Getijdenenergie op de schelde

Transcriptie

1 Getijdenenergie op de schelde

2 2 index Geen groene, maar Blauwe energie? De partners van pro-tide Wat is waterkracht? Van waterrad tot krachtcentrale De kracht van vallend water Water in beweging De focus van pro-tide Het traject naar de juiste technologie Turbines voor potentiële energie Turbines voor kinetische energie Energiewinning op de schelde? De schelde: een stroom natuurtalent De voorspelbaarheid van getijden Van Vlissingen tot Gent De tests aan temsebrug De puzzel van de juiste plaats De toekomst van de test Vooruit kijken naar morgen p.3 p.3 p.4 p.4 p.5 p.7 p.7 p.8 p.8 p.9 p.11 p.11 p.12 p.13 p.14 p.14 p.14 p.15 Hallo! Ik ben Tidal tim Als energieke woordvoerder hou ik je persoonlijk op de hoogte van alle Pro-Tide nieuwtjes. Heb je zelf interessante informatie, case studies of vragen over getijdenenergie? Geef me dan snel een seintje via één van onderstaande communicatiekanalen. Tot gauw! Tidal Tim tim Tidal tidaltim@gmail.com 2

3 Geen groene, maar blauwe energie? 3 De laatste jaren nam de aandacht voor duurzame energie enorm toe. In Duitsland levert stroom uit zon, wind, biomassa en water al de hoofdmoot van het totale energieverbruik. In België zijn we helaas nog niet zo ver. Meer nog: met 6,8% in 2012 blijven we een heel eind onder het Europese gemiddelde (14,1%). Dat is deels te wijten aan ons landschap. Onze regio is zeer dicht bevolkt, waardoor we haast nergens zomaar windmolens of stuwdammen kunnen bouwen. Ook ons aantal zonne-uren is beperkt. Toch wil Waterwegen en Zeekanaal NV bijkomende inspanningen leveren om de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen of kernenergie te verminderen. Daarbij nemen we ook minder evidente pistes onder de loep. Energiewinning op de Schelde is daar één van. De eindeloze opeenvolging van de getijden biedt kansen om energie te creëren uit de krachtige blauwe stroom. Is blauw het nieuwe groen? We vissen het voor je uit! De partners van Pro-Tide Pro-Tide is een Europees gesteund samenwerkingsverband waarin 5 partners uit de Noordzeeregio samen op zoek gaan naar de kracht van getijdenenergie. Wetenschappers en overheden uit België, Nederland, de UK en Frankrijk willen uitvissen of getijdenenergie een plaats heeft in ons toekomstige energiebeleid. Deze manier van energiewinning heeft vele voordelen: De installaties zijn niet zichtbaar en verstoren de omgeving dus niet. De fauna en flora ondervindt geen hinder. Ook niet onder water. De hoeveelheid opgewekte stroom is zeer accuraat voorspelbaar Maar er resteren nog vele vragen. Zijn er technologieën beschikbaar die kosteneffectieve energieproductie mogelijk maken? Kan een samenwerkingsverband met privébedrijven mogelijkheden creëren? Welke installaties zijn in welke omstandigheden het meest geschikt? Door kennis uit te wisselen en ervaringen te delen, ontstaat een krachtig netwerk van Europese experts. De blauwe pioniers van de toekomst. 3

4 4 Wat is waterkracht? VAN WATERRAD TOT KRACHTCENTRALE Waterkracht wordt al eeuwenlang gebruikt om arbeid te verlichten. Al in de derde eeuw voor christus bouwde men waterwielen, die door de kracht van het water in beweging kwamen. Vernuftige uitvinders verbonden de wielen aan allerlei mechanische installaties, die de bevolking hielp om water op te pompen, meel te malen, olie te persen, etc. In alle oude culturen (Grieken, Romeinen, Egyptenaren) staan verwijzingen naar de verdiensten van het waterrad. Met de jaren werden de mensen steeds ingenieuzer. Ze bouwden schoepen die sneller in beweging kwamen of behuizingen die het water efficiënter naar de rotoren begeleiden, met een grotere energiewinning tot gevolg. De installaties rond deze watermolens werden steeds complexer. In de 19e eeuw verrezen de eerste echte waterkrachtcentrales, die de waterkracht omzetten in elektriciteit. 4 waterwiel

5 DE TWEE GEZICHTEN VAN WATERKRACHT Er bestaan twee belangrijke soorten waterenergie: potentiële energie en kinetische energie. Beide soorten hebben hun eigen rendement, toepassingsmogelijkheden en technieken. In Pro-Tide onderzoeken de projectpartners welke oplossingen het meest geschikt zijn in ons vlakke landschap. Aangezien onze contreien geen grote hoogteverschillen herbergen en slechts een gematigde getijdenwerking op de rivier kennen, spreken we over een laagdynamisch gebied. Onderzoek moet uitwijzen of energiewinning uit water ook hier rendabel kan worden. DE KRACHT VAN VALLEND WATER De meeste waterkrachtcentrales teren op zogenaamde potentiële energie. Als water naar beneden valt (verval), stroomt het door turbines. De schoepen in die turbines beginnen te draaien en wekken mechanische energie op. Daarmee kan je andere installaties of generatoren van energie voorzien. Als je 1 kubieke meter water (1 m3) turbineert over 1 meter hoogteverschil, creëer je 0,0027 kilowattuur energie. Een gemiddeld gezin verbruikt 3800 kilowattuur (kwh) elektriciteit per jaar. Om voldoende energie op te wekken, worden vaak verschillende turbines naast elkaar geplaatst. Vanzelfsprekend liefst op plaatsen waar zoveel mogelijk water met een zo groot mogelijk verval passeert. Er bestaan verschillende soorten waterkrachtcentrales: Riviercentrales: Door natuurlijke hoogteverschillen in het landschap, krijgt het water een krachtige stroming. Een extreem voorbeeld, is de waterkrachtcentrale aan de Niagara watervallen, die 4.9 miljoen kwh produceert. Stuwdamcentrales Als een rivier onvoldoende natuurlijk verval heeft voor effectieve energiewinning, kan de mens een handje helpen. Door de rivier af te dammen, ontstaat een kunstmatig meer dat in bedwang wordt gehouden. Door bijvoorbeeld een koker met turbines in de dam te bouwen en het water daardoor te leiden, creëer je energie. De Kariba Dam is Zimbabwe bedwingt het grootste stuwmeer van de wereld en is met een oppervlakte van 5400 km2 ongeveer even groot als de provincies Vlaams-Brabant (2106 km2) en Oost-Vlaanderen (3007 km2) samen. De waterkrachtcentrale genereert jaarlijks 6,400 miljoen kilowattuur. Best indrukwekkend als je weet dat je met een elektrische wagen tot 10 kilometer kan rijden met 1 kwh. Pompcentrales Vooral in bergrijke gebieden als Zwitserland, vind je deze variatie op de stuwdamcentrales. Tijdens periodes met lager energieverbruik wordt de overtollige elektriciteit ingezet om water naar hoger gelegen bassins te pompen. Als er veel vraag is naar energie, stroomt het water via turbines naar een lager gelegen opvangbekken. Waarop een nieuwe cyclus start. Ook in het zuiden van ons land vind je dit systeem terug. De centrale van Coo-Trois-Ponts (Luik) is de belangrijkste spaarbekkencentrale van België. Tijdens periodes met lager energieverbruik pompt de overtollige elektriciteit van kerncentrales het water naar hoger gelegen bassins. 5 5

6 6 Wat doe je met 1000 KWH energie? Een verkeerslicht van stroom voorzien gedurende 3 MAANDEN Een koelkast op temperatuur houden gedurende 18 MAANDEN Liedjes downloaden Kannetjes koffie maken IPhones opladen 6

7 7 WATER IN BEWEGING Maar er bestaat nog een andere soort waterkracht: stromend water bevat bewegingsenergie of kinetische energie. Deze techniek lijkt hard op de technologie van een windmolen. De stroming van het water zet de schoepen van een turbine in gang en wekt zo elektriciteit op. Op verschillende plaatsen vind je al getijdenenergiecentrales terug. De eerste turbines op getijdenenergie werden al tijdens de middeleeuwen opgetrokken in Bretagne. Daar verrees ook de eerste en grootste getijdenenergiecentrale met 24 turbines van elk 10 megawatt. Deze machines werden met de jaren steeds ingenieuzer. Dankzij slimme behuizingen leiden ze de stroming in de gewenste richting, waardoor de schoepen sneller in beweging komen. Ook met de vorm van de bladen en de afstand tussen de verschillende schoepen werd duchtig geëxperimenteerd. Daardoor werden ze niet enkel effectiever, maar ook veiliger voor hun omgeving. DE FOCUS VAN PRO-TIDE Je merkte het al: elders in de wereld speelt waterkracht een belangrijke rol in de energievoorziening van de plaatselijke bevolking. Bij ons is dat nog minder het geval. Aangezien onze contreien geen grote hoogteverschillen herbergen en slechts een gematigde getijdenwerking op de rivier kennen, spreken we over een laagdynamisch gebied. In Pro- Tide onderzoeken de projectpartners welke oplossingen het meest geschikt zijn in ons vlakke landschap. Welke technieken leveren het beste rendement op? Welke locaties het meeste energie? Is het ooit mogelijk om de investeringskost van de installaties terug te verdienen? We zoeken het voor je uit. Dankzij traag draaiende rotoren vallen er geen slachtoffers in het visbestand en is de impact op de fauna en flora miniem. Waterkrachtcentrale 7

8 8 Het traject naar de juiste technologie Er bestaan verschillende soorten getijdenturbines, van ondernemers uit de hele wereld. Binnen Pro- Tide worden verschillende systemen van dichtbij bekeken. We zetten de meest gebruikte én opvallende oplossingen op een rijtje. TURBINES VOOR POTENTIËLE ENERGIE (ZIE: DE KRACHT VAN VALLEND WATER) De bulb turbine van la rance De waterkrachtcentrale van Rance is de eerste en nog steeds de op één na grootste getijdencentrale van de wereld. Je vindt deze installatie in Bretagne. schaalmodel La Rance De 24 turbines hebben schroeven van 5,4 meter diameter en leveren jaarlijks maar liefst 540 miljoen KwH elektriciteit. Volgens de uitbater voorziet de centrale in 90% van de totale Bretoense energiebehoefte. Meer weten: La Rance, Frankrijk 8

9 9 Sihwa, Noord-korea Zuid-Korea opende in augustus 2011 de grootste getijdencentrale ter wereld. Het stuwmeer werd in 1994 aangelegd voor landbouwdoeleinden, maar verloor zijn functie toen het water door industrie vervuild raakte. Met een verval van 5,6 meter zorgen 10 turbines jaarlijks voor de productie van maar liefst 550 GWh aan elektriciteit. Deze realisatie bestendigde de reputatie van Andritz Hydro als marktleider voor het aanleveren van turbines en generatoren uit waterkracht. Meer weten: TURBINES VOOR KINETISCHE ENERGIE (ZIE: WATER IN BEWEGING) Tocardo Turbines In Nederland bouwt Tocardo al sinds 2008 aan steeds betere turbines, die ook in sluizen kunnen worden gebouwd. Ze bieden oplossingen van verschillende formaten aan. Hun schoepen draaien in twee richtingen, afhankelijk van de stroming van het water. Bovendien ontwikkelden ze een gepatenteerd low cost rotorsysteem dat een lagere installatieen onderhoudskost garandeert. In den Oever in Nederland is al 5 jaar één van hun installaties actief. Meer weten: De technologie van de toekomst Naast bovenstaande vaste waardes met bewezen staat van dienst, bestaan ook experimentele technieken en installaties, die we je niet willen onthouden. Riviercentrales kregen er onlangs een interessante techniek bij. In de hevelturbine krijgt de turbine hulp van een tweede natuurkracht: wind. Het water stroomt niet door een gewone turbine, maar door een u-vormige koker. Op het hoogste punt in de koker daalt de druk in het water. Door op dat moment lucht aan het water toe te voegen, verhoogt de rotatiekracht van het water, met een grotere turbinesnelheid tot gevolg. Zo kan een goedkopere installatie hetzelfde rendement opleveren. De Pro-Tide lead partner, de Provincie Zeeland, overweegt het gebruik van deze turbines bij de Brouwersdam. Bluewater turbines Blue water turbine Cross axis turbines kunnen zowel vertikaal als horizontaal geplaatst worden. In beide gevallen stroomt het water loodrecht op de schoepen. Dit Nederlandse ontwerp is uitermate geschikt om te installeren onder bestaande infrastructuur als bruggen, windmolenplatformen en pontons. Meer weten: xxx 9

10 10 De technologie van de toekomst Deze Turbine Generator Unit is ontworpen als broertje van een dieselgenerator. Het is de bedoeling om deze units op de bodem van de rivier te plaatsen, met de bladen loodrecht op de stroomrichting. Ze zijn gemakkelijk aan elkaar te koppelen en elke unit levert tot 25 KW bij snelheden van 2,25 meter per seconde. Als de rivier onvoldoende stroom genereert vult de dieselmotor het verschil aan, waardoor een constante en betrouwbare electriciteitsvoorziening ontstaat, los van het traditionele electriciteitsnet. Een testinstallatie van 4 units levert een gemiddelde capactieit van 600 kw op. Meer weten: Flumill Aqua energy solutions Turbine Generator Unit De Noorweegse Flumill bestaat uit twee composiet spiralen, die in tegenovergestelde richting draaien. Ze zijn buigzaam, waardoor ze zich automatisch aanpassen aan de meest effectieve stroomrichting. Deze lichtgewicht installatie werkt al bij stroomsnelheden van 1 m/s en overleefde alle stresstests. De eerste installatie in Rystraumen (Noorwegen) staat nu al op de planning. Meer info op: Davidson-Hill Deze Davidson-Hill turbine leidt het water door een tunnel, de zogenaamde venturishroud. Hierdoor worden de turbines tot drie keer krachtiger. Door de tunnel op een draaibaar platform te installeren, vindt de tunnel vanzelf de meest effectieve richting. Meer weten: Ook een ontwerp uit Noorwegen, deze Aqua energy solutions oplossing. De installatie omvat een ketting, waaraan schoepen zijn bevestigd die loodrecht op de stroming gemonteerd worden. Door de stroming van het water, komen de bladen (en de ketting) in beweging. Generatoren zetten die beweging om in elektriciteit. Het bedrijf slaagde in de eerste tests en plant nu een lifesize prototype. Meer info op: 10

11 11 Schelde Energiewinning op de Schelde? DE SCHELDE: EEN STROOM NATUURTALENT Aangezien de Schelde uitmondt in de zee, leeft ook zij mee met de getijden. Massa s water stromen dagelijks het binnenland in, vermengen gradueel met het zoete regenwater en stromen weer terug. In Europa zijn nog maar weinig rivieren ongehinderd verbonden met de zee. Vele planten- en diersoorten houden echter van een leefomgeving met een heel specifieke zoet-zout variatie. Die vinden langs onze oevers een nieuwe thuis. De natuurlijke Schelde oevers spelen een hoofdrol in het Vlaamse biodiversiteitverhaal. Maar ook op vlak van economie geeft de Schelde Vlaanderen een stevige duw in de rug. Deze belangrijke waterweg ontlast ons verkeersnet door jaarlijks ongeveer 70 miljoen ton goederen te transporteren. Zoveel bedrijvigheid... en toch nog een bron van energie? Misschien, maar het is allerminst evident. Door het belang van scheepvaart, is de aanleg van een stuwmeer uitgesloten en kunnen ook turbines niet zomaar overal geplaatst worden. De volledige vaargeul van de rivier moet beschikbaar blijven voor het goederenvervoer. Ook langs de oevers is onvoldoende diepgang om turbines te plaatsen. En ruimte voor waterbassins met het oog op potentiële energie, is er evenmin. Maar toch is de denkoefening de moeite waard. Getijden vormen een immer constante brandstof, die nooit zal teleurstellen. In tegenstelling tot wind en zon, laten eb en vloed zich perfect voorspellen. Lees maar mee! 11

12 12 DE VOORSPELBAARHEID VAN GETIJDEN Vanzelfsprekend is de getijdenwerking de optelsom van ontelbare factoren: geografie, de wind, het ronddraaien van de wereldbol, en zo voort. Maar de hoofdmoot van de verklaring schuilt in ons universum. De ouden Grieken merkten al op dat de getijden leven op het ritme van de maan. Newton slaagde erin om dat fenomeen wetmatig te verklaren. Als je gemakshalve de continenten buiten beschouwing laat, kan je stellen dat het water een gelijkmatig verdeelde schil rond de aarde vormt. Door de aantrekkingskracht van de maan op de aarde, wordt het water naar de maan toe gezogen. De bol verandert als het ware in een rugbybalvorm die harder uitsteekt aan de kant van de maan. Het aardoppervlak dat zich het dichtste tegen de maan bevindt, geniet van hoog water. Aan de oevers van de rivier, zien we dat het vloed is. Maar aangezien de aarde om zijn as draait, neemt de aantrekkingskracht van de maan vlak daarna alweer af ten opzichte van onze locatie. Wat zich vertaalt in steeds lager water en uiteindelijk eb. Elke 29 dagen, 12 uren, 44 minuten en 28 seconden maakt de maan een volledige baan om de aarde. Als de zon, de maan en de aarde op één rechte lijn staan, oefenen de zon en de maan een gezamenlijke aantrekkingskracht op de aarde uit. De waterschil wordt dan extra aangetrokken, wat zich vertaalt in springtij. Dan stroomt een ongewoon hoge getijdengolf de Schelde in. Als de zon, de maan en de aarde een hoek van 90 vormen, heffen de krachten elkaar op en spreken we van dood tij: er treden veel kleinere getijdenverschillen op. Vanzelfsprekend heeft de kracht waarmee het water aanzwelt en afneemt een grote invloed op de hoeveelheid energie die op die locatie kan opgewekt worden. Toch hebben ook zogenaamde laagdynamische gebieden de troef van voorspelbaarheid op zak. We kunnen feilloos becijferen hoeveel energie op welk moment zal worden opgewekt. Wat helaas niet gezegd kan worden van zonne- of windenergie. MAAN LAAGTIJ AARDE HOOGTIJ ZON AARDE MAAN SPRINGTIJ DOODTIJ 12

13 VAN VLISSINGEN TOT GENT 13 De totale lengte van de Schelde, van bron tot aan monding in de Noordzee te Vlissingen bedraagt zowat 350 km. Ongeveer de helft van de rivier is onderhevig aan het getij. Aan de monding is de Schelde bij hoog water tot 5,2 kilometer breed. Naarmate je verder landinwaarts trekt, wordt de rivier steeds smaller. Aan de Belgisch-Nederlandse grens meet ze nog 2 kilometer, maar in Antwerpen neemt de breedte af naar 500 meter, 100 meter in Dendermonde en slechts een 50 meter in Gent. Een sluis roept de getijdenwerking daar een halt toe. Vanzelfsprekend heeft de omvang van de rivier een grote invloed op de hoeveelheid in- en uitstromend water. In Vlissingen stroomt twee maal daags gemiddeld 1 miljard m3 zeewater de Schelde in. Maar die massa neemt snel af. In Antwerpen meten we slechts 70 miljoen m3 en in Dendermonde een povere 6 miljoen m3. Al is dat nog altijd de inhoud van 2400 olympische zwembaden. Het verschil in waterpeil tussen hoog en laag water is dan weer groter in Antwerpen (gemiddeld 5,15 meter) dan in Vlissingen (gemiddeld 4 meter). Hoe meer water voorbij stroomt, hoe groter de hoeveelheid energie in theorie kan worden opgewekt. Dichtbij de Scheldemonding, zijn tal van locaties met een theoretisch gunstig rendement. Ook elders in Nederland zijn grote wateroppervlakten, die potentiële energiewinning mogelijk maken. De geplande getijdencentrale in het Nederlandse Grevelingenmeer, komt dankzij Pro-Tide bijvoorbeeld weer een stapje dichterbij. Enkele jaren geleden werd ook hardop gedroomd van een getijdenenergiecentrale in Antwerpen met voldoende capaciteit om 2600 huishoudens van energie te voorzien. Een uitgebreid studierapport bewees de haalbaarheid van deze denkpiste. Om de onderzoekscijfers te toetsen aan de werkelijkheid en ervaring op te doen met deze jonge technologie, voert Waterwegen en Zeekanaal in het najaar van 2014 praktijktesten uit op de Schelde. Zo weten we of de Schelde een efficiënte bron van duurzame energie kan zijn. 13 Antwerpen

14 14 De tests aan de Tweede Scheldebrug DE PUZZEL VAN DE JUISTE PLAATS Waterwegen en Zeekanaal bestelde een voorstudie om een geschikte locatie te vinden voor de eerste getijdenenergietest op de Schelde. Het projectteam hanteerde verschillende criteria om de keuze te maken: aanwezigheid van de nodige infrastructuur om de getijdenturbines aan te bevestigen grote snelheden van het water goede bereikbaarheid geen hinder voor de scheepvaart Vanzelfsprekend kwamen verschillende locaties in aanmerking. Tijdens de voorbereidingen passeerden bijvoorbeeld ook de steiger in Lillo en het ponton aan het steenplein in Antwerpen de revue. Maar uiteindelijk viel de keuze toch op de tweede Scheldebrug (ook gekend als de Temsebrug). De gemeenten Temse en Bornem bleken open te staan voor de plannen, waardoor deze vrij snel groen licht kregen. Eind 2014 gaan de eerste installaties te water. TURBINES IN DE STROOM Vanaf november 2014 gaan achtereenvolgens 3 verschillende turbines te water. 1. Water2Energy De primeur gaat naar een vertikale asturbine met hieronder 3 bladen die afhankelijk van de stand gestuurd worden. 3. Blue Energy Canada In januari is de laatste turbine aan de beurt. Deze heeft een speciale behuizing, waardoor het water naar een smallere gang wordt gestuwd, wat de snelheid opdrijft en dus ook het opgewekte vermogen. Na afloop kunnen we evalueren in welke mate België gebaat is bij energiewinning uit de Schelde en wat de effecten zijn van de installatie van de getijdenenergieturbine op de Schelde en omgekeerd. DE TOEKOMST VAN DE TEST Dankzij de testresultaten van de verschillende systemen, kunnen we perfect berekenen welke installaties op welke Scheldelocaties een mooi rendement kunnen leveren. Er bestaan stroomkaarten van de Schelde die in detail aangeven waar de grootste watersnelheden bestaan. In het getijdenboekje ( kijk je makkelijk de verwachte waterstanden na. Zo weten we hoeveel energie we van de getijdenenergieturbines kunnen verwachten. En hoe lang het duurt om de installatiekost terug te verdienen. 2. Aquascrew Vier weken later neemt de tweede installatie de testlocatie over. Deze testopstelling bestaat uit een horizontale schroef met oplopende diameter. 14

15 Vooruit kijken naar morgen 15 Op korte termijn vormt energiewinning op de Schelde geen rendabele oplossing. xxx Water2energy Door de uitgeputte fossiele brandstoffen en oplopende risico s van kernenergie, zou dat in de toekomst kunnen veranderen. De technologie is in volle ontwikkeling. Steeds meer leveranciers leveren slimme en budgetvriendelijke oplossingen aan. Bovendien is de energie bron (de getijdenstroming) continu aanwezig en (in tegenstelling tot andere energievormen) zeer betrouwbaar. Als waterwegbeheerder wil Waterwegen en Zeekanaal NV zich voorbereiden op de toekomst. Daarom zetten we onze schouders mee onder dit onderzoek. Nieuwsgierig naar het eindresultaat? Aquascrew turbine Je leest het op Blue energy Canada xxx 15

16 Pro-Tide partners Provincie Zeeland Abdij 6 PO Box LA Middelburg The Netherlands Leo van der Klip +31 (0) lt.vd.klip@zeeland.nl Waterwegen en Zeekanaal N.V. Lange Kievitstraat Antwerpen Belgium Roeland Notelé +32 (0) Roeland.Notele@wenz.be Universite du Littoral - Cote d Opale (ULCO) 1 place de lýser BP Dunkerque Cedex France Alexei Sentchev +33 (0) alexei.sentchev@univ-littoral.fr Isle of Wight Council County Hall PO30 1UD Newport United Kingdom Jim Fawcett +44 (0) ext6302 jim.fawcett@iow.gov.uk Dover Harbour Board Harbour House, Marine Parade CT17 9BU Dover United Kingdom Jack Goodhew +44 (0) ext4900 Jack.Goodhew@doverport.co.uk