Wedstrijd alternatieve vormen van energie voor leden en niet-leden van de K VIV

Transcriptie

1 Wedstrijd alternatieve vormen van energie voor leden en niet-leden van de K VIV Voorstel 1 : Het oppervlaktewaterrad door Eddy Thysman Tweede document met bijkomende informatie (Een nieuw soort watermolens als valabele nieuwe energievorm voor Vlaanderen en ver daarbuiten!) Juni 2003 Inleiding : Het is de bedoeling om platgetreden paden te verlaten en te bestuderen of de kinetische energie van water (in onze waterlopen en in het Belgische stuk van de Noordzee) niet kan gebruikt worden voor grote energieproductie? Dit is mijn hoop nu, bij de start van het ontwikkelen van het idee en de ontwerpen, en op het einde van dit document, kunt U mijn eindconclusie lezen... Al in de oudheid werd de kinetische energie van waterstromen gebruikt dmv paddelwielen. Maar al heel vroeg en zeker vanaf de 18 e eeuw concentreerde men zich echter voornamelijk op een zo efficiënt mogelijk gebruik van de potentiële energie van water omdat hierover door beroemde ingenieurs, zoals Poncelet en anderen, voortreffelijke studies en berekeningen werden gemaakt en ook omdat men al heel lang aannam dat een waterrad dat slechts gebruik maakte van de kinetische energie van bvb een waterloop (een waterrad dat men gewoon in de rivier hing), niet zo interessant was en ook slechts zeer weinig energie kon leveren. Maar is dit op de dag van vandaag nog altijd het geval? Hebben de hedendaagse technische middelen daaraan iets veranderd? Zie een (nauwelijks te vinden) waterrad werkend enkel met de kinetische energie van een (snelle) waterstroom (vermoedelijk in een bergstreek waar snelstromende rivieren zijn) : Vergelijk met een klassiek waterrad werkend met potentiële energie (dmv hoogteverschillen) : (bovenschot of onderschot) Zelfs al vanaf de middeleeuwen hebben onze voortreffelijke Vlaamse watermolenbouwers altijd al gewerkt met de potentiële energie van onze eigen waterlopen. Men bouwde bvb het watermolenhuis op een zijarm van de Schelde die men kon afsluiten. Bij vloed liep deze zijarm vol en en men wachte tot eb voor een maximaal hoogteverschil (bvb 1,8m in Rupelmonde ) en dan liet men de zijarm terug leeglopen via het waterrad terug naar de Schelde. Zie de watermolen van Rupelmonde : Het omzetten van de kinetische energie van water in bruikbare energie voor de mens daarentegen is een boeiend maar tegelijkertijd ook al eeuwenlang verwaarloosd technisch probleem. Merkwaardig genoeg duurt deze toestand nog altijd voort tot op de dag van vandaag 1

2 Maar waarom werd vroeger aangenomen dat de kinetische waterenergie (waterraderen rechtstreeks in de rivier, niet gebruik makend van hoogteverschillen) slechts in heel beperkte mate bruikbaar was en werd deze energie uiteindelijk vergeten en verwaarloosd? En is er nu iets veranderd tegen vroeger, waardoor de situatie nu gewijzigd zou zijn? Als we nadenken over het verleden, dan is het heel duidelijk waarom men niet verder gezocht heeft op waterraderen die enkel gebruik maken van de kinetische energie van rivieren (rad gewoon hangend in de rivier). Vermits men toen een dergelijk watermolenhuis onmiddellijk langs de rivier bouwde was dit op zich al een riskante onderneming (door het natuurgevaar van de rivier). Het waterrad diende dan ook hangend in de rivier opgesteld te worden, gewoonlijk met lagering aan één kant in het watermolenhuis. Dit gaf tot grote krachten aanleiding, die wel moesten worden afgesteund. Indien men echter lagering aan beide kanten wilde, dan moest men aan één kant afsteunen in de rivier zelf, hetgeen ook extra bouwwerken veroorzaakte. En door al deze redenen kon men het waterrad niet breed bouwen, waardoor er inderdaad slechts gering vermogen kon gegenereerd worden. En door de kostelijke bouw beperkte men zich tot 1 of maximum 2 waterraderen. En dan moest men ook nog afrekenen met wisselende waterstanden op de rivier, waardoor het waterrad soms teveel en soms te weinig ondergedompeld werd, met vermogensverlies tot gevolg. De lagering van het waterrad kende daarbij vroeger meer verlies door wrijving dan tegenwoordig, waar we nu kunnen gebruik kunnen maken van betere lagers. Er was dus toen zeker meer verlies op het geringe geproduceerde vermogen, dan het vandaag het geval zou zijn. Waarschijnlijk was het in die tijd ook veel te vergezocht en vooral veel te onpraktisch om het watermolenhuis drijvend op te stellen met vlotters links en rechts van een reeks achter elkaar opgestelde waterraderen. Ook om duidelijke redenen : De gewonnen energie diende overgebracht te worden naar bvb een heel zwaar molenwiel. Ook niet zo n praktisch idee om dergelijke zware zaken drijvend op te stellen. Vroeg of laat zou er ook zeker eens een lek geweest zijn en zou het drijvende watermolenhuis dan gezonken zijn. Tegenwoordig is het echter mogelijk onzinkbare vlotters te bouwen die bvb volgespoten zijn met schuim. Gewoonlijk werd de energie die gewonnen werd in het watermolenhuis gebruikt in een aangebouwd atelier of fabriekje. Maar overbrenging van deze energie via riemen of tandwielen van een boot of vlot met waterraderen op de rivier, dus van op een wissende plaats en hoogte, was gewoon niet mogelijk met riemen en tandwielen. Nu met elektriciteit in deze tijd, is dit geen enkel probleem meer. Kortom er waren toen inderdaad duidelijke technische en praktische redenen om de kinetische energie van rivieren maar niet of nauwelijks te benutten. En er ook niet verder op te studeren. Maar tegenwoordig ligt dat toch anders. De bezwaren van vroeger zijn nu achterhaald. We kunnen nu dit vraagstuk op een frisse en ongedwongen manier opnieuw bekijken met de hedendaagse technische mogelijkheden! Tegenwoordig zouden we een aantal waterraderen achter elkaar vlottend kunnen opstellen met een onzinkbare vlotter links en rechts. Het wisselende waterpeil van de rivier speelt dan geen rol meer. 2

3 Afsteuning via goede lagers met minimum wrijving links en rechts. Reductiekasten/stroomgeneratoren eveneens op deze drijvende eenheid gemonteerd en energie via elektriciteitskabels doorheen het water naar de wal. We zouden ook een aantal van dergelijke eenheden aan elkaar kunnen koppelen tot een drijvend park voor grote energieproductie. Verder verankering van het drijvend park dmv ankers/heipalen/kabels, enz. Zo zouden we tot iets kunnen komen dat nooit eerder gezien is in de geschiedenis van de watermolenbouwers. We moeten dit zeker bestuderen gezien de nood aan alternatieve energie en het gebrek aan potentiële waterenergie in Vlaanderen. We moeten dus zeker uitvissen wat we kunnen aanvangen met de kinetische energie van onze waterlopen (en ook van de zee). Zie ook : ULIQUES Boven - en onderslagwaterraderen maken gebruik van deze potentiële energie, maar hebben slechts beperkte toepassingsmogelijkheden in Vlaanderen, West Europa en de rest van de wereld, gezien de schaarste aan geschikte geografische plaatsen waar ze ingezet kunnen worden. Gezien deze schaarste is het wel degelijk zinvol om de kinetische energie van waterstromen terug onder de loep te nemen. In Vlaanderen is daarbij vooral veel meer kinetische waterenergie beschikbaar dan potentiële waterenergie en dus is het absoluut logisch om deze energie te bestuderen voor energiedoeleinden. Zo komen we op een 3 e type waterraderen (na de boven en onderslagwaterraderen die van potentiële energie gebruik maken ), dat van kinetische energie gebruik maakt, en dat mogelijks bij ons veel meer toegepast zou kunnen worden voor energieproductie namelijk het oppervlaktewaterrad. Deze oppervlaktewaterraderen kunnen gebruikt worden, overal waar oppervlakken stromend water aanwezig zijn. Hoe groter de stroomsnelheid (en dus de kinetische energie), hoe meer vermogen kan gegenereerd worden met hetzelfde aantal oppervlaktewaterraderen. En hoe meer oppervlak men ter beschikking heeft, hoe meer oppervlaktewaterraderen dat men kan plaatsen. Het oppervlaktewaterrad bestaat al zeer lang en werd en wordt bvb omgekeerd gebruikt voor de aandrijving op de typische Mississippi boten : Zie bvb : Domein en toepassingsgebied : Energieproductie uit oppervlakken stromend water (hoofdzakelijk maar niet uitsluitend de rivieren). In Vlaanderen, West Europa en de rest van de wereld zijn heel veel niet gebruikte rivier oppervlakken. 3

4 Deze kunnen ook ontgonnen worden door er drijvende installaties op te plaatsen die de kinetische energie van de waterstroom eronder omzetten in elektriciteit. Enkel de scheepvaart en het toerisme gebruiken nu een klein deel van deze rivier oppervlakken, maar het grootste gedeelte wordt nu nog helemaal niet benut voor energieproductie. Wat men nodig heeft zijn dus rivieren en oppervlaktewaterraderen. Oppervlaktewaterraderen kunnen zowel werken op rivieren met 1 stroomrichting bvb de bovenlopen (stroomrichting van bron naar monding) als op getijdestromen met 2 stroomrichtingen (eb en vloed). Bvb de Schelde is een mooi voorbeeld van een rivier waar van bron tot monding oppervlaktewaterraderen zouden kunnen toegepast worden. Op de bovenloop werken ze dan continu met 1 stroomrichting, en op de benedenloop werken ze afwisselend in 1 van de 2 stroomrichtingen (eb en vloed). Ze zijn dan wel gekenmerkt door afwisselende perioden van stilstand gevolgd door werking in 1 van de 2 stroomrichtingen. Het wisselende waterpeil van de rivier speelt daarbij geen rol. Ik denk voor Europa zowel aan de grotere traag stromende rivieren zoals bvb de Schelde of de Rijn, maar zeker ook aan alle sneller stromende rivieren zoals bvb de Inn in Oostenrijk. Hoe sneller de rivier stroomt, hoe interessanter natuurlijk. Omzeggens alle waterlopen komen gelukkig in aanmerking. Werkingsprincipe en technische uitvoering : (zie figuur 1-03 en figuur 1-05) 4

5 Ruwweg zou men kunnen stellen dat het gaat om op vlotters gemonteerde onderslagwaterraderen : Een reeks oppervlaktewaterraderen (A) worden achter elkaar gemonteerd. Aan weerszijden van de raderen bevinden zich de steunlagers (B) die afgesteund worden op vlotters (C). De vlotters zijn op regelmatige afstanden verbonden door tussenprofielen of buizen (D) zodat een stijf geheel ontstaat. Elk onderdeel (A,B,C,D) blijft dan op de juiste positie voor een perfecte werking. Aan één kant worden ook de stroomgeneratoren met compacte reductiekast (E) 5

6 gemonteerd op de assen van de raderen (A). De raderen (A) rusten met het onderste gedeelte in het water. Van zodra er stroming is in het water, brengt de door het water uitgeoefende kracht op de schoepen (F) de raderen (A) in beweging. De stroomsnelheid van het water is evenredig met het aantal omwentelingen per minuut van de raderen. Zelfs bij het droogvallen van de rivier is er geen gevaar dat de raderen beschadigd zouden worden daar het geheel dan rust op beschermingsbuizen (G) die zich lager bevinden dan de onderkant van de schoepen (F). Een geheel dat we een unit of een eenheid zullen noemen, kan dus dmv een aantal achter elkaar opgestelde oppervlakteraderen elektriciteit produceren. Men moet er voor zorgen dat elke eenheid beschikt over koppelmogelijkheden (H) met andere eenheden zodat een drijvend park kan gevormd worden, en dat er voorzieningen (I) zijn voor de bevestiging van eventuele beschermnetten (indien nodig). De aankoppelmogelijkheid is niet alleen mechanisch maar ook het elektrische gedeelte moet aankoppelbaar zijn. Men merkt op dat er bij aankoppeling van de drijvende eenheden op natuurlijke wijze langslooppaden (J) ontstaan die men kan gebruiken voor onderhoud en inspectie. Zie figuur Men zou het ontwerp ook gemakkelijk kunnen aanpassen zodat er ook dwarse looppaden ontstaan. Men kan de zaak ook uitvoeren zodanig dat men de stroomgeneratoren aan weerszijden van een zelfde looppad heeft. Dit zou mogelijks een besparing kunnen geven ivm de kabelladders. 6

7 Men moet ook aandacht besteden aan de veiligheid. Het mag bvb niet mogelijk zijn om in een raderwerk te vallen of een ander ongeval voor te hebben. Daarom kan men ook relingen voorzien (K) zie figuur 1-05 en nog andere veiligheidsmaatregelen treffen. Ik denk bvb ook aan relingen aan de drijvende randeenheden die zouden kunnen verhinderen dat men in het water valt. Ook bvb dwarse looppaden die toelaten elk onderdeel van een drijvend park snel te bereiken. Kortom, er zijn een heleboel mogelijke combinaties mogelijk. Enz. Aanzienlijke ontwerpverbeteringen zijn zeker mogelijk in combinatie met uitvoering in diverse types (demonteerbaar of niet), materialen (gecoat staal, RVS, kunststof, enz.) en groottes (bvb een grootte voor vervoer over het water en een over de weg ). Het laatste woord is hier zeker niet over gezegd. Ook voorwerpen drijvend op of onder het wateroppervlak vormen geen probleem (zie figuur 1-01) 7

8 daar ze tegen kunnen gehouden worden door netten. Ook voor de scheepvaart vormt het geen probleem (zie figuur 1-02) daar de energieproductieparken slechts een deel van de rivier innemen. Het vastleggen van de drijvende parken : Een drijvend energiepark mag niet meedrijven met de stroom. Daar moet grote aandacht aan besteed worden, want een meedrijvend park kan grote schade aanrichten aan bvb bruggen en ook zelf ernstig beschadigd worden. Het moet dus op een of andere manier stevig en veilig vastgelegd worden. Dit kan al op enkele eenvoudige manieren : Door ankers in het waterstroom zie figuur

9 En/of door heipalen/geleidingspalen zie enkele voorbeelden op figuur En door bekabeling naar ankerpunten op het land zie figuur En liefst moet er ook een 2 of 3-voudige veiligheid zijn. Als bvb 1 anker op een bepaalde plaats zou begeven, moeten er zeker nog 2 of 3 zijn die de taak overnemen. Enz. 9

10 Voorafgaande noodzakelijke testen : Men zou gegevens kunnen verzamelen over de gemiddelde stroomsnelheden op de rivieren verdeeld over de seizoenen en ook schommelend per uur op een dag door de werking van eb en vloed voor de getijde stroomgedeelten. Men zou een proefopstelling kunnen bouwen, bestaande uit één drijvende eenheid waar men oppervlaktewaterraderen van diverse diameter en breedte op zou kunnen uittesten en de opbrengsten daarvan in grafiek zetten, in functie van de stroomsnelheid, diameter, breedte, hoogte van ondergedompeld gedeelte van het rad. Het is ook zeer belangrijk om vast te stellen of er verliezen optreden als de raderen achter elkaar gemonteerd worden, en of deze verwaarloosbaar zijn. Men zou een optimale breedte en diameter kunnen bepalen evenals het optimale aantal raderen dat men het meest economisch na elkaar op een drijvende eenheid plaatst. De meest economische afstand tussen 2 raderen dient bepaald te worden. Ook zou men interessante studies kunnen doen ivm de vorm van de schoepen. Daar het hier gaat om het opvangen van de kinetische energie van een grote waterstroom en niet om het efficiënt benutten van de potentiële energie van een relatief klein afgeleid stroompje of kanaal (bovenschot of onderschot), zou het kunnen zijn dat een heel eenvoudige (economische) vorm van de schoepen (rechte platen) ruimschoots volstaat. Maar mogelijks kan daar ook nog heel wat aan verbeterd worden om een hogere opbrengst te bekomen. Het zou me niet verwonderen dat dit mogelijk is. Gebogen vormen, gesloten zijplaten links en rechts van de schoepen, kleine (lucht)gaatjes in de schoepen, scharnierende gedeelten in de schoepen (die openen in het 2 e kwart onder water van de rotatie) enz., dingen genoeg die uitgetest kunnen worden in een waterbouwkundig labo. Uiteindelijk zou men door deze testen en de nodige eenvoudige berekeningen snel tot een haalbaarheidsstudie kunnen komen : Als men de te verwachten opbrengst door deze testen redelijk nauwkeurig kan bepalen, en men krijgt tegelijkertijd een idee van de noodzakelijke kosten, dan zal men snel kunnen bepalen of dit economisch haalbaar is of niet. Verschillen met bestaande systemen, sterke en zwakke punten zowel van het werkingsprincipe als van de technische uitvoering : Er zijn enorme verschillen tussen de huidige toegepaste klassieke systemen ivm waterkracht (getijdecentrales, stuwmeren, watermolens met bovenslags of onderslags waterraderen, omgekeerd gebruikte schroeven van Archimedes, enz. die allemaal van de potentiële energie van het water gebruik maken) en oppervlaktewaterraderen die van de kinetische energie gebruik maken. De te verwachten opbrengst zal weliswaar minder zijn vergeleken met een klassiek wiel met potentiële energie, maar men kan dit zeker goedmaken doordat men veel meer oppervlaktewaterraderen kan plaatsen aan een veel mindere kost. Bij de huidige bestaande systemen zijn gewoonlijk kleine tot grote infrastructuurwerken noodzakelijk (burgerlijke bouwkunde zoals noodzakelijke technische gebouwen, allerlei beton en staalwerken, wegenwerken, rioleringswerken, enz.), die niet alleen gewoonlijk zeer veel kosten, maar ook ingrijpen in het landschap en dit soms definitief van uitzicht veranderen. 10

11 Als men daarentegen overgaat tot het uitbouwen van parken van drijvende energieproductieplatforms uitgerust met oppervlaktewaterraderen op rivieren, dan zijn hiervoor nauwelijks of geen infrastructuurwerken noodzakelijk. Dus aanzienlijk minder kosten en ook geen definitief ingrijpen op het landschap. De productiekosten zijn laag, vermits het in wezen zeer eenvoudige machines zijn, bestaande uit heel eenvoudige bewegende raderen en hun lagers, vlotters en nog enkele andere mechanische en elektrische componenten. Als het stadium van de noodzakelijke ontwikkelingstesten achter de rug is, kan een periode beginnen van productie van steeds grotere aantallen, waarbij ook nog heel wat ontwerpverbeteringen kunnen plaatsgrijpen in de loop der tijd, en waardoor ook een optimaal en goedkoop ontwerp bereikt kan worden.door productie in grote aantallen en door concurrentie tussen verschillende leveranciers kan de prijs van de drijvende energieproductieplatforms nog aanzienlijk dalen. De stijgende productie van deze nieuwe drijvende energieproductieplatforms en al hun nodige toebehoren zou een zekere positieve bijdrage kunnen leveren voor de werkgelegenheid en een nieuwe bedrijfstak kunnen laten ontstaan in België en in andere landen. Door hun eenvoudige constructie en bediening, zonder complexe besturingsmechanismen, zijn ze ook uiterst geschikt voor gebruik in ontwikkelingslanden. Het visbestand loopt ook geen enkel risico in deze nieuwe parken met visvriendelijke traag draaiende oppervlakteraderen, in tegenstelling tot veel huidige systemen waar dit veelal een moeilijk punt is dat veel aandacht vereist. Zwakke punten zullen de mindere opbrengst zijn bij traag stromende rivieren en op getijde gedeelten maar vooral de visuele vervuiling van het landschap bij plaatsing van grote aantallen (teveel van hetzelfde, men raakt erop beu gekeken). Dit laatste punt lijkt me het belangrijkste bezwaar TEGEN : Een beperkt aantal energieproductieparken met oppervlaktewaterraderen op welomlijnde plaatsen is zeker nog een bezienswaardigheid. Maar als men onze rivieren ermee volbouwt en men komt ze overal tegen op elke rivier, dan wordt het bijna zeker teveel!!! Nietemin zit er zuiver energetisch duidelijk wel wat in. Men hoeft ook geen moeilijke zoektocht te ondernemen naar een beperkt aantal mogelijke geschikte geografische plaatsen met het nodige verval om daar een klassiek systeem toe te passen ivm waterkracht, daar bijna ons volledige waterlopenstelsel geschikt is voor oppervlakteraderen. Maar het wordt natuurlijk wel een studie van een database van stroomsnelheden op onze rivieren, en op de andere Europese rivieren, om te beginnen. Men moet zoeken naar die riviergedeelten met een zo groot mogelijke stroomsnelheid. Een werkelijk enorme troef is de echte flexibiliteit met economische voordelen die ongetwijfeld een eigen dynamiek zal genereren in het bedrijfsleven en in de energiebranche en zelfs voor de inkomsten van de openbare sector. Ik bedoel daar het volgende mee : 11

12 Vermits deze drijvende parken verplaatsbaar zijn, kunnen zij ook zonder probleem heel snel ergens anders ingezet worden, bvb als een energiewinningvergunning om een bepaald gedeelte van een bepaalde rivier te mogen gebruiken, verstrijkt, of als gunstiger contracten werden afgesloten op andere meer geschikte plaatsen waar een hogere energieopbrengst te verwachten valt. Ook voor de openbare sector is dit uiterst interessant daar om het even wie een energiewinningconcessie mag verhuren op de rivieren, of het nu de federale overheid of de provincie of de gemeenten of wie dan ook is, hiermee probleemloos een nieuwe inkomensbron zal kunnen aangeboord worden. Vermits nadien de site heel gemakkelijk en snel in haar oorspronkelijke toestand kan teruggebracht worden, is er geen hinderpaal voor wisselende contracten. Te verwachten valt dat de concurrentie volop zal spelen en vermits er meer verhuurders dan huurders zullen zijn, zullen de prijzen zich waarschijnlijk stabiliseren op een zeer laag niveau. Dit is zeker het geval daar er ook concurrentie uit het buitenland zal zijn, hetgeen ook interessante perspectieven zal openen. In de Europese Gemeenschap met vrij vervoer van goederen en diensten zou het toch moeten mogelijk zijn dat bvb een Belgische energieproducent een concessie huurt op de Schelde, om daarna bvb een gunstiger concessie te huren op de Rijn in Duitsland om daarna bvb een concessie te huren in Nederland op de Maas. Telkens wordt dan het nodige eigen energieproductiepark verhuisd en aangesloten op deze locaties. Of dat een Belgische of andere energieproducent dmv diverse productieparken in binnen en buitenland de productiecapaciteit (en de risico s) spreidt. Of dat een Belgische energieproducent bvb stroom kan leveren aan Duitse klanten dmv een productiepark op een Duitse rivier, gekoppeld aan het Duitse stroomnet. Men omzeilt op deze manier het gebrek aan transportcapaciteit voor stroom doorheen Europa, doordat men gebruik maakt van de goed uitgebouwde nationale netten en de slecht uitgebouwde verbindingen tussen de nationale netten onderling vermijdt. Enz. Becijfering of schatting van de efficiëntie en van de energetische impact : Over het rendement van oppervlaktewaterraderen bestaat zeer weinig onderzoekswerk en berekeningen. Dit is duidelijk een braakliggend terrein waar nog zeer interessante berekeningen kunnen gebeuren. Ik heb er het volgende over gevonden op internet : %20FIL%20DE%20L%20EAU Waar men leest : Il est donc intéressant d'avoir un grand diamètre car la puissance est proportionnelle au diamètre Op figuur

13 ziet men een groot oppervlaktewaterrad met een diameter van 12 m en een breedte van 4,2 m gemonteerd op een eenheid van 6m x 15m. Onderdompelingsdiepte : 2,8m. Een dergelijk groot rad zou dus interessanter zijn. Quand à la vitesse de rotation, elle sera telle que la vitesse linéaire de la circonférence soit environ le 1/3 de la vitesses de l'eau, comme pour la plaque. Ik denk dat 1/3 mogelijks nu nog wat verbeterd zou kunnen worden door goede rollagers met minimum verlies aan wrijving. Men leest daar ook een interessante tabel over het vermogen in watt per vierkante meter schoep : WATTS V= 0.6 m/s V=1 m/s V=2 m/s V=3 m/s Calcul logiciel 8 aubes Calcul logiciel 16 aubes Etude 19ème siècle Maar ik heb in het ontwerp al 24 schoepen getekend. (De watermolen van Rupelmonde heeft er zelfs 40). Ik interpoleer nu de calcul logiciel 16 aubes naar die 24 schoepen en ik reken uit wat dit zou geven als opbrengst voor de getekende figuren Het nuttig oppervlak voor figuur

14 bedraagt : 4 (raderen) x 4,2m (breedte rad) x 0,9m (diepte) = 15,12 m². Het nuttig oppervlak voor figuur 1-13 bedraagt : 1 (rad) x 4,2m (breedte rad) x 2,8m (diepte) = 11,76 m². 14

15 Grotere diameters geven dus meer opbrengst maar ze nemen ook meer plaats (nuttig rivieroppervlak) in! In onze opstelling (koppelbare drijvende eenheden) blijkt figuur 1-03 dus toch interessanter te zijn voor eenzelfde rivieroppervlak!!! Maar de kostprijsanalyse moet ook nog gebeuren! Is een drijvende eenheid met 1 groot rad goedkoper dan met 4 kleinere en hoeveel? Interpolaties 16 naar 24 : V = 0,6 m/s 38 + (38 29)/2 = 42,5 V = 1 m/s ( )/2 = 200 V = 2 m/s ( )/2 = 1598 V = 3 m/s ( )/2 = 5434 Verdere berekeningen : WATTS V= 0.6 m/s V=1 m/s V=2 m/s V=3 m/s Vermogen bij 24 schoepen per m² Vermogen drijvende eenheid van 6m x 15m figuur 1-03 (15,12m²) Vermogen drijvende eenheid van 6m x 15m figuur 1-13 (11,76m²) 42, De beste opstelling zou dus die van figuur 1-03 zijn. 15

16 Zie ook figuur 1-10A. Maar ook vooral praktische testen met de nodige meetapparatuur en een testvlot met raderen waarbij verschillende parameters ingesteld kunnen worden, zou duidelijkheid kunnen geven. De te verwachten opbrengst is een teer punt. Voor snel stromende rivieren verwacht ik dat dit zeer goed zal zijn, zelfs met weinig oppervlakteraderen. Voor traag stromende rivieren zal de opbrengst helaas minder zijn, maar men kan dan (veel) meer oppervlakteraderen plaatsen. De installatiekost van onderslagraderen waar het oppervlakterad het best mee te vergelijken is, zou maximaal 5500 /kw bedragen of ongeveer 9000 euro/kw. Daar er geen infrastructuurwerken noodzakelijk zijn, en door vergaande daling in de productiekosten door standaardisatie en optimalisering in het ontwerp van het beperkte aantal verschillende onderdelen dat in het geheel verwerkt is, en door productie op grote schaal, is het aannemelijk dat de prijs voor oppervlaktewaterraderen zeker aanzienlijk kan dalen mogelijks zelfs tot minder dan 2500 euro/kw Verdere berekeningen : KILOWATTS V= 0.6 m/s V=1 m/s V=2 m/s V=3 m/s Vermogen drijvend energiepark van 25 eenheden op 30m x 75m = 2250 m² rivieroppervlak Figuur 1-10A 4 raderen per eenheid Vermogen drijvend energiepark van 25 eenheden op 30m x 75m = 2250 m² rivieroppervlak 16,1 kw 75,6 kw 604 kw 2054 kw 12,1 kw 56,6 kw 453 kw 1540 kw 16

17 Figuur 1-11A 3 raderen per eenheid Vermogen drijvend energiepark van 25 eenheden op 30m x 75m = 2250 m² rivieroppervlak Figuur 1-12A 2 raderen per eenheid 8 kw 37,8 kw 302 kw 1027 kw Nog enkele interessante varianten : Op figuur 1-13 ziet men een groot oppervlaktewaterrad met een diameter van 12 m en een breedte van 4,2 m gemonteerd op een eenheid van 6m x 15m. Onderdompelingsdiepte : 2,8m. Die moet men wel hebben natuurlijk! Het is ook mogelijk minder maar sterkere reductiekasten/stroomgeneratoren te hebben door assen aan elkaar te monteren, zie figuur

18 Het is ongetwijfeld ook mogelijk een combinatie te maken met zonne-energie : Als men de draaiende waterraderen boven water aan het zicht zou onttrekken dmv zonnepanelen bovenop, dan zou het geheel nog een stuk aantrekkelijker worden voor voorbijgangers én er zou een constantere energievoorziening mee kunnen gerealiseerd worden. Dit zou wel zeer ecologisch overkomen. Zie bvb hieronder : Er zijn zeker ook meer gestroomlijnde vormen mogelijk : 18

19 En zelfs versies waarbij de stroomgeneratoren buiten weggestoken worden, zodat alles meer estetisch wordt. Als men het een gestroomlijnde schoonheid meegeeft, zal ook het publiek ervan houden. Kortom, nog een massa verbeteringen zijn zonder probleem mogelijk. 3D Figuren : Verhelderende 3D figuren zijn altijd een voordeel. Opstelling van 4 waterraderen op een eenheid van 6m x 15m en plaatsing van 25 eenheden in een drijvend energiepark op een rivier zien we het resultaat op figuur 1-10A. 19

20 Op figuur 1-10B en figuur 1-10C 20

21 zien we wat mogelijke details daarvan. Opstelling van 3 waterraderen op een eenheid van 6m x 15m en plaatsing van 25 eenheden in een drijvend energiepark op een rivier zien we het resultaat op figuur 1-11A. Op figuur 1-11B 21

22 en figuur 1-11C zien we wat mogelijke details daarvan. Opstelling van 2 waterraderen op een eenheid van 6m x 15m en plaatsing van 25 eenheden in een drijvend energiepark op een rivier zien we het resultaat op figuur 1-12A. 22

23 Op figuur 1-12B en figuur 1-12C 23

24 zien we wat mogelijke details daarvan. De noodzakelijke testen moeten uitsluitsel geven over de ideale meest economische afstand tussen 2 na elkaar geplaatste raderen en over het vermogen dat dan kan gegenereerd worden bij een bepaalde stroomsnelheid. Bespreking : Het is het mogelijk om een aantal van deze drijvende relatief eenvoudige en goedkope energieproductieplatforms te plaatsen in een aantal parken op rivieren. Hierdoor moet het hopelijk ook mogelijk zijn om op deze manier op termijn in een deel van onze energiebehoefte te voorzien op een economische manier : Wat kostprijs betreft is het heel goed mogelijk dat het goedkoper is dan de klassieke waterraderen (onderschot en bovenschot) die nu toegepast worden! Ik denk dat dit type waterrad zeker wel het potentieel in zich heeft om door te breken op kleine schaal en verder omdat het vooral moet vergeleken worden met zijn 2 voornaamste concurrenten die nu eveneens kleinschalig toegepast worden, namelijk het onderschot en het bovenschot waterrad. Inderdaad, men kan deze nog bouwen ook om toeristische redenen en op welbepaalde plaatsen, maar men zou nu ook hetzelfde vermogen en meer mogelijks goedkoper kunnen genereren door enkele drijvende eenheden met oppervlakteraderen op de dichtstbijzijnde waterloop te plaatsen. Voor toepassing op snelstromende rivieren is dit idee zeker ook nog zo gek niet. Het grote vraagteken blijft bij de traag stromende rivieren en de getijde gedeelten. Hopelijk betekent dit oppervlaktewaterrad het echte einde van een trend die lang geleden begonnen is namelijk om enkel op de potentiële energie van water te beschouwen. 24

25 Het is zeker dat er financiële hulp mogelijk is voor een dergelijk innovatief testproject met oppervlaktewaterraderen vanuit de Europese Gemeenschap. Dit zal de kosten drukken voor de bouw van de drijvende testeenheid. Zelfs al wordt er maar 1 drijvende testeenheid met allerlei instelbare parameters voor studie van gebouwd, dan nog heeft het zeker alle troeven om een veelbezochte drijvende studieplaats te worden die niet zou misstaan in onze zoektocht naar alternatieve energie. Het is best mogelijk dat deze drijvende testeenheid veel op reis zal zijn naar alle mogelijke rivierplaatsen in binnen en buitenland met diverse rivierstroomsnelheden, waar allerlei geïnteresseerde onderzoekers het zullen willen uittesten. Ook voor de snelstromende rivieren in ontwikkelingslanden is dit ook nog niet zo gek. Als het in productie zou gaan, dan zal het een originele nieuwe ontwikkeling in Vlaanderen en daarbuiten zijn. Het zou dan niet slecht zijn om een (drijvend) bezoekerscentrum te voorzien, waar het nieuwsgierige publiek ingelicht zou kunnen worden over de wetenswaardigheden van deze nieuwe energieproductie. Dit heeft zeker ook het potentieel om een toeristische trekpleister te worden. Voorlopig is, denk ik, geen grondig oordeel mogelijk zolang er geen testresultaten zijn. Samenvatting energetisch resultaat : KILOWATTS V= 0.6 m/s V=1 m/s V=2 m/s V=3 m/s (10000 / 2250 = 4,444444) Vermogen drijvend energiepark van 25 eenheden op 30m x 75m = 2250 m² rivieroppervlak Figuur 1-10A 4 raderen per eenheid Ontginbaar KINETISCH vermogen dmv drijvende energieparken per hectare (10000m²) rivieroppervlak 16,1 kw 75,6 kw 604 kw 2054 kw 71,6 kw 336 kw 2684 kw 9129 kw Op dit punt aangekomen, drong het enorme verschil in opbrengst tussen de verschillende snelheden pas goed tot me door. Ik besloot navraag te doen naar de gemiddelde stroomsnelheden van de Schelde (als belangrijkste Vlaamse stroom). Info aangevraagd bij : HIC - Hydrologisch Informatiecentrum Berchemlei 115, B-2140 Borgerhout tel: + 32 (0) fax: + 32 (0)

26 webstek: Ziehier hun antwoord : Stroomsnelheden in de Schelde: Een aantal jaar terug werd door het Waterbouwkundig Laboratorium een studie uitgevoerd over het gemiddelde getij dat zich op de Schelde voordeed in de periode (E. Smets, Kubatuurberekeningen voor het Scheldebekken). Op basis van de tijmetingen die in deze periode op een aantal plaatsen zijn uitgevoerd worden verschillende parameters berekend voor het hele traject van de Schelde. Eén van deze parameters is de stroomsnelheid. Hieronder geef ik u voor een aantal punten langs de Schelde de gemiddelde en maximale (vloed- en eb-)snelheid die werd berekend. De stroomsnelheden varieren i.f.v. (1) getij, (2) dwarsdoorsnede van de rivier (lokatie-afhankelijk) Plaats parameter VLOED (m/s) EB (m/s) Vlissingen gemiddelde snelheid Prosperpolder (grens Nederland - Vlaanderen) maximale snelheid gemiddelde snelheid maximale snelheid Antwerpen gemiddelde snelheid maximale snelheid Hemiksem gemiddelde snelheid maximale snelheid Dendermonde gemiddelde snelheid maximale snelheid Melle gemiddelde snelheid maximale snelheid Overzicht berekende snelheden bij gemiddeld getij ( ) langs de Schelde 1. Bemerkingen: (1) deze snelheid hoort bij een gemiddeld getij en zegt niets over de snelheden tijdens springtij of doodtij of in situaties van stormvloeden; (2) de snelheid is een gemiddelde waarde over de hele diepte en breedte van de Schelde. Dicht tegen de bodem en oevers zal deze snelheid lager liggen, aan de oppervlakte zal ze hoger liggen; (3) deze snelheden zijn gebaseerd op de periode Ten gevolge van baggerwerken die sedertdien werden uitgevoerd kunnen de snelheden reeds veranderd zijn, al is het moeilijk om deze verandering op dit ogenblik in te schatten. Eindconclusie : Nu terug naar mijn hoop bij het begin van de studie Uiteindelijk had ik dus beter eerst hydrologische gegevens aangevraagd, want die vallen voor de Schelde dus erg tegen ivm de kinetische energie, namelijk ruwweg 1m/s. 26

27 Natuurlijk zijn er stromen met snelheden van 2, 3 en meer m/s, maar helaas waarschijnlijk niet bij ons in ons vlakke Vlaanderen. Maar zeker wel in bvb streken als bvb Tirol, dat ik redelijk goed ken, en waar wel degelijk honderden (!) wildstromende bergriviertjes met een lengte van vele kilometers te vinden zijn, waarvan de energie (nog) niet benut wordt, en dikwijls dan nog met een weg ernaast, geschikt voor de aanvoer van de raderen! Helaas zullen de oppervlakteraderen in Vlaanderen met stroomsnelheden rond de 1 m/s waarschijnlijk uiteindelijk slechts een bescheiden toepassing kennen, vermoed ik. Ik had het anders gehoopt... Maar voor die plaatsen waar men zonder probleem over meer dan 2m/s beschikt, zie bvb onderstaande foto van rafters in Tirol, zijn oppervlaktewaterraderen mogelijks wel degelijk een innovatief idee : Ze zullen dan daar in Tirol en in andere bergstreken, mogelijks wel wat kleiner moeten zijn, bvb geschikt voor wegvervoer (maximum breedte 2,5m), maar dat idee is wel degelijk realistisch : Bij 2m/s meer dan 2,6 MW en bij 3m/s meer dan 9 MW kunnen opwekken op één hectare rivier (slechts 100m x 100m), bijna zonder infrastructuurwerken, dat is toch ook niet niks!!! Ik kan me zelfs voorstellen dat het park in de lente op de rivier geplaatst wordt voor de energieoogst, en daar in de zomer blijft tot de herfst. Dan wordt het terug van de rivier gehaald en weggevoerd voor winteronderhoud. In de winter als de rivier bevriest, is er toch geen opbrengst te verwachten. Verankering met veel kabels (voor de veiligheid) op de oevers. Plaatsing dmv een vrachtwagenkraan met uitschuifbare arm. Het moet te doen zijn De rafters in Tirol kunnen hopelijk nog altijd vertrekken maar dan stroomafwaarts van het energieproductiepark. Hopelijk vormt iets dergelijks geen probleem voor het toerisme. Indien echter het zichtbare deel van de raderen verborgen wordt dmv zonnepanelen, zie vroeger, dan zal het wel goed overkomen, denk ik. Nog zonder zonnepanelen op een snelstromende rivier : 27

28 Laatste ontwikkelingen : Ik kreeg ook nog info binnen over snelheden op Waalse rivieren. Ik had deze aangevraagd om te zien of er in België toch nog hoop was ivm de kinetische energie. Blijkbaar tot 3,5m, dat was een meevaller! Er blijft dus toch nog serieuze hoop voor de inzet van oppervlaktewaterraderen in België!!! Ziehier het antwoord : Monsieur, Votre demande est trop vague que pour y donner une réponse précise. La vistesse des cours d'eau varie selon le débit d'une rivière, la pente, le profil et la rugosité de celle-ci. Il est donc impossible de répondre à votre question. A titre d'indication les vitessse observées dans les rivières wallonnes sont généralement comprises entre 0 m/s et 3,5 m/s. Avec mes meilleures salutations, Le 1er ingénieur des Ponts et Chaussées, responsable du Service d'études hydrologiques (SETHY) ir DEWIL Paul 28

29 Ministère wallon de l'equipement et des Transports (MET) Direction générale des Voies hydrauliques (DG.2) Direction des Etudes hydrologiques et des Statistiques (D.212) Service d'études hydrologiques (SETHY) CAMET - rez-de-chaussée Boulevard du Nord, 8 B NAMUR Tf: +32 (0) (ligne directe) +32 (0) (secrétariat) Fx: +32 (0) courriel: pdewil@met.wallonie.be site: Original Message From: "Christian Paquet" <cpaquet@met.wallonie.be> To: "Eddy Thysman" <> Cc: "PAUL DEWIL" <pdewil@met.be> Sent: Wednesday, June 18, :02 PM Monsieur, Je vous informe que je transmets votre demande, pour suite voulue, à mon collaborateur, M. ir P. DEWIL, Premier Ingénieur des Ponts et Chaussées. ir Chr. PAQUET Inspecteur général des Ponts et Chaussées a.i. Vanuit het vlakke Nederland kreeg ik nog de volgende niet zo bemoedigende info : Geachte heer Thysman, Naar aanleiding van uw vraag kan ik volgende melden. In Nederland is de Geul de snelststromende rivier nl. 1m/s. Stroomsnelheid op zee is ongeveer 1m/s. Stroomsnelheid bij springtij 1,5 a 2 m/s. Een interessante site is: En voor de rivieren de site Heeft u naar aanleiding van bovenstaande nog vragen dan kunt u contact opnemen met de BasisInfoDesk. De BasisInfoDesk is per en op werkdagen telefonisch bereikbaar van 09:00-12:00 en van 13:00-16:00. Met vriendelijke groeten, BasisInfoDesk Dhr. W. Storm basisinfodesk@rikz.rws.minvenw.nl Tel.nr.: Gaarne wil ik uw aandacht vestigen op de volgende internet-site: De digitale ingang voor gegevens, informatie en producten vanuit de landelijke 29

30 watermonitoring Suggestie : Het lijkt me verder een goede suggestie om deze wedstrijd al eens regelmatiger te houden. Nog een plaatje : 30