Ima li smisla imati vjetroturbine u gradovima?

VJETROTURBINE U GRADOVIMA?! Ideja je privlačna: krovovi i drugi neiskorišteni dijelovi građevina mogli bi istodobno proizvoditi energiju iz sunca i vjetra. U praksi je, međutim, gradski vjetar znatno teže ukrotiti nego što se na prvi pogled čini.

Solarni paneli na krovovima stambenih i poslovnih zgrada već su postali jedan od simbola energetske tranzicije, no sunce nije jedini obnovljivi izvor koji bi se mogao iskorištavati unutar gradova. Sve se češće razmatra mogućnost proizvodnje električne energije iz vjetra neposredno na zgradama, korištenjem malih turbina prilagođenih urbanom okolišu.

Ideja je privlačna: krovovi i drugi neiskorišteni dijelovi građevina mogli bi istodobno proizvoditi energiju iz sunca i vjetra. U praksi je, međutim, gradski vjetar znatno teže ukrotiti nego što se na prvi pogled čini.

Vjetroenergija već ima iznimno važnu ulogu u europskom elektroenergetskom sustavu

Prema aktualnim podacima Europske komisije, u 2025. godini 47,3 posto električne energije proizvedene u Europskoj uniji dolazilo je iz obnovljivih izvora. Vjetar je činio 37,5 posto ukupne proizvodnje obnovljive električne energije, a instalirani kapacitet vjetroelektrana u EU dosegnuo je 246 GW, u usporedbi s 231 GW godinu ranije. Vjetar je iste godine činio oko 18 posto ukupne proizvodnje električne energije u Uniji i bio drugi najveći pojedinačni izvor, odmah iza nuklearne energije.

Velika većina te energije ipak se proizvodi izvan gusto izgrađenih gradskih područja, u velikim kopnenim ili offshore vjetroelektranama. Razlog nije samo nedostatak prostora. Klasične vjetroturbine najbolje rade u uvjetima relativno stabilnog strujanja zraka, dok gradovi stvaraju gotovo suprotan okoliš. Zgrade i druge prepreke mijenjaju smjer vjetra, smanjuju njegovu prosječnu brzinu i stvaraju turbulencije.

Zbog toga jednostavno postavljanje manje verzije klasične vjetroturbine na krov ne mora donijeti očekivanu proizvodnju električne energije. Upravo na taj problem upozorava i Tomorrow.City u analizi mogućnosti korištenja vjetroturbina u urbanim područjima.

Grad mijenja pravila igre za proizvodnju energije iz vjetra

Problem turbulencije potvrđuju i stručne analize. Američki National Renewable Energy Laboratory (NREL) u svojoj analizi vjetroturbina u izgrađenom okolišu navodi da male turbine izvorno uglavnom nisu projektirane za gradske uvjete, koje karakteriziraju veća turbulencija, niže prosječne brzine vjetra, češće promjene njegova smjera i drugačije vertikalno strujanje. Zbog toga učinkovitost turbine može biti izrazito osjetljiva na lokalne uvjete oko pojedine zgrade. Dodatni problem mogu predstavljati prijenos vibracija i opterećenja na samu građevinsku konstrukciju te posljedična buka i konstrukcijski rizici.

Slična upozorenja donosi IEA Wind u preporukama za postavljanje malih vjetroturbina na izrazito turbulentnim lokacijama. Kuće, gospodarske građevine, drveće i druge prepreke blokiraju i remete strujanje zraka, a posljedice su prije svega smanjena proizvodnja energije i veća zamorna opterećenja konstrukcije turbine. Stručnjaci zato preporučuju da se male turbine postavljaju na što otvorenijim mjestima u odnosu na dominantni smjer vjetra te naglašavaju važnost kvalitetne procjene mikrolokacije prije ulaganja. Mjerenje vjetra na samoj lokaciji daje najtočniju procjenu moguće proizvodnje, ali takva mjerenja investitorima često povećavaju vrijeme i trošak pripreme projekta.

Upravo zato sve se više pozornosti usmjerava prema turbinama s vertikalnom osi, poznatima pod kraticom VAWT. Za razliku od uobičajenih velikih turbina s horizontalnom osi, takvi sustavi mogu biti kompaktniji i prilagođeniji čestim promjenama smjera strujanja zraka. To ih čini zanimljivima za krovove poslovnih i javnih objekata te druge dijelove izgrađenog prostora gdje velika klasična turbina nije realno rješenje. Upravo se vertikalne turbine ističe kao jednu od tehnologija s potencijalom za gradsko okruženje, premda njihov stvarni učinak uvelike ovisi o konkretnoj lokaciji.

Jedan od zanimljivijih europskih pokušaja razvoja takve tehnologije bio je projekt EOLI FPS, financiran sredstvima EU-a kroz program Horizon 2020.

Razvijena je krovna turbina s vertikalnom osi namijenjena upravo turbulentnim vjetrovima male brzine kakvi se pojavljuju u gradovima. Prema službenim podacima CORDIS-a Europske komisije, prototip je mogao početi proizvoditi električnu energiju već pri brzini vjetra od dva metra u sekundi. Pri brzini od šest metara u sekundi razvijao je snagu od 1.000 W, dok mu je maksimalna deklarirana snaga iznosila 2.500 W. Uređaj je bio visok 125 centimetara, promjera 180 centimetara i mase 143 kilograma.

Razvojni tim projekta tvrdio je da bi jedna takva turbina mogla proizvesti oko 5.250 kWh električne energije godišnje, a prototipovi su testirani na nekoliko lokacija u Španjolskoj. Tu brojku, međutim, ne treba promatrati kao univerzalnu vrijednost koju bi ista turbina ostvarivala na bilo kojem gradskom krovu. Riječ je o podatku koji je CORDIS prenio od koordinatora projekta, dok IEA Wind i NREL jasno pokazuju koliko proizvodnja malih turbina ovisi o lokalnom režimu vjetra i kvaliteti odabrane mikrolokacije. (CORDIS – EOLI FPS) (IEA Wind – Micro-Siting Small Wind Turbines)

Neće zamijeniti velike vjetroelektrane, ali mogu dopuniti solarne krovove

Razlika između malih urbanih turbina i suvremenih velikih vjetroelektrana golema je. Europska komisija navodi da prosječna kopnena vjetroturbina danas tijekom godine proizvede dovoljno električne energije za više od 1.500 europskih kućanstava, dok noviji modeli mogu opskrbiti više od tri puta toliko domova. Velike elektrane imaju prednost visine, većih rotora, kvalitetnijeg vjetropotencijala i ekonomije razmjera, pa male urbane turbine s njima teško mogu konkurirati prema ukupnoj proizvodnji energije.

Njihovu budućnost zato vjerojatno ne treba tražiti u zamjeni velikih vjetroelektrana, nego u lokalnoj proizvodnji energije na lokacijama na kojima za to postoje odgovarajući uvjeti. Posebno je zanimljiva mogućnost povezivanja malih vjetroturbina sa solarnim elektranama i sustavima za pohranu energije. Solarni paneli već imaju veliku prednost u gradovima jer se mogu postaviti na postojeće površine. Europska komisija navodi da je većina solarnih sustava u EU instalirana upravo na krovovima te da bi, prema procjenama na razini Unije, krovovi do 2050. mogli imati potencijal za proizvodnju električne energije koja odgovara gotovo 40 posto potreba EU-a. (Europska komisija – Solar energy)

Vjetar bi na pogodnim lokacijama mogao postati dopuna takvim sustavima. Sunce i vjetar ne proizvode energiju u jednakim vremenskim uvjetima niti se njihova proizvodnja nužno podudara tijekom dana i godine. Zgrada koja kombinira fotonaponske panele, malu vjetroturbinu, bateriju i pametno upravljanje potrošnjom teoretski može proizvoditi energiju u širem rasponu vremenskih uvjeta nego objekt koji se oslanja samo na jedan obnovljivi izvor. No ekonomska opravdanost takvog sustava mora se procjenjivati za svaku lokaciju zasebno, osobito zbog izrazito lokalne prirode gradskog vjetra.

Širi europski energetski smjer ide u prilog traženju takvih rješenja

EU je postavio obvezujući cilj da obnovljivi izvori do 2030. čine najmanje 42,5 posto bruto konačne potrošnje energije, uz ambiciju dosezanja 45 posto. Vjetroenergija pritom ostaje jedan od ključnih stupova tranzicije. Instalirani kapacitet vjetroelektrana u Uniji porastao je s 219 GW u 2023. na 246 GW u 2025. godini, ali Europska komisija upozorava da sadašnja dinamika još nije dovoljna za ostvarivanje energetskih i klimatskih ciljeva za kraj desetljeća.

To ipak ne znači da će europski gradovi uskoro biti prekriveni malim vjetroturbinama. Upravo suprotno, dostupna istraživanja sugeriraju da tehnologija ima smisla samo ondje gdje je prethodno potvrđen dovoljan vjetropotencijal i gdje su konstrukcija zgrade, položaj turbine, buka, vibracije, sigurnost i održavanje uzeti u obzir već u fazi projektiranja. U nekim slučajevima rezultat će pokazati da turbina ima smisla, dok će u drugima dodatni solarni paneli biti jednostavnije i ekonomičnije rješenje.

Urbane vjetroturbine zato je realnije promatrati kao specijalizirani dio budućeg energetskog sustava zgrada, a ne kao univerzalno rješenje. Njihova najveća vrijednost mogla bi se pokazati na visokim i izloženim građevinama, poslovnim i industrijskim objektima te lokacijama na kojima geometrija zgrada stvara iskoristivo strujanje zraka. U kombinaciji sa solarnim panelima, baterijama i pametnim upravljanjem energijom takvi sustavi mogli bi dodatno promijeniti ulogu zgrada u energetskom sustavu – od objekata koji energiju samo troše prema građevinama koje barem dio svojih potreba proizvode same.