ВСТУП
Використання альтернативних джерел енергії у сучасній архітектурі стає не лише екологічною необхідністю, а й ознакою прогресивного підходу до дизайну міського середовища. Одним із найперспективніших напрямів у цій сфері є інтеграція вітрових турбін на дахах будівель. Це рішення поєднує в собі функціональність, естетику та сталий розвиток. У статті розглядаються еволюційний шлях вітрових турбін, інноваційні методи їх впровадження в архітектурний ландшафт сучасного міста, їх потенціал для генерації енергії, а також соціальний та економічний ефект від таких нововведень. Тема інтеграції вітрових турбін не просто актуальна — вона буквально "віє" майбутнім, яке ми ще тільки формуємо. Це не лише про екологію, а й про красу, комфорт і відповідальність перед планетою. Сьогодні ми намагаємося не просто "будувати вище", а й "жити краще".
КЛЮЧОВІ СЛОВА: еко-дизайн, вітрові турбіни, урбаністичні рішення, енергоефективність, сталий розвиток, інноваційні технології, міське середовище, відновлювана енергія.
МЕТА Й ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ
Метою цього дослідження є оцінка потенціалу вітрових турбін як складової частини еко-дизайну в контексті сучасних міських будівель. А також дослідити застосування міжнародного досвіду для відновлення енергетичної інфраструктури в незалежній Україні після перемоги у війні з терористичною Росією. Завданням є вивчення переваг і обмежень таких технологій, а також технічних і економічних аспектів їх впровадження на дахах будівель великих міст. Для досягнення мети необхідно проаналізувати існуючі моделі турбін, які можна інтегрувати у міське середовище, а також вивчити соціальну та економічну готовність до впровадження таких інновацій.
РОЗВИТОК ВІТРОВИХ ТУРБІН
Історія використання вітрової енергії в міських умовах розпочалася з давніх часів, коли вітряки застосовувалися для механічних потреб, таких як помел зерна та відкачування води. У середньовічній Європі, зокрема в Нідерландах, вітряки стали невід'ємною частиною ландшафту, сприяючи осушенню земель та розвитку сільського господарства. [1]
З розвитком технологій у XIX столітті, вітрові турбіни почали використовуватися для виробництва електроенергії. Перші зразки були встановлені в Шотландії у 1887 році професором Джеймсом Блайтом, а також у США інженером Чарльзом Брашем у 1888 році. Ці установки мали обмежену потужність, проте її вистачало для освітлення окремих будівель.
У XX столітті, глобалізація зменшила інтерес до вітрової енергетики в містах через конкуренцію з іншими джерелами енергії. Однак у 1970-х роках, під впливом енергетичних криз, інтерес до відновлювальних джерел енергії відновився. У 1980-х роках у Данії були розроблені перші комерційні вітрові турбіни, які стали основою сучасної вітроенергетичної індустрії.
Що стосується України, то в пострадянський період розвиток вітрової енергетики був обмежений через відсутність значних інвестицій у цю сферу та домінування інших джерел енергії. Перші проекти з використання вітрових турбін для виробництва електроенергії з'явилися тільки в 1990-х роках, коли країна здобула свою незалежність після розпаду Радянського Союзу, та була в пошуку альтернативних джерел енергії в період зростання своїх потреб. Тоді були реалізовані кілька малих вітрових станцій у південних регіонах, таких як Херсонська та Одеська області. Проте лише в середині 2000-х років вітрові електростанції почали набирати популярності. До 2020 року в Україні було вже кілька великих вітрових парків, що суттєво збільшило частку відновлювальної енергії у загальній енергетичній структурі. Зокрема, у 2019 році було відкрито вітрову електростанцію "Тилігульська ВЕС" потужність 500 мВт, яка нині є однією з найбільших в Україні. [1]
Інтерес до вітрової енергетики в сучасній Україні набуває все більшого значення, особливо з огляду на відновлення енергетичної інфраструктури після війни з Росією. Враховуючи розвиток технологій та глобальні тренди, Україна має потенціал стати важливим гравцем у виробництві енергії за допомогою вітру. Вітрові турбіни на дахах будівель можуть стати не лише частиною стратегії енергетичної автономії міст, але й елементом загального відновлення країни.
ІНТЕГРАЦІЯ В МІСЬКЕ СЕРЕДОВИЩЕ
Застосування вітрових турбін у міському просторі є важливим кроком до сталого розвитку міст, однак цей процес супроводжується кількома викликами, які потребують зваженого підходу. [2], [3]
Технічні та конструкційні аспекти. Одним із головних викликів є необхідність адаптації дахів до встановлення вітрових турбін. Багато будівель не розраховані на додаткові навантаження, тож потрібні детальні інженерні розрахунки, щоб уникнути порушення стабільності конструкцій. Дизайн сучасних моделей все ж таки дозволяє зменшити ці ризики, однак вибір типу турбіни має враховувати конкретні умови.
Економічні бар’єри. Вартість інсталяції вітрових турбін на дахах залишається високою. Початкові інвестиції можуть бути значними для малих і середніх підприємств. Однак економія на енергоспоживанні та державні субсидії мають змогу скоротити термін окупності. [6]
Соціальні та культурні перешкоди. Мешканці можуть бути незадоволені встановленням вітрових турбін через побоювання щодо шуму або зміни зовнішнього вигляду будівлі. Тому важливо проводити інформаційні кампанії, що роз’яснюють переваги зеленої енергетики для сталого розвитку міст. Це допоможе переконати громадян у важливості таких інвестицій для навколишнього середовища.
Метеорологічні умови та обмежена ефективність у містах. У міських умовах швидкість вітру часто значно нижча через високу концентрацію будівель. Це може обмежити генерацію, оскільки вони працюють найкраще на відкритих площах. Проте нові розробки в дизайні турбін здатні підвищити їхню продуктивність, не зважаючи на слабкий вітер. [5]
Навіть із цими викликами, вітрові турбіни мають великі перспективи завдяки інноваціям у технологіях. Новітні моделі стають компактнішим, що дозволить краще інтегрувати їх у міське середовище. Крім того, вони можуть стати важливою частиною смарт-міст, де відновлювальні джерела енергії ефективно поєднуються для зниження енергоспоживання.
ЕКОНОМІЧНА ДОЦІЛЬНІСТЬ
Встановлення вітрових турбін може бути ефективним рішенням для зменшення витрат, однак цей процес вимагає значних інвестицій і ретельного економічного планування.
Інвестиції та встановлення. Початкові витрати коливаються від кількох тисяч до десятків тисяч доларів США, залежно від потужності та виробника. Малі турбіни для дахів можуть коштувати до $10000. Окрім вартості самих турбін, додаткові витрати підуть на монтаж та інженерні роботи, що зумовлюють високу початкову вартість впровадження таких технологій.
Обслуговування. Експлуатаційні витрати зазвичай невеликі. Вони включають технічне обслуговування та заміну деяких компонентів. Варто зазначити, що у довгостроковій перспективі це здебільшого виправдовується завдяки економії на енергоспоживанні.
Економія та потенційні вигоди. В залежності від швидкості вітру та типу будівлі, економія може становити 10-20%. Це робить вітрові турбіни досить вигідним рішенням для просторих дахів будівель та підприємств.
Окупність. Термін залежить від початкових витрат, рівня економії на електроенергії та особливостей місця, обраного для встановлення. Строки можуть коливатися від 5 до 15 років. Проте з розвитком технологій та зниженням вартості турбін, цей термін скорочуватиметься. [6]
Державні програми та субсидії. У ряді країн, таких як Данія чи Німеччина, існують урядові програми, що підтримують впровадження технологій для відновлення енергії. Вони можуть включати субсидії або податкові пільги, що робить вітряні турбіни більш доступними для підприємств і власників будівель.
ЕКОЛОГІЧНИЙ ВПЛИВ
Вітрові турбіни мають великий потенціал для зниження забруднення навколишнього середовища. Але це також пов'язано з кількома аспектами, які потребують врахування. [7]
Основні переваги:
● Це чисте джерело енергії та не потребує спалювання копалин, що сприяє зниженню викидів парникових газів.
● Сучасні моделі проектуються з урахуванням зниження рівня шуму й вібрації, що зменшує їхній вплив оточення.
● Встановлення турбін на дахах будівель не потребує використання додаткових земельних ділянок. І це важливий момент, оскільки дозволяє зберегти природні екосистеми.
Можливі ризики:
● Існує хоч і невелика, але потенційна загроза для птахів, особливо у випадку неправильного розташування турбін. Однак, завдяки сучасним технологіям та дизайну, турбіни стають дедалі безпечнішими.
● Зміна швидкості й напрямку вітрів має вплив на температуру та вологість в місті. Цей ефект зазвичай не є суттєвим, але потребує додаткових досліджень конкретної локації для оцінки його впливу на комфорт мешканців. [8]
● Обладнання для вітрової генерації енергії потребує таких матеріалів, як сталь і рідкоземельні елементи, що в свою чергу впливає на довкілля під час їх видобутку та виробництва турбін. Але цей вплив зменшується від технологічного прогресу, і процес їх утилізації стає ефективнішим.
Деякі з цих задач ефективно вирішуються засобами дизайну через використання компактних, естетично привабливих моделей турбін, які легко вписати в архітектурне середовище. За рахунок дизайну та новітніх матеріалів можливе зниження рівня шуму та вібрацій. Оптимізоване розташування турбін також здатне підвищити ефективність генерації при низьких швидкостях вітру.
ПРИКЛАДИ ВИКОРИСТАННЯ ВІТРОВИХ ТУРБІН
AEROMINE — запатентована аеродинамічна конструкція виробництва США, що посилює повітряний потік без шуму та вібрацій. Завдяки дизайну створюється низький тиск, який втягує повітря через внутрішній генератор. [9]
AIRIVA — інноваційна модульна система розроблена в США. Вирізняється сучасним дизайном з групою вертикальних турбін. Порівняно з окремими турбінами, ця установка значно підвищує ефективність генерації енергії. [10]
SIROCCO — український вітряний генератор, який займає менше місця, ніж традиційні турбіни, або сонячні панелі, скажімо, на 5кВт. Вартість еквівалентної станції сягає $7000. Має низькі показники шуму, а також відсутній інфразвук. [11]
ВИСНОВКИ
Вітрові турбіни на дахах будівель можуть стати важливим елементом відновлення енергетичної інфраструктури України після перемоги у війні з Росією. Вони сприяють зниженню енергетичної залежності, зменшують витрати на електроенергію і допомагають у боротьбі зі зміною клімату завдяки скороченню викидів CO₂. Враховуючи важливість сталого розвитку, ці технології можуть значно вплинути на енергетичну автономію міст, особливо за умовах відновлення країни.
Хоча технічні та економічні труднощі, такі як висока вартість встановлення та необхідність адаптації будівель, існують, інноваційні дизайнерські рішення можуть подолати ці перешкоди. Компактні та естетично привабливі моделі успішно інтегруються в архітектурний ландшафт міст без порушення їх вигляду та функціональності. До прикладу, потенційним місцем для встановлення вітряних турбін є досить просторий та плаский дах одного з корпусів Харківської державної академії дизайну та мистецтв.
Таким чином, використання вітрових турбін у містах стане важливим кроком у відновленні енергетики України, допомагаючи країні зменшити енергетичну залежність і забезпечити сталий розвиток у післявоєнний період.
Тема інтеграції вітрових турбін не просто актуальна — вона буквально "віє" майбутнім, яке ми ще тільки формуємо. Це не лише про екологію, а й про красу, комфорт і відповідальність перед планетою. Сьогодні ми намагаємося не просто "будувати вище", а й "жити краще".
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. Вітроенергетика https://vue.gov.ua/Вітроенергетика
2. Wind energy system for buildings in an urban environment https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0167610523000521
3. Wind Turbine Integration in Cities https://en.wikipedia.org/wiki/Wind_turbine
4. Світові енергетичні тенденції https://hmarochos.kiev.ua/2022/01/18/vitrova-energetyka-v-ukrayini-ta-sviti/
5. On Roof Geometry for Urban Wind Energy Exploitation in High-Rise Buildings https://www.mdpi.com/2079-3197/3/2/299
6. Wind Turbine Cost: How Much? Are They Worth It in 2024? https://weatherguardwind.com/how-much-does-wind-turbine-cost-worth-it/
7. Оцінка впливу на довкілля – складова успіху кожного вітроенергетичного проєкту https://ecolog-ua.com/news/ocinka-vplyvu-na-dovkillya-skladova-uspihu-kozhnogo-vitroenergetychnogo-proyektu
8. Effects of a rooftop wind turbine on the dispersion of air pollutant behind a cube-shaped building https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095034921001033
9. Aeromine Technologies - The motionless wind for commercial and Industrial rooftops https://aerominetechnologies.com/
10. Airiva - Modular Rotary Turbine Walls https://airiva.com/
11. Sirocco Energy: Shape the Future of the Urban Wind https://www.siroccoenergy.com/
_________________________
Науковий керівник: Погорельчук Володимир Анатолійович, кандидат мистецтвознавства, професор, Харківська державна академія дизайну і мистецтв
|
Голосування 
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter