Vetrna turbina tipa Q + kmetija: ključ za doseganje energetske samozadostnosti

Pred kratkim nas je kontaktiral stranka iz Združenih držav Amerike. Upravlja lastno kmetijo, ki je približno tri kilometre oddaljena od najbližje javne električne omrežne priključne točke. Na tej razdalji bi bilo zelo drago povezati njegovo kmetijo z javnim električnim omrežjem. Če tega ne naredi, pa vse infrastrukturne naprave, ki potrebujejo elektriko – kot so svetilke, hladilniki in televizorji – ni mogoče prosto uporabljati, kar mu je že dolgo povzročalo težave.

Medtem pa se v hladnih mesecih njegova družina mora zanašati na električno ogrevanje tal in takojšnje grelce vode za ogrevanje. Posledično bo njegova dnevna poraba elektrike znašala 15 do 20 kilovatnih ur. Ponoči, ko delujejo vsa ogrevalna naprava hkrati, lahko trenutna vrhunska poraba elektrike celo doseže 5 kilovatov naenkrat. To ne le poveča računov za elektriko, temveč predstavlja tudi varnostne nevarnosti. Zato nujno potrebuje spremembo te situacije.

Po poslušanju opisa stranke v tistem trenutku mi je takoj prišla na um ideja: to je preprosto odličen scenarij uporabe za vetrno elektrarno tipa Q. Stranke največ skrbi dve stvari: prvič, dnevna poraba elektrike podnevi – na primer za razsvetljavo, hladilnike in televizorje – je dejansko zelo majhna; drugič, ogrevanje pozimi, ki ga sestavljata električno talno ogrevanje in takojšnji grelnik vode, ki se ponoči vklopi na vrhuncu moči 5 kilovatov, kar pomeni, da je skupna dnevna poraba elektrike med 15 in 20 kilovatnih ur. Te podatke je zelo pomembno upoštevati. Kažejo nam dve stvari: prvič, vrhunsko porabo moči imajo pozimi ponoči; drugič, ta vrhunska moč ni posebno visoka in jo lahko popolnoma pokrije samostojni srednje velikosti sistem za izvenomrežno uporabo.

Jedro načrta, ki sem ga priporočil, je vetrna turbina tipa Q. Zakaj izbrati tip Q? Ker je območje okoli kmetije običajno razmeroma odprto in pogoji za veter so dobri, tradicionalne trolistne vetrne turbine pa zahtevajo visoko hitrost vetra, povzročajo glasen šum in zahtevajo zapleteno vzdrževanje. Tip Q ima navpično os in nizko hitrost zagona – veter se lahko obrača že pri približno 2 m/s, poleg tega ni občutljiv na spremembo smeri vetra. Če pride do turbulentnega vetra zaradi hlevov in dreves okoli kmetije, kljub temu stabilno proizvaja elektriko. Še pomembneje je, da je tiho in strankam ne bo preprečevalo spanja zaradi »žvižganja« ponoči.

Odvisno od lokacije stranke je povprečna letna hitrost vetra na kmetiji v srednjem zahodu ZDA približno 4–5 m/s. Vetrna turbina tipa Q z močjo 5 kW, skupaj z ustreznim akumulatorskim paketom, lahko popolnoma zadosti trenutni zahtevi pri vrhunski moči 5 kW. Izračunal sem mu račun: pozimi se porabi 20 kWh električne energije na dan, nočno ogrevanje pa je koncentrirano v prvi polovici noči, torej približno 4–5 ur. V tem času, če je veter stalno prisoten in se hkrati iz akumulatorja razbija energija, je oskrba popolnoma zagotovljena. Povprečno manj električne energije se porabi podnevi, presežek pa se shranjuje v akumulatorju, s čimer nastane zaprt krog.

Seveda ni dovolj varno zanašati se izključno na vetrno elektrarno. Predlagam, da namesti še nabor majhnih sončnih panelov – ne za glavno oskrbo, temveč kot dopolnilno rešitev. Vseeno pa obstajajo tudi sončni dnevi brez vetra, fotovoltaika pa ravno to vrzel zapolni. Z baterijskim paketom LiFePO4 je shranjevalna zmogljivost 10 kWh čez dan več kot zadostna. Invertor naj bo čistega sinusnega vala z močjo približno 8 kW, kar zagotavlja varnost in stabilnost.

Kar se cene tiče, največjo skrb strank povzroča vprašanje »koliko se prihrani na omrežju«. Izvedba omrežja na razdalji treh kilometrov – približna ocena od telefonskih drogov in transformatorjev do gradnje – stane vsaj deset tisoč dolarjev. Nasprotno pa skupna cena opreme za sistem s 5 kW vetrne turbine tipa Q, 5 kW sončnih panelov in 10 kWh sistema za shranjevanje električne energije ter stroški namestitve in izgradnje infrastrukture znašajo vsaj polovico manj kot izvedba omrežja. Poleg tega ta sistem brez težav deluje 15 do 20 let. V tem času je potrebno le občasno mazati ležaje vetrne turbine in preverjati stanje baterij, kar pomeni, da je vzdrževanje praktično nepotrebno. Račun za elektriko? Nič.

Še pomembnejše je varnost. Stranka je ponoči hkrati vklopila vso ogrevalno opremo, kar je bilo enakovredno obremenitvi električnega kroga do njegove meje; stari vodi in stikala so se zato lahko pregreli in povzročili požar. Pri načrtovanju izmrežnega sistema se upošteva rezervna zmogljivost glede na vrhunsko moč 5 kW. Invertor ima zaščito pred preobremenitvijo, akumulator pa sistem za nadzor temperature, medtem ko se veje nadzorujejo ločeno – na primer ogrevanje tal v spalnici in ogrevanje tal v dnevni sobi se izmenjujeta z zamikom pol ure, s čimer se zmanjša vrhunska moč. Na ta način sistem ne samo da zadostuje potrebam, temveč je tudi varnejši kot prvotni mestni električni sistem.

Te analize smo stranki predstavili eno po eno in takoj je postala zelo navdušena. Na koncu je vprašal: »Če v poletju ogrevanje ni vklopljeno, kaj potem z odvečno električno energijo?« Z nasmehom smo odgovorili, da dodajanje električnega grelnika vode ali majhne polnilne postaje za uporabo električnih orodij na kmetiji in prihodnjih električnih vozil ni sploh izguba.

Ta primer je dejansko zelo tipičen. Mnogi ljudje, ko govorijo o izhodu iz omrežja, takoj pomislijo na »namestitev več baterij in namestitev več fotovoltaičnih panelov«, vendar pogosto prezrejo prednosti vetra ponoči in pozimi. Vetrna turbina tipa Q + fotovoltaika + shranjevanje energije – ta kombinacija »krajinskega shranjevanja« je ključ za resnično energetsko samozadostnost oddaljenih kmetij.