteller oss to ting: For det første at toppstrømforbruket skjer om vinterkveldene; og for det andre at toppbelastningen ikke er spesielt høy, og at den kan dekkes fullstendig av et middelsstort frakoblede strømsystem alene.

Kjernen i planen jeg anbefalte ham er en Q-type vindturbin. Hvorfor velge Q-typen? Fordi området rundt gården er vanligvis relativt åpent og vindforholdene er gode, men den tradisjonelle trebladede vindturbinen har høye krav til vindhastighet, er høylytt og krever mye vedlikehold. Q-typen har en vertikal akse-design, og startvindhastigheten er lav – vinden kan begynne å rotere ved ca. 2 m/s, og den er ikke følsom for endringer i vindretning. Hvis det oppstår turbulente vindforhold som følge av fjøser og trær rundt gården, kan den likevel generere strøm jevnt. Enda viktigere er at den er stille og vil ikke gjøre kundene våkne på grunn av «summing»-støyen om natten.

Avhengig av kundens beliggenhet er den gjennomsnittlige årlige vindstyrken på en gård i Midtvesten i USA ca. 4–5 m/s. En 5 kW Q-type vindturbin, kombinert med et passende batteripakke, kan fullt ut dekke det momentane behovet ved en topplast på 5 kilowatt. Jeg regnet ut en beregning for ham: om vinteren er strømforbruket 20 grader per dag, og nattoppvarmingen er konsentrert i første halvdel av natten, ca. 4–5 timer. På dette tidspunktet kan turbinen, så lenge det blåser, sammen med utladning fra batteriet, fullt ut dekke behovet. Mindre strøm brukes om dagen, og overskuddsstrømmen lagres i batteriet, slik at det dannes en lukket sløyfe.

Selvfølgelig er det ikke trygt nok å stole utelukkende på vindturbinen. Jeg foreslår at han legger til et sett små solcellepaneler – ikke for hovedforsyningen, men som et supplement. Det finnes jo også solrike dager uten vind, og solceller fyller nettopp denne gapet. Med et LiFePO4-batteripakke er lagringskapasiteten på 10 kWh mer enn tilstrekkelig om dagen. Inverteren bør være av typen ren sinusform, ca. 8 kilowatt, slik at sikkerhet og stabilitet er garantert.

Når det gjelder kostnader, er det «hvor mye som spares på strømnettet» som kundene er mest opptatt av. Å trekke et trekilometers strømnett, inkludert estimert kostnad for telefonmaster, transformatorer og bygging, koster minst titusenvis av dollar. En 5 kW Q-type vindturbin, 5 kW solcellepaneler og et 10 kWh elektrisk energilagringssystem koster til sammen – inkludert utstyr, installasjon og infrastrukturbygging – minst halvparten mindre enn strømnettet. I tillegg kan dette systemet brukes i 15–20 år uten problemer. I denne perioden er det nesten ingen vedlikeholdsbehov, bortsett fra sjeldne ganger når vindturbinens lager skal smøres og batteristatusen sjekkes. Strømregning? Null.

Hva som er enda viktigere, er sikkerhet. Kunden slapp på alt varmeutstyr samtidig om natten, noe som tilsvarer å belaste kretsen til maksimum, og de gamle ledningene og bryterne var lett utsatt for overoppheting og brann. Når det avkoblede systemet er utformet, dimensjoneres det med redundans basert på en toppbelastning på 5 kilowatt. Inverteren har overlastbeskyttelse, batteriet har temperaturstyringsstyring, og grenkontrollen – for eksempel styrer gulvvarmen i soverommet og gulvvarmen i stua så at de går halvtime forsinket i forhold til hverandre – senker toppbelastningen. På denne måten er systemet ikke bare tilstrekkelig, men også sikrere enn den opprinnelige bystrømplanen.

Vi presenterte disse analysene for kunden én etter én, og han ble straks begeistret. Til slutt spurte han: «Hva skjer med overskuddselen om oppvarmingen ikke er slått på om sommeren?» Vi svarte med et smil at det absolutt ikke er noe spild å legge til en elektrisk vannvarmer eller en liten ladekolonne for å bruke elektriske verktøy på gården og fremtidige elbiler.

Dette tilfellet er faktisk meget typisk. Mange mennesker tenker umiddelbart på «å installere flere batterier og legge ut flere fotovoltaiske paneler» så snart samtalen dreier seg om å gå av nettet, men de ignorerer ofte fordelen med vindenergi om natten og om vinteren. Q-type vindturbin + fotovoltaisk energi + energilagring – denne kombinasjonen av «landskapslagring» er nøkkelen til at avsidesliggende gårder virkelig kan oppnå energiselforsyning.