25.09.2013 Views

werkstuk over waterkracht van Filip Doucé en Annick Dexters

werkstuk over waterkracht van Filip Doucé en Annick Dexters

werkstuk over waterkracht van Filip Doucé en Annick Dexters

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

<strong>Filip</strong> <strong>Doucé</strong> Doc<strong>en</strong>t: <strong>Dexters</strong> <strong>Annick</strong><br />

4 II EM\AUT B1<br />

Waterkracht<br />

KHLim-IWT 2002-2003


1. Inleiding<br />

Tot ver in de 19e eeuw was hout de belangrijkste brandstof <strong>en</strong> werd e<strong>en</strong> groot deel <strong>van</strong> de <strong>en</strong>ergie<br />

geleverd door m<strong>en</strong>s<strong>en</strong>, dier<strong>en</strong>, water <strong>en</strong> wind. Tot <strong>van</strong>daag is de <strong>en</strong>ergiebehoefte steeds blijv<strong>en</strong> stijg<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong> intuss<strong>en</strong> zijn we zeer sterk afhankelijk <strong>van</strong> fossiele <strong>en</strong> nucleaire brandstoff<strong>en</strong>.<br />

1.1 Problem<strong>en</strong><br />

Fossiele <strong>en</strong> nucleaire brandstoff<strong>en</strong> zijn beperkt voorradig. En terwijl de voorraad snel slinkt, neemt de<br />

vraag steeds toe. De wereldbevolking groeit <strong>en</strong> het <strong>en</strong>ergiegebruik per hoofd stijgt. Daaruit volg<strong>en</strong><br />

vooral economische problem<strong>en</strong> <strong>en</strong> problem<strong>en</strong> voor de veiligheid <strong>en</strong> de wereldbevolking. IEA<br />

(International Energy Ag<strong>en</strong>cy) voorspelt dat het <strong>en</strong>ergieverbruik tuss<strong>en</strong> 1935 <strong>en</strong> 2020 met 65% zal<br />

stijg<strong>en</strong>. Daarnaast zal ook de CO2-uitstoot met 70% stijg<strong>en</strong> (onder huidige voorwaard<strong>en</strong>).<br />

Reststoff<strong>en</strong> uit de <strong>en</strong>ergiesector hebb<strong>en</strong> e<strong>en</strong> zware impact op het leefmilieu. D<strong>en</strong>k maar aan:<br />

- het broeikaseffect veroorzaakt door o.a. koolstofdioxide<br />

- giftige gass<strong>en</strong> als koolstofmonoxide, stikstofoxides,...<br />

- verzur<strong>en</strong>de gass<strong>en</strong>: stikstofoxides, zwaveldioxide,...<br />

- transport, verwerking <strong>en</strong> berging <strong>van</strong> nucleair materiaal<br />

1.2 Oplossing<strong>en</strong><br />

Om deze wereldomvatt<strong>en</strong>de problem<strong>en</strong> niet tot onbeheersbare om<strong>van</strong>g te lat<strong>en</strong> uitgroei<strong>en</strong>, moet<strong>en</strong> er<br />

zeer dring<strong>en</strong>d oplossing<strong>en</strong> gezocht word<strong>en</strong>. Energiebehoefte <strong>en</strong> <strong>en</strong>ergieopwekking op e<strong>en</strong> duurzame<br />

wijze op mekaar afstemm<strong>en</strong> vergt e<strong>en</strong> tweezijdige aanpak:<br />

- REG: Rationeel EnergieGebruik, d.w.z spaarzaam omgaan met <strong>en</strong>ergie zonder comfortverlies.<br />

Dikwijls zijn r<strong>en</strong>dabele maatregel<strong>en</strong> onvoldo<strong>en</strong>de gek<strong>en</strong>d, of maakt de zeer lage <strong>en</strong>ergieprijs<br />

talrijke technische mogelijkhed<strong>en</strong> schijnbaar niet r<strong>en</strong>dabel.<br />

- Hernieuwbare <strong>en</strong>ergie: zon, wind, water <strong>en</strong> biomassa kunn<strong>en</strong> aangew<strong>en</strong>d word<strong>en</strong> om <strong>en</strong>ergie op<br />

te wekk<strong>en</strong> voor het huishoud<strong>en</strong>, industrie <strong>en</strong> transport.<br />

1.3 Troev<strong>en</strong> <strong>van</strong> hernieuwbare <strong>en</strong>ergie<br />

Duurzame ontwikkeling wil aan de behoeft<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>van</strong>daag voldo<strong>en</strong>, zonder die <strong>van</strong> de toekomst in het<br />

gedrang te br<strong>en</strong>g<strong>en</strong>. Hernieuwbare <strong>en</strong>ergie is daar e<strong>en</strong> onderdeel <strong>van</strong>. Verdere voordel<strong>en</strong> zijn:<br />

- De meeste techniek<strong>en</strong> voor hernieuwbare <strong>en</strong>ergie zijn milieuvri<strong>en</strong>delijk <strong>en</strong> duurzaam. De<br />

bronn<strong>en</strong> zijn vrijwel onuitputtelijk. De techniek<strong>en</strong> vrag<strong>en</strong> relatief weinig <strong>en</strong>ergie voor fabricage<br />

<strong>en</strong> onderhoud, <strong>en</strong> zijn zuinig in het gebruik <strong>van</strong> grondstoff<strong>en</strong>. Tijd<strong>en</strong>s hun hele lev<strong>en</strong>scyclus -<br />

<strong>van</strong> bouw <strong>over</strong> gebruik tot de afbraak – veroorzak<strong>en</strong> zij e<strong>en</strong> zeer lage uitstoot <strong>van</strong> schadelijke<br />

stoff<strong>en</strong>.<br />

- Diversificatie <strong>van</strong> <strong>en</strong>ergievoorzi<strong>en</strong>ing: e<strong>en</strong> systeem dat zich te e<strong>en</strong>zijdig richt op slechts <strong>en</strong>kele<br />

<strong>en</strong>ergiebronn<strong>en</strong> die geconc<strong>en</strong>treerd zijn in e<strong>en</strong> klein deel <strong>van</strong> de wereld, kan tot spanning<strong>en</strong><br />

leid<strong>en</strong>. D<strong>en</strong>k hierbij maar aan de olieproducer<strong>en</strong>de land<strong>en</strong>.<br />

- Werkgeleg<strong>en</strong>heid <strong>en</strong> betalingsbalans: studies ton<strong>en</strong> aan dat hernieuwbare <strong>en</strong>ergie e<strong>en</strong> positief<br />

effect heeft op de werkgeleg<strong>en</strong>heid.


1.4 Waterkracht als vorm <strong>van</strong> hernieuwbare <strong>en</strong>ergie<br />

Hernieuwbare <strong>en</strong>ergie is e<strong>en</strong> verzamelnaam voor verschill<strong>en</strong>de vorm<strong>en</strong> <strong>van</strong> <strong>en</strong>ergie, zoals die in de<br />

vorige paragraaf werd<strong>en</strong> omschrev<strong>en</strong>. Het bestaat uit:<br />

- Zonne-<strong>en</strong>ergie<br />

- Wind<strong>en</strong>ergie<br />

- Waterkracht<br />

- Biomassa<br />

- Warmtepomp<strong>en</strong><br />

- Aardwarmte<br />

Dit alle<strong>en</strong> maar om aan te gev<strong>en</strong> waar <strong>waterkracht</strong> zich situeert binn<strong>en</strong> de hernieuwbare <strong>en</strong>ergie. In<br />

hetge<strong>en</strong> volgt zull<strong>en</strong> we het alle<strong>en</strong> maar hebb<strong>en</strong> <strong>over</strong> het deel <strong>van</strong> <strong>waterkracht</strong>. We gaan verder niet in<br />

op de andere items.


2. Overzicht<br />

Eerst besprek<strong>en</strong> we de klassieke <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales. Hun werkingsprincipes zijn soms al meer dan e<strong>en</strong><br />

eeuw oud <strong>en</strong> dus volop ontwikkeld <strong>en</strong> veelvuldig gebruikt. Na e<strong>en</strong> theoretische basis, word<strong>en</strong> de<br />

verschill<strong>en</strong>de soort<strong>en</strong> turbines behandeld, die eig<strong>en</strong>lijk het hart <strong>van</strong> de <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trale vorm<strong>en</strong>.<br />

Vervolg<strong>en</strong>s is er de manier waarop deze turbines word<strong>en</strong> ingezet om uiteindelijk elektriciteit te kunn<strong>en</strong><br />

opwekk<strong>en</strong>. Dit resulteert in e<strong>en</strong> reeks <strong>van</strong> <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales, met elk hun specifieke k<strong>en</strong>merk<strong>en</strong>.<br />

Deze c<strong>en</strong>trales staan dan ook in voor het opwekk<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> soms <strong>en</strong>kele honderd<strong>en</strong><br />

megawatts.<br />

Vervolg<strong>en</strong>s besprek<strong>en</strong> we het begrip „micro<strong>waterkracht</strong>“. Dit is het kleinschalig gebruik mak<strong>en</strong> <strong>van</strong> de<br />

pot<strong>en</strong>tiële <strong>en</strong>ergie in het water.<br />

T<strong>en</strong>slotte zijn er ook de rec<strong>en</strong>ter ontwikkelde golfslagc<strong>en</strong>trales. In dit soort c<strong>en</strong>trales is er e<strong>en</strong> grote<br />

verscheid<strong>en</strong>heid in de manier waarop de elektriciteit wordt opgewekt. Aangezi<strong>en</strong> deze ontwikkeling<strong>en</strong><br />

rec<strong>en</strong>ter zijn, is hun toepassingsgebied nog zeer klein t.o.v hun klassieke teg<strong>en</strong>hangers. Toch zijn ze<br />

belangrijk in e<strong>en</strong> toekomst, waar hernieuwbare <strong>en</strong>ergie steeds belangrijker zal word<strong>en</strong>.<br />

3 Klassieke <strong>waterkracht</strong><br />

3.1 Fysische beschrijving<br />

Het beschikbare vermog<strong>en</strong> uit <strong>waterkracht</strong> is afhankelijk <strong>van</strong> het hoogteverschil dat <strong>over</strong>brugd wordt <strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> het debiet dat door de leiding<strong>en</strong> stroomt. De formule luidt:<br />

P = ρ.g.Q.h.η<br />

P = Vermog<strong>en</strong> (Watt)<br />

ρ = Dichtheid <strong>van</strong> water (kg/m³)<br />

g = Versnelling t<strong>en</strong> gevolge <strong>van</strong> de zwaartekracht (m/s²)<br />

Q = Debiet (m³/s)<br />

h = Valhoogte ( meter )<br />

η = R<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t<br />

Zoals bij elke <strong>en</strong>ergieomzetting moet<strong>en</strong> ook hier vele invloedsfactor<strong>en</strong> omtr<strong>en</strong>t omzettingsverliez<strong>en</strong> in<br />

de <strong>en</strong>ergiebalans in rek<strong>en</strong>ing gebracht word<strong>en</strong>. Het r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t beschrijft hierbij de verhouding tuss<strong>en</strong><br />

geleverde <strong>en</strong>ergie <strong>en</strong> toegevoerde <strong>en</strong>ergie. In de meeste gevall<strong>en</strong> wordt e<strong>en</strong> minimum r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t <strong>van</strong><br />

80% wel gehaald. Bij optimaal gebruik zal dit r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t gaan stijg<strong>en</strong>.<br />

3.2 Valhoogte <strong>en</strong> debiet<br />

Dat het elektrische vermog<strong>en</strong> afhankelijk is <strong>van</strong> de valhoogte <strong>en</strong> het debiet heeft als gevolg dat om e<strong>en</strong><br />

zo goed mogelijke b<strong>en</strong>utting te bekom<strong>en</strong>, m<strong>en</strong> verschill<strong>en</strong>de soort<strong>en</strong> installaties in gebruik moet nem<strong>en</strong>.<br />

Concreet wil dit zegg<strong>en</strong> dat e<strong>en</strong> klein bergriviertje, met e<strong>en</strong> klein debiet, maar met e<strong>en</strong> valhoogte <strong>van</strong><br />

honderd meter ev<strong>en</strong>veel <strong>en</strong>ergie kan lever<strong>en</strong> als e<strong>en</strong> brede rivier, die slechts e<strong>en</strong> hoogteverschil <strong>van</strong><br />

<strong>en</strong>kele meters <strong>over</strong>wint.<br />

Met betrekking tot de valhoogte kan m<strong>en</strong> de volg<strong>en</strong>de installatietypes onderscheid<strong>en</strong>:<br />

- lage-druk-<strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales (valhoogte kleiner dan 25 m)<br />

- midd<strong>en</strong>-druk-<strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales (valhoogte kleiner dan 100 m)<br />

- hoge-druk-<strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales (valhoogte groter dan 100 m)<br />

De volg<strong>en</strong>de paragraf<strong>en</strong> gev<strong>en</strong> meer uitleg <strong>over</strong> verschill<strong>en</strong>de soort<strong>en</strong> turbines <strong>en</strong> krachtc<strong>en</strong>trales.


4. Soort<strong>en</strong> turbines<br />

4.1 Ontwikkeling<br />

De voorvader <strong>van</strong> alle mol<strong>en</strong>s is het stootrad. Dit rad gebruikt de bewegings<strong>en</strong>ergie <strong>van</strong> het water met<br />

behulp <strong>van</strong> zijn horizontale ingrijp<strong>en</strong>de schoep<strong>en</strong>. M<strong>en</strong> spreekt hier <strong>van</strong> het actieprincipe.<br />

E<strong>en</strong> verder ontwikkeling <strong>van</strong> het stootrad is het onderslagwaterrad. Zoals bij het stootrad word bij deze<br />

vorm ook hoofdzakelijk de bewegings<strong>en</strong>ergie <strong>van</strong> het water gebruikt. Het verschil tuss<strong>en</strong> beide bestaat<br />

in het verschil tuss<strong>en</strong> intredehoogte <strong>en</strong> uittredehoogte <strong>van</strong> het water. Daardoor laat dit type waterrad het<br />

toe om naast bewegings<strong>en</strong>ergie ook in geringe mate de pot<strong>en</strong>tiële <strong>en</strong>ergie <strong>van</strong> het water te gebruik<strong>en</strong>.<br />

Stootrad<br />

Bov<strong>en</strong>slagrad<br />

Onderslagrad<br />

Midd<strong>en</strong>slagrad<br />

In de Middeleeuw<strong>en</strong> werd<strong>en</strong> ook bov<strong>en</strong>slagrader<strong>en</strong> ontwikkeld. In teg<strong>en</strong>stelling tot de onderslagrader<strong>en</strong><br />

stroomt hier het water <strong>van</strong> bov<strong>en</strong> af in de schoep<strong>en</strong>. Het rad wordt dus niet door de beweging <strong>van</strong> het<br />

water, maar wel door het gewicht er<strong>van</strong> aangedrev<strong>en</strong>. In dit geval spreekt m<strong>en</strong> <strong>van</strong> het reactieprincipe.<br />

Als tuss<strong>en</strong>vorm bestaat ook nog het midd<strong>en</strong>slagrad. Het gebruikt zowel de pot<strong>en</strong>tiële als de kinetische<br />

<strong>en</strong>ergie <strong>van</strong> het water. In de huidige <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales combiner<strong>en</strong> de turbines het actie- <strong>en</strong><br />

reactieprincipe met elkaar.<br />

Vervolg<strong>en</strong>s beschouw<strong>en</strong> we de moderne soort<strong>en</strong> turbines, zoals die <strong>van</strong>daag de dag in verschill<strong>en</strong>de<br />

<strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales ingezet word<strong>en</strong>.


4.2 Francis-turbine<br />

De Francis-turbine is de tot op hed<strong>en</strong> meest gebruikte soort turbine. Ze werd in 1849 door James Francis<br />

ontworp<strong>en</strong>. Bij de Francisturbine is de doorstroming doorhe<strong>en</strong> het slakk<strong>en</strong>huis radiaal. De afvoer <strong>van</strong><br />

het water gebeurt axiaal. De stator bestaat uit twee ev<strong>en</strong>wijdige vlakke ring<strong>en</strong>, waartuss<strong>en</strong> oriënteerbare<br />

statorschoep<strong>en</strong> aangebracht zijn. Met behulp <strong>van</strong> deze schoep<strong>en</strong> wordt het debiet, <strong>en</strong> dus ook het<br />

vermog<strong>en</strong>, geregeld. Bij e<strong>en</strong> snelle belastingsvermindering zal m<strong>en</strong> tijdelijk aan het water e<strong>en</strong> andere<br />

uitweg verschaff<strong>en</strong> om ramstot<strong>en</strong> in de toevoerleiding te vermijd<strong>en</strong>.<br />

Voorbeeld <strong>van</strong> e<strong>en</strong> Francis-turbine<br />

Francis-turbine<br />

1. Watertoevoer<br />

2. Slakk<strong>en</strong>huis<br />

3. As<br />

4. Loopwiel<br />

5. Instelbare<br />

leischoep<strong>en</strong><br />

6. Waterafvoer<br />

Bij e<strong>en</strong> nominale belasting bereikt deze turbine e<strong>en</strong> r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t<br />

<strong>van</strong> 85%, <strong>en</strong> bij optimale bedi<strong>en</strong>ing zelfs meer dan 90%. De<br />

diverse Francis-turbines verschill<strong>en</strong> door de stand <strong>van</strong> de as<br />

(verticaal of horizontaal), het aantal loopwiel<strong>en</strong> op e<strong>en</strong> as (één<br />

of twee), de toevoer <strong>van</strong> het water tot het loopwiel <strong>en</strong> de<br />

aanleg <strong>van</strong> de afvoerleiding. De grootste Francis-turbines<br />

kunn<strong>en</strong> tot 150 ton weg<strong>en</strong> <strong>en</strong> e<strong>en</strong> vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> 700 MW<br />

lever<strong>en</strong>.<br />

E<strong>en</strong> bijzonder voordeel <strong>van</strong> de Francis-turbine is dat ze naast<br />

e<strong>en</strong> turbinewerking ook als pomp kan funger<strong>en</strong>. Hier<strong>van</strong> maakt<br />

m<strong>en</strong> gebruik bij pompc<strong>en</strong>trales (zie later).


4.3 Kaplan-turbine<br />

In de Kaplan-Turbine (ontwikkeld door Viktor Kaplan in 1913) is er <strong>over</strong> de loopschoep<strong>en</strong> e<strong>en</strong> axiale<br />

stroming onder hoge druk, parallel met de machineas, waardoor het rad begint te draai<strong>en</strong>. Door de<br />

mogelijke instelling <strong>van</strong> lei- <strong>en</strong> loopschoep<strong>en</strong> blijft het r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t bij sterk wissel<strong>en</strong>de<br />

bedrijfsvoorwaard<strong>en</strong> ongeveer constant. De Kaplan-turbine wordt vrijwel altijd met verticale as<br />

uitgevoerd, daar de axiale zuigkracht die door het water uitgevoerd wordt, zeer groot is.<br />

Kaplan-turbine<br />

Voorbeeld <strong>van</strong> e<strong>en</strong> Kaplan-turbine<br />

1. Watertoevoer<br />

2. Instelbare<br />

leischoep<strong>en</strong><br />

3. As<br />

4. Instelbare<br />

loopschoep<strong>en</strong><br />

5. Waterafvoer<br />

Het grote voordeel <strong>van</strong> Kaplan-turbines<br />

is dat ze e<strong>en</strong> r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t <strong>van</strong> 85 tot 90%<br />

hal<strong>en</strong> <strong>en</strong> dit bij e<strong>en</strong> grote variatie in<br />

drukhoogte <strong>en</strong> belasting.<br />

Ze word<strong>en</strong> <strong>over</strong>weg<strong>en</strong>d gebruikt in<br />

<strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales waar de valhoogte<br />

kleiner dan 50 meter is, omdat ze in<br />

vergelijking met Francis-turbines grotere<br />

waterhoeveelhed<strong>en</strong> kan verwerk<strong>en</strong>. Dat<br />

betek<strong>en</strong>t dat er in <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales<br />

aan waterrijke strom<strong>en</strong> minder turbines<br />

moet<strong>en</strong> gebouwd word<strong>en</strong>.<br />

Voor zeer kleine valhoogtes werd uit de Kaplan-turbine de schroefturbine ontwikkeld, waarbij de<br />

turbine horizontaal in het strom<strong>en</strong>de water wordt geplaatst. De verliez<strong>en</strong> in de stroming, die optred<strong>en</strong> in<br />

bocht<strong>en</strong> <strong>van</strong> de leiding<strong>en</strong>, word<strong>en</strong> zo geëlimineerd.


4.4 Doorstroom-turbine<br />

De Doorstroom-turbine word met e<strong>en</strong> ligg<strong>en</strong>d rad in e<strong>en</strong> twee-cell<strong>en</strong>-systeem ingebouwd. E<strong>en</strong><br />

cilindervormig rad met gekromde schoep<strong>en</strong> wordt door het water aangedrev<strong>en</strong>. Het water werd vooraf<br />

doorhe<strong>en</strong> e<strong>en</strong> verstelbaar lei-apparaat gevoerd. De doorstroming in rad gebeurt tweemaal tang<strong>en</strong>tieel,<br />

zodat de deellastverhouding <strong>van</strong> de doorstroom-turbine goed is. Bij nominale last ligt het r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t<br />

rond 80%. De Doorstroom-turbine wordt hoofdzakelijk ingezet bij valhoogtes tot 200 meter <strong>en</strong> voor<br />

kleine vermog<strong>en</strong>s.<br />

4.5 Pelton-Turbine<br />

Doorstroom-turbine<br />

1. Watertoevoer<br />

2. Leiapparaat<br />

3. Loopwiel<br />

4. Waterafvoer<br />

De pelton-turbine, door Lestor Pelton ontwikkeld in 1889, werkt volg<strong>en</strong>s het actieprincipe. Dit wil<br />

zegg<strong>en</strong> dat er <strong>en</strong>kel gebruik wordt gemaakt <strong>van</strong> de kinetische <strong>en</strong>ergie <strong>van</strong> het water.<br />

Bij de Pelton-turbine is de rotor voorzi<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> aantal bekers die de vorm hebb<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> dubbele<br />

lepel met tuss<strong>en</strong>wand. De stator bestaat uit één of meer injecteurs, waarin de drukval plaatsvindt. Deze<br />

richt<strong>en</strong> e<strong>en</strong> waterstraal op de schoep<strong>en</strong>.<br />

Het regel<strong>en</strong> <strong>van</strong> het debiet, <strong>en</strong> dus <strong>van</strong> het vermog<strong>en</strong> bij constante valhoogte, gebeurt doorgaans met<br />

behulp <strong>van</strong> e<strong>en</strong> regelnaald die de doorstroomsectie <strong>van</strong> de injecteur beïnvloedt. Er moet voor gezorgd<br />

word<strong>en</strong> dat de verandering <strong>van</strong> de stand <strong>van</strong> de regelnaald niet te plotseling geschiedt. Zo moet de<br />

sluitertijd bijvoorbeeld minst<strong>en</strong>s 15 tot 30 second<strong>en</strong> bedrag<strong>en</strong>. Anders zou namelijk waterslag in de<br />

toevoerleiding naar de turbine kunn<strong>en</strong> optred<strong>en</strong>. Als bijvoorbeeld bij het plotseling ontlast<strong>en</strong> <strong>van</strong> de<br />

turbine e<strong>en</strong> snelle debietregeling toch noodzakelijk is, dan doet m<strong>en</strong> e<strong>en</strong> beroep op e<strong>en</strong> straalafbuiger.<br />

Deze straalafbuiger is e<strong>en</strong> schot dat tuss<strong>en</strong> de injecteur <strong>en</strong> de schoep<strong>en</strong> geschov<strong>en</strong> wordt <strong>en</strong> dat de straal<br />

<strong>van</strong> de schoep<strong>en</strong> afbuigt. Dit gebeurt in hoogst<strong>en</strong>s 2 tot 6 second<strong>en</strong>. Daarna wordt de toevoer langzaam<br />

stopgezet door de afsluiter in de toevoerleiding.<br />

De turbine wordt meestal horizontaal geplaatst met één of twee loopwiel<strong>en</strong>, waarbij per looprad één of<br />

twee waterstral<strong>en</strong> gebruikt word<strong>en</strong>. Bij uitzondering kan de Pelton-turbine met e<strong>en</strong> verticale as<br />

uitgevoerd word<strong>en</strong> <strong>en</strong> het aantal waterstral<strong>en</strong> kan dan tot 6 stijg<strong>en</strong>. E<strong>en</strong> nadeel <strong>van</strong> deze turbines is dat<br />

ze uiteraard onomkeerbaar zijn, d.w.z dat zij niet als pomp gebruikt kunn<strong>en</strong> word<strong>en</strong>.


Voorbeeld <strong>van</strong> e<strong>en</strong> Pelton-turbine<br />

5. Cavitatie <strong>en</strong> Zanderosie<br />

Pelton-turbine<br />

1. Watertoevoer<br />

2. Regelstang<br />

3. Doorn<br />

4. Loopwiel<br />

5. Waterafvoer<br />

Het r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t <strong>van</strong> de Pelton-turbine bedraagt ongeveer 90% <strong>en</strong><br />

is vrijwel onafhankelijk <strong>van</strong> de belasting <strong>en</strong> dus <strong>van</strong> het<br />

waterdebiet, wat e<strong>en</strong> voordeel is bij <strong>over</strong>weg<strong>en</strong>de<br />

deellastwerking.<br />

Daar de watertoevoer maar in <strong>en</strong>kele punt<strong>en</strong> geschiedt, wordt<br />

deze turbine gebruikt als de valhoogte groot is <strong>en</strong> het debiet<br />

klein, dus voor bergc<strong>en</strong>trales. De snelheid <strong>van</strong> het wiel stijgt met<br />

de valhoogte. Het toer<strong>en</strong>tal bedraagt normaal 500 tot 1000 t/min.<br />

E<strong>en</strong> eerste probleem waarmee ing<strong>en</strong>ieurs in <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales te kamp<strong>en</strong> hebb<strong>en</strong> is cavitatie. Het tast<br />

de loopwielschoep<strong>en</strong> <strong>van</strong> de turbine aan. In het begin word<strong>en</strong> ze ruw, vervolg<strong>en</strong>s poreus <strong>en</strong> uiteindelijk<br />

zitt<strong>en</strong> ze vol met gat<strong>en</strong>. De oorzaak hier<strong>van</strong> is de lucht die opgelost zit in het snelstrom<strong>en</strong>de water. Door<br />

de ontstane drukval aan het loopwiel klapp<strong>en</strong> de luchtbell<strong>en</strong> ine<strong>en</strong>, waarbij sterke mechanische kracht<strong>en</strong><br />

vrijkom<strong>en</strong>, die het loopwiel aantast<strong>en</strong>. Door e<strong>en</strong> geschikte materiaalkeuze <strong>en</strong> e<strong>en</strong> <strong>over</strong>e<strong>en</strong>stemm<strong>en</strong>de<br />

vormgeving kan cavitatie sterk beperkt word<strong>en</strong>.<br />

E<strong>en</strong> tweede probleem dat bij <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales optreedt is zanderosie. Vrijwel alle c<strong>en</strong>trales zijn<br />

uitgerust met roosters die het water ontdo<strong>en</strong> <strong>van</strong> groot drijv<strong>en</strong>d materiaal, bv hout. Zandpartikels echter<br />

kunn<strong>en</strong> niet weggefilterd word<strong>en</strong>. Enerzijds omdat e<strong>en</strong> filter met kleine maz<strong>en</strong> snel verstopt zou zitt<strong>en</strong>,<br />

anderzijds omdat zulk e<strong>en</strong> filter de snelheid <strong>van</strong> het water, die nodig is om <strong>en</strong>ergie te winn<strong>en</strong>, zou do<strong>en</strong><br />

verminder<strong>en</strong>. Door die hoge snelheid in de turbine schur<strong>en</strong> die zandkorrels in de loop <strong>van</strong> de tijd<br />

materiaal weg. Vooral de Pelton-tubine is aan dit probleem onderhevig.


6. Soort<strong>en</strong> klassieke <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales<br />

M<strong>en</strong> onderscheidt volg<strong>en</strong>de soort<strong>en</strong> krachtc<strong>en</strong>trales:<br />

- Waterkrachtc<strong>en</strong>trales die gebruik mak<strong>en</strong> <strong>van</strong> de reeds aanwezige stroming <strong>van</strong> het water.<br />

- Waterkrachtc<strong>en</strong>trales met e<strong>en</strong> stuwdam.<br />

De eerste soort c<strong>en</strong>trales voorziet in de basisbehoefte aan stroom. De vlaktec<strong>en</strong>trales <strong>en</strong> de<br />

getijd<strong>en</strong>c<strong>en</strong>trales behor<strong>en</strong> hiertoe.<br />

De tweede soort daar<strong>en</strong>teg<strong>en</strong> stelt <strong>en</strong>ergie ter beschikking naar gelang de belasting. Ze gebruik<strong>en</strong> het<br />

water in e<strong>en</strong> stuwmeer om stroom te g<strong>en</strong>erer<strong>en</strong> tijd<strong>en</strong>s piekbelasting. Hiertoe behor<strong>en</strong> de bergc<strong>en</strong>trales<br />

<strong>en</strong> de pompc<strong>en</strong>trales.<br />

Naargelang de valhoogte <strong>en</strong> de beschikbare waterhoeveelheid word<strong>en</strong> de verschill<strong>en</strong>de turbinesoort<strong>en</strong><br />

ingezet.<br />

Valhoogte (m)<br />

Debiet (m³/s)<br />

Het inzetbereik <strong>van</strong> de Francis-turbine <strong>over</strong>lapt bov<strong>en</strong>aan met dat <strong>van</strong> de Pelton-tubine, <strong>en</strong> onderaan<br />

met dat <strong>van</strong> de Kaplan-turbine. Francis- <strong>en</strong> Pelton-turbines word<strong>en</strong> hoofdzakelijk in midd<strong>en</strong>- <strong>en</strong> hogedruk<strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales<br />

ingezet. Daarbuit<strong>en</strong> wordt de Pelton-turbine ook ingezet waar de valhoogte<br />

extreem hoog is <strong>en</strong> de waterhoeveelheid klein is. In lage-druk<strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trales neemt m<strong>en</strong><br />

<strong>over</strong>weg<strong>en</strong>d Kaplan-turbines in di<strong>en</strong>st.


6.1 Vlaktec<strong>en</strong>trales<br />

6.1.1 Werkingsprincipe<br />

Vlaktec<strong>en</strong>trales word<strong>en</strong> gek<strong>en</strong>merkt door e<strong>en</strong> groot debiet <strong>en</strong> e<strong>en</strong> klein verval. Dit verval wordt in de<br />

meeste gevall<strong>en</strong> in e<strong>en</strong> bepaald punt op kunstmatige wijze verwerkt door het bouw<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> stuwdam.<br />

De c<strong>en</strong>trale wordt hetzij op de oever, hetzij op de stuwdam zelf aangelegd.<br />

Het gebeurt echter ook dat de c<strong>en</strong>trale op bepaalde afstand <strong>van</strong> de stuwdam wordt geplaatst om e<strong>en</strong><br />

grotere valhoogte te verkrijg<strong>en</strong>. Deze oplossing zal bij voorkeur word<strong>en</strong> toegepast als, door het optred<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> e<strong>en</strong> bocht in de rivier, de geografische afstand tuss<strong>en</strong> de stuwdam <strong>en</strong> de c<strong>en</strong>trale beperkt kan blijv<strong>en</strong><br />

of als er ter plaatse e<strong>en</strong> kleine waterval aanwezig is.<br />

C<strong>en</strong>trale ligt op e<strong>en</strong> bepaalde afstand <strong>van</strong> de stuwdam<br />

De regeling <strong>van</strong> het debiet is in de meeste gevall<strong>en</strong> zo goed als onmogelijk, daar het heel moeilijk is<br />

<strong>over</strong> e<strong>en</strong> voldo<strong>en</strong>de waterreserve te beschikk<strong>en</strong>. De hoogte <strong>van</strong> de stuwdam is immers doorgaans<br />

beperkt, omdat de oevers niet onder water gezet mog<strong>en</strong> word<strong>en</strong>. De oppervlakte <strong>van</strong> het kunstmatige<br />

meer is daarom klein <strong>en</strong> omdat de toegelat<strong>en</strong> peilschommeling<strong>en</strong> ook gering zijn kan hoogst<strong>en</strong>s e<strong>en</strong><br />

dagelijkse regeling verkreg<strong>en</strong> word<strong>en</strong>. Alle<strong>en</strong> in het speciale geval <strong>van</strong> grote rivier<strong>en</strong> in weinig bevolkte<br />

strek<strong>en</strong> kan m<strong>en</strong> door gedeeltelijke <strong>over</strong>stroming <strong>van</strong> de oevers ook e<strong>en</strong> bepaalde seizo<strong>en</strong>regeling<br />

verkrijg<strong>en</strong>.<br />

Werkingsprincipe <strong>van</strong> e<strong>en</strong> vlaktec<strong>en</strong>trale


6.1.2 Voorbeeld <strong>van</strong> e<strong>en</strong> vlaktec<strong>en</strong>trale<br />

6.2 Getijd<strong>en</strong>c<strong>en</strong>trales<br />

6.2.1 Werkingsprincipe<br />

In Duitsland zijn de Rijn <strong>en</strong><br />

de Moezel druk bezaaid met<br />

vlaktec<strong>en</strong>trales. Eén daar<strong>van</strong><br />

staat in Iffezheim. Daar<br />

zorg<strong>en</strong> 4 Kaplan-turbines<br />

voor e<strong>en</strong> maximum<br />

vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> 108 MW. Het<br />

maximum debiet bedraagt<br />

1100m³/s <strong>over</strong> e<strong>en</strong><br />

gemiddelde valhoogte <strong>van</strong><br />

11m. In totaal zorgt dit voor<br />

e<strong>en</strong> jaarverbruik <strong>van</strong> zowat<br />

685 miljo<strong>en</strong> kWh.<br />

M<strong>en</strong> maakt er gebruik <strong>van</strong> het niveauverschil veroorzaakt door de getijd<strong>en</strong>werking, tuss<strong>en</strong> de zee <strong>en</strong> e<strong>en</strong><br />

afgedamd bekk<strong>en</strong>. Afhankelijk <strong>van</strong> het tij wordt in de <strong>en</strong>e of de andere richting geturbineerd. Op het<br />

einde <strong>van</strong> elke cyclus wordt nog e<strong>en</strong> hoeveelheid water <strong>over</strong>gepompt (als de niveaus ongeveer gelijk<br />

zijn vergt dit weinig arbeid; later kan m<strong>en</strong> deze hoeveelheid opnieuw turbiner<strong>en</strong> bij grotere valhoogte).<br />

Het maximale niveauverschil bedraagt 13,50 m terwijl de gemiddelde valhoogte tijd<strong>en</strong>s het turbiner<strong>en</strong><br />

11,50 m bedraagt. M<strong>en</strong> gebruikt hiervoor zgn. klokinstallaties: dit zijn groep<strong>en</strong> gevormd door e<strong>en</strong><br />

Kaplan-turbine <strong>en</strong> e<strong>en</strong> alternator met horizontale as geïnstalleerd in e<strong>en</strong> afgedichte klok, die geplaatst is<br />

in het stromingskanaal. Bij groep<strong>en</strong> met relatief klein vermog<strong>en</strong> krijgt m<strong>en</strong> aldus e<strong>en</strong> zeer e<strong>en</strong>voudige<br />

<strong>en</strong> dus economische constructie, vooral door de belangrijke vermindering <strong>van</strong> de noodzakelijke werk<strong>en</strong><br />

<strong>van</strong> burgerlijke bouwkunde. Deze word<strong>en</strong> ook gebruikt bij vlaktec<strong>en</strong>trales.<br />

Getijd<strong>en</strong>c<strong>en</strong>trales hebb<strong>en</strong> toch e<strong>en</strong> nadeel. Het tijdstip <strong>van</strong> de elektriciteitsopwekking, op het ritme <strong>van</strong><br />

de getijd<strong>en</strong>, komt niet <strong>over</strong>e<strong>en</strong> met het tijdstip dat er veel elektriciteit wordt gevraagd.<br />

Werkingsprincipe <strong>van</strong> e<strong>en</strong> getijd<strong>en</strong>c<strong>en</strong>trale tijd<strong>en</strong>s eb <strong>en</strong> vloed


6.2.2 Voorbeeld <strong>van</strong> e<strong>en</strong> getijd<strong>en</strong>c<strong>en</strong>trale<br />

6.3 Bergc<strong>en</strong>trales<br />

6.3.1 Werkingsprincipe<br />

In 1967 werd te St.-Malo op de Rance (Frankrijk) e<strong>en</strong><br />

eerste getijd<strong>en</strong>c<strong>en</strong>trale gebouwd, bestaande uit 24<br />

groep<strong>en</strong> <strong>van</strong> 10 MW elk. Het verschil tuss<strong>en</strong> eb <strong>en</strong><br />

vloed is hier vaak groter dan 12m. De dam die nodig is<br />

om het water te kunn<strong>en</strong> teg<strong>en</strong>houd<strong>en</strong>, is 750m lang <strong>en</strong><br />

voorzi<strong>en</strong> <strong>van</strong> tweewegs turbines. Het stuwbekk<strong>en</strong> dat<br />

zo ontstaat, heeft e<strong>en</strong> oppervlakte <strong>van</strong> zo’n 20 km² <strong>en</strong><br />

e<strong>en</strong> nuttig volume <strong>van</strong> 720 miljo<strong>en</strong> m³. Hierbij is e<strong>en</strong><br />

debiet <strong>van</strong> 15000m³/s doorhe<strong>en</strong> de turbines mogelijk.<br />

Het debiet wordt met regelbare sluiz<strong>en</strong> gecontroleerd.<br />

In teg<strong>en</strong>stelling tot vlaktec<strong>en</strong>trales zijn bergc<strong>en</strong>trales niet aangelegd voor continu bedrijf. Om de<br />

<strong>waterkracht</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> bergrivier te b<strong>en</strong>utt<strong>en</strong>, zal m<strong>en</strong> op e<strong>en</strong> doelmatig gekoz<strong>en</strong> punt e<strong>en</strong> stuwdam<br />

opricht<strong>en</strong>, waardoor e<strong>en</strong> kunstmatig meer ontstaat. Grosso modo kan m<strong>en</strong> twee categorieën<br />

onderscheid<strong>en</strong>:<br />

- De c<strong>en</strong>trale kan geleg<strong>en</strong> zijn onmiddelijk aan de voet <strong>van</strong> de stuwdam of kan zelfs ingebouwd<br />

zijn.<br />

- De c<strong>en</strong>trale kan ook op tamelijk grote afstand geleg<strong>en</strong> zijn <strong>van</strong> de stuwdam. Dit zal het geval<br />

zijn als m<strong>en</strong> ook nog gebruik w<strong>en</strong>st te mak<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> natuurlijk verval in de omgeving <strong>van</strong> de<br />

stuwdam.<br />

In dit tweede geval vertrekt uit het meer (1), dat door e<strong>en</strong> stuwdam (2) ontstaan is, e<strong>en</strong> aanvoerkanaal<br />

(4), dat met e<strong>en</strong> kleine helling dalwaarts gericht is <strong>en</strong> bov<strong>en</strong> het punt waar de c<strong>en</strong>trale is aangelegd, in<br />

e<strong>en</strong> ev<strong>en</strong>wichtzuil (3) eindigt. Het doel hier<strong>van</strong> is om bij plotselinge belastingsverandering<strong>en</strong> ramstot<strong>en</strong><br />

in het aanvoerkanaal te vermijd<strong>en</strong>. Uit de basis <strong>van</strong> het aanvoerkanaal vertrekk<strong>en</strong> de drukleiding<strong>en</strong> (5),<br />

<strong>van</strong> staal of beton vervaardigd, die het water naar de turbines (6) voer<strong>en</strong>. Uit deze laatste loopt het water<br />

in het afvoerkanaal naar de rivier terug.<br />

E<strong>en</strong> belangrijk vraagstuk is de regeling <strong>van</strong> het waterdebiet. Het aangevoerd debiet varieert op zeer<br />

onregelmatige wijze gedur<strong>en</strong>de het jaar, terwijl de <strong>en</strong>ergie die de c<strong>en</strong>trale dagelijks moet lever<strong>en</strong><br />

doorgaans regelmatiger is. De ligging <strong>en</strong> de hoogte <strong>van</strong> de dam moet<strong>en</strong> daarom zo gekoz<strong>en</strong> word<strong>en</strong> dat<br />

er ook gedur<strong>en</strong>de het droge seizo<strong>en</strong> steeds e<strong>en</strong> voldo<strong>en</strong>de waterreserve aanwezig is.


Naast <strong>en</strong>ergievoorzi<strong>en</strong>ing hebb<strong>en</strong> stuwmer<strong>en</strong> ook nog e<strong>en</strong> belangrijke functie <strong>van</strong> drinkwaterreservoir,<br />

vrijetijdsgebied <strong>en</strong> waterreservoir voor irrigatie <strong>van</strong> landbouwgrond<strong>en</strong>.<br />

6.3.2 Voorbeeld <strong>van</strong> e<strong>en</strong> bergc<strong>en</strong>trale<br />

6.4 Pompc<strong>en</strong>trales<br />

6.4.1 Werkingsprincipe<br />

Werkingsprincipe <strong>van</strong> e<strong>en</strong> bergc<strong>en</strong>trale<br />

La Grande Dix<strong>en</strong>ce is de hoogste stuwdam in de<br />

wereld. Met e<strong>en</strong> hoogte <strong>van</strong> 285 m <strong>en</strong> e<strong>en</strong> l<strong>en</strong>gte<br />

<strong>van</strong> 700 m weegt ze wel 15 miljo<strong>en</strong> ton.<br />

Ze kan 400 miljo<strong>en</strong> m³ water teg<strong>en</strong>houd<strong>en</strong>,<br />

hetge<strong>en</strong> goed is voor 2 miljard kWh.<br />

De voornaamste rol <strong>van</strong> e<strong>en</strong> pompc<strong>en</strong>trale bestaat erin in e<strong>en</strong> hogergeleg<strong>en</strong> spaarbekk<strong>en</strong> water op te<br />

slaan dat tijd<strong>en</strong>s de ur<strong>en</strong> <strong>van</strong> laag elektriciteitsverbruik uit e<strong>en</strong> lager geleg<strong>en</strong> reservoir omhoog gepompt<br />

wordt. De nodige <strong>en</strong>ergie die hiervoor nodig is, wordt door het net geleverd aan de alternator<strong>en</strong> <strong>van</strong> de<br />

c<strong>en</strong>trale die dan als motor werk<strong>en</strong> <strong>en</strong> die de hydraulische machines aandrijv<strong>en</strong> die als pomp werk<strong>en</strong>.<br />

Tijd<strong>en</strong>s periodes <strong>van</strong> grote vraag naar <strong>en</strong>ergie (piekbelasting) wordt het opgeslag<strong>en</strong> water naar b<strong>en</strong>ed<strong>en</strong><br />

geleid <strong>en</strong> geturbineerd. De hydraulische machines werk<strong>en</strong> nu als turbine <strong>en</strong> drijv<strong>en</strong> de alternator<strong>en</strong> aan,<br />

zoals bij gewone bergc<strong>en</strong>trales. Het globale r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t <strong>van</strong> deze operatie is gewoonlijk 70% tot 75 %.


De verantwoording <strong>van</strong> pompc<strong>en</strong>trales ligt in het grote verschil tuss<strong>en</strong> de kostprijs <strong>van</strong> de opg<strong>en</strong>om<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong>ergie (tijd<strong>en</strong>s de ur<strong>en</strong> <strong>van</strong> laag verbruik, zoals ’s nachts <strong>en</strong> in de week<strong>en</strong>ds) <strong>en</strong> <strong>van</strong> de afgegev<strong>en</strong><br />

<strong>en</strong>ergie (tijd<strong>en</strong>s de piekur<strong>en</strong>). Dit verschil kan e<strong>en</strong> factor 4 <strong>en</strong> meer zijn.<br />

E<strong>en</strong> groot voordeel is de soepelheid <strong>van</strong> dergelijke installaties. Deze machines kunn<strong>en</strong> in noodgevall<strong>en</strong><br />

in twee minut<strong>en</strong> <strong>van</strong> vollast pompbedrijf naar vollast turbinebedrijf word<strong>en</strong> omgeschakeld.<br />

Vervolg<strong>en</strong>s kunn<strong>en</strong> deze c<strong>en</strong>trales zeer snel belangrijke belastingsschommeling<strong>en</strong> in het net op<strong>van</strong>g<strong>en</strong><br />

(uitvall<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> zware belasting of e<strong>en</strong> grote productie-e<strong>en</strong>heid).<br />

T<strong>en</strong>slotte kunn<strong>en</strong> deze alternator<strong>en</strong> nog gebruikt word<strong>en</strong> voor de productie <strong>van</strong> reactieve <strong>en</strong>ergie, als<br />

synchrone comp<strong>en</strong>sator<strong>en</strong>. Verschill<strong>en</strong>de uitvoeringsvorm<strong>en</strong> zijn mogelijk, afhankelijk <strong>van</strong> het aantal<br />

machines per groep:<br />

- vier e<strong>en</strong>hed<strong>en</strong> (pomp, motor, turbine, g<strong>en</strong>erator), wat weinig toegepast wordt;<br />

- drie e<strong>en</strong>hed<strong>en</strong> (synchrone motorg<strong>en</strong>erator, pomp, turbine);<br />

- twee e<strong>en</strong>hed<strong>en</strong> (motorg<strong>en</strong>erator <strong>en</strong> omkeerbare pompturbine)<br />

In het laatste geval is e<strong>en</strong> Pelton-turbine natuurlijk onmogelijk. De laatste oplossing heeft het voordeel<br />

dat de investeringskost<strong>en</strong> kleiner zijn (20 tot 30% op de gehele c<strong>en</strong>trale).<br />

Daarteg<strong>en</strong><strong>over</strong> staan diverse nadel<strong>en</strong>:<br />

- Het r<strong>en</strong>dem<strong>en</strong>t <strong>van</strong> de pomp-turbine sam<strong>en</strong>stelling is lager dan bij twee afzonderlijke machines.<br />

- Bij <strong>over</strong>gang <strong>van</strong> pomp- naar turbinewerking moet de draaizin <strong>van</strong> de machine veranderd<br />

word<strong>en</strong>. De ope<strong>en</strong>volg<strong>en</strong>de bewerking<strong>en</strong> zijn: afschakel<strong>en</strong> <strong>van</strong> de synchroonmachine <strong>van</strong> het<br />

net, afremm<strong>en</strong> <strong>van</strong> de roter<strong>en</strong>de del<strong>en</strong>, omschakel<strong>en</strong> <strong>van</strong> de synchroonmachine, versnell<strong>en</strong> <strong>van</strong><br />

de rotor<strong>en</strong> <strong>en</strong> synchroniser<strong>en</strong> <strong>van</strong> de synchroonmachine op de netfrequ<strong>en</strong>tie Het is dus niet<br />

verwonderlijk dat installaties met drie machines sneller omschakel<strong>en</strong> <strong>van</strong> pomp- naar<br />

turbinewerking.<br />

6.4.2 Voorbeeld <strong>van</strong> e<strong>en</strong> pompc<strong>en</strong>trale<br />

Werkingsprincipe <strong>van</strong> e<strong>en</strong> pompc<strong>en</strong>trale<br />

De bij ons meest gek<strong>en</strong>de pompc<strong>en</strong>trale is die <strong>van</strong> Coo-Trois-Ponts, die eind 1971 voor het eerst in<br />

bedrijf werd g<strong>en</strong>om<strong>en</strong>. Op deze plaats vond m<strong>en</strong> het grootste hoogteverschil op kleine afstand in België<br />

(ca. 250 m). E<strong>en</strong> kunstmatig bov<strong>en</strong>bekk<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> inhoud <strong>van</strong> 4.000.000 m³ werd aangelegd, terwijl het<br />

b<strong>en</strong>ed<strong>en</strong>bekk<strong>en</strong> (8.540.000 m³) gevormd wordt door e<strong>en</strong> afdamming <strong>van</strong> de Amblève. De drie<br />

omkeerbare aggregat<strong>en</strong> <strong>van</strong> 145 MW ieder, gemiddeld gerek<strong>en</strong>d voor 133 MW, zijn geïnstalleerd in e<strong>en</strong><br />

ondergrondse c<strong>en</strong>trale. Ze zijn verticaal opgesteld <strong>en</strong> draai<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> snelheid <strong>van</strong> 300 t/min. De


turbinepomp <strong>van</strong> elk aggregaat is <strong>van</strong> het Francis-type. De onderstaande figuur geeft e<strong>en</strong> idee <strong>van</strong> de<br />

opstelling <strong>van</strong> e<strong>en</strong> groep.<br />

Francis-turbines in Coo<br />

In e<strong>en</strong> tweede stadium werd<strong>en</strong> drie g<strong>en</strong>eratorgroep<strong>en</strong> <strong>van</strong> elk 200<br />

MW aan de drie bestaande toegevoegd, zodat er nu in het totaal<br />

ongeveer 1000 MW beschikbaar is. Ook werd e<strong>en</strong> tweede<br />

bov<strong>en</strong>bekk<strong>en</strong> aangelegd met e<strong>en</strong> inhoud <strong>van</strong> 4.540.000 m³. In het<br />

jaar 1979 is de tweede bouwfase <strong>van</strong> de pompaccumulatiec<strong>en</strong>trale<br />

Coo-Trois-Ponts afgeslot<strong>en</strong>.<br />

E<strong>en</strong> dergelijke methode om <strong>en</strong>ergie te stocker<strong>en</strong> laat aan de grote<br />

thermische c<strong>en</strong>trales, die de basislast <strong>van</strong> het Belgische<br />

elektriciteitsnet lever<strong>en</strong>, toe op e<strong>en</strong> regelmatiger <strong>en</strong> voordeliger<br />

regime te werk<strong>en</strong>, nietteg<strong>en</strong>staande de schommeling<strong>en</strong> <strong>van</strong> het<br />

verbruik.<br />

Als <strong>en</strong>ige belangrijke <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trale in het land biedt de c<strong>en</strong>trale in Coo bov<strong>en</strong>di<strong>en</strong> aan het<br />

nationaal elektriciteitsnet de specifieke voordel<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> dergelijke installatie, nl. e<strong>en</strong> soepele regeling<br />

<strong>van</strong> het geleverd vermog<strong>en</strong> <strong>en</strong> e<strong>en</strong> uiterst snelle start, hetge<strong>en</strong> er e<strong>en</strong> ideale reserve-e<strong>en</strong>heid <strong>van</strong> maakt<br />

bij het uitvall<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> thermische of nucleaire groep. Ze wordt <strong>van</strong>uit de nationale dispatching in<br />

Linkebeek volledig op afstand bedi<strong>en</strong>d.<br />

De accumulatiec<strong>en</strong>trale veroorzaakt ge<strong>en</strong> milieuverontreiniging, <strong>en</strong> verbruikt zelfs ge<strong>en</strong> water, vermits<br />

steeds dezelfde massa water <strong>van</strong> één bekk<strong>en</strong> naar e<strong>en</strong> ander <strong>over</strong>gebracht wordt. Het natuurlijke kader<br />

<strong>van</strong> Coo werd t<strong>en</strong> andere bewaard, vermits behalve de beide waterbekk<strong>en</strong>s de installaties ondergronds<br />

opgesteld werd<strong>en</strong>.<br />

Met zes groep<strong>en</strong> in bedrijf kan m<strong>en</strong> 6 uur lang op vollast <strong>en</strong>ergie aflever<strong>en</strong>. Dezelfde omkeerbare<br />

groep<strong>en</strong> kunn<strong>en</strong> als pomp<strong>en</strong> werk<strong>en</strong>, <strong>en</strong> de beide bov<strong>en</strong>bekk<strong>en</strong>s in ongeveer 8 uur vull<strong>en</strong>.<br />

Totaalbeeld <strong>van</strong> de c<strong>en</strong>trale in Coo


7 Micro<strong>waterkracht</strong><br />

7.1 Het begrip micro<strong>waterkracht</strong><br />

Met e<strong>en</strong> micro<strong>waterkracht</strong>installatie wordt e<strong>en</strong> installatie aangeduid waarbij pot<strong>en</strong>tiële <strong>en</strong>ergie aanwezig<br />

in e<strong>en</strong> waterloop, wordt omgezet naar mechanische <strong>en</strong>ergie bij e<strong>en</strong> netto vermog<strong>en</strong> minder dan 1 MW.<br />

Die gr<strong>en</strong>s <strong>van</strong> 1 MW is vrij arbitrair. Hij is bedoeld om e<strong>en</strong> onderscheid te mak<strong>en</strong> met installaties die<br />

gek<strong>en</strong>merkt word<strong>en</strong> door grote ingrep<strong>en</strong> in de waterloop, meer bepaald het plaats<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> stuwdam<br />

met vorming <strong>van</strong> e<strong>en</strong> stuwmeer.<br />

Het hoofdk<strong>en</strong>merk <strong>van</strong> e<strong>en</strong> micro<strong>waterkracht</strong>installatie is dat de ingreep op de waterloop, nodig om de<br />

<strong>en</strong>ergie om te zett<strong>en</strong>, beperkt blijft. Bij e<strong>en</strong> typische installatie wordt e<strong>en</strong> stuw in de waterloop geplaatst.<br />

E<strong>en</strong> gedeelte <strong>van</strong> het water wordt naast de stuw geleid naar e<strong>en</strong> machine die aangedrev<strong>en</strong> wordt door<br />

het water. Veelal staat de machine direct naast de stuw <strong>en</strong> gebeurt de omleiding <strong>van</strong> het water alle<strong>en</strong><br />

lokaal. In andere gevall<strong>en</strong> staat de machine afwaarts <strong>van</strong> de stuw <strong>en</strong> is er e<strong>en</strong> tamelijk lang<br />

toevoerkanaal naar de machine. Ess<strong>en</strong>tieel in alle gevall<strong>en</strong> is dat de waterloop weinig gewijzigd wordt,<br />

zodat er ge<strong>en</strong> grote gevolg<strong>en</strong> zijn voor de natuur in de omgeving <strong>van</strong> de waterloop.<br />

Hierna besprek<strong>en</strong> we <strong>en</strong>kele vorm<strong>en</strong> <strong>van</strong> micro<strong>waterkracht</strong>. Aangezi<strong>en</strong> het hier maar om kleinschalige<br />

c<strong>en</strong>trales gaat <strong>en</strong> de verscheid<strong>en</strong>heid in de verschill<strong>en</strong>de land<strong>en</strong> groot is, beperk<strong>en</strong> we ons tot<br />

Vlaander<strong>en</strong>.<br />

7.2 Watermol<strong>en</strong>s<br />

Watermol<strong>en</strong>s behor<strong>en</strong> tot de eerste vorm <strong>van</strong> micro<strong>waterkracht</strong>installaties. De meeste mol<strong>en</strong>s in<br />

Vlaander<strong>en</strong> zijn uitgerust met waterwiel<strong>en</strong>. Zoals we reeds gezi<strong>en</strong> hebb<strong>en</strong> bij de ontwikkeling <strong>van</strong> de<br />

turbines, bestaan hier<strong>van</strong> verschill<strong>en</strong>de types: bov<strong>en</strong>slagrader<strong>en</strong>, midd<strong>en</strong>slagrader<strong>en</strong> <strong>en</strong><br />

onderslagrader<strong>en</strong>. Sommige mol<strong>en</strong>s hebb<strong>en</strong> e<strong>en</strong> turbine. Het betreft dan meestal e<strong>en</strong> Francis-turbine.<br />

Waterwiel<strong>en</strong> hebb<strong>en</strong> in Vlaander<strong>en</strong> altijd e<strong>en</strong> zeer beperkt vermog<strong>en</strong>, typisch tot zowat 20 kW. Op<br />

plaats<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> groter beschikbaar vermog<strong>en</strong> staat normaal e<strong>en</strong> turbine. Het vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> deze<br />

machines gaat in Vlaander<strong>en</strong> tot 75 kW.<br />

Kasteelmol<strong>en</strong> in Schorisse<br />

Vlaander<strong>en</strong>, inclusief Brussel, telt <strong>van</strong>daag nog zowat<br />

320 watermol<strong>en</strong>s, waar<strong>van</strong> het grootste gedeelte <strong>van</strong> de<br />

mol<strong>en</strong>s e<strong>en</strong> valhoogte heeft tuss<strong>en</strong> 1 <strong>en</strong> 3 m. Zeld<strong>en</strong> is de<br />

valhoogte meer dan 5 m.<br />

Alhoewel de meeste watermol<strong>en</strong>s in Vlaander<strong>en</strong> al lang<br />

buit<strong>en</strong> gebruik zijn, blev<strong>en</strong> de mol<strong>en</strong>gebouw<strong>en</strong> meestal<br />

nog goed bewaard. Twee derde is in zeer goede<br />

bouwkundige staat. Meer dan de helft zijn beschermd.<br />

Lang niet alle sites bezitt<strong>en</strong> nog hun waterwiel. Ook niet<br />

alle bestaande watermol<strong>en</strong>s word<strong>en</strong> nog gevoed door<br />

water. Bij vele watermol<strong>en</strong>s is de waterloop verlegd of<br />

verdw<strong>en</strong><strong>en</strong>. Slechts met grote infrastructuurwerk<strong>en</strong> zou<br />

m<strong>en</strong> deze mol<strong>en</strong>s weer water kunn<strong>en</strong> gev<strong>en</strong>.<br />

De meeste mol<strong>en</strong>s hebb<strong>en</strong> e<strong>en</strong> uiterst klein vermog<strong>en</strong>,<br />

d.w.z minder dan 5 kW.


7.3 Stuw<strong>en</strong> <strong>en</strong> sluiz<strong>en</strong><br />

Naast historische watermol<strong>en</strong>s zijn er in Vlaander<strong>en</strong> bevaarbare rivier<strong>en</strong> <strong>en</strong> kanal<strong>en</strong> die uitgerust zijn<br />

met stuw<strong>en</strong> <strong>en</strong> sluiz<strong>en</strong>, die di<strong>en</strong><strong>en</strong> voor waterbeheersing <strong>en</strong> om scheepvaart mogelijk te mak<strong>en</strong>. Bij deze<br />

stuw<strong>en</strong> staan normaal ge<strong>en</strong> <strong>waterkracht</strong>installaties. Er zijn maar weinig plaats<strong>en</strong> waar dit wel het geval<br />

is. Voorbeeld<strong>en</strong> zijn de stuw op het Albertkanaal te Wijnegem (turbine <strong>van</strong> 250 kW) <strong>en</strong> de stuw op de<br />

Leie te Harelbeke (2 Francis-turbines <strong>van</strong> 125 kW, maar niet meer in werking). Bij de meeste stuw<strong>en</strong><br />

bestaat wel de mogelijkheid om e<strong>en</strong> kleine <strong>waterkracht</strong>installatie aan te br<strong>en</strong>g<strong>en</strong>. In Vlaander<strong>en</strong> is het<br />

grootst mogelijke vermog<strong>en</strong> zowat 800 kW.<br />

De meerderheid <strong>van</strong> de locaties heeft e<strong>en</strong> valhoogte tuss<strong>en</strong> 1 m <strong>en</strong> 3 m. Valhoogtes groter dan 5 m<br />

kom<strong>en</strong> slechts zeer weinig voor. Dit zijn de stuw<strong>en</strong> op het Albertkanaal (valhoogte 10 m).<br />

7.4 Het pot<strong>en</strong>tieel <strong>van</strong> kleine <strong>waterkracht</strong> in Vlaander<strong>en</strong><br />

De v.z.w TSAP heeft midd<strong>en</strong> 1996 de inv<strong>en</strong>tarisatie <strong>van</strong> het <strong>waterkracht</strong>pot<strong>en</strong>tiee1 voor Vlaander<strong>en</strong>,<br />

inclusief Brussel, beëindigd. Enerzijds zijn klassieke mol<strong>en</strong>sites bestudeerd waar zich<br />

<strong>waterkracht</strong>installaties bevind<strong>en</strong>. Anderzijds werd<strong>en</strong> bestaande stuw<strong>en</strong> bestudeerd waar, op twee<br />

uitzondering<strong>en</strong> na, ge<strong>en</strong> <strong>waterkracht</strong>installaties aanwezig zijn, maar waar de mogelijkheid tot exploitatie<br />

bestaat. Het totaal pot<strong>en</strong>tieel beschikbaar vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> beide categorieën wordt respectievelijk op 4,2<br />

MW <strong>en</strong> 10,8 MW geschat.<br />

7.5 Andere mogelijkhed<strong>en</strong><br />

De inv<strong>en</strong>tarisatie <strong>van</strong> de v.z.w TSAP betreft het pot<strong>en</strong>tieel aan kleine <strong>waterkracht</strong>. Daarnaast is er<br />

theoretisch nog de mogelijkheid tot e<strong>en</strong> grote <strong>waterkracht</strong>c<strong>en</strong>trale <strong>van</strong> ongeveer 10 MW op de Maas in<br />

de omgeving <strong>van</strong> Maaseik als daar e<strong>en</strong> stuw zou word<strong>en</strong> gebouwd. Er bestaat ook de mogelijkheid tot<br />

installer<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> getijd<strong>en</strong>c<strong>en</strong>trale <strong>van</strong> ongeveer 3,4 MW op de spuikom <strong>van</strong> Oost<strong>en</strong>de.<br />

7.6 Getijd<strong>en</strong>mol<strong>en</strong>s<br />

Waar de getijd<strong>en</strong>werking voelbaar was, o.m op de Schelde <strong>van</strong> Antwerp<strong>en</strong> tot zelfs G<strong>en</strong>t, bouwde m<strong>en</strong><br />

in Vlaander<strong>en</strong> in totaal meer dan 60 mol<strong>en</strong>s die gebruik maakt<strong>en</strong> <strong>van</strong> de <strong>en</strong>ergie <strong>van</strong> de zich periodisch<br />

verplaats<strong>en</strong>de watermassa. Op foto <strong>van</strong> de getijd<strong>en</strong>mol<strong>en</strong> te Rupelmonde (16e eeuw) is het rad <strong>en</strong> de<br />

uitlaat <strong>van</strong> het maalwater (links) bij eb duidelijk te zi<strong>en</strong>. Bij vloed wordt het water via de vloedgat<strong>en</strong><br />

(rechts) naar de achtergeleg<strong>en</strong> spaarkom geleid. Bij eb laat m<strong>en</strong> het water via het onderslagrad uit het<br />

spaarbekk<strong>en</strong>, zodat er gemal<strong>en</strong> kan word<strong>en</strong>. Deze unieke mol<strong>en</strong> is mom<strong>en</strong>teel helemaal gerestaureerd <strong>en</strong><br />

maalt op geregelde tijdstipp<strong>en</strong>, op de regelmaat <strong>van</strong> eb <strong>en</strong> vloed.


7.7 Exploitatiemogelijkhed<strong>en</strong><br />

Getijd<strong>en</strong>mol<strong>en</strong> in Rupelmonde<br />

Het totaal vermog<strong>en</strong> aanwezig in de mol<strong>en</strong>sites is vrij gering (4,2 MW) <strong>en</strong> het vermog<strong>en</strong> per site is<br />

meestal ook zeer gering (slechts 18 mol<strong>en</strong>sites met e<strong>en</strong> vermog<strong>en</strong> groter dan 40 kW). Principieel zijn<br />

deze sites daarom niet <strong>van</strong>zelfsprek<strong>en</strong>d interessant voor de productie <strong>van</strong> elektrische <strong>en</strong>ergie. Het<br />

gebeurt wel vaak dat mol<strong>en</strong>sites gerestaureerd word<strong>en</strong> om historische red<strong>en</strong><strong>en</strong>. In het algeme<strong>en</strong> is het<br />

dan mogelijk om aan de mol<strong>en</strong> e<strong>en</strong> <strong>en</strong>ergetische functie te gev<strong>en</strong>. E<strong>en</strong> voorbeeld <strong>van</strong> e<strong>en</strong> dergelijke<br />

restauratie is de Mol<strong>en</strong> Van Dor<strong>en</strong> te Rotselaar waar e<strong>en</strong> Francis-turbine <strong>van</strong> 76 kW in werking is. Ook<br />

bij sites <strong>van</strong> minder groot vermog<strong>en</strong>, vooral sites met waterwiel<strong>en</strong>, kan inwerkingstelling voor<br />

elektriciteitsproductie economisch verantwoord zijn.<br />

Bij bestaande stuw<strong>en</strong> is er niet altijd direct mogelijkheid tot opricht<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> <strong>waterkracht</strong>installatie.<br />

Veelal is e<strong>en</strong> aanpassing <strong>van</strong> de bouwkundige structuur nodig. Speciaal aanpass<strong>en</strong> voor<br />

<strong>waterkracht</strong>exploitatie is duur. Het komt er op aan dat bij de ev<strong>en</strong>tuele herinrichting <strong>van</strong> e<strong>en</strong> stuw er op<br />

gelet zou word<strong>en</strong> dat tezelfdertijd de mogelijkheid tot <strong>waterkracht</strong>exploitatie zou gegev<strong>en</strong> word<strong>en</strong>. Als<br />

de bouwkundige voorzi<strong>en</strong>ing<strong>en</strong> op deze manier kunn<strong>en</strong> getroff<strong>en</strong> word<strong>en</strong>, is <strong>en</strong>kel de kost <strong>van</strong> de<br />

elektromechanische uitrusting t<strong>en</strong> laste <strong>van</strong> de <strong>waterkracht</strong>exploitatie. Turbines voor toepassing bij<br />

kleine <strong>waterkracht</strong> zijn in het algeme<strong>en</strong> e<strong>en</strong>voudig <strong>van</strong> constructie <strong>en</strong> daarom niet erg duur. In principe<br />

kom<strong>en</strong> alle locaties met stuw<strong>en</strong> in aanmerking voor exploitatie. De interessantste zijn uiteraard deze<br />

waarbij het waterdebiet het meest gelijkmatig is gedur<strong>en</strong>de het jaar. Dit zijn niet noodzakelijk de<br />

locaties met het grootste vermog<strong>en</strong>.


8 Golf<strong>en</strong>ergie<br />

8.1 E<strong>en</strong> zeegolf<br />

Elke verstoring <strong>van</strong> het wateroppervlak veroorzaakt golv<strong>en</strong>. De vorm <strong>van</strong> zeegolv<strong>en</strong> is meestal<br />

onregelmatig <strong>en</strong> lijkt helemaal niet op de mooie sinusgolf, zoals e<strong>en</strong> vall<strong>en</strong>de ste<strong>en</strong> die in e<strong>en</strong><br />

rimpelloze vijver veroorzaakt. Toch is het zinvol om voor e<strong>en</strong> beschrijving <strong>van</strong> e<strong>en</strong> zeegolf de sinusgolf<br />

als uitgangspunt te nem<strong>en</strong>. De golfl<strong>en</strong>gte λ is de horizontale afstand tuss<strong>en</strong> twee ope<strong>en</strong>volg<strong>en</strong>de<br />

golftopp<strong>en</strong> of -kruin<strong>en</strong>. De tijd die op e<strong>en</strong> bepaald punt verloopt tuss<strong>en</strong> het passer<strong>en</strong> <strong>van</strong> twee<br />

ope<strong>en</strong>volg<strong>en</strong>de kruin<strong>en</strong> noemt m<strong>en</strong> de periode T. De golfsnelheid v is de snelheid waarmee e<strong>en</strong> golftop<br />

passeert. Tuss<strong>en</strong> deze drie groothed<strong>en</strong> bestaat de bek<strong>en</strong>de relatie:<br />

λ<br />

v =<br />

T<br />

Bij watergolv<strong>en</strong> speelt de golfhoogte h e<strong>en</strong> k<strong>en</strong>merk<strong>en</strong>de rol. De golfhoogte is de verticale afstand<br />

tuss<strong>en</strong> de golftop <strong>en</strong> het golfdal. Vergelek<strong>en</strong> met harmonische golv<strong>en</strong> is de golfhoogte dus gelijk aan de<br />

dubbele amplitude.<br />

K<strong>en</strong>merk<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> zeegolf<br />

M<strong>en</strong> kan het vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> zeegolf exact berek<strong>en</strong><strong>en</strong>. De helft <strong>van</strong> de golfperiode (in second<strong>en</strong>)<br />

verm<strong>en</strong>igvuldigd met de significante hoogte (in meters) in het kwadraat levert het vermog<strong>en</strong> per meter<br />

kambreedte in kilowatts:<br />

2<br />

h<br />

P =<br />

2<br />

De significante hoogte is de gemiddelde hoogte <strong>van</strong> de 33% hoogste golv<strong>en</strong>. Bij e<strong>en</strong> zware zeegang<br />

loopt het vermog<strong>en</strong> per meter kambreedte al vlug op tot waard<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> megawatt.<br />

8.1 G<strong>en</strong>erator<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> vaste positie<br />

Vast gepositioneerde elektriciteitsg<strong>en</strong>erator<strong>en</strong>, ofwel op de zeebodem ofwel op e<strong>en</strong> kuststrook, bied<strong>en</strong><br />

belangrijke voordel<strong>en</strong> t<strong>en</strong> opzichte <strong>van</strong> hun drijv<strong>en</strong>de teg<strong>en</strong>hangers, in het bijzonder op het gebied <strong>van</strong><br />

onderhoud. De <strong>en</strong>ige beweg<strong>en</strong>de del<strong>en</strong> zijn de turbines. Toch zorgt het beperkt aantal geschikte plaats<strong>en</strong><br />

voor e<strong>en</strong> groot nadeel.<br />

8.1.1 Osprey<br />

Als eerste golfc<strong>en</strong>trale besprek<strong>en</strong> we de Osprey. Osprey staat voor Ocean Swell Powered R<strong>en</strong>ewable<br />

Energy. De c<strong>en</strong>trale zet de op- <strong>en</strong> neergaande beweging <strong>van</strong> het water om in e<strong>en</strong> luchtstroom die e<strong>en</strong><br />

Wellsturbine aandrijft. Het bijzondere aan e<strong>en</strong> Wellsturbine zijn de symmetrische schoep<strong>en</strong> waardoor<br />

de turbine, ongeacht de richting <strong>van</strong> de luchtstroom, steeds in dezelfde richting draait. Dit gebeurt in<br />

twee stapp<strong>en</strong>:<br />

s T


- Wanneer e<strong>en</strong> golf de Osprey binn<strong>en</strong>komt, zal ze de opgeslot<strong>en</strong> lucht naar buit<strong>en</strong> will<strong>en</strong> drijv<strong>en</strong>.<br />

Wanneer er voldo<strong>en</strong>de druk opgebouwd is, zal de turbine beginn<strong>en</strong> draai<strong>en</strong>, <strong>en</strong> elektriciteit<br />

opwekk<strong>en</strong>.<br />

- Het omgekeerde gebeurt wanneer de golf zich terugtrekt. Er zal zich dan in de Osprey e<strong>en</strong><br />

onderdruk opbouw<strong>en</strong>, waardoor er, via de turbine, lucht naar binn<strong>en</strong> wordt gezog<strong>en</strong>.<br />

Werking <strong>van</strong> de Osprey<br />

De Osprey is geheel <strong>van</strong> staal dat niet drijft, maar wordt verankerd op de zeebodem. De c<strong>en</strong>trale is<br />

mobiel. Hij wordt als e<strong>en</strong> schip naar de plaats <strong>van</strong> bestemming versleept, waar m<strong>en</strong> hem afzinkt op de<br />

zeebodem door zijn ballasttanks te vull<strong>en</strong> met zand. Wanneer m<strong>en</strong> wil, kan de ballast word<strong>en</strong><br />

uitgepompt <strong>en</strong> kan OSPREY op e<strong>en</strong> andere plaats word<strong>en</strong> ingezet.<br />

De Osprey is gebouwd om in totaal 2MW elektriciteit te lever<strong>en</strong>. De windturbine is achteraf aan het<br />

oorspronkelijke ontwerp toegevoegd. In de meestal strakke bries op zee kan die in totaal nog 1,5 MW<br />

extra lever<strong>en</strong>. De Osprey is via e<strong>en</strong> onderzeese kabel verbond<strong>en</strong> met het elektriciteitsnet op het land. De<br />

machine zal in de eerste plaats elektriciteit lever<strong>en</strong> aan e<strong>en</strong> plaatselijke ontziltingsinstallatie in<br />

Derdewereldland<strong>en</strong>. Chemische ontzilting <strong>van</strong> zeewater kost zoveel <strong>en</strong>ergie, dat dit voor deze land<strong>en</strong><br />

veel te duur is. De <strong>en</strong>ergie <strong>van</strong> OSPREY kost naar verhouding maar e<strong>en</strong> schijntje. De Osprey kan ook<br />

ingezet word<strong>en</strong> om stroom te lever<strong>en</strong> aan afgeleg<strong>en</strong> gebied<strong>en</strong>, zoals eiland<strong>en</strong>. De elektriciteit <strong>van</strong> de<br />

Osprey is wel iets duurder dan die <strong>van</strong> de 'conv<strong>en</strong>tionele' bronn<strong>en</strong>.<br />

Dat het gebruik <strong>van</strong> golf<strong>en</strong>ergie op kleine schaal haalbaar is, bewees m<strong>en</strong> in 1985 in Noorweg<strong>en</strong>. Daar<br />

plaatste m<strong>en</strong> e<strong>en</strong> golfslagc<strong>en</strong>trale met e<strong>en</strong> vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> 850 kilowatt.<br />

Het Noorse systeem maakt gebruik <strong>van</strong> e<strong>en</strong> kunstmatig verticaal tochtgat in e<strong>en</strong> steile kustwand. In e<strong>en</strong><br />

grot aan de waterspiegel pers<strong>en</strong> opkom<strong>en</strong>de golv<strong>en</strong> lucht sam<strong>en</strong>. De lucht kan alle<strong>en</strong> ontsnapp<strong>en</strong> door<br />

het tochtgat <strong>en</strong> de daarbov<strong>en</strong> geplaatste turbine. Afgaande golv<strong>en</strong> creër<strong>en</strong> e<strong>en</strong> onderdruk in de grot,<br />

waardoor de luchtstroom in het tochtgat wordt omgedraaid. Doordat ook in de Noorse installatie e<strong>en</strong><br />

turbine is toegepast die altijd dezelfde kant op draait, wordt bij beide richting<strong>en</strong> <strong>van</strong> de golfbeweging<br />

<strong>en</strong>ergie opgewekt.


8.1.2 Tapchan<br />

Het Noorse systeem<br />

Collector<br />

De Osprey tijd<strong>en</strong>s constructie<br />

Tapchan, of tapered channel system, wat zoveel wil zegg<strong>en</strong> als versmald kanaalsysteem, bestaat uit e<strong>en</strong><br />

versmald kanaal, dat in verbinding staat met e<strong>en</strong> reservoir, dat op e<strong>en</strong> steile rots staat.<br />

Onderdel<strong>en</strong> <strong>van</strong> het Tapchan-systeem<br />

Ballasttank


Doordat het instroomkanaal versmald is, zal naarmate de golv<strong>en</strong> de rotswand nader<strong>en</strong>, hun hoogte<br />

(amplitude) to<strong>en</strong>em<strong>en</strong>. Uiteindelijk zal het water terechtkom<strong>en</strong> in het reservoir, dat <strong>en</strong>kele meters bov<strong>en</strong><br />

de zeespiegel staat. Daar wordt de kinetische <strong>en</strong>ergie <strong>van</strong> de beweg<strong>en</strong>de golv<strong>en</strong> omgezet in pot<strong>en</strong>tiële<br />

<strong>en</strong>ergie. Daarna wordt het water doorhe<strong>en</strong> e<strong>en</strong> Kaplan-turbine gevoerd, waar het zijn pot<strong>en</strong>tiële <strong>en</strong>ergie<br />

afgeeft. De werking is eig<strong>en</strong>lijk analoog aan die <strong>van</strong> e<strong>en</strong> pompc<strong>en</strong>trale, alle<strong>en</strong> dat hier het water niet via<br />

e<strong>en</strong> pomp, maar op natuurlijke wijze op e<strong>en</strong> hoger niveau wordt gebracht. Met weinig beweg<strong>en</strong>de del<strong>en</strong>,<br />

alle<strong>en</strong> maar in het turbinehuis, zijn er maar weinig onderhoudskost<strong>en</strong> <strong>en</strong> e<strong>en</strong> grote betrouwbaarheid.<br />

TAPCHAN system<strong>en</strong> kunn<strong>en</strong> ook voorzi<strong>en</strong> in elektrische <strong>en</strong>ergie op vraag, aangezi<strong>en</strong> het water in het<br />

reservoir kan bewaard word<strong>en</strong>. Echter, TAPCHAN system<strong>en</strong> zin niet geschikt in alle kuststrek<strong>en</strong>. De<br />

golv<strong>en</strong> moet<strong>en</strong> e<strong>en</strong> goed gemiddelde aan <strong>en</strong>ergie hebb<strong>en</strong>. Het verschil tuss<strong>en</strong> eb <strong>en</strong> vloed moet ook<br />

minder zijn dan 1 meter. Het water moet ook diep zijn kortbij de kust <strong>en</strong> er moet plaats zijn voor e<strong>en</strong><br />

reservoir.<br />

8.2 Drijv<strong>en</strong>de g<strong>en</strong>erator<strong>en</strong><br />

Zoals de naam het zegt g<strong>en</strong>erer<strong>en</strong> deze toestell<strong>en</strong> <strong>en</strong>ergie uit de harmonische beweging <strong>van</strong> het<br />

beweegbare deel <strong>van</strong> de g<strong>en</strong>erator. In teg<strong>en</strong>stelling met de g<strong>en</strong>erator<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> vaste positie, is de hele<br />

machine vrij beweegbaar op het ritme <strong>van</strong> de golv<strong>en</strong>. De rotor is nog wel vast gepositioneerd t.o.v de<br />

g<strong>en</strong>erator, maar de beweegbare del<strong>en</strong> zorg<strong>en</strong> voor e<strong>en</strong> stroming <strong>van</strong> e<strong>en</strong> fluïdum, dat de rotor aandrijft.<br />

Hierdoor hoev<strong>en</strong> ze niet zo robuust uitgevoerd te word<strong>en</strong>.<br />

8.2.1 De Salter-e<strong>en</strong>d<br />

Steph<strong>en</strong> Salter <strong>van</strong> de universiteit <strong>van</strong> Edinburgh begon in 1974 met het onderzoek naar golf<strong>en</strong>ergie. Hij<br />

is de geestelijke vader <strong>van</strong> de Salter-e<strong>en</strong>d<strong>en</strong>. Dit zijn drijv<strong>en</strong>de installaties met de vorm <strong>van</strong> e<strong>en</strong><br />

e<strong>en</strong>d<strong>en</strong>bek, die op e<strong>en</strong> lange drijv<strong>en</strong>de as zijn gemonteerd <strong>en</strong> onafhankelijk <strong>van</strong> elkaar met de golfslag<br />

op <strong>en</strong> neer schommel<strong>en</strong>. E<strong>en</strong> hydraulisch systeem br<strong>en</strong>gt de beweging <strong>van</strong> de golfslag via e<strong>en</strong><br />

hydraulische motor <strong>over</strong> op elektrische g<strong>en</strong>erator<strong>en</strong>.<br />

E<strong>en</strong> model (schaal 1 op 10) is uitgetest op Loch Ness in Schotland. Het golfklimaat <strong>van</strong> dit meer lijkt<br />

sterk op dat <strong>van</strong> het noordelijk deel <strong>van</strong> de Atlantische Oceaan, maar dan wel op schaal. Het model was<br />

vijftig meter lang <strong>en</strong> haalde e<strong>en</strong> vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> 15 kW uit de golv<strong>en</strong>.<br />

De e<strong>en</strong>d beweegt<br />

he<strong>en</strong> <strong>en</strong> weer met<br />

de golv<strong>en</strong><br />

De e<strong>en</strong>d<strong>en</strong> zijn<br />

verankerd aan<br />

de zeebodem<br />

De Salter-e<strong>en</strong>d<br />

Ondanks dit succes is dit type golfslagc<strong>en</strong>trale<br />

nooit op ware grootte toegepast. Om het<br />

vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> e<strong>en</strong> conv<strong>en</strong>tionele<br />

elektriciteitsc<strong>en</strong>trale te hal<strong>en</strong>, zijn al vlug<br />

kilometerslange rij<strong>en</strong> Salter-e<strong>en</strong>d<strong>en</strong> nodig. Die<br />

vorm<strong>en</strong> e<strong>en</strong> gevaar voor de scheepvaart. Ook<br />

bestaat er onzekerheid <strong>over</strong> de gevolg<strong>en</strong> voor<br />

het ecosysteem <strong>van</strong> nabijgeleg<strong>en</strong> kust<strong>en</strong>, als op<br />

grote schaal wordt ingegrep<strong>en</strong> op de<br />

golfbeweging<strong>en</strong>.<br />

Daarnaast werd<strong>en</strong> de Schott<strong>en</strong> geconfronteerd<br />

met het probleem dat de c<strong>en</strong>trale zowel bij<br />

zware storm<strong>en</strong> als bij stil weer goed moet<br />

kunn<strong>en</strong> functioner<strong>en</strong>. Zwaar weer vraagt om<br />

e<strong>en</strong> zeer robuuste constructie, terwijl de<br />

b<strong>en</strong>utting <strong>van</strong> kleine golv<strong>en</strong> juist e<strong>en</strong><br />

betrekkelijk lichte installatie vraagt.


8.2.2 Archimedes Wave Swing<br />

De Nederlandse firma Teamwork Technology ontwikkelt de Archimedes Wave Swing (AWS). Dit<br />

systeem is stormbest<strong>en</strong>dig doordat het zich vijfti<strong>en</strong> meter onder het wateroppervlak bevindt. Het bestaat<br />

uit twee of meer paddestoelvormige betonn<strong>en</strong> luchtkamers, elk met e<strong>en</strong> doorsnede <strong>van</strong> twintig meter <strong>en</strong><br />

e<strong>en</strong> gewicht <strong>van</strong> honderdduiz<strong>en</strong>d kilogram. De luchtkamers zijn via luchtleiding<strong>en</strong> met elkaar<br />

verbond<strong>en</strong>. Als er e<strong>en</strong> golf <strong>over</strong> e<strong>en</strong> kamer komt, stroomt door de hogere waterdruk het zeewater daar<br />

onderin naar binn<strong>en</strong>. Terwijl de kamer zinkt, perst het water lucht naar de volg<strong>en</strong>de kamer, die zich dan<br />

in de trog tuss<strong>en</strong> twee ope<strong>en</strong>volg<strong>en</strong>de golv<strong>en</strong> bevindt. Daardoor komt de tweede kamer omhoog. De<br />

schommel kan ongeveer vijf meter op <strong>en</strong> neer beweg<strong>en</strong>. E<strong>en</strong> g<strong>en</strong>erator die is aangeslot<strong>en</strong> op de<br />

schommel wekt elektriciteit op.<br />

Principe <strong>van</strong> de AWS<br />

Volg<strong>en</strong>s berek<strong>en</strong>ing<strong>en</strong> <strong>en</strong> proev<strong>en</strong> met schaalmodell<strong>en</strong> produceert het systeem bij e<strong>en</strong> golfhoogte <strong>van</strong><br />

één meter 0,52 megawatt. Het netto vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> drie <strong>van</strong> dergelijke waterschommels kan ongeveer 8<br />

megawatt bedrag<strong>en</strong>. Per kilometer kustlijn is er plaats voor zes AWS drieling<strong>en</strong> die dan sam<strong>en</strong> 48<br />

megawatt elektriciteit kunn<strong>en</strong> opwekk<strong>en</strong>, aan de Noordzeekust voldo<strong>en</strong>de voor 70.000 huishoud<strong>en</strong>s.


8.2.3 Clam<br />

De Clam (strandgaper, e<strong>en</strong> soort schelp) is e<strong>en</strong> ronde constructie met e<strong>en</strong> diameter <strong>van</strong> zestig meter, die<br />

op het water drijft. Ze bestaat uit twaalf holle secties. Aan de buit<strong>en</strong>kant <strong>van</strong> elke sectie zit e<strong>en</strong> hard<br />

rubber<strong>en</strong> membraan, dat door de golfslag he<strong>en</strong> <strong>en</strong> weer wordt gedrukt. Elke sectie werkt daardoor als<br />

e<strong>en</strong> blaasbalg, waarbij de golv<strong>en</strong> voor e<strong>en</strong> steeds wissel<strong>en</strong>de luchtstroom zorg<strong>en</strong>. De luchtstroom drijft<br />

e<strong>en</strong> Wellsturbine aan. De turbine drijft e<strong>en</strong> g<strong>en</strong>erator aan die elektriciteit opwekt.<br />

De hele installatie wordt verankerd in water met e<strong>en</strong> diepte <strong>van</strong> minst<strong>en</strong>s dertig meter. Ook de Clam is<br />

op schaal nagebouwd <strong>en</strong> onder barre weersomstandighed<strong>en</strong> uitgetest aan de noordkant <strong>van</strong> Loch Ness in<br />

Schotland. Hoewel golfslagc<strong>en</strong>trales onderhevig zijn aan sterk wissel<strong>en</strong>de hoeveelhed<strong>en</strong> <strong>en</strong>ergie die de<br />

deining aanvoert, moet het mogelijk zijn om met installaties als de Clam langs de Schotse westkust e<strong>en</strong><br />

gemiddeld vermog<strong>en</strong> <strong>van</strong> achthonderd kilowatt op te wekk<strong>en</strong>.<br />

Het voordeel <strong>van</strong> drijv<strong>en</strong>de golfslagc<strong>en</strong>trales is dat ze met de deining meegaan. Daardoor hoev<strong>en</strong> zij<br />

minder dan vaste installaties bestand te zijn teg<strong>en</strong> de geweldige natuurkracht<strong>en</strong>. Door zijn ronde vorm<br />

kan de Clam golf<strong>en</strong>ergie uit elke richting omzett<strong>en</strong> in elektrische <strong>en</strong>ergie.<br />

De Clam - schaalmodel<br />

De Clam - doorsnede


8.2.4 De Pelamis<br />

De Pelamis, g<strong>en</strong>aamd naar e<strong>en</strong> zeeslang, ontworp<strong>en</strong> door Ocean Power Delivery Ltd in Schotland, is<br />

e<strong>en</strong> serie <strong>van</strong> cilindrische segm<strong>en</strong>t<strong>en</strong> die verbond<strong>en</strong> zijn met scharnier<strong>en</strong>de verbindingsstukk<strong>en</strong>.<br />

Wanneer golv<strong>en</strong> <strong>over</strong> de ganse l<strong>en</strong>gte naar achter lop<strong>en</strong>, pomp<strong>en</strong> de hydraulische cilinders in de<br />

verbindingsstukk<strong>en</strong> olie om e<strong>en</strong> hydraulische motor aan te drijv<strong>en</strong>. De geg<strong>en</strong>ereerde elektriciteit wordt<br />

via e<strong>en</strong> onderzeese kabel naar de kust gebracht. De Pelamis is zo’n 130 meter lang <strong>en</strong> heeft e<strong>en</strong><br />

diameter <strong>van</strong> 3,5 meter.<br />

Deze installatie is bedoeld voor gebruik op zee. Hierbij kan het e<strong>en</strong> vermog<strong>en</strong>output <strong>van</strong> 0,75MW<br />

lever<strong>en</strong>. De Pelamis wordt nog niet gebruikt.<br />

De Pelamis<br />

De Pelamis - schaalmodel


9 Beeld <strong>van</strong> de toekomst<br />

Het is e<strong>en</strong> kwestie <strong>van</strong> tijd voordat de fossiele brandstoff<strong>en</strong> schaarser <strong>en</strong> daardoor duurder word<strong>en</strong>.<br />

Daarbij zal door economische groei <strong>en</strong> ontwikkeling het wereld<strong>en</strong>ergieverbruik voorlopig nog blijv<strong>en</strong><br />

to<strong>en</strong>em<strong>en</strong>, met name in Derdewereldland<strong>en</strong>. De oceaan<strong>en</strong>ergiec<strong>en</strong>trales bied<strong>en</strong> volop perspectiev<strong>en</strong><br />

voor kustgebied<strong>en</strong> met e<strong>en</strong> geschikte deining, watertemperatuur of getij. De techniek<strong>en</strong> die in de 20e<br />

eeuw zijn ontwikkeld, kunn<strong>en</strong> zich in de 21e eeuw bewijz<strong>en</strong> als e<strong>en</strong> volwaardige, duurzame bron <strong>van</strong><br />

<strong>en</strong>ergie.<br />

Bronn<strong>en</strong>:<br />

HEA - Erzeugung elektrischer Energie: Wasserkraftwerke - 1995<br />

Prof. dr. ir. D. Van Dommel<strong>en</strong> - Productie, transport <strong>en</strong> distributie <strong>van</strong> elektriciteit - 1988 - p. 35-50<br />

ODE-Vlaander<strong>en</strong> vzw <strong>en</strong> Ministerie <strong>van</strong> de Vlaamse Geme<strong>en</strong>schap - Kleine Waterkracht - 1999<br />

Natuur&Techniek - De oceaan als eeuwige <strong>en</strong>ergiebron - juni 1998 - p. 46-48<br />

Natuur&Techniek - Golfkracht, nieuwe <strong>en</strong>ergiebron - november 1996 - p. 32-40<br />

Informatiebrochure – Coo-Trois-Ponts, pompaccumulatiec<strong>en</strong>trale<br />

Internet :<br />

www.stadtwerke-glauchau.de<br />

www.ode.be

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!