PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT

Transcriptie

1 PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT Roze EEKLO 3 e graad 6IWc Jakob Keerman n 4 Lennart Vermeulen n 7 Waterkrachtcentrale SCHOOLJAAR

2

3 Woord vooraf De Geïntegreerde Proef die ik maakte aan het PTI in Eeklo ging over waterkracht. Van ons werd verwacht om bij dit onderwerp zoveel mogelijk vakgebieden te betrekken. De waterkrachtcentrales zijn tot op heden een zeer actueel onderwerp. Er worden dezer dagen in België zeer veel centrales gebouwd. Ik denk ook dat dit in de toekomst nog een belangrijke bron zal zijn van elektrische energie. Van ons werd ook verwacht dat we dit thema vrij technisch uitwerkten. We hebben daarom beslist om een miniatuurversie te bouwen van de waterkrachtcentrale. Dit concept is achteraf gezien dan wel iets groter uitgevallen dan verwacht. Door zelf een stuurkring te bouwen om het opgewekte vermogen en het toerental op te meten, betrokken we ook de vakgebieden elektronica en ICT erbij. Deze GIP nam ook deel aan de technologiebeurs in Kortrijk en zal ook te zien zijn in de prijs Focus Aarde. Om te beginnen zou ik graag Jakob bedanken die mijn GIP-partner was en aan wie ik veel gehad heb gedurende het jaar. Onze GIP-mentor, meneer Geeraert, ben ik dankbaar voor zijn hulp met de opbouw van het theoretisch deel en het opvolgen van het praktisch deel. Ik mag zeker meneer Gervoyse niet vergeten bedanken hij hielp ons met onze Arduino-schakeling. Mevrouw De Taeye zou ik graag bedanken want zij zorgde ervoor dat wij telkens zo snel mogelijk onze onderdelen kregen wat zeker geen evidente job was. Ze zorgde er ook voor dat sommige stukken op school konden gemaakt worden. Ook zou ik graag mijn ouders en vooral mijn vader bedanken omdat ze veel tips gaven en een deel van de GIP financierden. En natuurlijk ben ik mevrouw Van Houtte en mevrouw Vercleyen dankbaar voor het verbeteren van het theoretisch deel.

4 Inhoudsopgave 1 Inleiding Waterkracht Algemene werking Vermogen en rendement Valhoogte Debiet Formule vermogen Kleine waterkracht Voorbeeld De waterkrachtcentrales in België Actualiteit van waterkracht in België Getijdenmolen Voor- en nadelen van groene energie Voordelen van: Nadelen van: Watermolens met boven- en onderslagrad Bovenslagrad Onderslagrad Poncelet rad Zuppinger wiel Turbines Francis-turbine Pelton-turbine Kaplan-turbine Nieuwe technieken Vermogen aan de hand van bestaande molens Coo trois ponts Bütgenbach Route de la Plate Taille Froidchapelle Barrage de la Gileppe Barrage de la Vesdre... 28

5 9 Autonoom huis Wateroverlast Bypass Aanpasbaar waterrad Invloed op het milieu van waterkrachtcentrales Waterkwaliteit Biodiversiteit Vismigratie Praktische realisatie Mechanisch deel Ontwerpen totaalbeeld Beredeneren van de te gebruiken schoepen Uittekenen van constructie kaders + afmetingen vastzetten Lassen kaders + oriënteren van de kaders + opvangbak Ontwerpen en construeren van schoepen, rad en as Uittekenen en bouwen lagering + tussenbalk Assemblage rad + rad in kader monteren Installeren van de nieuwe buizen Spuitmonden testen en aanpassen Kader verstevigen Overbrenging Waterdichtheid verzekeren Elektronisch gedeelte Vermogen meting Toerental meting Programmering van de Arduino Nederlands Frans Demande de documentation Compréhension technique Texte de base en français Traduction néerlandaise... 61

6 De getijdencentrale van Rance Bestaande structuren De architectuur van de getijdencentrale De interne uitrustingen van de centrale De getijdenenergie bij de productie van elektriciteit Chronologisch verloop De bijzondere eigenschappen van de getijdencentrale van de Rance Lexique bilingue Questionnaire Engels Text Glossary Outline Summary Letter Besluit Literatuurlijst Figurenlijst Bijlagen Enkele foto s van eindproduct... 80

7 1 Inleiding Bij het begin van dit schooljaar dienden we een GIP-onderwerp en partner te kiezen. Ik had al snel voor Jakob als GIP-partner gekozen maar de keuze van het onderwerp was iets moeilijker. Na een 2 weken denken kwamen we dan toch bij het onderwerp waterkracht terecht. In het begin wisten we niet goed waaraan we ons konden verwachten, wat we wel wisten was dat van ons verwacht werd dat we een werkstuk zouden ontwerpen en maken. Eenmaal we begonnen waren, werd dit onderwerp steeds leuker en boeiender om aan te werken. Het eindwerk bestaat uit een theoretisch en een praktisch deel. In het praktische deel leggen we eerst uit hoe we op het idee kwamen om onze GIP juist op deze manier op te bouwen. Hierbij tonen we ook enkele van onze eerste schetsen. Het idee van de schoepen wordt beredeneerd in In punt leggen we stap voor stap uit hoe het rad opgebouwd is en hoe we het ontwierpen, hierbij komen ook nog enkele technische tekeningen. Daarna leggen we ook nog uit hoe we de kaders in mekaar bevestigden en hoe het rad hierop gebouwd werd. Tot slot wordt de overbrenging toegelicht aan de hand van enkele berekeningen en foto s. In het theoretisch deel beginnen we met het begrip waterkracht te bespreken. Bij het tweede punt gaan we wat dieper in op het vermogen en het rendement van een normale waterkrachtcentrale. Het begrip kleine waterkracht wordt dan weer uitgediept in punt 3. Daarna analyseren we de verschillende soorten raderen en turbines. Hierna komt het deel waarin we het gebruik van waterkracht bij een autonoom huis bespreken. De invloed van waterkrachtcentrales op het milieu vindt u in punt 10. Tot slot komen de verschillende opdrachten van Engels en Frans. Voor Nederlands schreven het woord vooraf, de inleiding en het besluit.

8 6-TSO-IW Waterkracht 8 2 Waterkracht Waterkracht ontstaat uit de waterkringloop. Het water in de zeeën of oceanen wordt door de zon opgewarmd en verdampt. Aan de oppervlakte stijgt de vochtige lucht op en worden er wolken gevormd. Dit komt dan als neerslag weer naar beneden. Door rivieren stroomt het water onder invloed van het hoogteverschil weer terug naar zee. De energie uit waterkracht komt dus in feite van de zonne-energie en is daarom een duurzame energie. Figuur 2.1 Waterkracht Het benutten van waterkracht kent een lange geschiedenis. Waterkracht is in het verleden veelvuldig ingezet voor het mechanisch bewerken van allerlei grondstoffen zoals graan en hout.

9 6-TSO-IW Waterkracht Algemene werking Vroeger werd deze waterkracht door een waterrad benut die dan via een as rechtstreeks of via overbrengingen de machines aandreef. Deze watermolens worden de dag van vandaag veel gemoderniseerd met een turbine die, in plaats van de machines rechtstreeks aandrijft, een generator aandrijft die elektrische stroom opwekt en zo de machines aandrijft. Deze watermolens en andere, modernere waterkrachtcentrales veranderen de waterloop niet of zeer miniem. Deze watermolens maken enkel gebruik van een kleine omleiding van het water. Als men meer energie wilt opwekken dan kan dit niet zonder grote veranderingen in de waterloop. In dit geval bouwt men een groot stuwmeer die een rivier indijkt en een grote hoeveelheid water verzamelt. Dit water wordt dan via een leiding in de stuwdam naar een turbinehuis geleid. Deze ruimte is lager gelegen en soms ingebouwd in de stuwdam. Hierin staat een turbine. Deze turbines drijven assen aan die, op hun beurt een generator in werking stellen. In de leiding wordt de potentiële energie van het water in het reservoir omgezet naar kinetische energie in de aanvoerbuis. Dan wordt deze kinetische energie omgezet naar mechanische energie in de turbine en uiteindelijk van mechanische energie naar elektrische energie in de generator. Figuur 2.2 De algemene werking van een stuwdam

10 6-TSO-IW Waterkracht Vermogen en rendement Het vermogen van een waterkrachtcentrale hangt van vele factoren af. De belangrijkste hiervan zijn het debiet en de valhoogte. Een ander belangrijk aspect is het rendement: zoals bij elke energieomzetting moeten ook hier vele invloedsfactoren omtrent omzettingsverliezen in de energiebalans in rekening gebracht worden. Enkele van de invloedsfactoren zijn de wrijving van lagers van de turbine en de generator, verliezen in de generator, wrijving van het water en de toevoerleiding en nog veel meer. Het rendement beschrijft hierbij de verhouding tussen geleverde energie (de energie die het water aanvankelijk heeft) en de toegevoerde energie (de energie die uit de generator komt). ŋ = En Et met: ŋ = het rendement En = geleverde energie Et = toegevoegde energie In de meeste gevallen wordt een minimum rendement van 80% wel gehaald. Bij optimaal gebruik zal dit rendement gaan stijgen tot soms boven de 90%.

11 6-TSO-IW Waterkracht Valhoogte De valhoogte van de watermolens bepaalt mee het vermogen. Dit is omdat de potentiële energie die het water bezit afhankelijk is van de hoogte waarover het valt. Deze energie kan je bereken via de formule: Ep = m g h met: m = de massa in kg g = de valversnelling (hier 9,81m/s²) h = hoogte in m De valhoogte in België is nooit zeer hoog omdat het reliëf in België dit niet toelaat. Daardoor is het vermogen in België beperkt. Als de valhoogte dus 12,0 meter bedraagt zal de energie van 1,00 kg water gelijk zijn aan: Ep = m g h = 1,00kg 9,81m/s² 12,0m = 118joule Figuur 2.3 Valhoogte

12 6-TSO-IW Waterkracht Debiet Het debiet (Q) van een rivier is hoeveel water er voorbij vloeit per tijdseenheid. Hoe groter het debiet van deze rivieren, hoe groter het opgewekte vermogen. Het debiet is uitgedrukt in m³/s. Dus: Q = V t Met : Q= debiet in kubieke meter per seconde V= volume in kubieke meter Δt= verlopen tijd in seconden Formule vermogen Het vermogen van een waterkracht centrale kan je via volgende formule berekenen: P = ρ.g.q.h.η Waarin: P = Vermogen (Watt) ρ = Dichtheid van water (kg/m³) (altijd constant) g = Valversnelling (m/s²) (in onze contreien altijd 9,81m/s²) Q = Debiet (m³/s) (afhankelijk van de stroom) h = Valhoogte ( meter ) (afhankelijk van het reliëf) η = Rendement (afhankelijk van meerdere factoren)

13 6-TSO-IW Waterkracht 13 Afleiding: Omdat vermogen niets anders is dan geleverde energie per tijdseenheid is P = Ep t. Rekening houdend met het rendement wordt dit P = Ep t η. Hierin is Ep = h m g en m = V ρ Dus is Voorbeeld: P = η h g ρ V t = η h g ρ Q Als het debiet van een rivier 1,00 m³/s is en het verval is 2,00 meter en de centrale werkt met een rendement van 90,0% dan is het vermogen gelijk aan: Gegeven: h = 2,00m Q = 1,00m³/s η = 90% Gevraagd: P =? Oplossing: P = η h g ρ Q = ,00m 9.81m s kg m 3 1,00m 3 s = 17,7kW

14 6-TSO-IW Kleine waterkracht 14 3 Kleine waterkracht Kleine waterkracht is waterkracht die minder dan 1MW opwekt maar deze grens is niet alles zeggend. Deze grens is bedoeld om een onderscheid te maken tussen installaties die een grote invloed hebben op de waterloop en deze die dat niet doen. Als de installatie geen grote verandering in de waterloop brengt dan is dit een kleine waterkracht. Bij een kleine waterkracht wordt het water veelal een klein stuk omgeleid en geconcentreerd, de installatie staat ook meestal direct naast de waterloop zodat er geen leidingen naartoe moeten lopen. In België zijn bijna alle waterkrachtcentrales kleine waterkracht. Er zijn ongeveer 57 waterkrachtcentrales waarvan er 44 kleine waterkracht zijn. 3.1 Voorbeeld Een voorbeeld van kleine waterkracht is de Boembekemolen die we later nog bespreken. Deze molen levert maar weinig vermogen op en maakt geen grote veranderingen in de waterloop. Deze molen is gewoon in een beek, de Zwalm, geïntegreerd. Figuur 3.1 Boembekemolen voor en na restauratie

15 6-TSO-IW Kleine waterkracht De waterkrachtcentrales in België Er bestaan verschillende soorten waterkracht aangepast aan het gevraagde vermogen en de soort waterloop. We onderscheiden 3 types: Bij sommige waterlopen wordt eerst een stuwmeer aangelegd op een hoger gelegen plateau. Hieruit wordt het water meestal via een buis naar de lagergelegen centrale geleid. Deze centrales hebben bijna altijd een hoger vermogen. Daarnaast bestaat ook het waterrad. Deze wordt rechtstreeks aangesloten op de waterloop. Het waterrad heeft meestal ook een kleiner vermogen. De stroming moet ook constant zijn en niet te sterk of de constructie begeeft het. We hebben ook de spaarbekkencentrales of pompcentrales. Deze centrales leveren energie op piekmomenten (wanneer er nood aan is) en wanneer er geen energie nodig is pompen ze water naar het bovengelegen stuwmeer. Deze centrales dienen als energiebuffer.

16 6-TSO-IW Kleine waterkracht Actualiteit van waterkracht in België Het Albert kanaal telt 6 sluizencomplexen daarop worden de 6 pompcentrales gebouwd. In de zomer van 2010 werd begonnen met de bouw van 6 waterkrachtcentrales op het Albert kanaal. Deze zouden moeten klaar zijn tegen De bouw van deze waterkrachtcentrales samen zou 21 miljoen euro bedragen, 3.5 miljoen per centrale. Tegen eind 2011 waren er al twee afgewerkt nu wordt nog gewerkt aan de overige 4. Allemaal samen zouden deze centrales stroom leveren voor gezinnen. Hieronder hebben we een aantal centrales in België op kaart gezet en van elke soort centrale er enkele geselecteerd. Figuur 3.2 Enkele waterkrachtcentrales in België

17 6-TSO-IW Kleine waterkracht Coo Trois Ponts ; Trois-Ponts : Dit is een spaarbekken centrale op een meander van de Amblève met een valhoogte van 270 meter en levert gemiddeld 385 kw. Figuur 3.3 Luchtfoto van Coo Trois Ponts 2. Lixhe ; Vise: dit is een waterkrachtcentrale gebouwd op de Maas, deze levert kw. Dit is een van de 6 pompinstallaties op het Albertkanaal. Figuur 3.4 Luchtfoto van Lixhe 3. Bütgenbach ; Bütgenbach: Dit is een waterkrachtcentrale met stuwmeer op de rivier de Warche met een valhoogte van 23 meter met een vermogen van 2106 kw. Figuur 3.5 luchtfoto van Bütenbach

18 6-TSO-IW Kleine waterkracht Monsin ; Luik: Dit is een centrale gebouwd in een sluis met een vermogen van kw. Dit is ook een van de 6 pompinstallaties op het Albertkanaal. Figuur 3.6 Luchtfoto van Monsin 5. Andenne ; Andenne: Dit is ook een centrale gebouwd in een sluis op het Albertkanaal met een vermogen van 8986 kw Figuur 3.7 Luchtfoto van Andene 6. Boembekemolen: Deze ligt in Brakel en is nog in aanbouw dit is een oud waterrad die nu aangepast wordt om elektriciteit op te wekken. Dit heeft een valhoogte van iets meer dan 2 meter.

19 6-TSO-IW Kleine waterkracht Route de la Plate Taille Froidchapelle, Henegouwen: Dit is een stuwdam aangelegd aan een groot natuurlijk stuwmeer op de rivier Eau d Heure met een valhoogte van 46 meter en een vermogen van 140 MW Figuur 3.8 Foto van de brug over de stuwdam van Route de la Plate Taille Froidchapelle Figuur 3.9 Luchtfoto van Toute de la Plate Taille Froidchapelle 8. Barrage de la Gileppe: Dit is een groot stuwmeer op de rivier Gileppe met stuwdam en energiecentrale met een valhoogte van 42,9 meter en een debiet van gemiddeld m³/dag. Twee turbines drijven elk een alternator aan. De centrale levert een jaarlijkse productie van elektriciteit van kwh. Figuur 3.10 Luchtfoto van Barrage de la Gileppe

20 6-TSO-IW Kleine waterkracht Robertville: Dit grote stuwmeer op de rivier de Warche voedt een drukleiding van 5,3 km lang naar de energiecentrale van Bevercé, de hoogte van de stuwdam bedraagt 54.5 meter. De energiecentrale in Bevercé levert en vermogen van 9902 kw. Figuur 3.11 Luchtfoto van Robertville 10. Barrage de la Vesdre ; Eupen: Dit is een stuwdam met energiecentrale, de valhoogte bedraagt 57 meter en het vermogen van de centrale ligt op 1519 kw Figuur 3.12 Luchtfoto van Barrage de la Vesdre

21 6-TSO-IW Getijdenmolen 21 4 Getijdenmolen Een getijdenmolen is een molen die gebruik maakt van de getijden. De molen is gelegen aan een oceaan, zee of rivier die onderworpen is aan getijden. Bij deze molens wordt bij vloed een reservoir gevuld dat bij eb weer leegloopt. Een reservoir laten vollopen en leeglopen heeft geen nut. Dus loopt het water via een smalle doorgang naar het reservoir. In die doorgang wordt een waterrad geplaatst die door het stromend water aangedreven wordt. Vele van deze molens worden enkel aangedreven wanneer het reservoir leegloopt. Maar er zijn toch talrijke molens die zowel bij eb als vloed worden aangedreven. Dit zijn de zogenaamde dubbele molens. Bij deze molens worden allerlei verschillende soorten waterraderen gebruikt die we in het volgende deel bespreken. Hier in de buurt is er maar 1 getijdenmolen die nog kan gebruikt worden en dat is de getijdenmolen van Rupelmonde. Bij modernere molens zijn er vele varianten op deze techniek gebruikt. Figuur 4.1 Getijdencentrale in Rupelmonde, met leeg en vol bekken

22 6-TSO-IW Voor en nadelen van groene energie 22 5 Voor- en nadelen van groene energie 5.1 Voordelen van: Waterkracht: - Er zijn geen fossiele brandstoffen nodig, dus geen uitstoot. - het water kan ook gebruikt worden bij de irrigatie van landbouwgrond en drinkwater. -de centrales hebben vaak een levensduur tot wel 100jaar. Windkracht: Zonne-energie: - geen fossiele brandstof nodig dus geen uitstoot. - zeer lokaal mogelijk, goed voor als er geen net beschikbaar is. -geen fossiele brandstof nodig dus geen uitstoot. 5.2 Nadelen van: Waterkracht: - De aanleg van een stuwmeer is vaak nodig wat zorgt voor het onderwater lopen van bossen en landbouwgronden. - Er wordt vaak organisch materiaal verzameld in het stuwmeer dat door verrotting vaak een grotere uitstoot geeft dan even grote conventionele centrales. - Door de grote schommelingen in het waterniveau verdwijnen de paaigebieden van vissen. Windkracht: - variabele opbrengsten door veranderingen van windsnelheid. Ook kan je een lange tijd zonder stroom zitten door windstilte of te hoge windsnelheden. -duur -veel hinder door schaduw en geluid. Zonne-energie: - grote oppervlakte nodig. - enkel overdag - weersafhankelijk, geen of weinig opbrengst als het bewolkt weer is

23 6-TSO-IW Watermolens met boven en onderslagrad 23 6 Watermolens met boven- en onderslagrad 6.1 Bovenslagrad Figuur 6.1 schematische tekening van een bovenslagrad (2.2 schematische tekening van een bovenslagrad) Watermolens met bovenslagrad worden meestal toegepast bij beekjes met een zwakkere stroming. Het water wordt aangevoerd bovenaan het rad (zie foto) De beek die hiervoor gebruikt wordt, wordt meestal omgeleid met een goot zodat ze de kracht van de beek optimaal kunnen gebruiken. Het rad wordt meestal iets lager geplaatst zodat we geen kracht van het water verliezen doordat we de goot onder de verkeerde helling moeten plaatsen. Soms wordt er ook wel eens een wijer of molenvijver aangelegd, dit is eigenlijk een soort stuwmeer of een soort buffer. Zo kan er nog gemalen worden als de beek geen water. Het rendement van een bovenslagrad ligt tussen de 80% en 90%. 6.2 Onderslagrad Figuur 6.2 schematische tekening van een onderslagrad Watermolens met een onderslagrad worden vooral toegepast bij rivieren en beken met een sterkere stroming. Deze beken of rivieren hebben meestal een vrij klein verval maar een groter debiet. Het rad wordt op de waterloop geplaatst zodat enkel de onderkant in het water ligt. Het rendement van de onderslagmolen ligt vrij laag, ongeveer 20%.

24 6-TSO-IW Watermolens met boven en onderslagrad Poncelet rad Figuur 6.3 schematische tekening van een poncelet rad Het Poncelet rad heeft op het eerste gezicht veel gelijkenissen met een onderslagrad al zijn er wel enkele grote verschillen. Zo is de vorm van het rad is veel ingewikkelder. De schoepen zijn allemaal gebogen en vormen kleine kommetjes waarin het water toekomt. Ook de aanvoer van het water is iets anders zo wordt het water van schuin vanonder aangevoerd. De combinatie van de kamers(kommetjes) en de wateraanvoer zorgt ervoor dat de kamers volledig gevuld zijn met water en daardoor veel energie kunnen bevatten. Doordat de schoepen zodanig gebogen zijn kan het water zeer makkelijk uit de kommetjes vloeien dit heeft een positieve invloed op het rendement. Het Poncelet rad heeft een rendement van ongeveer 65%. 6.4 Zuppinger wiel Figuur 6.4 Zuppingerwiel in de praktijk en een schematische tekening Het ontwerp van het Zuppinger wiel lijkt een beetje op dat van het Poncelet rad. Dit rad heeft ook gebogen schoepen maar in tegenstelling tot het Poncelet rad werkt het Zuppinger wiel niet met kamers die zich vullen met water. Het water wordt aangevoerd op dezelfde hoogte als de as van het rad. Dit rad heeft dan ook zeer weinig last van hoogstaand achterwater. Want dit water kan niet in de kamers blijven staan zoals bij het Poncelet rad maar stroomt er gewoon door. Het rendement van dit wiel ligt dan ook hoger dan bij het Poncelet rad, het ligt op 88%.

25 6-TSO-IW Watermolens met boven en onderslagrad Turbines Wij zullen enkele van de meest gebruikte turbines bespreken maar er bestaan nog veel meer soorten, ook worden sommige waterraderen omgebouwd tot turbine Francis-turbine De Francis-turbine is de meest gebruikte turbinesoort en is in 1849 uitgevonden door James Francis. Bij deze turbine word het water radiaal toegevoerd doorheen een slakkenhuis. De afvoer van het water gebeurt axiaal. De turbine bestaat uit een stator en een rotor. De stator bestaat uit 2 evenwijdige ringen waartussen statorschoepen gemonteerd zijn. Deze schoepen kunnen zodanig georiënteerd worden dat de watertoevoer en dus het vermogen kan geregeld worden. De stator bestaat uit een rad dat wordt aangedreven door het water. Een uniek iets van deze turbine is, is dat deze kan gebruikt worden als pomp. Het rendement van deze soort turbine ligt tussen de 85 en de 90% Pelton-turbine De Pelton-turbine is uitgevonden in 1889 door Lestor Pelton. Bij deze turbines wordt enkel gebruik gemaakt van de kinetische energie. De rotor van deze turbine is voorzien van een aantal bekers die de vorm hebben van 2 lepels met een tussenwand. Het water wordt toegevoerd met één tot zes injecteurs die een waterstraal op de schoepen richten. Het debiet wordt geregeld met een regelnaald die de doorgang in de injecteur vernauwt.

26 6-TSO-IW Watermolens met boven en onderslagrad Kaplan-turbine De Kaplan-turbine is uitgevonden in 1913 door Viktor Kaplan. Bij deze turbine loopt het water axiaal onder hoge druk over de schoepen. Door de mogelijkheid van het veranderen van de hoek van de schoep kan het vermogen constant worden gehouden bij een fluctuerende waterstroom. De turbine wordt vrijwel altijd verticaal gebruikt wat resulteert in een grote zuigkracht. Het voordeel van deze turbine is dat deze in vergelijking met andere turbines een zeer groot debiet aankan. Ze wordt wel enkel gebruikt bij een verval kleiner dan 50 meter. Het rendement van deze soort turbine ligt tussen de 85 en de 90%. Figuur 6.5 In volgorde: Peltonturbine, Francisturbine en Kaplanturbine

27 6-TSO-IW Nieuwe technieken 27 7 Nieuwe technieken Tegenwoordig worden er steeds meer nieuwe technieken uitgevonden en ontworpen door mensen in hun vrije tijd. Wij bespreken één van deze nieuwe technieken, namelijk de hydrocat. De hydrocat werd ontworpen door Alex Erauw en wordt gebruikt om gewone gezinnen te voorzien van stroom. Hij kan natuurlijk niet overal gebruikt worden enkel bij gezinnen waarvan hun woonst dicht tegen een stromende rivier of beek ligt. De hydrocat werd zodanig gebouwd dat het in gelijk welke diepte van het water kan werken en niet blokkeert het stoort of dood geen vissen en heeft geen problemen met drijvende takken. Het bestaat uit een onderslagrad die drijvende gehouden wordt en daardoor bijna altijd op de perfecte hoogte zit. Je kan deze molen met 2 mensen makkelijk verplaatsen. Je moet er wel altijd voor zorgen dat de molen vastgebonden wordt met een touw aan de oever anders kan deze wegdrijven. Per jaar kan deze molen 4000 KWh en meer opwekken als je weet dat een gemiddeld gezin maar 3500 KWh nodig heeft dan zie je in dat dit een zeer bruikbare installatie is. Figuur 7.1 De 'Hydrocat' door Alex Erauw Figuur 7.2 Nog een creatie van Alex Erauw

28 6-TSO-IW Vermogen aan de hand van bestaande molens 28 8 Vermogen aan de hand van bestaande molens Zoals eerder uitgelegd is het vermogen van een molen of een waterkrachtcentrale afhankelijk van het verval, het debiet en de gravitatiekracht. Daardoor is het vermogen van de verschillende centrales anders. Ook al is de gravitatiekracht overal nagenoeg gelijk op aarde, het verval en het debiet is nooit volledig gelijk. We vergelijken hieronder enkele centrales in België. Ter vergelijking de kleinste Belgische kerncentrale doel 1 levert 460MW 8.1 Coo trois ponts Deze centrale heeft het grootste verval van de besproken centrales namelijk 270meter. Maar omdat dit een pompcentrale is die dient voor het opvangen van energieoverschotten is het debiet van deze centrale niet zo groot als bij andere centrales en is het gemiddeld vermogen slechts 385kW. 8.2 Bütgenbach Met 23 meter heeft deze centrale het minste verval maar de centrale haalt toch een vermogen van 2106kW omdat het volledige debiet van de Warche wordt gebruikt. 8.3 Route de la Plate Taille Froidchapelle De stuwdam van deze centrale zorgt voor een valhoogte van 46 meter waardoor deze een vermogen van 140MW opwekt wat het grootste vermogen van alle besproken centrales is. 8.4 Barrage de la Gileppe Door de valhoogte van 42,9 meter en het gemiddelde debiet van m³/dag of 883l/s die 2 turbines aandrijft levert de centrale jaarlijks MWh wat overeenkomt met 376kW. 8.5 Barrage de la Vesdre Met een vermogen van 1519kW is dit de 2 e grootste centrale die we bespreken. De valhoogte van deze centrale is met zijn 57 meter ook het 2 e hoogst.

29 6-TSO-IW Autonoom huis 29 9 Autonoom huis 1. Alles wat niet in de woning zelf kan voorzien worden wordt in de dichte omgeving gezocht bv moestuin voor groenten en fruit. Hierbij kan ook samengewerkt worden met verschillende buren. 2. Alle basisbehoeften zo dicht mogelijk kunnen winnen door je huis op de juiste plaatst te bouwen. Hierbij denken we aan watervoorziening voeding energie we proberen dit allemaal in de onmiddellijke omgeving te verkrijgen. 3. Je moet altijd energiezekerheid via weersonafhankelijk energiesysteem hebben en anders een buffer creëren. Je kan dit ook bekomen door met biomassa-energie te werken. en de local grid als back up. 4. Active house = meer produceren dat nodig is een belangrijk principe ter ondersteuning van het lokaal netwerk en zonder het netwerk te verstoren met piekbelastingen. 5. Duurzaam: CO2 neutraal en met minimale ecologische voetafdruk. Dit is realiseerbaar met bio-ecologische bouwmaterialen en biobrandstoffen (PPO en pellets) in combinatie met zonne-energie. 6. Het autonoom huis past goed in de ruimtelijke ordening en de plaatselijke architectuur het is ook de bedoeling een bestaand huis te verbouwen in plaats van een nieuw huis te bouwen. 7. Lowtech: met beheersbare, begrijpbare en zelf te onderhouden technieken. De bewoner moet in staat zijn om zijn eigen energiehuishouden te beheersen en te begrijpen. 8. Mobiliteit: hoe minder vervoer hoe beter: wonen waar men werkt, geen ecoslaapsteden en het gebruik van grondstoffen uit de onmiddellijke omgeving. 9. Betaalbaar: De investering in autonomie moet zichzelf terug betalen binnen de 15 jaar. 10. Bioklimatisch: De architectuur moet aangepast zijn aan het klimaat, zodat de architectuur een maximaal energievoordeel biedt en de nood aan technieken minimaliseert. 11. Aanpasbaar aan nieuwe technieken: gezien de snelle technische ontwikkeling inzake de elektriciteits- en de warmteproductie dient de autonome woning deze ontwikkelingen flexibel te kunnen opvangen. We zoeken een mogelijkheid om in een autonoom huis (die we hierboven beschrijven) een waterkrachtinstallatie te verwerken. We schetsen de mogelijkheden hiervan eens met een paar voor en nadelen. - Voordelen: 1. Als gezin en huis ben je onafhankelijk van elektriciteitaanvoer van de leveranciers. 2. Je moet niet meer jaarlijks betalen.

30 6-TSO-IW Autonoom huis 30 - Nadelen: 1. Niet iedereen heeft naast zijn huis of in zijn tuin een waterloop of beek liggen waar genoeg stroming opzit. 2. Soms heb je ook niet zo veel vermogen nodig dan je levert of lever je te weinig vermogen. 3. Bij kleine beekjes is de stroming meestal niet constant over het hele jaar 4. In aankoop en constructie is elke waterloop verschillend. 5. Wateroverlast (zie extra uitleg hieronder) - Conclusies: 1. De waterkracht centrale voor het autonome huis heeft meer nadelen dan voordelen maar is wel doenbaar als je huis naast een beek of waterloop gelegen is. 2. De energievoorziening dient onafhankelijk te zijn van het weer wat een waterloop meestal niet is. Als we dan gewoon aan energievoorziening in een niet autonoom huis dat aan een waterloop gelegen is kunnen we dit al makkelijker verwezenlijken.

31 6-TSO-IW Autonoom huis Wateroverlast Bij watermolens is er altijd een groot gevaar voor wateroverlast en als ieder huis of huizengroep een eigen watermolen zou hebben zouden overstromingen veel voorkomen. Maar wateroverlast door molens is ook voorkombaar door verschillende technieken te gebruiken.

32 6-TSO-IW Autonoom huis Bypass Het wateroverlast wordt veroorzaakt doordat er een vernauwing is aangebracht voor het waterrad waardoor het water wordt opgehouden. Dit lost men op als er een bypass wordt geplaatst. Dat is een kanaal naast de molen met een aanpasbare dam die opengaat als het water te hoog komt en zo het water omleidt. Figuur 9.1 Principe van een by pass Aanpasbaar waterrad. Een andere manier om wateroverlast te voorkomen is zorgen dat het water vlotter kan doorstromen als het waterniveau te hoog komt. Hiervoor moet de weerstand door het waterrad verkleint worden. Dit kan men doen door het waterrad op vlotters te plaatsen die het waterniveau volgen en zo de plek onder het rad vergroot of verkleint. Figuur 9.2 Principe van een rad op vlotters

33 6-TSO-IW Invloed op het milieu van waterkrachtcentrales Invloed op het milieu van waterkrachtcentrales 10.1 Waterkwaliteit Waterkracht heeft vooral een invloed op de waterkwaliteit bij grote projecten als er hoge dammen van minstens 15 meter worden geplaatst. Als men dammen plaatst wordt er een gebied onderwater gezet waar er veelal fabrieken hebben gestaan. Hierdoor ziet men bij 80 procent van deze dammen een verslechterde waterkwaliteit, zoals een verhoogde aanwezigheid van kwik en problemen van sedimentatie. Dit was het besluit van een onderzoek van International Rivers. Figuur 10.1 Het vervuilde stuwmeer van de Drieklovendam 10.2 Biodiversiteit Het begrip biodiversiteit omvat het aantal diersoorten, plantsoorten, bossen, moerassen,. In dit onderdeel bespreken we welke invloed waterkrachtinstallaties hebben op deze gebieden en factoren. Veel hangt af van de soort waterkrachtcentrale. Als we een gewoon simpel waterrad hebben zoals de eerder vernoemde boembeke molen zal weinig invloed hebben op plantensoorten en bossen zolang er niet te veel water opgehouden wordt en er niets onder water wordt gezet. Als we daarentegen een turbine met stuwmeer beschouwen zal er hiervoor een veel groter gebied onder water gezet worden waardoor er veel plantensoorten zullen afsterven in dit gebied. Als er hiervoor ook bossen onder water worden gezet dan zullen de diersoorten die hier leven er ook onder lijden. Hoe groter de centrale hoe meer de omliggende flora er zal onder lijden. Bij het bespreken van de biodiversiteit van de vissoorten verwijs ik naar het onderliggende deel over vismigratie.

34 6-TSO-IW Invloed op het milieu van waterkrachtcentrales Vismigratie Veel vissen maken trektochten in de rivieren gedurende hun leven voor te paren. Als men echter dammen en andere waterkrachtcentrales plaatst kunnen deze vissen niet meer migreren waardoor deze vissensoorten dreigen te verdwijnen. Er is echter wel een oplossing voor dit probleem. Om de vissen de plek te geven om te migreren en toch een hoog waterniveau te houden voor de dam wordt een vissentrap geplaatst. Een vissentrap is een serie van waterbassins die overlopen in elkaar en die elk op een ander niveau liggen. De diepte van het overlopende water is diep genoeg voor de vissen om erdoor te zwemmen, ook kunnen ze in elk bassin uitrusten om verder te kunnen zwemmen.

35 6-TSO-IW Praktische realisatie Praktische realisatie 11.1 Mechanisch deel Ontwerpen totaalbeeld In het begin van het jaar werd ons gevraagd een miniatuurversie van een waterkrachtcentrale te bouwen. We startten in september met het ontwerpen en beredeneren van ideale en makkelijk te bouwen miniatuurcentrale. We kwamen uit op een makkelijk te realiseren basisontwerp waar later in het jaar nog veel aanpassingen zouden gebeuren. Hieronder ziet u dan ook een foto van onze eerste ontwerpen. Figuur 11.1 De eerste schetsen

36 6-TSO-IW Praktische realisatie Beredeneren van de te gebruiken schoepen We dienden ook al op voorhand te weten wel soort schoepen we zouden gebruiken of toch zeker hoe deze er zouden uitzien. Na verschillende soorten turbines en raderen te bekijken werden we het meest aangetrokken tot het ontwerp van de peltonturbine. We wisten ook dat een identieke kopie onmogelijk mede door het ingewikkelde ontwerp en de hoge druk die we nodig hadden. Het stond dus vast dat we een eigen versie van deze turbine gingen ontwerpen en bouwen. Figuur 11.2 Schetsen van de turbine Uittekenen van constructie kaders + afmetingen vastzetten In december werd het dan tijd om de afmetingen van onze kaders vast te zetten. Voor het grote kader die later het vat zou omhooghouden kwamen we uit op een hoogte van 1m60, deze hoogte werd later natuurlijk nog hoger door er wielen onder te plaatsen. Het kleine kader was dan weer 1m op 1m op 40 cm. Nadat we wisten welke buizen we gingen gebruiken tekende mevrouw De Taeye de constructie uit voor ons. We hebben voor het grote kader vierkanten buizen gebruikt van 2 m dik die 4cm op 4cm waren. Voor het kleine kader waren deze buizen maar 2.5cm op 2.5cm. Mevrouw De Taeye bezorgde ons ook voor een zaaglijst waar we later me naar de magazijnier konden gaan. Deze verzaagde de lange buizen van 6m tot de stukken die wij direct konden aan elkaar lassen. Hieronder ziet u de eerste schetsen en de tekeningen van mevrouw De Taeye.

37 6-TSO-IW Praktische realisatie 37 Figuur 11.3 Eerste schetsen van het kader en de uiteindelijke tekeningen Lassen kaders + oriënteren van de kaders + opvangbak Eenmaal we de op voorhand gezaagde buizen hadden was er nog een halve dag werk om hiervan onze kaders te lassen. De moeilijkheid was vooral om alle kaders haaks op mekaar te lassen zonder dat de vierkante buizen ergens gedraaid zaten. Van zodra de kaders gelast waren konden we proberen de 2 kaders in mekaar te bevestigen. Hierbij moesten rekening houden dat het kleine kader zeker niet te hoog in het grote kader zat. Hoe lager het kleine kader zat hoe meer verval er tussen het vat en het rad was, dus hoe meer druk we hebben. Maar als we het kleine kader dan weer te laag gingen dan ging deze later dan weer in het water hangen van de opvangbak, hierdoor zou het ijzer kunnen roesten. De opvangbak maakten we uit de onderkant van een vat die identiek is als het bovenste vat. Hieronder ziet u nog enkele foto s van de gelaste kaders en hoe ze in elkaar bevestigd zijn.

38 6-TSO-IW Praktische realisatie 38 Figuur 11.4 De kaders voor het eerst in elkaar gemonteerd Figuur 11.5 Systeem van de montage van de kaders

39 6-TSO-IW Praktische realisatie Ontwerpen en construeren van schoepen, rad en as Op voorhand wisten we al dat we gebruik gingen maken van een soort peltonturbine. Maar doordat we minder druk hebben dan bij een normale peltonturbine waren we genoodzaakt deze een beetje aan te passen. Zo hebben we de diameter iets groter gemaakt waardoor ons moment rond de as iets groter werd. De schoepen van een normale peltonturbine zijn ook zeer ingewikkeld gebouwd waardoor je ze sowieso zou moeten laten uitfrezen. Wij hebben er daarom ook voor gekozen om de schoepen een beetje solistischer te bouwen waardoor we alles zelf konden doen. De werking en het doel van de peltonschoepen bleven hierbij onveranderd. Hieronder vindt u een foto die de werking en het doel van de peltonschoepen nader toelicht. Figuur 11.6 Lagering van het rad Figuur 11.7 Eerste testen van het uiteindelijke rad

40 6-TSO-IW Praktische realisatie 40 Figuur 11.8 Technische tekening van de as van het rad Figuur 11.9 Tekeningen van het rad

41 6-TSO-IW Praktische realisatie Uittekenen en bouwen lagering + tussenbalk Eenmaal we ons schoepenrad hadden moest er een lagering worden voorzien. We bestelden lagers met lagerkussens op school en tekenden een lagerbalk uit die dan in het kleine kader kon worden gelast. We moesten ook rekening houden met een wachttijd van 4 weken doordat we het via school bestelden. In afwachting van onze lagers konden we alvast de lagerbalken in ons kader lassen. Hieronder ziet u enkele tekeningen van de lagers en de tussenbalk. Ook enkele foto s van hoe we dit assembleerden vindt u hierboven terug bij Figuur Technische tekening voor de bevestiging van de lagers Assemblage rad + rad in kader monteren Om de schoepen te bouwen maakten we gebruik van stukken halve pvc-buis met diameter 5 cm deze bevestigden we met tec7(sterke lijmsoort) aan een metalen plaatje zoals hieronder weergegeven. Deze plaatjes waren voorzien van 2 gaatjes aan de ene kant en aan de andere kant kwamen de schoepen. We lieten op school een aluminium schijf zagen van 6 mm dik. Deze schijf werd door één van de praktijkleerkrachten voorzien van gaten zodat er 18 schoepen op gelijke afstand van elkaar aan konden bevestigd worden. Ook werd er in het midden van de schijf 1 groot gat geboord met daar rond nog 4 gaten om de as in te bevestigen. De tekeningen van de as en de schijf met schoepen vindt u hieronder terug ook enkele foto s staan hieronder.

42 6-TSO-IW Praktische realisatie 42 Figuur Tussenbalk in het binnenframe

43 6-TSO-IW Praktische realisatie Installeren van de nieuwe buizen Aangezien de uitgang waarvan het vat al voorzien was veel te klein was en de kraan de doorstroom van het water teveel hinderde maakten we zelf 2 uitgangen bij. Deze uitgangen werden onderaan het vat gemaakt door 2 gaten te boren door het vat en daar een pvc flens bevestiging aan te sluiten. Deze flens werd extra verzekerd met silicone. De grootste uitdaging was om de moeren binnenin het vat vast te houden. Hieronder ziet u enkele foto s van hoe we dit gerealiseerd hebben en ook hoe het eindresultaat eruit ziet. Figuur 11.12: moer vasthouden binnenin het vat

44 6-TSO-IW Praktische realisatie 44 Figuur 11.13: onderkant van het vat met de nieuwe uitgang Figuur 11.14: één van de twee nieuwe uitgangen

45 6-TSO-IW Praktische realisatie Spuitmonden testen en aanpassen Nadat we het rad getest hadden met ondermaatse spuitmonden die zeer onnauwkeurig waren en we ook zeer smalle buizen hadden gebruikt die bovendien gevoed werden met water door een zeer smalle doorgang kwamen de nieuwe stukken toe. Door de stukken die we nu hadden konden we onderaan het vat gaten boren met diameter 65 mm hierop sloten we dan een darm aan met diameter 63 mm. We hadden ook nieuwe spuitmonden die veel nauwkeuriger waren. Door al deze verbeteringen kregen we een toerental van 130 toeren per minuut in plaats van de 70 tr/min die we kregen met de smalle buizen. Hieronder staan enkele afbeeldingen van de dikke buizen die we uittesten. En de verschillende standen die we al uittestten. Figuur Eerste test voor het debiet

46 6-TSO-IW Praktische realisatie 46 Figuur 11.16Tweede test voor het debiet Figuur Het rad met de spuitmonden op de juiste plaats

47 6-TSO-IW Praktische realisatie Kader verstevigen We hadden al verschillende keren het vat op het kader geplaatst maar toen we het op een keer echt vol deden zagen we dat het kader zeer onstabiel en wankel was onder de 1000 kg van het vat. We waren dan ook genoodzaakt het kader zwaar te verstevigen. We deden dit door aan 3 zijden diagonale stalen kabels te spannen. Ook de bovenkant van het kader werd verstevigd. Foto s van de versteviging vindt u hieronder terug. Figuur Eerste testen met de afgewerkte darmen

48 6-TSO-IW Praktische realisatie Overbrenging Via meneer Gervoyse kregen we een gelijkstroommotor ter beschikking die we konden gebruiken als generator. Het enige nadeel aan deze generator was het toerental van 3000 tr/min die we moesten bereiken om deze generator een noembaar vermogen te laten opwekken. Hierdoor moesten we een zeer grote overbrenging realiseren. Omdat een enkele overbrenging bijna ondoenbaar was hebben we een dubbele overbrenging gebouwd. We werkten met riemschijven gemaakt uit een plastic genaamd ertalon. We lieten deze schijven draaien door een klas uit het 5 e jaar mechanica. Ook de as die we nodig hadden in deze dubbele overbrenging werd door hen gebouwd. Het rad draaide onbelast aan een toerental van bijna 130 tr/min en we moesten naar een toerental van zeker 3000 toeren per minuut. We maakten de berekening rekening houdend met vrij veel belasting we gingen ervan uit dat het rad belast nog een toerental ging halen van 80 toeren per minuut. We wisten dat het grootste riemschijf die we konden laten maken op school een diameter had van 220 mm. Als we dit combineerden met een klein schijfje van 35 mm dan kwamen we aan een toerental van 3160 tr/min wat eigenlijk ideaal is. Hieronder vindt u de berekening voor dit toerental en enkele foto s van onze overbrenging = 502,9 502, = 3160 tr/min Figuur De afgewerkte overbrenging

49 6-TSO-IW Praktische realisatie Waterdichtheid verzekeren Nog een grote uitdaging was het waterdicht krijgen van het kader waar het rad in zit dit deden we met plexiglas die aan de binnenkant van het kader werd bevestigd. De voegen werden met silicone waterdicht gemaakt aan de bovenkant staken we er een stuk binnenband van een fiets tussen die we dan samendrukten met enkele bouten. Hieronder vindt u terug enkele foto s ervan. Figuur 11.20: het kleine kader met rad erin Figuur 11.21: waterdichte ingang spuitmond

50 6-TSO-IW Praktische realisatie Elektronisch gedeelte Vermogen meting Spanningsmeting Het doel van een waterkrachtcentrale is elektriciteit opwekken en dus was dit ook ons doel. Hiervan wil je natuurlijk het vermogen weten. Wij doen dit aan de hand van een elektronische schakeling en een Arduino Mega. We beginnen met de spanning te meten maar we hebben een problemen omdat een Arduino maar tot 5 volt kan meten. Om dit op te lossen maken we gebruik van een spanningsdeler. Hierbij plaats je twee weerstanden in serie en meet je de spanning over 1 weerstand. Om de verbruiker zo min mogelijk te verstoren gebruik je zeer grootte weerstanden. Als je wilt meten tot een maximum van 15volt kan je best twee weerstanden nemen waarbij de weerstand waar je over meet de helft zoveel weerstand heeft als de ander. Je kan dit ook doen met meer dan 2 weerstanden als de juiste weerstanden niet voor handen zijn. De algemene formule voor een spanningsdeler kan bekomen worden met de wet van ohm die zegt dat: Waarin: U = I R U = spanning (V) I = stroom (A) R = weerstand (Ω) Als je weet dat de stroom in beide weerstanden even groot is als de weerstanden in serie staan en dat de totale weerstand de som is van de twee afhankelijke weerstanden dan is de formule: I = U R1 + R2 En als je de spanning per weerstand bekijkt krijg je: I = U1 R1 = U2 R2 En hiermee kan je de benodigde weerstand berekenen als je 1 weerstand kiest Stroommeting

51 6-TSO-IW Praktische realisatie 51 Om het vermogen te berekenen moet je ook de stroom weten die door je verbruiker vloeit. Hiervoor plaats je een zeer kleine weerstand in serie met de verbruiker en meet je de spanning hierover. Dit principe werkt ook volgens de wet van ohm, als er een stroom door een weerstand vloeit dan staat er altijd een spanning over die weerstand die afhankelijk is van de grootte van de stroom. Deze weerstand moet klein zijn omdat je de verbruiker niet mag storen. Maar als de weerstand zeer klein is dan is de spanning over de weerstand ook klein en dan zullen de meetfouten zeer groot zijn. Daarom plaats je een OPAMP waarmee je de spanning versterkt met een bepaalde factor. Figuur Principe tekening voor stroom te meten De OPAMP moet gevoed worden met +7V en -7V. Een OPAMP heeft een inverterende en een niet inverterende ingang, op de niet inverterende ingang sluit je de positieve klem van de weerstand aan en op de inverterende een spanningsdeler die tussen de uitgang van de OPAMP staat en de negatieve klem van de weerstand. Deze spanningsdeler bepaalt hoeveel de spanning wordt versterkt. Omdat je de versterkingsfactor kent weet je de werkelijke waarde van de spanning en je weet ook de exacte waarde van de weerstand waardoor je met de wet van ohm de stroom kan berekenen Vermogen berekenen Als je zegt ik meet het vermogen zeg je eigenlijk iets wat niet kan, je meet de stroom en de spanning zoals ik hierboven beschreef en dan bereken je het vermogen. De formule hiervoor is zeer makkelijk en je kan ze laten uitvoeren door de arduino waardoor je zelf niets moet doen. Waarin: P = U I P = vermogen (W) U = spanning (V) I = stroom (A) Toerental meting

52 6-TSO-IW Praktische realisatie 52 Wat ook handig is voor te weten is het toerental van de generator dus maakten wij hiervoor ook een schakeling. Hiervoor plaats je een magneet aan het uiteinde van de as van de generator, dit was bij ons al aanwezig. Als dit gebeurt is dan plaats je een spoel dicht bij het magneetje zodat de magnetische veldlijnen de spoel kunnen snijden. Wij maakten deze spoel zelf van zeer fijne koperdraad en een ferriet kern. Als deze spoel gesneden wordt ontstaat er een kleine EMK voor een kort ogenblik, deze spanning is echter te klein om in te lezen met de arduino waardoor deze versterkt moet worden. Dit doen we weer met een OPAMP maar in dit geval is het niet nodig om de spanning met een factor te vergroten dus versterken we de spanning tot we de voedingsspanning bereiken. Als we deze spanningspulsjes kunnen inlezen dan kunnen we de tijd tussen 2 pulsen meten en deze omzetten naar een toerental omdat je weet dat er per toer 1 puls binnenkomt Programmering van de Arduino In de loop van het schooljaar leerden wij een Arduino programmeren waardoor we al onze metingen kunnen uitvoeren. We schreven een programma waarmee we het vermogen en het toerental op een lcd scherm konden zetten en ook op onze pc. In het programma beginnen we met het vermelden van de library s die we gebruiken en bij ons is dit LiquidCrystal voor het lcd scherm. Dan maken we alle variabelen aan. Hierbij heb je float en int, een float dient voor kommagetallen en een int voor gewone getallen we vermelden ook de naam van de variabelen en waar ze gelijk aan zijn. Figuur Begin van het programma Als we dit gedaan hebben schrijven we een stuk programma dat slechts eenmaal moet doorlopen worden dit is de setup. Hierin bepalen we de in en uitgangen en stukken die slechts eenmaal moet doorlopen worden.

53 6-TSO-IW Praktische realisatie 53 Figuur Setup van het programma Hierna maken we een de verschillende lussen of loops aan die het programma overzichtelijk maken. Dit is eigenlijk het hoofdprogramma waarbij er wordt verwezen naar subroutines Figuur Overzicht van de lussen Eerst hebben we de lus waarin de analoge kanalen worden ingelezen. Figuur Subroutine voor het inlezen van de kanalen Nu passen we de ingelezen waarden aan zodat deze een waarde hebben waarmee we ze ergens kunnen aan linken. In dit gedeelte van het programma meten we ook het toerental. Figuur Subroutine voor het aanpassen van de waarden Als we deze waarden allemaal hebben berekend kunnen we ze schrijven naar het lcd en de pc en dit doen we in de laatste lus.

54 6-TSO-IW Praktische realisatie 54 Figuur Subroutine voor het weergeven van de waarden

55 12 Nederlands Lennart Vermeulen OEDELEM Wittemoerstraat OEDELEM Ecrane Adegem Koekoeklaan ADEGEM Sollicitatie stageplaats Geachte heer Bauwens Via mijn school heb ik vernomen dat er een stageplaats beschikbaar is in uw bedrijf. Met deze brief wil ik u vragen of ik in uw bedrijf stage zou mogen lopen. Mijn stage zou lopen van 30 maart 2015 tot 3 april Ik zit nu in het laatste jaar Industriële Wetenschappen in het Provinciaal Technisch Instituut te Eeklo. Uw bedrijf produceert grote scheepskranen, iets wat mij mateloos interesseert en waarover ik graag veel zou bijleren. Op school zijn mijn sterkere vakken mechanica en elektronica. Mijn stagecoördinator is meneer Bart Magerman, hij kan u eventueel meer info bezorgen van mij en ook van de richting die ik volg. Met hoogachting Lennart Vermeulen

56 Van: Aan: Onderwerp: Verzoek brochures met info over langere wachttijd Geachte heer Regelbrugge Op dinsdag 11 maart vindt in onze school het Provinciaal Technisch Instituut in Eeklo onze afstudeermarkt plaats. Onlangs werd beslist de wachttijd langer te maken zodat pas afgestudeerden later een wachtuitkering krijgen als ze geen werk vinden. In verband met deze verandering heb ik volgend verzoek. Aangezien deze info vooral van toepassing is voor de leerlingen die ervoor kiezen niet verder te studeren, zouden wij graag wat extra informatie bekomen over die wachttijd. Deze info kan ik dan delen met onze studenten in de vorm van brochures. Onze school telt 300 laatstejaars waarvan zeker 200 leerlingen niet zullen verder studeren na hun 6 e of 7 e jaar. Wij zouden dus graag 300 brochures willen aanvragen. Aangezien de afstudeermarkt al binnen 3 weken is, zou ik de brochures graag al binnen de 14 dagen ontvangen. Alvast bedankt voor uw moeite. Hoogachtend Lennart Vermeulen (Hoofd administratie PTI Eeklo)

57 Aan: Van: Onderwerp: sollicitatie netwerk engineer Geachte mevrouw Van den Eynde Gisteren vond ik op de website van Jobat uw vacature terug van Netwerk Engineer. Ik zou dan ook graag solliciteren naar deze job. Iets wat mij direct aansprak in uw vacature zijn de uitdagende projecten en de mogelijkheid om extra opleidingen te volgen. In uw functieomschrijving vernoemt u het fenomeen troubleshouting, dit vind ik een zeer interessante manier van werken. Ik vindt mezelf hier dan ook helemaal in terug. Ik bezit een diploma secundair onderwijs Industriële Wetenschappen dat ik behaalde in het Provinciaal Technisch Instituut in Eeklo. Ik liep al stage bij Ecrane in Adegem waar ik geleerd heb problemen op te lossen. Thuis beheer ik ook al enkele jaren een firewall, dit doe ik ook in het bedrijf van mijnmijn ouders. In mijn laatste jaar volgde ik ook nog een extra cursus ICT in avondschool. Ik ben van nature zeer leergierig en gemotiveerd, ik doe ook niets liever dan problemen oplossen en ben hier volgens mijn ouders ook zeer goed in. Ik zou u dan ook graag ontmoeten in een persoonlijk gesprek waarin ik mijn cv dat ook in bijlage zit, nader kan toelichten. Hoogachtend Lennart Vermeulen

58 6-TSO-IW Frans Frans 13.1 Demande de documentation Lennart Vermeulen Wittemoerstraat OEDELEM BELGIQUE Lennartvermeulen@hotmail.com Alstom 3 avenue André Malraux FR LEVALLOIS PERRET FRANCE Demande de documentation Madame Monsieur Vous serait-il possible de me faire parvenir de la documentation sur les équipements hydroélectriques produits par votre entreprise? Je suis élève de terminale en section sciences industrielles, dans un lycée flamand, à Eeklo en Belgique. En ce moment, je prépare un travail de fin d études sur le fonctionnement d une centrale hydroélectrique, et notamment sur les turbines et les générateurs. Votre documentation à ce sujet me serait donc très utile. Je vous remercie d avance de la suite favorable que vous pourriez donner à ma demande. Veuillez agréer, madame, monsieur, mes sincères salutations. Lennart Vermeulen

59 6-TSO-IW Frans Compréhension technique Texte de base en français L USINE MAREMOTRICE DE LA RANCE L usine marémotrice de la Rance, qui a été inaugurée en 1967, est un ouvrage unique au monde. [ ]. Les structures en place Architecture du complexe marémoteur On distingue d Est en Ouest : L écluse (4), permettant le passage des bateaux entre le bassin maritime et la mer ; L usine proprement dite ; La «digue morte» (10) : c est une digue en enrochement complétant la fermeture de l estuaire [ ]; Un barrage mobile (11) : d une longueur de 115 m, il est équipé de 6 vannes [ ]; Passant sur le barrage, une route à grande circulation [ ]. Les équipements internes à l usine L enceinte principale, située au cœur d une digue creuse en béton comporte une salle des machines abritant les 24 groupes bulbe, 3 transformateurs et la salle de commande.

60 6-TSO-IW Frans 60 Chaque groupe bulbe comporte une turbine hydroélectrique à 4 pales, [ ]reliée par son axe à un alternateur, le tout étant enfermé dans une coque métallique immergée dans un conduit hydraulique. Chacun mesure 5 m de diamètre et pèse près de 5 tonnes. La puissance unitaire est de 240 MW (soit 240 J/s). Ces groupes sont particulièrement bien adaptés à un dénivelé faible (13 m au maximum) et à un débit élevé (jusqu à 300 m3/s). [ ] La salle de commande contient un système informatique qui assure le pilotage automatique de l usine. Il intègre les paramètres propres à chaque marée afin d optimiser la production d énergie. De l énergie des marées à la production d électricité [ ] Déroulement chronologique Lorsque la marée monte, l eau passe dans le bassin maritime par les vannes ouvertes, et l estuaire se remplit. Il est par ailleurs possible de donner un «coup de pouce» lors de cette étape grâce à un prélèvement d énergie électrique sur le réseau EDF : c est le pompage. Quand la mer est à son plus haut niveau, les vannes sont fermées. Puis, quand la mer a suffisamment baissé, la chute d eau (de l estuaire vers la mer) entraîne le turbinage, qui fournit alors [de l ]électricité au réseau [ ]. Ce cycle est dit «à simple effet» et s applique à des marées dont le coefficient est inférieur à 105. Les particularités de l usine marémotrice de la Rance Contrairement aux anciens moulins à marée, l usine de la Rance exploite l énergie marine aussi bien à marée montante qu à marée descendante. Ce cycle dit «à double effet» concerne les marées dont le coefficient est supérieur à 105. Il repose sur le fait que les groupes bulbes et les alternateurs peuvent tourner dans les 2 sens, c est-à-dire aussi bien au moment du vidage du bassin (turbinage) que de son remplissage (turbinage inverse). La production d électricité est ainsi optimisée. Source :

61 6-TSO-IW Frans Traduction néerlandaise De getijdencentrale van Rance De getijdencentrale van Rance, is geopend in 1967, is uniek in de wereld. Bestaande structuren De architectuur van de getijdencentrale onderscheiden van oost naar west: We - De sluis (4), die de doorgang van boten tussen de baai en de zee mogelijk maakt. - De centrale zelf. - De dode dam: een dam uit rotsblokken gemaakt voor het volledig afsluiten van de riviermonding. - Een beweegbare dam (11) met een lengte van 115 m, die is uitgerust met 6 sluizen. - Over de dam, een drukke weg. De interne uitrustingen van de centrale De belangrijkste ruimte die zich in de holle betonnen dam bevindt omvat een machinekamer, met daarin de 24 bulbturbines, 3 transformatoren en de controlekamer. Elke bulbturbine bevat een hydro-elektrische turbine met 4 schoepen die via haar as met een generator is aangesloten, waarbij het geheel wordt omsloten door een metalen omhulsel dat is ondergedompeld in een hydraulische buis. Elke bulbturbine heeft een diameter van 5 meter en weegt bijna 5 ton. Het eenheidsvermogen

62 6-TSO-IW Frans 62 bedraagt 240MW. Deze bulbturbines zijn bijzonder geschikt voor een laag verval (13 m maximum) en hoog debiet(tot 300 m3 / s). De controlekamer bevat een computersysteem dat de centrale automatisch stuurt. Het bevat voor elke soort tij een aparte instelling om de energieproductie te optimaliseren. De getijdenenergie bij de productie van elektriciteit. Chronologisch verloop Door het stijgende getij vult het water de riviermonding via de open sluizen. Het is ook mogelijk een boost te geven door water op te pompen met de energietoevoer van het Franse elektriciteitsnet. Als de zee op zijn hoogste niveau is zijn de sluizen gesloten. Dan, als het zeeniveau voldoende gedaald is, drijft het verval (van de riviermonding naar de zee) de turbines aan, die zo energie leveren aan het net [ ]. Deze cyclus wordt de enkelwerkende genoemd en werkt bij getijden met een coëfficiënt die kleiner is dan 105. De bijzondere eigenschappen van de getijdencentrale van de Rance In tegenstelling tot oude getijdenmolens, levert de centrale van de Rance bij zowel eb als vloed energie. Deze zogenaamde dubbelwerkende cyclus wordt toegepast bij getijden met een coëfficiënt van meer dan 105. Het is gebaseerd op het principe dat bulbturbines en dynamo s in 2 richtingen kunnen draaien, dat wil zeggen zowel bij het leeglopen ( turbineren ) als bij het vullen ( omgekeerd turbineren ). De elektriciteitsproductie is zo geoptimaliseerd.

63 6-TSO-IW Frans Lexique bilingue 6TSO-IW Frans Lennart Vermeulen Jakob Keerman Vocabulaire technique Français axe barrage mobile chute d eau conduit hydraulique coque métallique dénivelé faible digue creuse écluse estuaire groupe bulbe pilotage automatique puissance unitaire salle de commande usine marémotrice vanne Néerlandais as beweegbare dam verval hydraulische buis metalen omhulsel laag verval holle dam sluis riviermonding bulbturbine automatische besturing eenheidsvermogen controlekamer getijdencentrale sluis Industriële wetenschappen Schooljaar

64 6-TSO-IW Frans Questionnaire Quelles sont les caractéristiques du barrage? C est un barrage mobile d une longueur de 115 m et équipé de 6 vannes. Où se trouve l usine proprement dite? Elle est située dans une digue creuse en béton. Qu est-ce qu il y a dans la salle de machines? La salle des machines arbrite 24 groupes bulbe et 3 transformateurs. Que contient chaque groupe bulbe? Chaque groupe bulbe comporte une turbine hydroélectrique à 4 pales, reliée par son axe à un alternateur. Quelles sont les caractéristiques de ces groupes bulbes? Chaque groupe bulbe est enfermé dans une coque métallique immergée dans un conduit hydraulique. Chacun mesure 5 m de diamètre et pèse près de 5 tonnes. La puissance unitaire est de 240 MW Que se passe-t-il dans la salle de commande? La salle de commande contient un système informatique qui assure le pilotage automatique de l usine. Il intègre les paramètres propres à chaque marée afin d optimiser la production d énergie. Expliquez le principe du turbinage. Lorsque la marée monte, l eau passe dans le bassin maritime par les vannes ouvertes, et l estuaire se remplit. Quand la mer est à son plus haut niveau, les

65 6-TSO-IW Frans 65 vannes sont fermées. Puis, quand la mer a suffisamment baissé, la chute d eau entraîne le turbinage, qui fournit alors électricité au réseau. Qu est-ce que le cycle à double effet? On parle de cycle à double effet quand le turbinage, donc la production d électricité, se fait aussi marée montante qu à marée descendante. Quelles sont les conditions nécessaires à son application? Il fout que les groupes bulbe et les alternateurs puissent tourner dans les deux sens, c est-à-dire aussi bien au moment du vidage du bassin que de son remplissage. Le coefficient de marée doit être supérieur a 105.

66 6-TSO-IW Engels Engels 14.1 Text HOW HYDROPOWER WORKS Hydropower plants capture the energy of falling water to generate electricity. A turbine converts the kinetic energy of falling water into mechanical energy. Then a generator converts the mechanical energy from the turbine into electrical energy. Hydroplants range in size from "micro-hydros" that power only a few homes to giant dams like Hoover Dam that provide electricity for millions of people. The photo below shows the Alexander Hydroelectric Plant on the Wisconsin River, a medium-sized plant that produces enough electricity to serve about 8,000 people. PARTS OF A HYDROELECTRIC PLANT Most conventional hydroelectric plants include four major components (see graphic below):

67 6-TSO-IW Engels Dam: Raises the water level of the river to create falling water. Also controls the flow of water. The reservoir that is formed is, in effect, stored energy. 2. Turbine: The force of falling water pushing against the turbine's blades causes the turbine to spin. A water turbine is much like a windmill, except the energy is provided by falling water instead of wind. The turbine converts the kinetic energy of falling water into mechanical energy. 3. Generator: Connected to the turbine by shafts and possibly gears so when the turbine spins it causes the generator to spin also. Converts the mechanical energy from the turbine into electric energy. Generators in hydropower plants work just like the generators in other types of power plants. 4. Transmission lines: Conduct electricity from the hydropower plant to homes and business. HOW MUCH ELECTRICITY CAN A HYDROELECTRIC POWER PLANT MAKE? The amount of electricity a hydropower plant produces depends on two factors: 1. How Far the Water Falls: The farther the water falls, the more power it has. Generally, the distance that the water falls depends on the size of the dam. The higher the dam, the farther the water falls and the more power it has. Scientists would say that the power of falling water is "directly proportional" to the distance it falls. In other words, water falling twice as far has twice as much energy. 2. Amount of Water Falling: More water falling through the turbine will produce more power. The amount of water available depends on the amount of water flowing down the river. Bigger rivers have more flowing water and can produce more energy. Power is also