Turbina eoliană de tip Q + fermă: cheia atingerii autosuficienței energetice

Recent, un client din Statele Unite ale Americii ne-a contactat. El deține o fermă proprie, aflată la aproximativ trei kilometri distanță de cea mai apropiată rețea publică de energie electrică. Prin urmare, la această distanță, conectarea fermei sale la rețeaua publică de energie electrică ar costa foarte mult. Totuși, dacă nu efectuează această conectare, toate infrastructurile care necesită electricitate – cum ar fi iluminatul, frigiderele și televizoarele – nu pot fi utilizate în mod liber, ceea ce i-a cauzat întotdeauna mari probleme.

Între timp, în lunile reci, familia sa trebuie să se bazeze pe încălzirea electrică a podelei și pe încălzitoarele instantanee de apă pentru încălzire. Ca urmare, consumul său zilnic de energie electrică va ajunge la 15–20 de kilowați-oră. Noaptea, când toate echipamentele de încălzire funcționează simultan, consumul instantaneu de vârf al energiei electrice poate ajunge chiar la 5 kilowați deodată. Acest lucru nu doar necesită cheltuieli mai mari cu energia electrică, ci prezintă și riscuri pentru siguranță. Prin urmare, el are nevoie urgentă de a schimba această situație.

După ascultarea descrierii făcute de client în acel moment, mi-a venit imediat în minte o idee: acesta este pur și simplu un scenariu excelent de aplicare pentru turbina eoliană de tip Q. Există două lucruri care îi dau clientului cele mai mari bătăi de cap: în primul rând, consumul zilnic de energie electrică în timpul zilei, cum ar fi iluminatul, frigiderele și televizoarele, care, de fapt, nu consumă multă energie; în al doilea rând, încălzirea în perioada de iarnă – încălzirea prin podea electrică, împreună cu boilerul instant, care se pornește noaptea la puterea maximă de 5 kilowați, iar consumul total zilnic de energie electrică este de 15–20 de kilowați-oră. Aceste date sunt foarte importante. Ele ne indică două aspecte: în primul rând, consumul maxim de putere are loc noaptea, în perioada de iarnă; în al doilea rând, puterea maximă nu este excepțional de mare și poate fi acoperită integral de un sistem autonom de dimensiune medie.

Nucleul planului pe care i l-am recomandat este o turbină eoliană de tip Q. De ce alegem tipul Q? Pentru că zona din jurul fermei este, în mod obișnuit, relativ deschisă și condițiile de vânt sunt bune, dar turbina eoliană tradițională cu trei palete are nevoie de viteze ridicate ale vântului, produce zgomot puternic și necesită întreținere complicată. Tipul Q are o construcție cu ax vertical, iar viteza minimă de pornire a vântului este scăzută — rotorul începe să se rotească la aproximativ 2 m/s, iar turbină nu este afectată de schimbarea direcției vântului. Dacă există vânt turbulent generat de grajduri și arbori din jurul fermei, aceasta poate totuși genera electricitate în mod stabil. Mai important, este foarte liniștită și nu va împiedica clienții să doarmă din cauza zgomotului de „buzuit” din timpul nopții.

În funcție de locația clientului, viteza medie anuală a vântului în fermele din Midwestul Statelor Unite este de aproximativ 4–5 m/s. O turbină eoliană de tip Q de 5 kW, împreună cu un acumulator adecvat, poate satisface în totalitate cerința instantanee de vârf de 5 kilowați. Am făcut pentru el un calcul: în timpul iernii, consumul de energie electrică este de 20 de grade pe zi, iar încălzirea nocturnă este concentrată în prima jumătate a nopții, adică aproximativ 4–5 ore. În această perioadă, dacă turbina funcționează în mod continuu în prezența vântului, împreună cu descărcarea acumulatorului, sistemul poate asigura în totalitate necesarul. În timpul zilei se consumă mai puțină energie electrică, iar excedentul este stocat în acumulator, formând astfel un circuit închis.

Desigur, a conta doar pe turbina eoliană nu este suficient de sigur. Îi sugerez să adauge un set de panouri solare de capacitate mică – nu pentru alimentarea principală, ci ca supliment. În final, există și zile însorite fără vânt, iar fotovoltaicele acoperă exact această lacună. Cu un acumulator LiFePO4, capacitatea de stocare de 10 kWh este mai mult decât suficientă în timpul zilei. Inversorul ales este de tip undă sinusoidală pură, de aproximativ 8 kilowați, iar siguranța și stabilitatea sunt garantate.

Din punct de vedere al costurilor, ceea ce îi preocupă cel mai mult pe clienți este «cât de mult se economisește pe rețeaua electrică». Realizarea unei rețele electrice pe o distanță de trei kilometri presupune, în mod orientativ, instalarea de stâlpi de telefonie, transformatoare și construcții, cu un cost minim de zeci de mii de dolari. În schimb, un sistem compus dintr-o turbină eoliană de tip Q de 5 kW, panouri solare de 5 kW și un sistem de stocare a energiei electrice de 10 kWh are un preț total al echipamentelor, împreună cu costurile de instalare și construcție a infrastructurii, cel puțin cu jumătate mai mic decât cel al rețelei electrice. Mai mult, acest sistem poate fi utilizat fără probleme timp de 15–20 de ani. În această perioadă, cu excepția ungerea periodică a rulmenților turbinei eoliene și a verificării stării bateriilor, nu este necesar aproape deloc întreținere. Factura de electricitate? Zero.

Ce este mai important este siguranța. Clientul a pornit toate echipamentele de încălzire simultan, în timpul nopții, ceea ce a echivalat cu împingerea circuitului la limita sa, iar liniile și întrerupătoarele vechi erau ușor de supraîncălzit și de aprins. Când se proiectează un sistem off-grid, acesta este conceput cu o rezervă conform valorii maxime de 5 kilowați. Inversorul dispune de protecție împotriva suprasarcinii, bateria are un sistem de gestionare a temperaturii, iar controlul ramurilor – de exemplu, încălzirea prin pardoseală din dormitor și cea din sala de stare sunt programate să funcționeze alternativ, cu o decalare de jumătate de oră, reducând astfel valoarea maximă. În acest fel, sistemul nu doar că este suficient, ci și mai sigur decât planul inițial de alimentare cu energie electrică din rețea.

Am prezentat aceste analize clientului, una câte una, iar acesta a devenit entuziasmat pe loc. În cele din urmă, ne-a întrebat: „Dacă încălzirea nu este pornită în timpul verii, ce se întâmplă cu excesul de electricitate?”. Am răspuns zâmbind că instalarea unui încălzitor electric de apă sau a unui mic punct de încărcare pentru a utiliza uneltele electrice de pe fermă și viitoarele vehicule electrice nu reprezintă deloc o risipă.

Acest caz este, de fapt, foarte tipic. Mulți oameni se gândesc imediat la „instalarea unor baterii suplimentare și montarea unor panouri fotovoltaice suplimentare” atunci când vorbesc despre ieșirea din rețeaua electrică, dar ignoră adesea avantajele energiei eoliene în timpul nopții și iarna. Turbina eoliană de tip Q + fotovoltaice + stocare energetică – această combinație de „stocare peisagistică” este cheia pentru ca fermele izolate să atingă cu adevărat autosuficiența energetică.