شهرها با توربین‌های ساختمانی انرژی‌مثبت می‌شوند

به گزارش سرویس ترجمه خبرگزاری ایمنا، افزایش مصرف برق در شهرها و فشار روزافزون بر شبکه‌های سراسری، استفاده از منابع انرژی پاک و غیرمتمرکز را بیش از پیش مورد توجه قرار داده است. استفاده از توربین‌های بادی شهری می‌تواند راهکاری برای تولید غیرمتمرکز انرژی و کاهش وابستگی ساختمان‌ها به شبکه برق باشد. این توربین‌ها با بهره‌گیری از ظرفیت باد در محیط‌های شهری، امکان تأمین بخشی از برق مورد نیاز خانه‌ها، ساختمان‌های تجاری و زیرساخت‌های عمومی را فراهم می‌کنند و در زمان قطعی برق نیز می‌توانند به‌عنوان منبع پشتیبان استفاده شوند

توربین‌های بادی کوچک سیستم‌هایی با ظرفیت کمتر از ۱۰۰ کیلووات هستند که برای مصارف مسکونی، تجاری کوچک، کشاورزی و کاربردهای دور از شبکه طراحی شده‌اند. توربین‌های کوچک نه در مزارع بادی، بلکه در محل مصرف نصب می‌شوند و برق را برای همان ساختمان یا مجموعه تولید می‌کنند. این توربین‌ها در دو نوع اصلی محور افقی و محور عمودی تولید می‌شوند که نوع عمودی به‌دلیل سازگاری بیشتر با محیط‌های شهری، نویز کمتر و قابلیت پذیرش باد از همه جهات، در محیط‌های شهری محبوبیت بیشتری دارد.

بر اساس مطالعات انجام‌شده، یک سیستم بادی کوچک ۵ تا ۱۵ کیلوواتی می‌تواند ۵۰ تا ۱۰۰ درصد برق مصرفی یک خانه معمولی را تأمین کند. یک سیستم پنج کیلوواتی در منطقه‌ای با سرعت باد متوسط ۲۰ کیلومتر بر ساعت، سالانه ۶۰۰۰ تا ۸۰۰۰ کیلووات‌ساعت برق تولید می‌کند که معادل ۶۰ تا ۸۰ درصد مصرف برق یک ساختمان متوسط است. این تولید برق می‌تواند قبض برق سالانه را ۸۰۰ تا ۲۲۰۰ دلار کاهش دهد و در طول عمر ۲۰ تا ۲۵ ساله توربین، صرفه‌جویی تجمعی بیش از ۲۰ هزار دلار ایجاد کند.

علاوه بر صرفه‌جویی اقتصادی، توربین‌های بادی کوچک مزایای زیست‌محیطی قابل‌توجهی دارند. هر سیستم بادی خانگی می‌تواند سالانه سه تا پنج تن انتشار دی‌اکسید کربن را کاهش دهد که معادل کاشت ۱۰۰ تا ۱۵۰ درخت است. این سیستم‌ها به کاهش وابستگی به شبکه برق سراسری کمک می‌کنند و در زمان قطعی برق یا بلایای طبیعی می‌توانند برق اضطراری تأمین کنند. در مناطق دور از شبکه، توربین‌های بادی کوچک می‌توانند هزینه‌های گسترش خطوط برق را حذف کنند که گاهی به ده‌ها هزار دلار می‌رسد. چالش‌های اصلی توربین‌های بادی کوچک شهری شامل محدودیت‌های ارتفاع، مقررات منطقه‌بندی، نگرانی‌ها درباره نویز، منظر و نیاز به منابع باد مناسب است، با این حال فناوری‌های جدید همچون توربین‌های عمودی کم‌نویز (۲۸ تا ۳۲ دسی‌بل) و سیستم‌های هوشمند کنترل، بسیاری از این چالش‌ها را حل کرده‌اند.

لاهه، هلند؛ سیستم پاورنست با توربین‌های بادی و خورشیدی ترکیبی

لاهه در سال ۲۰۲۵، سیستم نوآورانه پاورنست (PowerNEST) را روی ساختمان شهرداری نصب کرد که یکی از پیشرفته‌ترین سیستم‌های انرژی بادی شهری در اروپا محسوب می‌شود. این سیستم که حاصل همکاری با دانشگاه صنعتی آیندهوون است، ترکیبی هوشمندانه از توربین‌های بادی محور عمودی و پنل‌های خورشیدی را ارائه می‌دهد که می‌توانند هم‌زمان از باد و خورشید برق تولید کنند.

رویکرد سیستم بر پایه یکپارچگی و کارایی است و به‌گونه‌ای طراحی شده است که مستقیم روی پشت‌بام ساختمان‌های موجود نصب شود و نیازی به سازه‌های جداگانه ندارد. این طراحی هزینه نصب را کاهش می‌دهد و امکان استفاده بهینه از فضای محدود پشت‌بام‌های شهری را فراهم می‌آورد. توربین‌های محور عمودی به‌دلیل قابلیت پذیرش باد از همه جهات و نویز بسیار کم، برای محیط‌های شهری ایده‌آل هستند.

طراحی سیستم پاورنست شامل هشت ماژول مستطیلی است که هر کدام دارای توربین بادی عمودی و پنل خورشیدی هستند. این ماژول‌ها در ارتفاع ۷۵ متری از سطح خیابان نصب شده‌اند و می‌توانند با سرعت باد زیر سه متر بر ثانیه کار کنند که برای محیط‌های شهری بسیار مناسب است. سیستم هوشمند کنترل، جهت و سرعت چرخش توربین‌ها را با توجه به جهت و سرعت باد تنظیم می‌کند و هم‌زمان زاویه پنل‌های خورشیدی را با توجه به موقعیت خورشید بهینه می‌سازد.

در فصل‌های پرباد بهار، پاییز و زمستان، توربین‌های بادی بخش عمده برق را تولید می‌کنند، در حالی که در فصل‌های آفتابی بهار و تابستان، پنل‌های خورشیدی نقش اصلی را ایفا می‌کنند. این تنوع منابع انرژی، پایداری و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می‌دهد و اطمینان حاصل می‌کند که ساختمان در تمام طول سال برق کافی دریافت می‌کند.

هدف این است که تولید سالانه سیستم به ۲۵ مگاوات‌ساعت (۲۵ هزار کیلووات‌ساعت) برسد که گام مهمی به‌سوی راه‌حل انرژی پایدار و مقرون‌به‌صرفه برای مناطق شهری است. این پروژه به‌عنوان الگویی برای سایر ساختمان‌های شهری در هلند استفاده خواهد شد و هدف لاهه نصب سیستم‌های مشابه روی ۱۰۰ ساختمان عمومی تا سال ۲۰۳۰ است.

لیسبون، پرتغال؛ پروژه ونتوس با توربین‌های عمودی روی تیرهای چراغ برق

دانشگاه جدید لیسبون (NOVA) در فوریه ۲۰۲۶، پروژه ونتوس (VENTUS) را به‌عنوان برنده چهاردهمین دوره برنامه کارآفرینی دانشکده علوم و فناوری معرفی کرد. این پروژه که توسط دانشجویان مهندسی طراحی شده است، پیشنهاد نصب توربین‌های بادی محور عمودی روی تیرهای چراغ برق موجود را می‌دهد تا برق مورد نیاز روشنایی معابر را به‌طور محلی و غیرمتمرکز تولید کند. هدف این طرح بهره‌برداری از باد در شهرها برای تولید برق محلی، کم‌هزینه و با حداقل تأثیر زیست‌محیطی است.

توربین‌های ونتوس به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که به‌طور مستقیم روی تیرهای چراغ برق موجود نصب می‌شوند و نیازی به سازه‌های بزرگ و گران‌قیمت ندارند. این طراحی نه‌تنها هزینه نصب را کاهش می‌دهد، بلکه دسترسی به انرژی بادی را در مراکز شهری گسترش می‌دهد. توربین‌های محور عمودی به‌دلیل قابلیت پذیرش باد از همه جهات و نویز بسیار کم، برای محیط‌های شهری ایده‌آل هستند.

طراحی توربین‌های ونتوس شامل پره‌های عمودی است که حول یک محور مرکزی می‌چرخند و ژنراتوری که برق تولیدی را به سیستم روشنایی تیر چراغ برق تزریق می‌کند. این سیستم می‌تواند در شب‌های پرباد، برق مورد نیاز چراغ را به‌طور کامل تأمین کند و در روز باتری‌هایی را برای استفاده در شب‌های کم‌باد شارژ کند. سیستم‌های هوشمند کنترل، سرعت چرخش توربین را با توجه به سرعت باد تنظیم می‌کند تا نویز به حداقل و بازدهی به حداکثر برسد.

پروژه ونتوس با نصب مستقیم روی تیرهای چراغ برق موجود، از نیاز به ساخت سازه‌های جدید و اشغال فضای اضافی جلوگیری می‌کند. این رویکرد هزینه‌ها را تا ۵۰ درصد کاهش می‌دهد و امکان گسترش سریع به سراسر شهر را فراهم می‌آورد. این پروژه به شهروندان نشان می‌دهد که انرژی بادی می‌تواند بخشی از منظره شهری باشد بدون اینکه زیبایی شهر را خدشه‌دار کند. تیم ونتوس برنده حداکثر جایزه ۱۰۰۰ یورویی از برنامه کارآفرینی شده و در حال مذاکره با شهرداری لیسبون برای اجرای آزمایشی در چندین خیابان شهر است. تیم اعلام کرده است که این پروژه می‌تواند تا ۴۰ درصد هزینه‌های روشنایی معابر را کاهش دهد.

یوکوهاما، ژاپن؛ نیروگاه بادی شهری هاماوینگ با تولید برق محلی

شهرداری یوکوهاما در ژوئن ۲۰۲۲، پروژه هاماوینگ (Hamawing) را با هدف تولید محلی برای مصرف محلی برق راه‌اندازی کرد. این پروژه که بخشی از استراتژی جامع شهر برای مقابله با گرمایش جهانی و دستیابی به کربن‌خنثی است، شامل نصب توربین‌های بادی در مناطق ساحلی یوکوهاما است که برق تولیدی را به‌طور مستقیم به ساختمان‌های عمومی همچون مدارس، کتابخانه‌ها و مراکز دولتی تزریق می‌کند.

رویکرد یوکوهاما به انرژی بادی شهری بر پایه پایداری و مشارکت جامعه است. شهرداری یوکوهاما از سال ۲۰۲۲، برنامه «حامیان هاماوینگ» را راه‌اندازی کرده است که به کسب‌وکارهای محلی اجازه می‌دهد با پرداخت حق عضویت از این پروژه حمایت کنند. مبالغ دریافتی به‌عنوان بخشی از هزینه‌های عملیاتی و نگهداری نیروگاه بادی استفاده می‌شود و این مشارکت عمومی‌خصوصی، پایداری مالی پروژه را تضمین می‌کند.

طراحی توربین‌های هاماوینگ شامل توربین‌های بادی محور افقی است که در ارتفاع مناسب نصب شده‌اند و می‌توانند از بادهای ساحلی یوکوهاما به‌طور بهینه استفاده کنند. این توربین‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که با وجود اندازه متوسط، بازدهی بالایی دارند و نویز کمی تولید می‌کنند که برای محیط‌های شهری بسیار مهم است. سیستم هوشمند کنترل، سرعت چرخش توربین را با توجه به سرعت باد تنظیم می‌کند تا بازدهی به حداکثر برسد و ایمنی در برابر طوفان‌ها تضمین شود.

یکی از نوآوری‌های کلیدی این پروژه سیستم توزیع برق محلی است. برق تولیدی توسط توربین‌های هاماوینگ به شبکه برق ساختمان‌های عمومی شهر تزریق می‌شود و نیازی به انتقال برق از راه‌های دور نیست. این رویکرد نه‌تنها هزینه‌های انتقال را کاهش می‌دهد، بلکه اتلاف انرژی در طول انتقال را نیز به حداقل می‌رساند. این سیستم به شهر اجازه می‌دهد در زمان قطعی برق یا بلایای طبیعی، برق اضطراری برای ساختمان‌های حیاتی تأمین کند.

هاماوینگ توانسته است سالانه هزاران کیلووات‌ساعت برق تولید کند که معادل برق مصرفی صدها خانه متوسط است. این پروژه انتشار دی‌اکسید کربن را سالانه کاهش می‌دهد و به یوکوهاما در مسیر دستیابی به هدف کربن‌خنثی تا سال ۲۰۵۰ کمک می‌کند. شهرداری تورهای بازدید از پروژه‌های اجراشده را برای گروه‌ها و خانواده‌ها برگزار می‌کند تا آگاهی عمومی درباره انرژی بادی را افزایش دهد.

روتردام، هلند؛ پروژه چرخ‌بادی هلندی

روتردام در ۲۰۱۴، پروژه «چرخ بادی هلندی (Dutch Windwheel)» را معرفی کرد که ترکیبی از چرخ‌وفلک، هتل، آپارتمان و توربین بادی بدون پره است و به‌عنوان نماد توسعه پایدار و نوآوری شهری شناخته می‌شود. این سازه ۱۷۴ متری شامل یک حلقه بیرونی با ۲۴ کابین چرخ‌وفلک و یک حلقه داخلی با هتل ۱۶۰ اتاقه، ۷۲ آپارتمان، رستوران و بالکن پانورامیک است. در مرکز سازه توربین بادی بدون پره با فناوری EWICON قرار دارد که با استفاده از تکنولوژی الکترواستاتیک، ذرات آب را در برابر میدان الکتریکی اسپری می‌کند و برق تولید می‌کند.

طراحی بدون پره EWICON به‌دلیل داشتن قطعات متحرک کمتر، هزینه‌های نگهداری و سطح نویز را کاهش می‌دهد که برای محیط‌های شهری بسیار مناسب است. این طراحی امکان نصب در ارتفاعات بالا و استفاده بهینه از بادهای قوی‌تر را فراهم می‌آورد. طراحی چرخ‌بادی هلندی بر پایه دو نمای بیرونی شکل گرفته است که علاوه بر ایجاد ظاهر شاخص برای ساختمان، نقش مهمی در جمع‌آوری و استفاده از انرژی بادی دارند. شکل و آرایش سازه به‌گونه‌ای طراحی شده است که امکان ایجاد فضاهای اقلیمی کنترل‌شده را فراهم می‌کند و با استفاده از تهویه طبیعی، جریان هوا و تنظیم دما، نیاز ساختمان به سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی را کاهش می‌دهد.

این رویکرد می‌تواند مصرف انرژی و هزینه‌های عملیاتی ساختمان را به میزان قابل‌توجهی کاهش دهد و وابستگی آن به منابع انرژی فسیلی را کمتر کند. در بخش‌هایی از سازه امکان ایجاد باغ‌ها و فضاهای سبز عمودی فراهم شده است. کاشت گیاهان در ارتفاع، علاوه بر بهبود کیفیت هوا و کاهش اثر جزیره گرمایی شهری، به عایق‌سازی طبیعی ساختمان کمک می‌کند و جلوه‌ای زنده و پایدار به نمای آن می‌بخشد.

در ساخت این مجموعه از ترکیبی از مواد زیستی، بازیافتی و مصالح ثانویه استفاده می‌شود. انتخاب این مواد با اصول اقتصاد چرخشی هماهنگ است که هدف آن کاهش مصرف منابع اولیه، کاهش تولید پسماند و افزایش طول عمر مصالح است. افزون بر این، بسیاری از اجزای سازه به‌صورت ماژولار طراحی شده است تا در صورت نیاز بتوان این قطعات را از یکدیگر جدا کرد و تعمیر یا جابه‌جا کرد.

چرخ‌بادی هلندی نه‌تنها برق تولید می‌کند، بلکه به‌عنوان جاذبه گردشگری، هتل، آپارتمان و رستوران نیز عمل می‌کند. پیش‌بینی می‌شود این پروژه سالانه ۱.۵ میلیون بازدیدکننده جذب کند و اشتغال‌زایی قابل‌توجهی برای روتردام داشته باشد. معماران اعلام کرده‌اند که این پروژه حداقل به یک دهه کار بیشتر نیاز دارد و فناوری EWICON باید بیشتر توسعه پیدا کند تا بتواند برق کامل هتل و سایر کاربری‌ها را تأمین کند، با این حال چرخ‌بادی هلندی به‌عنوان نماد توسعه پایدار و نوآوری شهری در روتردام شناخته می‌شود.