Klimatske promjene i njihovi utjecaji neprestano pokreću i pokreću istraživanja i nova rješenja za održivo i klimatski otporno urbano okruženje. Jedna od tema koja privlači sve više i više pažnje je urbana proizvodnja električne energije putem snage vjetra koja se godinama nije puno obrađivala zbog velike infrastrukture potrebne za iskorištavanje resursa vjetra (značajna veličina konvencionalnih vjetroagregata, vizualni utjecaji, buka itd.).
Urbane postavke i prateći uvjeti prilično su složeni i mogu se razlikovati ne samo između gradova već i unutar jednog grada (npr. visoko razvijeno gradsko središte s mnogo zgrada nasuprot gradske obale). Mnogo je čimbenika koji utječu na režim vjetra o kojem je proizvodnja električne energije primarno ovisna, što dizajn urbanih vjetroagregata čini pravim izazovom. Dvije najvažnije karakteristike urbanog režima vjetra su:
- niže godišnje brzine vjetra zbog prisutnosti zgrada i
- turbulentniji tok koji je posljedica interakcije vjetra sa zgradama i drugih prepreka.
Veći turbulentni protok posebno je izazovan jer postavlja potrebu za brzom reakcijom turbine na promjenjive smjerove vjetra, u suprotnom je izlazna snaga značajno smanjena. Stoga se odgovor može nalaziti ili u topologiji turbine koja dobro podnosi turbulenciju ili u pronalaženju najmanje turbulentnih područja urbanog okruženja. S obzirom na potonje, perspektivna područja su vrhovi zgrada (poput one koja je instalirana na stambenoj zgradi u Chicagu) i otvorena područja na terenu poput parkova, sportskih terena ili obrane od poplave.
Uz gore spomenute zahtjeve, važan je aspekt strukturna i vizualna integracija u urbane postavke, kao i održavanje i buka, što je posebno važno u gusto naseljenim područjima.
Kada je riječ o dizajnu turbina, postoje dvije glavne skupine koje se razlikuju na temelju orijentacije osi rotacije, a to su:
- vjetroturbina s vodoravnom osi (HAWT) i
- vjetroturbine s vertikalnom osi (VAWT).
HAWT su povoljni jer predstavljaju zreliju tehnologiju s većim brzinama rotacije, nižim troškovima i većom učinkovitošću. Međutim, poboljšanja u dizajnu VAWT povećala su održivost energije vjetra u urbanim aplikacijama. Općenito, VAWT-ovi imaju bolji učinak u urbanim uvjetima turbulencije, manje su bučni, poboljšani su niska brzina vrtnje i niži koeficijenti snage.
Izvedive urbane primjene uglavnom uključuju VAWT mikro vjetroturbine snage od 1 kW do većih modela s izlazima većim od 20 kW. U EU su urbane jedinice za vjetar instalirane u Nizozemskoj, Velikoj Britaniji i Francuskoj.
Neki od ovih dizajna vrlo su inovativni i dobro su integrirani u urbano okruženje. Jedan od primjera je takozvano “Stablo vjetra”, proizvod francuskog startupa koji je već rasporedio nekoliko jedinica za proizvodnju električne energije u Parizu.
“Stablo vjetra” je instalacija vjetra koja zapravo imitira stablo s lišćem koje predstavljaju male vjetroturbine. Prosječna visina je oko 9 metara s promjerom od oko 8 metara. Na “drvetu” ima 54 “lišća”. Svako “stablo” predstavlja instalirani kapacitet od 3,5 kW koji može proizvesti električnu energiju pri brzinama vjetra od 4,5 mph. Trenutno se ove instalacije prodaju u gradovima, ali mogu biti obećavajuće u pogledu stambene namjene. Neki od trenutnih izazova su zahtjev za značajnim područjem instalacije, pitanja učinkovitosti kao i troškovi.
Sve u svemu, urbane turbine nisu u potpunosti razvijene, zrele tehnologije i mnogi su izazovi tek pred nama. Izvedivost i održivost takvih projekata tek treba utvrditi i provjeriti. Dodatna će istraživanja pokazati koliko bi ova rješenja mogla biti perspektivna u borbi protiv klimatskih promjena u urbanim sredinama.