513 مگاوات ساعت در سال: توربین‌های عمودی کوچک می‌توانند از 'انرژی زاید سیستم‌های تهویه مطبوع' برای تولید برق استفاده کنند

قابلیت سیستم‌های گرمایش، تهویه، و تهویه مطبوع (HVAC) برای تولید انرژی الکتریکی پاک در مطالعه‌ای اخیر بررسی شد.

محققان دانشگاه فاصله‌گذاری مادرید در اسپانیا به امکان بهره‌برداری کارآمد از جریان‌های هوای تولید شده توسط این سیستم‌های گسترده به عنوان منبع باد مصنوعی توجه کردند.

تیم تحقیقاتی تصمیم گرفتند یک ژنراتور توربین بادی عمودی را پس از بررسی الگوی جریان باد انتخاب کنند، به دلیل اندازه کوچک، وزن سبک و قدرت نامی 9 کیلووات آن، که برای نصب بر روی سیستم‌های تهویه مطبوع مناسب است.

نتایج نشان داد که این مفهوم، که در یک مرکز داده در کلمبیا آزمایش شد، می‌تواند حدود 468 مگاوات ساعت در سال از یک مکان تولید کند.

استفاده از باد مصنوعی

تعیین جریان‌های هوای مناسب برای تولید برق از جریان‌های باد مصنوعی حیاتی است. چند مثال شامل هوا از کشتی‌های در حال حرکت در دریا، راه‌آهن‌ها و سیستم‌های تهویه مطبوع است که همگی جریان هوای مداوم را فراهم می‌کنند.

برای ارزیابی پتانسیل انرژی این جریان‌ها، جمع‌آوری داده‌ها با تأکید خاص بر روی جهت و سرعت باد ضروری است. این متغیرها با استفاده از ایستگاه‌های هواشناسی و آینه‌سنجه‌ها در طول زمان اندازه‌گیری می‌شوند تا شرایط باد ارزیابی شوند. قابلیت دوام جریان هوا با کمک تحلیل آماری، که شامل سرعت و توزیع متوسط باد است، ارزیابی می‌شود.

انتخاب توربین بادی مناسب نیز بسیار مهم است، با در نظر گرفتن عواملی مانند وزن، سطح صدا، دوام و نوع (عمودی یا افقی). منحنی توان توربین و توزیع فراوانی سرعت باد برای محاسبه تولید انرژی استفاده می‌شوند و تعداد ساعت‌های کاری در سال را محاسبه می‌کنند.

مطالعه موردی یک مرکز داده در کلمبیا را بررسی می‌کند. این مرکز دارای سه چیلر Liebert HPC-M است که هر کدام با هشت فن EC-FAN تجهیز شده‌است. این فن‌ها که در 480 ولت و با 900 دور در دقیقه کار می‌کنند، جریان هوای عمودی مداوم را برای خنک‌سازی تجهیزات کامپیوتری تأمین می‌کنند.

دو چیلر به صورت مداوم کار می‌کنند، در حالی که سومی به حالت استندبای است و به صورت هفتگی چرخش می‌کند. فن‌ها، با تیغه‌های 900 میلی‌متری و قدرت 2.4 کیلووات، گرما را دفع می‌کنند تا دمای کاری مناسب حفظ شود و عملیاتی بودن مداوم 24/7 مرکز داده تضمین شود.

به گفته محققان، طیفی از توربین‌های بادی کوچک با محور افقی و عمودی وجود دارند، اما جهت باد مداوم مشاهده شده از تجهیزات چیلر و آشفته‌شدگی محیطی، باعث می‌شود تا یک توربین بادی با محور عمودی انتخاب شود.

اندازه جمع و جور و طراحی سبک وزن "Tesup V7" که دارای خروجی نامی 9 کیلووات است، باعث انتخاب آن شد. شش توربین که بر روی چیلرها نصب شده‌اند و از گیره برای نصب ساده استفاده می‌کنند، ممکن است به طور ترکیبی 513.82 مگاوات ساعت در سال تولید کنند که هر توربین دارای خروجی سالیانه 85.64 مگاوات ساعت است.

انرژی پایدار

مطالعه نشان می‌دهد که با کار مداوم دو چیلر، سیستم معادل با شش توربین بادی 513.82 مگاوات ساعت تولید می‌کند.

16 فن چیلرها که مصرف سالانه 336.39 مگاوات ساعت دارند، پس از در نظر گرفتن 9 درصد ضرر به دلیل عدم دانلود و نگهداری، برق خالص 467.6 مگاوات ساعت تولید می‌کنند.

محققان ادعا می‌کنند که این مازاد 131.2 مگاوات ساعت می‌تواند برای تغذیه منابع انرژی تجدیدپذیر به شبکه برق یا برای برآوردن سایر نیازهای الکتریکی در مرکز داده استفاده شود، به این ترتیب پایداری افزایش یابد.

تحقیق اقتصادی تخمین زده است که هزینه اولیه نُه توربین بادی کوچک، نصب و تجهیزات مرتبط به $1,23,101 (€111,540) خواهد رسید. این توربین‌ها عمر مفید تخمینی 20 سال دارند، با یک هزینه سالیانه نگهداری $1,109 (€1,005)، که پیش‌بینی می‌شود 12 درصد افزایش یابد.

جریان نقدی از سال سوم به یک روند مثبت شروع شده، که نشان‌دهنده بازدهی خوب است. قابلیت اقتصادی با ارزش فعلی خالص پیش‌بینی‌شده در سال 20 به مقدار $8,02,010 (€726,686) و نرخی بازده داخلی 50.69 درصد نشان داده می‌شود.

علاوه بر این، نصب این سیستم از تولید تقریباً 300.12 تن انتشار جلوگیری می‌کند، که به کاهش تغییرات آب‌وهوایی کمک کرده و آینده‌ای پایدار برای انرژی ایجاد می‌کند.

جزئیات تحقیقات تیم در ژورنال Nature منتشر شد.