Turbina ng Hangin na Q-type + Bukid: Susi sa Pagkamit ng Kalayaang Enerhiya

Kamakailan, isang customer mula sa United States ang nakipag-ugnayan sa amin. Siya ay may sariling bukid, na nasa layong humigit-kumulang tatlong kilometro mula sa pinakamalapit na pampublikong grid ng kuryente. Kaya, sa distansiyang ito, magkakaroon ng mataas na gastos upang ikonekta ang kanyang bukid sa pampublikong grid ng kuryente. Ngunit kung hindi niya gagawin ito, ang lahat ng imprastraktura na nangangailangan ng kuryente—tulad ng mga ilaw, refriyider, at telebisyon—ay hindi maaaring gamitin nang walang limitasyon, na palaging nagdudulot ng sakit sa ulo sa kanya.

Samantala, sa mga panahon ng malamig na buwan, ang kanyang pamilya ay kailangang umasa sa electric floor heating at instant water heaters para sa pagpapainit. Dahil dito, ang kanyang araw-araw na pagkonsumo ng kuryente ay aabot sa 15 hanggang 20 kilowatt-hour. Sa gabi, kapag lahat ng kagamitan para sa pagpapainit ay gumagana nang sabay-sabay, ang pang-agham na peak electricity consumption ay maaaring umabot sa 5 kilowatts nang sabay-sabay. Ito ay hindi lamang nangangailangan ng mas mataas na bayarin sa kuryente, kundi nagdudulot din ng mga panganib sa kaligtasan. Kaya naman, kailangan niyang baguhin agad ang sitwasyong ito.

Matapos pakinggan ang paglalarawan ng customer sa oras na iyon, biglang sumulpot sa aking isip ang isang ideya: ito ay tunay na isang mahusay na senaryo ng aplikasyon para sa Q-type na wind turbine. May dalawang bagay na pinakalabis na nagdudulot ng problema sa mga customer: una, ang pang-araw-araw na pagkonsumo ng kuryente sa araw, tulad ng mga ilaw, refriyiderator, at telebisyon, na talagang hindi kumukonsumo ng maraming kuryente; pangalawa, ang pagpainit sa panahon ng taglamig—ang electric floor heating kasama ang instant water heater—na binubuksan sa gabi sa peak na 5 kilowatts, at ang kabuuang pagkonsumo ng kuryente ay 15 hanggang 20 kilowatt-hour kada araw. Napakahalaga ng datos na ito. Ito ay nagpapakita sa amin ng dalawang bagay: una, ang peak na pagkonsumo ng kuryente ay nangyayari sa gabi ng taglamig; pangalawa, ang peak na kapasidad ng kuryente ay hindi lubhang mataas, at maaari itong lubos na takpan ng isang medium-sized na off-grid system nang mag-isa.

Ang sentro ng plano na inirekomenda ko sa kanya ay isang Q-type na hangin na turbin. Bakit pumili ng Q-type? Dahil ang lugar sa paligid ng bukid ay karaniwang medyo bukas at ang mga kondisyon ng hangin ay mabuti, ngunit ang tradisyonal na tatlong-leaf na hangin na turbin ay may mataas na kinakailangan sa bilis ng hangin, malakas na ingay, at mahirap na pagpapanatili. Ang Q-type ay isang vertical axis na disenyo, at ang bilis ng hangin para magsimula ay mababa—makaikot ito sa hangin na humigit-kumulang 2 m/s, at hindi ito natatakot sa pagbabago ng direksyon ng hangin. Kung may turbulent na hangin dahil sa mga gusali ng barn at mga puno sa paligid ng bukid, maaari pa rin itong mag-produce ng kuryente nang pantay-pantay. Higit sa lahat, tahimik ito at hindi gagawing hindi makatulog ang mga customer dahil sa "bzzz" na ingay sa gabi.

Depende sa lokasyon ng customer, ang average na taunang bilis ng hangin sa isang bukid sa Midwest ng United States ay humigit-kumulang 4-5 m/s. Ang isang 5 kW na Q-type na wind turbine, na pinagsama sa isang angkop na battery pack, ay kayang tugunan nang buo ang pangangailangan sa isang instant na peak na 5 kilowatts. Ikinalkula ko ang isang account para sa kanya: sa panahon ng taglamig, ang kuryente ay 20 degrees bawat araw, at ang pagpapainit sa gabi ay nakatuon sa unang kalahati ng gabi, na humigit-kumulang 4-5 oras. Sa panahong ito, kung patuloy na may hangin ang hangin at kasabay nito ang paglabas ng kuryente mula sa battery, ito ay lubos na kayang suportahan. Mas kaunti ang kuryenteng ginagamit sa araw, at ang sobrang kuryente ay iniimbak sa battery upang makabuo ng isang saradong loop.

Siyempre, ang pagkatiwala lamang sa wind turbine ay hindi sapat na ligtas. Iminumungkahi ko na idagdag niya ang isang set ng maliit na kapasidad na solar panel — hindi para sa pangunahing suplay, kundi bilang dagdag. Sa katunayan, mayroon ding mga araw na mainit at walang hangin, at ang photovoltaic ay sumasaklaw lamang sa puwang na ito. Kasama ang isang lifepo4 battery pack, ang kapasidad ng imbakan na 10 degrees ay higit na sapat sa panahon ng araw. Ang inverter ay pipiliin ang pure sine wave, humigit-kumulang sa 8 kilowatts, at tiyak ang kaligtasan at katatagan.

Sa aspeto ng gastos, ang pinakalabis na kinababahala ng mga customer ay ang "kung gaano karami ang makakatipid sa grid ng kuryente". Ang pagpapalawak ng grid ng kuryente sa isang distansya ng tatlong kilometro ay nangangailangan ng malaking gastos—mula sa mga poste ng telepono, mga transformer, hanggang sa konstruksyon—na humihigit sa ilang daang libong dolyar. Samantala, ang isang set na binubuo ng 5 kW na Q-type na wind turbine, 5 kW na solar panels, at 10-kWh na sistema ng pag-iimbak ng enerhiyang elektriko ay may kabuuang presyo para sa kagamitan kasama ang gastos sa instalasyon at konstruksyon ng imprastraktura na kalahati o higit pa ang mas mura kaysa sa grid ng kuryente. Bukod dito, maaaring gamitin ang sistemang ito nang walang anumang problema sa loob ng 15 hanggang 20 taon. Sa panahong ito, bukod sa paminsan-minsang paglalagay ng langis sa bearing ng wind turbine at pagsusuri sa kalagayan ng baterya, halos wala nang pangangailangan ng pangangalaga. Bill sa kuryente? Zero.

Ang mas mahalaga ay ang kaligtasan. Ang customer ay nag-on ng lahat ng kagamitan sa pagpainit nang sabay-sabay sa gabi, na katumbas ng pagpapabaya sa circuit hanggang sa pinakamataas na limitasyon nito, at ang mga lumang kable at switch ay madaling ma-overheat at sumindi. Kapag idinisenyo ang off-grid system, ito ay may redundansya batay sa peak value na 5 kilowatts. Ang inverter ay may overload protection, ang battery ay may temperature control management, at ang branch control—halimbawa, ang floor heating sa kuwarto at ang floor heating sa living room ay isinasagawa nang magkakahiwalay sa loob ng kalahating oras, kaya nababawasan ang peak value. Sa ganitong paraan, hindi lamang sapat ang sistema, kundi mas ligtas pa rin kaysa sa orihinal na plano ng lungsod na power supply.

Ibinahagi namin ang mga pagsusuri sa kliyente isa-isa, at siya'y naguguluhan agad. Sa wakas, tinanong niya, "Kung hindi na sinisimulan ang pag-init sa tag-init, paano naman ang labis na kuryente?" Sa isang ngiti ay sinabi namin na ang pagdaragdag ng isang electric water heater o isang maliit na charging pile upang magamit ang mga electric tool sa bukid at ang mga electric vehicle sa hinaharap ay hindi kailanman isang pag-aaksaya.

Ang kasong ito ay talagang tipikal. Maraming tao ang nag-iisip tungkol sa "pag-install ng higit pang mga baterya at paglalagay ng higit pang photovoltaic" sa sandaling magsalita sila tungkol sa pag-alis sa grid, ngunit kadalasang hindi nila pinansin ang mga pakinabang ng enerhiya ng hangin sa gabi at sa taglamig. Ang Q-type wind turbine + photovoltaic + energy storage, ang kumbinasyon na ito ng "landscape storage" ang susi para sa mga malayong bukid upang tunay na makamit ang energy self-sufficiency.