A bahreini Világkereskedelmi Központ a Perzsa-öböl partján tör az ég felé. Ezt az épületet nem a magassága vagy a szépsége, hanem környezetbarát technológiája avatja egyedülállóvá. Ez a világ első felhőkarcolója, amely részben saját magát táplálja szélenergiával.A szél évtizedek óta a bolygó első számú tiszta energiaforrása. A világ szélturbináinak összes teljesítménye 74 ezer megawatt, ami legalább 20 millió korszerí háztartás ellátására elég. Ez az energia szinte teljes egészében a felhasználóitól távol míködő, nagy erőmítelepekről származik. Most azonban egy építész sokkal közelebb hozná a szélturbinákat: egyenesen egy népes nagyváros közepére tervezi, éppen arra az épületre, amelyet ellátnának a velük termelt energiával.
Az ötlet a 37 esztendős dél-afrikai építész, Shaun Killa fejéből pattant ki, aki a Közel-Keleten nevet szerzett már magának felhőkarcolóival. Négy éven át tanulmányozta a szélturbinákat, keresve a lehetőséget, hogy felhasználhassa őket egyik alkotásán. Szenvedélyévé vált a fenntartható építészet. Bahrein fővárosa, Al-Manamah a Perzsa-öböl partján fekszik. Reggelente, amint a nap felmelegíti Bahrein szigetét, a meleg levegő felemelkedik. A kialakuló, kisnyomású területre a tenger felől betör a hívösebb levegő. Ez a naponta ismétlődő folyamat az esetek több mint 60 százalékában erős, a part felé fújó szelet eredményez. Ideális hely egy szélenergiát alkalmazó felhőkarcoló számára. De Killa ahelyett, hogy egyszeríen a tetőre telepítené őket, az épület részeivé szeretné tenni a szélturbinákat. Úgy képzeli el őket, mint egymás feletti hidakat, két torony között. Ragyogó ötlet, de kivitelezése két jelentős nehézséggel is jár.
Tornyok, akár a vitorla
A szélerőmí lapátjai befogják a mozgó levegőt, és energiáját egy generátornak adják át, amely elektromossággá alakítja. Ahhoz azonban, hogy forgásba jöjjenek, a szélnek akadálytalanul és szemből kell elérnie a lapátokat. A szélturbinákat éppen ezért függőleges oszlopokra szerelik fel, hogy a változó irányú szél felé fordulhassanak. Killa turbináinak vízszintes tengelye viszont rögzítve lesz, és nem tud a szél irányába fordulni. A másik problémát az okozza, ahogyan az építész a szélerőmíveket egymás fölé helyezné. Mivel a szél sebessége a magassággal növekszik, a legfelső gyorsabban forog, és több energiát termel, mint az alsók.
Ha a három szerkezet nem azonos sebességgel forog, akkor a felső hamarabb elhasználódik.
Shaun Killa felismerte, hogy a szélturbinák míködésének kulcsa a tornyok alakja. Az építész vitorlás tapasztalata adta az ihletet a megoldáshoz. A tornyok két vitorlára emlékeztetnek. Alaprajzuk a repülőgépek szárnyához hasonlóan ívelt. A szélerőmívek iránya ugyan nem változtatható, ám a tornyok kialakítása és elhelyezése egyenesen rájuk tereli és vezeti a szelet. A tornyok felül elkeskenyednek, ezért több szelet fognak be az alsó, és kevesebbet a felső szélerőmíről. Ettől mindhárom nagyjából azonos sebességgel forog és körülbelül ugyanakkora teljesítményt ad le. Ragyogó gondolat, de követhető minta híján a terv több, eddig példa nélkül álló míszaki megoldást követel. A megkeresett szélerőmígyártók közül nagyon sokan azt állították, hogy az elgondolás szép, de nem megoldható. A szélturbinákat mindig is árbocokra szerelték, nyílt zöldterületen, nem pedig városi környezetben. Semmiképpen sem két épület közé, egy hídra, ahol annyira más a dinamikája, mint egy oszlop tetején.
Shaun Killa nem volt hajlandó feladni álmát a világ első, szélenergiát termelő felhőkarcolójáról. Végül, hat hónap elteltével, 4500 kilométer távolból, Koppenhága határában, két dán cég is igennel válaszolt kérésére. Ole Sangill szélerőmíveket tervez, Lars Thorbek pedig hidakat. Útjuk általában keresztezi egymást, de Shaun Killa éppen egy hídra szeretne szélturbinát telepíteni. A dán mérnökök azonnal munkához látnak. Nincs sok idejük bebizonyítani a világnak, hogy Shaun Killa merész elképzelése valóra váltható.
252 kilométeres szélben
A szabadon álló szélturbinák rotorjai többnyire mindig a széllel szembe fordulnak. Követik a szelet, hogy a lehető legtöbb energiát termeljék. A hidakon rögzített turbinák esetében viszont a mérnököknek meg kell határozniuk a két torony között kialakuló áramlást. Felállítják az épület méretarányos modelljét egy szélcsatornában. Szárazjéggel teszik láthatóvá a levegő áramlási vonalait, a tornyok között pedig érzékelők mérik a szél sebességét. A kísérletek biztató eredményeket hoznak. Az áthaladó áramlás egészen sima. A tornyok közé kényszerített szél 20 százalékkal felgyorsul. Ám a mérnökök valami még meglepőbbet is felfedeznek. Jól látható, hogy az épületeket érő szél irányt vált, és S vonalban eltérülve halad át. A szárazjég mutatja, az elterelés irányát a tornyok között: egyenesen a lapátokra vezetik az érkező szelet. A két mérnök arra a megállapításra jut, hogy még a 45 fokos szögben fújó szél is megforgathatja a lapátokat. Becslésük szerint a szélturbinák az épület energiaszükségletének legalább 15 százalékát fedezni tudják. Shaun Killa örömteli meglepetéssel fogadja az eredményt, amely alátámasztja a tervben felhasznált ötleteit.
Ole Sangill már tudja, hogy a turbinák állandóan szélnek lesznek kitéve. Ez azonban azt is jelenti, hogy az anyagokra hatalmas erők hatnak majd, s a terhelés a kifáradásukat is okozhatja. A világ különböző pontjain más és más a széljárás – mindig a helyi viszonyokhoz kell igazítaniuk a tervezőknek a szélerőmíveket. Ole 20 év széljárásának adatait szerzi be a bahreini repülőtérről. Ezek alapján számítja ki, hogy a szélturbinának az élettartama során milyen szelekkel kell megbirkóznia. 199 helyzetet szimulál, 252 kilométer per órás, hurrikán erejí szelet is.
Kiszámítja a turbinaalkatrészektől megkövetelt teherbírást. Már csak gyártót kell találnia. A bahreini Világkereskedelmi Központhoz csupán három turbinára és három készlet lapátra lesz szükség. Sok cég számára ez egyszeríen túl kicsi rendelés. A másik gond a méret. A szélenergia-ipar újabban 61 és fél méteres megawattos lapátokkal dolgozik. Bahreinbe 13 méteres lapátok kellenének. A megoldásra egy már létező modell vizsgálata során találtak rá. A mérnökök fő gondja azonban a legalapvetőbb tervezési feladat: hogyan szereljenek fel egy szélerőmívet egy hídra. Méretarányos modellen tanulmányozzák a híd viselkedését különböző szélviszonyok között. A szélturbinákhoz hasonlóan a hídnak is el kell viselnie a tornyok között süvítő erős szelet, de a szerkezetnek a 11 tonnás szélerőmí súlyát is meg kell tartania. Ám az nem egyszerí, holt teher, hiszen a lapátok percenként akár 38 fordulatot is tesznek.
A híd hatalmas, változó terhelésnek lesz kitéve. A szélcsatorna-kísérletek újabb súlyos veszélyforrást tárnak fel. Ha a szél iránya vagy ereje hirtelen megváltozik, akkor a szélturbina lapátjai meghajolva elérhetik a hidat. A szokásos módon felszerelt szélerőmíveket többnyire 5 fokkal megdöntik, hogy a lapátok ne érhessék el a tartóoszlopot. A hídon azonban ez nem megoldás, mert mindegyik lapát akár egy méterrel is kitérhet hátrafelé. Az ütközés elkerülése érdekében a híd első élét visszanyesik és enyhén V alakúra formázzák. A módosítás 1,7 méter távolságot hoz létre a híd és a lapátok között, ennyi elég a végzetes ütközés elkerüléséhez. A híd és a szélturbina új terve elvileg míködőképes. A szélerőmí és a híd terveinek elkészültével a világ első, szélenergiával míködő felhőkarcolójának álma közelebb került a megvalósuláshoz. A célig azonban még nagy utat kell bejárni.
Két és fél évvel az első kapavágás után a bahreini Világkereskedelmi Központ eléri 240 méteres, teljes magasságát. A kivitelezőknek az eddigi legveszélyesebb feladattal kell megbirkózniuk: a hidak beemelésével. Egyenként 68 tonnát nyomnak, emelésüket pedig tökéletes pontossággal kell végrehajtani. A hidak kiképzése a repülőgépek szárnyához hasonlóan áramvonalas. Mindegyik hídnak csak az egyik végét rögzítik a toronyhoz. A másikat tömör acélgörgőkre helyezik. A vitorlaszerí tornyok a szélben enyhén kilengenek. Azzal együtt, hogy a bahreini napsütésben kitágulnak és összehúzódnak, ez a tornyok lassú előre-hátra mozgását eredményezi. A görgők teszik lehetővé, hogy a két torony hét másodpercen belül akár fél méterrel is elmozduljon. Ám a behelyezés során a híd és a torony közötti rés nem teszi lehetővé, hogy hibázzanak. A távolság az egyik oldalon 30, a másikon 60 centiméter. Ha a híd a toronynak ütközik, akkor több százezer dolláros kárt okozhat.
A harmadik híd szédítő, 133 méteres magasságban kerül a helyére. Minden készen áll a következő lépéshez, a generátorok és a lapátok beszereléséhez… Minden érintett számára új feladat az áramvonalas lapátok magasba emelése két olyan torony között, amelyeket a szél felgyorsítására alakítottak ki. Alapos leckét kapnak a szél kiszámíthatatlanságáról.A mérnökök 21 kilométer per óra szélerősségben szabták meg a lapátok beemeléséhez megengedhető felső korlátot. Ennél több már nem fogadható el. A 85 kilométer per óra sebességgel süvítő szélben nem tehetnek mást, mint hogy várakoznak. Shaun Killa úgy tervezte meg az épületet, hogy csatornába terelje és felgyorsítsa a szelet.
Az alapnál az épület egyik szélétől a másikig 126 méter széles. A beleütköző szél azonban csupán 33 méter széles résen préselődik át.
Bár ez a szél jól fog jönni a beépített szélerőmíveknek, a kivitelezőknek egyelőre gondot jelent, hogy ilyen viszonyok között felemeljék őket. A lapátok felemelése során a mérnököknek a szél sebességén felül annak irányát is számításba kell venniük. Ha az egyik oldalon erősen fúj, a másikon pedig egyáltalán nem, akkor nehezebb lesz a rotor irányítása. Az összeszerelt forgórész átmérője 29,2 méter. Ez csupán 3,8 méterrel kevesebb, mint a két épület távolsága. Egy ütközéssel rengeteg pénzt és időt veszítenének. Összeállítják az első három lapátot, és csatlakoztatják őket a központi elemhez. Készen állva várják, hogy a szél esetleg 21 kilométer per óra alá csendesedjen.
A katasztrófa elkerülése
Mindegyik lapát 50 réteg, balsafa merevítőre ragasztott üvegszálas míanyagból áll. A 13,4 méteres darabok erősek és rendkívül rugalmasak, ám mindegyiket úgy képezték ki, hogy befogja a szelet. Ettől még nehezebb őket emelés közben irányítani. A földről hosszú kötelekkel tartják távol a lapátokat az épülettől. Délután háromkor a szél lecsendesedik. A mívelet végrehajtásához két órára van szükségük. Ha nem látnak hozzá azonnal, akkor rájuk sötétedik.Az egyszerre felemelt, összeállított három lapát összes tömege 4,2 tonna. Ebben az állásban a fő toronydaru a teherbírása határán dolgozik, ráadásul az egyik lapát alig fér el az acélszerkezet kiugró csúcsa mellett. Az első generátor mellett Ole Sangill várakozik figyelmesen. Társaival már több tucat szélerőmívet felállítottak, de hídon, két épület között még egyet sem. Ezen a napon történelmet írtak az első szélturbinával, amit felhőkarcolóra szereltek fel. Ez az egyetlen szélerőmí évente várhatóan 400 megawattóra elektromos energiát termel, ami majdnem fedezi 100 átlagos európai háztartás szükségletét.
Az állandó szél miatt ezek a szélerőmívek rengeteg energiát termelnek majd. A gyakori viharok azonban arra a kockázatra is felhívják a figyelmet, ami az emberek közelében telepített szélerőmívekkel jár. Ez a szélerőmí egy város közepén, egy bevásárlóközpont felett és irodák között míködik. Biztosítaniuk kell, hogy semmiképpen se történhessen baleset. A lapátokat úgy tervezték, hogy akár 252 kilométer per órás, hurrikán erejí szelet is kiálljanak. A katasztrófa elkerülése érdekében minden egyes lapáton megkétszerezték a biztonsági elemek számát.
Ha egy lapát eltörne, akkor a belsejében feszülő vaskos acélkábel tartaná egyben és akadályozná meg, hogy a darabjai kirepüljenek.
A visszahúzható csúcs bármilyen probléma esetén kioldható. Elfordítva hatalmas fékezőnyomatékot fejt ki és másodpercek alatt megállítja a lapátokat. A világ első, szélenergiát hasznosító felhőkarcolója karnyújtásnyira a megvalósulástól, egy végső próbatétel viszont még hátravan. A szélerőmíveket üzembe kell helyezni, hogy kiderüljön, életképes-e Shaun Killa álma. Következhet a végső vizsga. Vajon valós körülmények között is megállják a helyüket a szélturbinák?Shaun Killa és a dán csapat visszatér, hogy ellenőrizze a sokéves kutatás eredményeit és bebizonyítsa a míszaki megoldás míködőképességét. Ez az első teszt. Sokakat erősen aggaszt, hogy mi lesz a vége. Ha a szél túl gyenge, akkor nem hajtja meg a lapátokat. Ha túl erős, akkor a kísérlet veszélyessé válhat. A szél sebessége 8–9 méter per másodperc. A dánok kioldják a féket, és a szélerőmívet átengedik a szélnek… A világnak ezen a területén, amely egyet jelent az olajjal, a szélenergia megvetette a lábát.§
- Rezonancia
A szélturbina és a híd párosítása akár katasztrófához is vezethet. Ennek oka a rezonancia neví jelenség. A lapátokat forgató széltől a híd is függőleges irányú lengésbe jön. Ha a híd és a szélturbina kilengésének üteme egybeesik, akkor erősíteni kezdik egymást, addig fokozva a lengést, amíg a híd végül nem bírja tovább a terhelést. Az ilyen katasztrófa elkerülése érdekében a két mérnök merevebb hídszerkezet megtervezése mellett dönt. Ettől a híd saját rezgése a szélturbináénál gyorsabb lesz, és nem léphet fel a rezonancia kockázata.
- Fele annyi energia
Amíg a szélturbinák megtermelik az energiát, az épület más jellegzetességei azt szolgálják, hogy ne vesszen kárba. Sok olyan elemet illesztettek a tervbe, amely passzív módon az épület energiafelhasználásának csökkentését szolgálja. A kíméletlen arab napsütés ellen kétrétegí, színezett ablakokat építettek be, amelyek 85 százalékkal csökkentik a toronyházak által elnyelt hőmennyiséget. A hatékony légkondicionáló rendszerek is csökkentik a perzselő hőségnek kitett épületek hítésének költségeit. Minden szintet nagy hatásfokú fénycsövek világítanak meg, tovább mérsékelve az energiafogyasztást. Az épület összességében feleannyi energiát fogyaszt, mint a környék többi felhőkarcolója.
