Tổ hợp tuabin gió kiểu Q + trang trại điện gió: Chìa khóa để đạt được sự tự chủ về năng lượng.

Gần đây, một khách hàng đến từ Hoa Kỳ đã liên hệ với chúng tôi. Ông ấy tự quản lý một trang trại, cách mạng lưới điện công cộng gần nhất khoảng ba kilômét. Do đó, ở khoảng cách này, chi phí để kết nối trang trại của ông ấy với mạng lưới điện công cộng sẽ rất cao. Tuy nhiên, nếu không thực hiện việc này, toàn bộ cơ sở hạ tầng cần sử dụng điện — chẳng hạn như đèn chiếu sáng, tủ lạnh và ti vi — sẽ không thể vận hành linh hoạt, điều này luôn khiến ông ấy đau đầu.

Trong khi đó, vào những tháng lạnh, gia đình anh ấy phải phụ thuộc vào hệ thống sưởi sàn điện và bình đun nước nóng tức thì để sưởi ấm. Do đó, mức tiêu thụ điện hàng ngày của anh ấy sẽ đạt từ 15 đến 20 kilowatt-giờ. Vào ban đêm, khi toàn bộ thiết bị sưởi cùng hoạt động đồng thời, công suất tiêu thụ điện đỉnh tức thời thậm chí có thể tăng vọt lên tới 5 kilowatt cùng một lúc. Điều này không chỉ làm tăng chi phí tiền điện mà còn tiềm ẩn nguy cơ mất an toàn. Vì vậy, anh ấy rất cần thay đổi tình trạng này ngay lập tức.

Sau khi nghe mô tả của khách hàng lúc bấy giờ, một ý tưởng lập tức nảy ra trong đầu tôi: đây đơn giản là một tình huống ứng dụng tuyệt vời cho tuabin gió loại Q. Có hai vấn đề khiến khách hàng đau đầu nhất: thứ nhất, mức tiêu thụ điện hàng ngày vào ban ngày — chẳng hạn như đèn, tủ lạnh và tivi — thực tế không tiêu tốn nhiều điện năng; thứ hai là hệ thống sưởi vào mùa đông, bao gồm sưởi sàn điện kết hợp với bình đun nước nóng tức thì, thường được bật vào giờ cao điểm vào ban đêm với công suất đỉnh lên tới 5 kilowatt, và tổng lượng điện tiêu thụ mỗi ngày dao động từ 15 đến 20 kWh. Dữ liệu này rất quan trọng. Nó cho chúng ta biết hai điều: thứ nhất, mức tiêu thụ công suất đỉnh xảy ra vào ban đêm mùa đông; thứ hai, công suất đỉnh không quá cao và hoàn toàn có thể được đáp ứng chỉ bằng một hệ thống vi điện lưới cỡ trung.

Lõi của kế hoạch mà tôi đề xuất cho anh ấy là tuabin gió kiểu Q. Vì sao lại chọn kiểu Q? Bởi vì khu vực xung quanh trang trại thường tương đối thoáng đãng và điều kiện gió khá tốt; tuy nhiên, tuabin gió truyền thống ba cánh đòi hỏi tốc độ gió cao, gây tiếng ồn lớn và bảo trì phức tạp. Kiểu Q có thiết kế trục đứng, tốc độ gió khởi động thấp — chỉ khoảng 2 m/s là gió đã có thể làm quay cánh quạt, đồng thời không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi hướng gió. Ngay cả khi xuất hiện gió xoáy do chuồng trại và cây cối xung quanh trang trại gây ra, tuabin vẫn có thể phát điện ổn định. Quan trọng hơn cả, thiết bị hoạt động rất êm, không gây tiếng ù ù vào ban đêm khiến khách hàng mất ngủ.

Tùy thuộc vào vị trí của khách hàng, tốc độ gió trung bình hàng năm tại các trang trại ở vùng Trung Tây Hoa Kỳ khoảng 4–5 m/s. Một tuabin gió loại Q công suất 5 kW, kết hợp với cụm pin phù hợp, có thể đáp ứng đầy đủ nhu cầu tức thời ở mức đỉnh 5 kilowatt. Tôi đã tính toán một cách chi tiết cho anh ấy: vào mùa đông, lượng điện tiêu thụ là 20 độ mỗi ngày, và việc sưởi ấm vào ban đêm tập trung vào nửa đầu đêm, khoảng 4–5 giờ. Trong khoảng thời gian này, nếu tua-bin gió luôn hoạt động khi có gió, cộng thêm việc xả pin, hệ thống hoàn toàn có thể đáp ứng đủ nhu cầu. Lượng điện tiêu thụ ban ngày ít hơn, phần điện dư được lưu trữ vào pin để tạo thành một vòng khép kín.

Tất nhiên, chỉ dựa vào tuabin gió là chưa đủ an toàn. Tôi đề nghị ông ấy lắp thêm một bộ pin mặt trời có công suất nhỏ — không nhằm mục đích cung cấp điện chính, mà để bổ sung. Dẫu sao, cũng có những ngày nắng nhưng không có gió, và điện mặt trời chính là giải pháp lấp đầy khoảng trống này. Với cụm pin lithium sắt phốt phát (LiFePO4), dung lượng lưu trữ 10 kWh là hoàn toàn đủ dùng trong ngày. Bộ biến tần nên chọn loại sóng sin thuần, công suất khoảng 8 kilowatt, đảm bảo độ an toàn và ổn định.

Về mặt chi phí, điều khách hàng quan tâm nhất là \"tiết kiệm được bao nhiêu cho lưới điện\". Việc kéo đường dây lưới điện dài ba kilômét, ước tính sơ bộ từ cột điện, máy biến áp đến thi công xây dựng, ít nhất cũng tốn vài chục nghìn đô la Mỹ. Trong khi đó, một hệ thống gồm tuabin gió loại Q công suất 5 kW, tấm pin năng lượng mặt trời 5 kW và hệ thống lưu trữ điện năng 10 kWh, tổng giá thiết bị cộng với chi phí lắp đặt và xây dựng cơ sở hạ tầng ít nhất rẻ hơn một nửa so với chi phí đầu tư cho lưới điện. Hơn nữa, hệ thống này có thể vận hành ổn định trong vòng 15–20 năm. Trong khoảng thời gian này, ngoại trừ việc tra dầu định kỳ cho bạc đạn tuabin gió và kiểm tra trạng thái pin, gần như không cần bảo trì gì thêm. Hóa đơn tiền điện? Bằng không.

Điều quan trọng hơn cả là độ an toàn. Khách hàng đã bật đồng thời toàn bộ thiết bị sưởi vào ban đêm, điều này tương đương với việc đẩy mạch điện lên giới hạn chịu tải; các đường dây và công tắc cũ rất dễ bị quá nhiệt và gây cháy. Khi thiết kế hệ thống ngoài lưới, hệ thống được dự phòng theo công suất đỉnh là 5 kilowatt. Bộ biến tần được trang bị chức năng bảo vệ quá tải, pin có hệ thống quản lý nhiệt độ, và điều khiển từng nhánh riêng biệt – ví dụ như hệ thống sưởi sàn phòng ngủ và hệ thống sưởi sàn phòng khách được vận hành lệch nhau nửa tiếng, nhờ đó làm giảm giá trị công suất đỉnh. Như vậy, hệ thống không chỉ đáp ứng đủ nhu cầu mà còn an toàn hơn so với phương án cấp điện thành phố ban đầu.

Chúng tôi đã trình bày từng phân tích này cho khách hàng, và ông ấy lập tức hào hứng ngay tại chỗ. Cuối cùng, ông hỏi: "Nếu không bật hệ thống sưởi vào mùa hè thì điện dư thừa sẽ được xử lý như thế nào?" Chúng tôi mỉm cười trả lời rằng việc lắp thêm một bình đun nước bằng điện hoặc một trạm sạc nhỏ để sử dụng các thiết bị điện trong trang trại và các phương tiện điện trong tương lai hoàn toàn không phải là lãng phí.

Trường hợp này thực tế rất điển hình. Nhiều người khi nói đến việc rời khỏi lưới điện thường nghĩ ngay đến việc "lắp đặt thêm pin và lắp đặt thêm tấm pin quang điện", nhưng lại thường bỏ qua những ưu điểm của năng lượng gió vào ban đêm và trong mùa đông. Tuabin gió kiểu Q + quang điện + lưu trữ năng lượng — sự kết hợp "phong quang trữ" này chính là chìa khóa giúp các trang trại ở vùng sâu vùng xa thực sự đạt được tính tự chủ về năng lượng.