טורבינות עירוניות

טורבינות רוח עירוניות הן קונספט ישן שזכה להתלהבות מאוד גדולה לאחרונה (2000+) מצד ממציאים ומשקיעים כאחד. אני התעניינתי בנושא מ-2003 לערך, כי מה יכול להיות יותר מגניב, ירוק ומושלם מאפרטוס לייצור חשמל נקי המוצב על גג ביתך? פאנלים סולריים פוטוולטאים הם טכנולוגיה ידועה ויקרה, אז הידד לרוח! אבל… המצב מסתבר אינו כה פשוט. ישנם הבדלים מאוד מהותיים בין התקווה שטורבינת רוח עירונית על גג ביתך או ביתי תוכל לספק את כל החשמל לבין המספרים בפועל. או במילים פשוטות – בעיר בדרך כלל אין מספיק רוח!
בנוסף לכך, התקווה והרצון לטורבינת רוח עירונית עובדת הצמיח מספר חברות עם מוצר דימיוני, שהקשר בין ההבטחות שלו למציאות חסר כל קשר.
אני חושב שיש מקום לטורבינות רוח עירוניות – יחד עם הבנה באשר לפוטנציאל שלהם. התקנה של כל טורבינת רוח מצריכה מדידת רוח מקדימה כדי לוודא שיש מספיק רוח כדי להצדיק את התקנת הטורבינה (מספרי אצבע – 6 מטר לשניה בגובה ציר הטורבינה). באזור עירוני, המדידות האלו צריכות להיות בכמה נקודות על גג הבית, בגובה הרצוי, כי משטר הרוחות מאוד מערבולתי, וזאת בצרוף מודל ממוחשב טוב העוזר לחזות את הרוחות סביב הגג בשילוב המדידות הנ”ל. רק אז אפשר יהיה לחשב את כמות החשמל שאפשר יהיה להפיק מטורבינה מתאימה על הגג.

הנה דוגמא לסימולצייה מאוד ריאלית של זרימה סביב גג שטוח –

ניתן לראות שהטורבינה צריכה להיות מעל הגג, בערך כמו שהגג מעל הרצפה, כדי להיות מחוץ למערבולת. כמובן שיש האצה בנקודה הנכונה, אך הטורבינה צריכה במקרה הזה להתמודד עם הרוחות המערבולתיות לכן טורבינות פרופלור (HAWT) נורמאליות לא מתאימות באיזור הצמוד לבנין.

הפוטנציאל יהיה תלוי כמובן בצריכה הביתית. יהיה קשה לספק את כל צריכת הבית בלי להשקיע קודם בשימור אנרגיה – בשיפור החסכון בצריכת החשמל של אותו בית. גם אז יהיה מדובר בסיפוק עשרות אחוזים מהצריכה לעיתים. אך זה לא רע! להפך, אני חושב שכל אחוז שמיוצר ע”י אנרגיה מתחדשת ביתית יש לו השפעה על תרבות הצריכה של אותו בית. ניסיון של סולארפאוור עם התקנת מערכות סולאריות מראה שהגברת המודעות, של אותם לקוחות שהתקינו מערכת פוטוולטאית על גג ביתם, הביאה לירידה בצריכה! אין ספק, שטורבינות רוח עירוניות המתאימות למשטר הרוחות הטורבולנטי, מתוכננות היטב ויש הבנה באשר לפוטנציאל שלהם יכולות וצריכות להיות חלק מהנוף העירוני ה”מתחדש”.

קישור לאתר בריטי עדכני המכיל מאמרים בנושא, ומבצע בדיקות ומדידות בהווה של טורבינות רוח עירוניות.

בהמשך מצורף תקציר עבודה שביצעתי בסוף התואר באשר לפוטנציאל של טורבינות רוח עירוניות (לגרסא מלאה – לפנות אלי hanan ב-ecoop.org.il):

Wind turbines in the built area – Potential estimate for the NYC like city

A lot of work is being done on the possibility of incorporating wind turbines in a built environment, and naturally, as a wind energy enthusiastic, I was curious. what’s the potential? how much of a crowded high rise buildings heavily populated city electricity consumption can you produce with urban wind turbines? who can tell me?
well, since I didn’t find my answer in the net or in the electronic data base of the Technion , I decided to check it out for myself.
There Are a million Urban wind turbine designs out there, more or less sophisticated, more or less real (that is, don’t produce all of your house’s consumption with a turbine the size of a small solar water heater collector ) but no asummption of a theoretical top figure – percent of consumption possibly met by urban based turbines.

my model is a simple one. The wind speed above the buildings and between them is estimated according to log law, with data from a urban wind study of L.A. commercial area. The friction velocity is changed to accommodate the wind speed charestaristics of NYC – 4-5 m/s at the surrounding airports and central park, and the buildings used are the top 2000 highest buildings in new york. i took one 400 Kw turbine on the top of every building – 20 meters above the top, assuming a darreius or H-rotor turbine, with an efficiency (averaged) of 0.3 . The VAWT’s handle well the skewed flow above a roof.
I also incorporated turbines between the buildings, 2 meter below the average highest of both buildings – with a suggested hanging wind turbine (but anything else more conventional can do the job).

The results are between 2-5% of the energy consumption of 8 million new yorkers, with a consumption of 13 Kw-hour per day can be met this way. 70 percent from roof top turbines and 30 percent from hanging turbines.

The result suggests the real purpose of urban wind turbines – not producing a bulk amount of electric consumption so much as producing electricity near the consumer, or even while owned by the consumer (Co-op) , and reminding him of his own consumption – leading to more awareness and less consumption.
As Paul Gipe writes – urban wind turbines can be the normal HAWT’s installed near a city or even further away but owned by the residents – instead of noisy and problematic urban wind turbines – which then will fulfill both Urban turbines missions as i see them – producing clean energy and leading to more awareness and consequently less consumption by the consumer since he will be a partial owner of them.

I’m also all for urban wind turbines, developed to be incorporated in a building, quietly and safely, as long as we don’t sell fantasys – Because as my study shows, as simple as it is – we will defiantly not meet all our consumption by urban wind turbines. Even for a double hight city with 8 Kw-hour consumption and the same amount of residents, you get 10 percent at most. and this is defiantly on the optimistic side.
So let urban turbines be a part of the clean energy mix, with solar cells and utility grid connected large HAWT’s, and the rising awareness of the consumers.

My suggested hanging turbine concept