Innovative Civil Construction Techniques for Tidal Power Plant Brouwersdam

Transcriptie

1 Innovative Civil Construction Techniques for Tidal Power Plant Brouwersdam Delft University of Technology Faculty of Civil Engineering and Geosciences Authors: Ir. M. Welsink, ir. S. Yazici and ir. A. Van der Toorn Pro-Tide supervisor: Dr. ir. J. van Berkel Report version

2 Innovatieve civiele technieken voor de Getijcentrale Brouwersdam Ir. Matthieu Welsink en ir. Salim Yazici

3 Document titel: Innovatieve civiele technieken voor de Getijcentrale Brouwersdam Status: Rapport versie 02 Datum: 9 februari 2014 Projectnaam: Variantenstudie Opdrachtgever: Pro-Tide (dr.ir. Jacob van Berkel, projectleider INTEREG project PROTIDE Ned. Deel) Auteurs: Matthieu Welsink en Salim Yazici Collegiale toets: Leslie Mooyaart en Ad van der Toorn Datum en paraaf: 9 februari i

4 Summary Research has shown that the natural value of the Grevelingen estuary deteriorated after closing the Brouwershavensche Gat. It is expected that the situation will deteriorate even more if no corrective measures are taken. The construction of a tidal power plant in the Brouwersdam generates energy and has the beneficial effect that the tide returns to the Grevelingen. The ecology of the area will recover due to the flushing of the Grevelingen. Furthermore, a tidal power plant attracts just as many tourists as the Deltawerken still do [1]. The nul variant is based on three reports that are written on the topic of the Brouwersdam and the possible tidal power plant. The Technical University of Delft did an exploratory study into the tidal power station in the Brouwersdam [2]; The Department of public works teamed up with consulting agency Witteveen + Bos and conducted a study on the possibilities regarding the Brouwersdam; The department of Public Works gave the engineering company Royal Haskoning the command to extend the study carried out by the university. This base variant is a tidal power station, where bulb turbines are applied. The width of the tidal power plant is 35 meters, see Figure 1. The number of turbines required to achieve the recommended discharge is 106. The full length of the dam is needed to implement the turbines. Figure 1 Side view of the zero variant In addition, possibilities are examined regarding the execution of the tidal power plant within the Brouwersdam. It has emerged that constructing in the existing Brouwersdam is preferred, because only one cofferdam is required during demolition of the old dam and construction of the tidal power plant. The re-use of the threshold and soil protection, offers opportunities to save on the civil works. In this study, both innovative techniques are analysed from a civil engineering perspective. These techniques are formed into groups, in order to get a better idea of the possible options for the Brouwersdam. Each group has its own characteristics and associated civil structure. Some of the innovative civil engineering techniques are interesting but will require a significantly larger research and development effort than could be done within this study. The other techniques led to a number of possible options, which provides opportunities for the Brouwersdam (also shown below). External diffuser (the development of the long in-and outflow with another building material like fibre reinforced polymers for example); Other design of the diffuser (changing the cross-section of the long in-and outflow); Flow-through turbines outside the structure (placing the turbines outside the structure limits the demolition of the caissons). ii

5 New design Old design Figure 2 Design of the external diffuser (left) and different design of the inflow (right) The attention of the report is mainly focused on the turbine groups, which are promising on a short term for the Brouwersdam. After profound analyses two variants of these groups are chosen. The promising variants that are developed into a conceptual design are shown below. In Chapter 7 a bulb turbine (Group A) is applied with a diameter twice as big as the base variant. The turbine diameter is 7 meters, 400 meters of the Northern part of the Brouwersdam is used for the tidal power plant. Due to the large turbine, the bottom protection and threshold cannot be reused. The structural depth of this variant increases compared to the base variant. In Chapter 8 a VLH-turbine (Group B) is applied with a length and width of 5 meters. The VLH-turbine has no in-and outflow orifices and will use the existing threshold and soil protection. Figuur 3 Side view of the "larger turbine" (left) and "VLH turbine" (right) For these two variants the main dimensions and dead weight must ensure a stable tidal power plant. Using stability calculations (tilting, bearing capacity et cetera) the stability of the different variants has been checked. On the basis of the conceptual design, the investment costs are estimated. In table 1, the other important results of this study are shown. This table shows that the investment costs for the larger turbine is lower than the base and the VLH variant. In addition the larger turbine uses less length of the Brouwersdam. A smaller part of the Brouwersdam is demolished; this reduces the construction time of the tidal power plant. Therefore further research into this variant offers an opportunity to decrease the investment costs. The "VLH turbine", is more expensive, although the concrete volume is lower. This is because the costs for other components, such as the installation of the turbines and lift gates which is expensive. This variant also provides less energy due to the low efficiency. Therefore the costs increases and benefits decreases. In this stage this shorter turbines do not seem feasible. iii

6 Table 1 Summary of the results Variant # Nul Larger turbine diameter VLH Unit Total investment costs mln. Mechanical engineering turbines mln. Civil engineering turbines mln. Coffer dam, temporary structures and mln. demolition of the dam Volume of reinforced concrete m 3 needed Volume of ballast material needed m 3 Volume of rubble needed of the new m 3 threshold Volume to be excavated 9,8 6,5 10,1 mln. m 3 Length of the tidal power plant m With of the tidal power plant m Number of turbines/ units Based on this report a number of recommendations are given. The important recommendations are; The promising innovative Civil Engineering techniques (such as directional drilling or an external diffusor) need to be developed to get a better understanding of their possibilities and competitiveness. Optimisation of the conceptual designs ( large turbine and VLH ). Is it for example possible to obtain more weight by the use of soil than concrete? As the Brouwersdam is a primary flood defence, this will require specific attention in the design. iv

7 Samenvatting Uit onderzoek is gebleken dat de natuurwaarde van het Grevelingen estuarium achteruit is gegaan na afsluiting van het Brouwershavensche Gat. Tevens wordt verwacht dat de situatie verder zal verslechteren wanneer geen corrigerende maatregelen worden genomen. De aanleg van een getijcentrale in de Brouwersdam heeft als gunstig effect dat het getij terugkeert in de Grevelingen. De natuurlijke eigenwaarde van het gebied zal herstellen door de doorspoeling van het gebied. Zo waren de ondiepten in de Grevelingen vroeger de kinderkamer van de kustvissen. Verder, zal een getijcentrale in de Brouwersdam veel toeristen en dagjesmensen trekken, net zoals de Deltawerken dat nog steeds doen [1]. Aan de hand van de voorgaande studies (hieronder weergegeven) is de nul-variant opgesteld. De Technische Universiteit Delft heeft een verkennende studie voor de getijcentrale in de Brouwersdam laten uitvoeren [2]. Rijkswaterstaat heeft in samenwerking met raadgevend ingenieursbureau Witteveen+Bos een verkennende studie uitgevoerd naar de mogelijkheden met betrekking tot de Brouwersdam. Royal Haskoning is de opdracht verleend om de werkzaamheden van het werkpakket Techniek binnen het spoor Duurzame Energie uit te voeren [3]. Deze nul-variant is een getijcentrale, waarbij een bulbturbine is toegepast. De breedte van de getijcentrale is 35 meter, zie Figuur 4. Het aantal turbines wat benodigd is, is 106. De volledige lengte van de Brouwersdam wordt gebruikt. Figuur 4 Zijaanzicht van de nul-variant Daarnaast is onderzocht wat de mogelijkheden zijn ten aanzien van het bouwen van de getijcentrale binnen de Brouwersdam. Hieruit is naar voren gekomen dat, het bouwen op de huidige locatie van de Brouwersdam, resulteert in één bouwkuip. Daarnaast blijft een deel van de primaire waterkering intact, als een deel van het grondlichaam niet wordt afgegraven. Het hergebruik van de drempel en de bodembescherming, biedt kansen om aanzienlijke kosten te besparen op de civiele werken. In deze studie zijn beide innovatieve technieken geanalyseerd vavuit een civieltechnisch perspectief. Deze civiele technieken zijn allereerst gegroepeerd om een beter beeld van de mogelijke opties te krijgen. Elke groep heeft zijn eigen kenmerken en daarbij behorende civiele constructie. Van de civieltechnische varianten, is een inventarisatie gemaakt, dit heeft geleidt tot een aantal mogelijke opties die eventueel toegepast kunnen worden in de Brouwersdam. Hierbij is vooral gekeken naar kansrijke technieken die uitgewerkt kunnen worden in deze studie. Een aantal van die innovatieve civiele technieken (hieronder weergegeven) zijn toepasbaar als ze verder worden uitgewerkt. Externe diffusor (de ontwikkeling van de lange in- en uitstroom met een ander bouwmateriaal); v

8 Andere vormgeving (het verkorten van de lange in-en uitstroom); Doorstroomturbines buiten de constructie (het plaatsen van de turbines buiten de constructie, waar geen caisson afgebroken dient te worden). Nieuw vorm Oude vorm Figuur 5 Vormgeving externe diffuser (links) en andere vormgeving (rechts) De aandacht is voornamelijk gericht op de innovatieve turbine groepen, die op de korte termijn kansrijk zijn. Van deze groepen zijn uiteindelijk twee varianten gekozen, die het meest kansrijke worden geacht. De kansrijke varianten die zijn uitgewerkt tot een conceptueel zijn hieronder weergegeven. In hoofdstuk 7 is een bulbturbine (groep A) toegepast met een diameter die twee keer zo groot als nul-variant. De turbinediameter wordt hiermee 7 meter; hiermee wordt 400 meter van de Brouwersdam gebruikt voor de getijcentrale. Door de grote turbine worden de bodembescherming en drempel van de huidige dam niet gebruikt. In hoofdstuk 8 wordt een VLH-turbine (groep B) toegepast met lengte en breedte van 5*5 meter. De VLH-turbine heeft geen in- en uitstroom openingen en zal gebruik maken van de huidige drempel en bodembescherming. Figuur 6 Zijaanzicht van de grotere turbine (links) en VLH turbine (rechts) Voor deze twee varianten is bepaald wat de hoofdafmetingen en het eigen gewicht moet zijn om een stabiele getijcentrale te waarborgen. Met behulp van stabiliteits berekeningen (kantelen, draagkracht et cetera) is de stabiliteit van de varianten aangetoond. Op basis van de conceptuele ontwerpen zijn, globale inschattingen van investeringskosten gemaakt. Hieronder, in Tabel 1, zijn de resultaten van deze studie weergegeven. Hieruit komt naar voren dat de investeringskosten voor de grotere turbine variant lager zijn dan de nul-variant en VLH variant. Daarnaast is er minder ruimte in de lengte van de Brouwersdam nodig. Hierdoor is het deel van de Brouwersdam dat afgebroken dient te worden kleiner. Dit heeft een positieve invloed op de bouwtijd van de nieuwe getijcentrale. Voor de VLH turbine geldt dat deze duurder is, ondanks dat het betonvolume lager is. Dit komt omdat de kosten voor andere onderdelen, zoals het installeren van de turbines en schuiven groter wordt. Verder levert deze variant minder energie op. Door de kortere constructie ontstaan er vi

9 hydraulische verliezen, die resulteren in een rendementsverlies. De toepassing van de kortere turbine (VLH) is op dit moment niet haalbaar In this stage this shorter turbines do not seem feasible. Tabel 2 Samenvattend overzicht Variant # Nul Grotere diameter turbine VLH Eenheid Totale investeringskosten mln. Werktuigbouw deel turbines mln. Civiele techniek deel turbines mln. Bouwput, verwijdering tijdelijke mln. voorzieningen en afbraak dam Gewapend beton volume m 3 Volume ballastmateriaal m 3 Volume stortsteen nieuwe filter laag m 3 Volume ontgraven 9,8 6,5 10,1 mln. m 3 Lengte getijcentrale m Breedte getijdencentale m Aantal turbines/segmenten Op basis van dit rapport zijn een aantal aanbevelingen en aandachtspunten opgenomen. De belangrijkste punten zijn: De kansrijke innovatieve civiele technieken (zoals de gestuurde boring of externe diffusor) moeten verder uitgewerkt worden om een beter inzicht van de mogelijkheden te krijgen; Uitwerken van verschillende optimalisaties die mogelijk zijn binnen de grotere turbine of VLH variant. Is het bijvoorbeeld mogelijk om grond in plaats van beton toe te passen als ballastmateriaal; In het ontwerp van de Brouwersdam moet rekening gehouden met de primaire waterkering. vii

10 Inhoudsopgave Summary...ii Samenvatting... v Inhoudsopgave... viii 1 Inleiding Aanleiding Doel van de studie Leeswijzer Randvoorwaarden en uitgangspunten Inleiding Functionele eisen Uitgangspunten en aannames Hydraulische randvoorwaarden Conceptueel ontwerp van de nul-variant Inleiding Getijcentrale Brouwersdam Hoofdafmetingen van de nul-variant Stabiliteitsberekeningen Conceptueel ontwerp van de nul-variant Uitvoering en bouwkosten Conclusie Analyse van innovaties binnen de huidige Brouwersdam Inleiding Mogelijkheden binnen de huidige Brouwersdam Hergebruik bouwmaterialen uit de Brouwersdam Conclusie Analyse van de innovatieve toepassingen voor de Brouwersdam Inleiding Analyse van de mogelijke bouwmaterialen Inventarisatie van innovatieve turbine technieken Inventarisatie van de innovatieve civiele technieken Synthese van de civiele technieken Inleiding Inventarisatie van de civiele technieken viii

11 6.3 Toepassing van de civiele technieken Analyse van de meest kansrijke varianten Conclusie meest kansrijke varianten Meest kansrijke variant 1: Grotere diameter bulbturbine Inleiding Conceptueel ontwerp Stabiliteitsberekeningen Uitvoering Investeringskosten Meest kansrijke variant 2: Kleinere constructie VLH turbine Inleiding Conceptueel ontwerp Stabiliteitsberekeningen Uitvoering Investeringskosten Conclusie, aanbevelingen en aandachtspunten Inleiding Conclusie Aanbevelingen en aandachtspunten Referenties Tabellen Figuren Bijlagen Bijlage A Geotechnische stabiliteitstoetsingen Bijlage B Bouwkosten Bijlage C Uitgevoerde berekeningen conceptueel ontwerp Bijlage D Conceptuele ontwerps- en uitvoeringstekeningen ix

12 1 Inleiding 1.1 Aanleiding Voor de Tweede Wereldoorlog waren er plannen bij Rijkswaterstaat om na de afsluiting van de Zuiderzee ook de kustlijn van Zeeland en Zuid-Holland te verkorten door middel van dammen. Na de watersnoodramp van 1953, in Zuidwest Nederland, is de eerste Deltacommissie aangesteld. Deze commissie stelde het Deltaplan op, dit berustte op hetzelfde principe; het verkorten van de kustlijn om kosten te besparen en de overstromingsrisico s terug te dringen. Alle geplande kustwerken uit dit plan zijn uitgevoerd en de Brouwersdam is hierin de zevende. De Brouwersdam, weergegeven in Figuur 7, heeft het Brouwershavensche Gat (tussen de eilanden Goeree-Overflakkee en Schouwen- Duiveland) afgesloten, hierbij ontstond het Grevelingenmeer. De afsluiting is voltooid in 1971 met behulp van doorlaat caissons en blokkendammen [3]. Figuur 7: Overzicht van de Brouwersdam [2] Vanwege de discussie over de negatieve effecten op de lokale ecologie is in de jaren 70 besloten om de Brouwerssluis aan te leggen. Deze doorstroomsluis, aangelegd tussen 1974 en 1978 in het zuidelijke gedeelte van de Brouwersdam, creëert een beperkte uitwisseling van water tussen de Noordzee en de Grevelingen, dit om de waterkwaliteit van de Grevelingen te bevorderen [3]. Uit onderzoek is gebleken dat de natuurwaarde van de Grevelingen achteruit is gegaan na afsluiting van het Brouwershavensche Gat. Er wordt verwacht dat de situatie verder zal verslechteren wanneer geen corrigerende maatregelen worden genomen. De aanleg van een getijcentrale in de Brouwersdam heeft als gunstig effect dat het getij terugkeert in de Grevelingen. De natuurlijke eigenwaarde van het gebied zal herstellen door de doorspoeling van het gebied. Zo waren de ondiepten in de Grevelingen vroeger de kinderkamer van de kustvissen. Een getijcentrale in de Brouwersdam zal veel toeristen en dagjesmensen trekken, net zoals de Deltawerken dat nog steeds doen [1]. Het energiebedrijf Delta NV heeft in het voorjaar van 2008 de Technische Universiteit Delft een verkennende studie voor de getijcentrale in de Brouwersdam laten uitvoeren [2]. Gelijktijdig is door Rijkswaterstaat in samenwerking met raadgevend ingenieursbureau Witteveen+Bos een verkennende studie uitgevoerd naar de mogelijkheden om de natuur- en economische waarde van 1

13 de Grevelingen te verbeteren [4]. Als laatste heeft de Groenservice Zuid-Holland in 2010 Royal Haskoning de opdracht verleend om de werkzaamheden van het werkpakket Techniek binnen het spoor Duurzame Energie uit te voeren [3]. In deze studie zal gebruik gemaakt worden van de informatie beschikbaar in deze rapporten, wanneer nodig zal verwezen worden naar het desbetreffende rapport. Het accent zal in deze studie gelegd worden op de volgende punten: - Het opstellen van een nul-variant, op basis van de al bekende varianten uit voorgaande rapporten; - Inventariseren van al bekende innovatieve civieltechnische oplossingen; - Inventariseren van mogelijke nog niet bekende innovatieve ( out of the box ) civieltechnische oplossingen; - Bepalen van de meest kansrijke innovatieve technieken, waarbij verwachte besparingen mogelijk zijn; - Uitwerken van de twee kansrijke technieken tot een conceptueel ontwerp en beoordelen op de geotechnische stabiliteitscriteria (opdrijven, afschuiven, kantelen, piping en opdrijven); - Globale inschatting van de kostenbesparing door het gebruik van innovatieve civiele technieken; - Het vergelijken van de resultaten van de twee meest kansrijke technieken met de nulvariant; - Het leveren van aanbevelingen en aandachtspunten op basis van de uitgevoerde studie. 1.2 Doel van de studie Het uiteindelijke doel van deze studie is het vinden van innovatieve civieltechnische oplossingen, die toegepast kunnen worden voor de in ontwikkeling zijnde getijcentrale in de Brouwersdam. Daarnaast zullen ook andere civieltechnische oplossingen worden (verkregen door out of the box te denken) voorgedragen die nog nooit vertoond zijn. Voor de kansrijke civiele technieken, is een conceptueel ontwerp gemaakt om aan te tonen wat de mogelijkheden zijn. Hierbij zal voor de twee innovatieve varianten, de ontwerp- en uitvoeringsaspecten worden uitgewerkt, die een eminent invloed hebben op de haalbaarheid van de getijcentrale. 1.3 Leeswijzer In hoofdstuk twee zijn de functionele eisen, randvoorwaarden en uitgangspunten, waaraan de varianten dienen te voldoen, beschreven. In hoofdstuk drie wordt het conceptueel ontwerp van de nul-variant bepaald, hier wordt voornamelijk gebruik gemaakt van gegevens uit eerdere rapporten. In hoofdstuk vier is gekeken worden naar het mogelijk hergebruik van de Brouwersdam. Hierin is onder andere gekeken naar het hergebruik van de drempel, de bodembescherming en de huidige caissons. Vervolgens is in hoofdstuk vijf de analyse van de innovatieve alternatieven uiteengezet. Hierin is de analyse van de mogelijke bouwmaterialen, de analyse van de mogelijkheden binnen de werktuigbouwkunde en de analyse van de mogelijkheden binnen de civiele techniek, gepresenteerd. Aansluitend op hoofdstuk vijf is in hoofdstuk zes, de synthese van de innovatieve alternatieven te vinden. Hierin is de inventarisatie van de varianten gemaakt, dit leidt tot twee kansrijke varianten. Deze twee kansrijke varianten worden in de hoofdstukken zeven en acht, nader onderzocht. In de desbetreffende hoofdstukken worden het ontwerp, de uitvoering en de kosten van de civiele constructie behandeld. Als laatste is in hoofdstuk negen, de conclusie, de aanbevelingen en de aandachtspunten weergegeven. 2

14 2 Randvoorwaarden en uitgangspunten 2.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden de randvoorwaarden en uitgangspunten beschreven die belangrijk zijn voor de ontwikkeling van de meest kansrijke varianten, die in dit rapport op conceptueel niveau worden uitgewerkt. Daarnaast worden de hydraulische randvoorwaarden die betrekking hebben op de Brouwersdam opgesomd in paragraaf Functionele eisen De capaciteit van de sluis in de Brouwersdam dient vergroot te worden om de waterkwaliteit van de Grevelingen te verbeteren. Er dient daarmee een gemiddeld getijdenverschil van een halve meter bewerkstelligd te worden; Deze capaciteitsvergroting dient plaats te vinden middels de aanleg van een getijcentrale; Tijdens de bouw en operationele fase moet de veiligheid tegen overstroming gewaarborgd zijn; Na voltooiing van de getijcentrale dient de verkeerscapaciteit van de provinciale weg gelijk te zijn aan de huidige capaciteit; Het ontwerp van de getijcentrale moet visvriendelijk zijn. 2.3 Uitgangspunten en aannames Algemene uitgangspunten Het rapport Getijcentrale in de Brouwersdam; Variantenstudie vormt de uitgangspositie van de studie uiteengezet in dit rapport [3]. Verschillende aannames betreffende capaciteiten, rendementen en debieten van de diverse energie genererende apparaten zijn hieruit overgenomen [3]; Een globale schatting van de kostenbesparing is gemaakt met behulp van kengetallen; De nul-variant, weergegeven als conceptueel ontwerp in bijlage D, is gehanteerd als basis om de kansrijke technieken mee te vergelijken. Deze nul-variant is samengesteld met behulp van de eerder gepresenteerde rapporten [3, 2, 4] Uitgangspunten met betrekking tot de locatie Voor de uitwerking van dit rapport is uitgegaan van een getijcentrale in het noordelijke gedeelte van de Brouwersdam; Er bevinden zich in het noordelijke gedeelte van de Brouwersdam geen grote kabels of leidingen die verwijderd of vervangen dienen te worden; Alleen een gedempt getij wordt toegelaten in de Grevelingen; De beschikbare lengte in het noordelijke gedeelte van de Brouwersdam bedraagt 812,5 meter; De havendammen die zich aan de noordzijde van de Brouwersdam bevinden, vormen geen obstakel voor eventuele aansluitconstructies Aannames met betrekking tot de constructie De hydraulische randvoorwaarden uit het rapport Getijcentrale in de Brouwersdam, variantenstudie zijn aangehouden [3]. De ontwerpwaterstanden zijn gebaseerd op het scenario dat beschreven is door de Commissie Veerman, hierbij is rekening gehouden met mogelijke zeespiegelstijging; Er wordt vanuit gegaan dat de drempel en de bodembescherming, die gebruikt zijn voor de sluiting van het noordelijke gedeelte van de Brouwersdam, in goede staat verkeren. Mogelijk kunnen deze nuttig gebruikt worden bij de bouw of operationele fase van een getijcentrale; 3

15 De huidige bodembescherming is berekend op vervallen varierend van 2,5 tot 3,0 meter; Tot NAP -40,0 m bestaat de ondergrond uit matig tot uiterst fijn zand [4]; De kerende hoogte zal NAP +5,80 m zijn. Dit is dezelfde hoogte die is aangehouden in het ontwerp van de Oosterscheldekering [5] Aannames met betrekking tot de getijcentrale Een tweezijdig turbinerende centrale heeft de voorkeur boven een eb dan wel vloed centrale; Het maximale doorstroomdebiet wat de turbines moeten kunnen genereren is 4520 m 3 /s; De tweezijdig turbinerende getijcentrale met bulbturbines is aangenomen als de nul-variant; Het gaat bij dit waterkrachtproject om grootschalige ontwikkeling (definitie UNIDO), vandaar dat er turbines gebouwd zullen worden die specifiek bedoeld zijn voor een getijcentrale in de Brouwersdam. Dit betekent dat de afmetingen van bijvoorbeeld de diameter, niet afhankelijk zijn van standaard turbines die beschikbaar zijn op de markt; Een bulbturbine kan afgesloten worden met voldoende betrouwbaarheid. De stand van de bladen van de leidschoepen en die van de bladen van de turbine (loopschoepen) is regelbaar en kunnen worden ingezet als sluitmiddel. 2.4 Hydraulische randvoorwaarden De ontwerp- en toetswaterstanden zijn weergeven in het onderstaande overzicht en overgenomen uit eerdere rapporten [3]. Tabel 3: Hydraulische randvoorwaarden Waterstanden Brouwersdam Ontwerpwaterstand (100 jaar) Huidige toets waterstand [HRC2006] Laagwaterstand Hoogwaterstand Grevelingen Midden waterstand Grevelingen Laagwaterstand Grevelingen Significante golfhoogte zeezijde Normfrequentie NAP +6,20 m NAP +5,00 m NAP -1,50 m NAP +1,00 m NAP -0,20 m NAP -1,00 m 2,60 m 1/ 4000 per jaar 4

16 3 Conceptueel ontwerp van de nul-variant 3.1 Inleiding In dit hoofdstuk wordt het conceptuele ontwerp van de nul-variant behandeld. De nul-variant is een conceptueel ontwerp dat is opgesteld aan de hand van rapporten eerder opgesteld in het kader van de mogelijke getijcentrale in de Brouwersdam. In de eerste paragraven wordt het ontwerp beschreven en getoetst op de belangrijke stabiliteits criteria. Daarop volgend zijn in paragraaf 3.5 en 3.6 de uitvoering en investeringskosten van de nul-variant onderzocht. In de laatste paragraaf is de conclusie van dit hoofdstuk gegeven. 3.2 Getijcentrale Brouwersdam Het conceptuele ontwerp van de getijcentrale is gebaseerd op de verkennende studie die is uitgevoerd door de TU Delft [2]. Alternatief 1A, uit het rapport Getijcentrale in de Brouwersdam, is vastgesteld als nul-variant, omdat deze variant; de getijslag in de Grevelingen beperkt; gebruik maakt van de huidige Brouwersdam; de waterkwaliteit van de Grevelingen verbetert; lage verwachte investeringskosten heeft (vergeleken met gelijkwaardige alternatieven 2A en 3A). De algemene kenmerken van alternatief 1A beschreven in het eerder genoemde rapport zijn hieronder weergegeven. - type centrale: - locatie: Tweezijdig turbinerend (TT); Noordelijk sluitgat; - type turbines Bulb ; - energieprodcutie 190 GWh [3] - maximaal debiet 2 x m 3 /s; - aantal turbines: 106; - diameter turbines: 3,5 m; - hart-op-hart afstand: 7,7 m (2,2 x diameter); - waterstandsvariatie Grevelingenmeer: 0,5 m. Er is gekozen voor de aanleg van een tweezijdig turbinerende getijcentrale, omdat een vloed dan wel eb centrale leidt tot grote waterstandverschillen in de Grevelingen. Het debiet door de getijcentrale moet ongeveer m 3 /s zijn. Dit om de getijslag te beperken tot 0,5 meter. Vanwege verschillende activiteiten waaronder Port Zélande mogen de waterstanden niet te veel toenemen, daartegenover is een minimaal debiet nodig om de waterkwaliteit significant te verbeteren. Het conceptuele ontwerp van de nul-variant kan gebruikt worden om de vormgeving, uitvoering en bouwkosten van andere innovatieve varianten te vergelijken. 3.3 Hoofdafmetingen van de nul-variant De hoofdafmetingen geven een eerste inzicht in de vormgeving en civiel technische bouwkosten van de nul-variant. De primaire waterkering en optimale inpassing van de turbines zijn in veel gevallen doorslaggevend in de bepaling van de hoofdafmetingen Breedte getijcentrale In het noordelijke sluitgat is gebruik gemaakt van caissons over een lengte van 812,5 meter. In de nul-variant wordt de totale lengte gebruikt om het benodigde doorstroomdebiet te kunnen 5

17 doorlaten. De lengte van een segment (één turbine per segment) wordt bepaald door de hart op hart afstand van bulbturbines [2]. De breedte van één segment is 2,2 maal de diameter van de turbine(= 3,5 m) [6]. In het noordelijke gedeelte worden 106 segmenten geplaatst, elk met een breedte van 7,7 meter Vormgeving in- en uitstroom openingen De lengte van de getijcentrale wordt voornamelijk bepaald door de lengte van de in- en uitstroom. Het ontwerp van de in- en uitstroom is belangrijk om het water naar de turbine te begeleiden en daarmee de energie opbrengst te maximaliseren en schade aan de turbine te voorkomen. De vuistregel voor deze lengte haaks op de lengterichting van de dam is tien keer de diameter van de turbine dus de lengte van de in- en uitstroom wordt 35 meter [6]. Vanwege dezelfde redenen moet de hoogte van de in- en uitstroom minimaal twee keer de turbine diameter zijn en dit komt neer op 7 meter [6]. De in- en uitstroomopening moeten lager liggen dan NAP -2,3 meter, omdat anders cavitatie in de turbine kan ontstaan 1. Cavitatie kan leiden tot schade aan de turbine en rendement verliezen door turbulentie [3] Primaire waterkering Het noordelijke gedeelte van de Brouwersdam is onderdeel van de primaire waterkering die de Grevelingen afsluit van de Noordzee. Na de bouw is de getijcentrale onderdeel van de primaire waterkering en moet deze aan de veiligheidsnormen voldoen. Vanwege vergelijkbare omstandigheden en veiligheidsnormen is de kerende hoogte van de Oosterscheldekering aangehouden. De kerende hoogte van de getijcentrale is daarmee NAP +5,80 meter. 2 De in- en uitstroomopeningen dienen afgesloten te kunnen worden om de veiligheidsnormen te garanderen. Het gebruik van schuiven lijkt logisch vanwege de simpele constructie en hoge sluitbetrouwbaarheid Het gebruik van beton Het gebruik van beton dient geminimaliseerd te worden om de bouwkosten te beperken. Voor de primaire krachtsafdracht van de getijcentrale (primaire waterkering) en de vormgeving van de in- en uitstroom wordt beton gebruikt. Het noodzakelijke eigen gewicht van de getijcentrale wordt zoveel mogelijk verkregen door het gebruik van puin en grond, dat vrijkomt uit de oude caissons Behoud van de huidige drempel De huidige drempel van de Brouwersdam zal in de nul-variant gehandhaafd blijven. Het handhaven van de drempel beperkt de maximale diameter van de turbine maar voorkomt het verwijderen en aanleggen van een nieuwe drempel. De onderkant van de huidige drempel, bestaande uit verschillende filterlagen met een totale dikte van 2,75 m, ligt op NAP -12,75 m Bodembescherming en baggerwerk De huidige bodembescherming zal, in de nieuwe situatie, in stand worden gehouden. Inspectie moet uitwijzen of de bodembescherming hersteld moet worden. Bij het totstandkomen van de nul-variant is hier geen rekening mee gehouden. 1 Voor andere mogelijke varianten geldt dat de instroom altijd lager (of gelijk) moet liggen aan NAP -2,3 m. NAP -2,3 m geeft de bovengrens aan waarbij de Net Positive Suction Head voldoet [38]. De NPSH van grotere turbines is daarnaast lager, omdat grotere turbines een lager toerental hebben en daardoor ook een lager benodigd NPSH [37]. 2 Wel moet er op gelet worden dat zijdelingse toestroom, van hoger gelegen dijken (NAP +11,00 m), geen problemen veroorzaakt ter hoogte van de overgangsconstructie (tussen de getijcentrale en de dijken). 6

18 3.3.7 Bovenbouw In de getijcentrale dienen onderhouds- en controle kamers aanwezig te zijn. Daarnaast moet het mogelijk zijn om de turbine tijdelijk droog te zetten vanwege inspectie of vervanging van onderdelen Aansluitende wegen In de nieuwe situatie moeten de ontsluitingswegen die over de Brouwersdam lopen worden aangesloten op het bestaande wegennetwerk. De weg moet over de getijcentrale lopen, omdat er naast de constructie geen ruimte is door de in- en uitstroom van water. Om de weg te kunnen gebruiken moet deze significant hoger liggen dan de waterstand die op de Grevelingen optreedt. Puin dat vrijkomt uit de afbraak van de huidige caissons, kan gebruikt worden om de noodzakelijke hoogte te bereiken. 3.4 Stabiliteitsberekeningen De stabiliteitsberekeningen zijn vereist om de hoofdafmetingen van de nul-variant te bepalen, hiermee wordt gecontroleerd of de constructie, gegeven de hoofdafmetingen, stabiel is. Deze zijn uitgevoerd voor de situatie die ontstaat, zodra de bouw van de getijcentrale is voltooid. Bij de eerste vier toetsingen is de ontwerpstorm maatgevend aangezien hier de grootste waterstandsverschillen optreden. Opdrijven treed voornamelijk op als een gedeelte van de getijcentrale droog staat vanwege bijvoorbeeld onderhoud aan de turbines. Onderhoud mag alleen plaatsvinden buiten het stormseizoen en dus hoeft er geen rekening gehouden te worden met de ontwerpstorm Afschuiven Bij het afschuiven van de constructie, schuift de constructie naar achteren door de horizontale kracht die op de constructie werkt. Bij de stabiliteitsberekening wordt de horizontale kracht werkend op de constructie vergeleken met de wrijvingsweerstand die ontstaat over het afschuifvlak. Constructies met een kleine breedte zijn gevoelig voor afschuiven Kantelen Bij het kantelen van de constructie, kantelt de constructie als gevolg van de momenten die werken op de constructie. Bij de stabiliteitsberekening wordt gekeken of er geen trek in de ondergrond ontstaat (grond is niet in staat om trekkrachten op te nemen). Constructies die relatief hoog zijn, zijn gevoelig voor kantelen Draagkracht Als blijkt dat tijdens maatgevende omstandigheden de draagkracht niet voldoet zakt de constructie. Door ongelijke zakkingen ontstaan scheuren in het beton en kan er mogelijk een lek ontstaan. Bij de stabiliteitsberekening wordt de totale verticale kracht vergeleken met de draagkracht van de ondergrond. Constructies met een hoog eigen gewicht moeten goed gefundeerd worden Onderloopsheid Bij onderloopsheid ontstaan er tijdens maatgevende omstandigheden kleine watergangen onder de constructie die zand meenemen en daardoor een instabiele situatie kunnen creëren. Bij de stabiliteitsberekening, wordt de verticale en horizontale lengte onder de constructie vergeleken met de kritieke leklengte, die ontstaat door het verval en de soort ondergrond waarop deze zich bevindt. Constructies met een groot verval en zanderige ondergrond zijn gevoelig voor onderloopsheid Opdrijven Bij opdrijven gaat de constructie drijven door een opwaartse waterdruk die groter is dan het eigen gewicht van de constructie. Bij de stabiliteitsberekening wordt de opwaartse waterdruk vergeleken met het eigen gewicht van de constructie tijdens onderhoud. Vaak wordt tijdens onderhoud een deel van de constructie droog gezet of een deel van de installaties verwijderd, hierdoor kan het eigen gewicht van de constructie aanzienlijk afnemen. 7

19 3.4.6 Resultaten stabiliteitsberekeningen Door het toegevoegde eigen gewicht (ballastmateriaal in de vorm van zand of puin) en aanwezige betonvolume is de stabiliteit voldoende. In bijlage A zijn alle berekeningen (draagkracht, kantelen, etc.) beschreven en uitgevoerd. Afschuiven blijkt het maatgevende criterium te zijn waarmee de meeste hoofdafmetingen zijn bepaald. 3.5 Conceptueel ontwerp van de nul-variant Op basis van de eerdere paragrafen en de stabiliteitsberekeningen is een conceptueel ontwerp van de getijcentrale gemaakt. Dit conceptuele ontwerp laat een configuratie van de verschillende onderdelen binnen de getijcentrale zien. Andere configuraties zijn mogelijk, maar zullen in dit stadium van het ontwerp geen andere informatie weergeven. In Figuur 8 is een zijaanzicht van de nul-variant weergegeven. Voor de benaming van de belangrijkste onderdelen en afmetingen van de getijcentrale, wordt verwezen naar bijlage D. Noordzee Grevelingen Figuur 8: Zijaanzicht van de nul-variant 3.6 Uitvoering en bouwkosten De bouwkosten van de nul-variant zijn bepaald aan de hand van de uitvoeringsmethode, kengetallen en onderdelen van de vergelijkbare variant 1B die beschreven is in het rapport van Royal Haskoning [3] Uitvoering In variant 1B wordt het grondlichaam in den droge afgegraven waarna in een bouwkuip de caissons worden afgebroken en de nieuwe getijcentrale wordt gebouwd. Na afloop, worden de bouwkuip en andere tijdelijke voorzieningen weggehaald. Als laatste onderdeel worden de Noordzee- en Grevelingenzijde naar de juiste diepte gebaggerd. De bouwvolgorde die hieronder is weergegeven verschild niet van de methode die gehanteerd is in het rapport geschreven door Royal Haskoning [3]. De verschillende fases zijn schematisch weergegeven in de tekeningen van bijlage D. Fase 1 1. Tijdelijke omlegging wegen 2. Ontgraven Brouwersdam en aanleg primaire waterkering 3. Plaatsen damwanden en bemaling 4. Aanleg bouwput 5. Afbraak caissons Fase 2 6. Bouw getijcentrale o Aanbrengen beton o Aanbrengen ballastmateriaal 8

20 7. Plaatsen turbines en installaties Fase 3 8. Aanleggen weg en aansluitingen 9. Afbreken bouwput en damwanden 10. Afgraven Brouwersdam (natte en droge afgraving) 11. Controleren bestaande bodembescherming Door de korte constructie is een kleine bouwkuip nodig die binnen de huidige contouren van de Brouwersdam past. Door de bouwkuip kan een groot gedeelte van het originele dijklichaam gebruikt worden om de waterveiligheid te waarborgen. Er wordt vanuit gegaan dat een kerende hoogte van NAP +11,0 m gehandhaafd moet blijven, om geen overslag te laten plaatsvinden. Vanwege de beperkte bouwtijd is het eventueel mogelijk om lagere kerende hoogte toe te staan. Door de kleine bouwkuip is het bemalingsoppervlak ook klein en blijven de kosten voor de bemaling beperkt. Als de bouwkuip groter wordt neemt ook het te bemalen oppervlak toe. Er is vanuit gegaan dat alles onder NAP bemaald moet worden. Het slopen en opnieuw aanleggen van de bodembescherming is een dure aangelegenheid. Daarom is bij het ontwerp gekozen om de bodembescherming te behouden en geen hellingen toe te passen in het gedeelte waar bescherming noodzakelijk is (75 meter aan beide zijde). Na de vereiste bodembescherming zullen hellingen worden toegepast Investeringskosten De investeringskosten van de getijcentrale zijn bepaald met behulp van de chronologische bouwvolgorde die hierboven is weergeven. Op basis van het conceptuele ontwerp zijn de benodigde volumes bepaald. Tabel 4: Bouwkosten van de nul-variant Omschrijving Werktuigbouwkundig deel turbines Civiel deel turbines Bouwput, verwijdering tijdelijke voorzieningen en afbraak dam Totaal *Dit is een eerste indicatie van de te verwachten investeringskosten Kosten [euro s] 235 miljoen 120 miljoen 115 miljoen 470 miljoen* De investeringskosten van de nul-variant worden geschat op ongeveer 470 miljoen euro. Dit bedrag is een eerste indicatie van de kosten die verwacht worden. Wel moet er rekening gehouden worden met een bandbreedte van 50% voor de bouwkosten. 3.7 Conclusie Het ontwerp en de toetsing van de nul-variant levert een beter beeld van de eerder beschreven ontwerpen op. Ten opzichte van alternatief 1B nemen de bouwkosten van de getijcentrale licht af, omdat het geschatte betonvolume lager is. De nul-variant voldoet op bijna alle onderdelen aan de stabiliteitsberekeningen. Door het toevoegen van ballastmateriaal (in de vorm van een dijklichaam) kan ook aan het toets onderdeel afschuiven voldaan worden. 9

21 4 Analyse van innovaties binnen de huidige Brouwersdam 4.1 Inleiding In dit hoofdstuk is geanalyseerd wat de mogelijkheden binnen de huidige Brouwersdam zijn. Hierin is voornamelijk onderzocht wat voor invloed de huidige constructie heeft op het ontwerp van de twee kansrijke varianten. Er is een situatie schets van de huidige Brouwersdam weergegeven. Vervolgens is geanalyseerd hoe eventueel de verschillende onderdelen van de huidige Brouwersdam hergebruikt kunnen worden en wat de voor- en nadelen zijn van het hergebruik van de verschillende onderdelen. 4.2 Mogelijkheden binnen de huidige Brouwersdam In dit subhoofdstuk is onderzocht wat de verschillende mogelijkheden zijn om de Brouwersdam (weergegeven in Figuur 9 en Figuur 10) te gebruiken in de uitvoering. In het noordelijke gedeelte kan enerzijds de huidige kering afgebroken worden en het puin hergebruikt worden. Anderzijds kan de constructie aan de binnenzijde van de Brouwersdam (Grevelingenzijde) worden gerealiseerd en kan de huidige dam pas later worden afgebroken. De bouw van de getijcentrale in een aparte bouwkuip resulteert in twee bouwkuipen. Er is immers voor de sloop van de caissons in de huidige Brouwersdam een nieuwe bouwkuip nodig. Vanwege de kosten van de tweede bouwkuip wordt er gekozen om de getijcentrale op de huidige locatie van de Brouwersdam te bouwen, dit resulteert in één bouwkuip. De primaire waterkering blijft gedeeltelijk intact, als een deel van het zandlichaam niet wordt afgegraven. Nadeel van deze methode is dat het verkeer (dat gebruik maakt van de provinciale weg N57, de parallelweg langs de N57 en de buitendijkse ontsluitingsweg Grevelingenlaan) hinder zal ondervinden van de werkzaamheden. Het aanleggen van omleidingswegen zal noodzakelijk zijn. Figuur 9: Bovenaanzicht noordelijk tracé met bodembescherming en drempel [2] Figuur 10: Zijaanzicht noordelijk tracé met geplaatste doorlaat caissons [2] 10

22 4.3 Hergebruik bouwmaterialen uit de Brouwersdam De Brouwersdam bevat een aantal herbruikbare materialen, die gebruikt kunnen worden in de bouw van de nieuwe getijcentrale. De herbruikbare materialen kunnen gebruikt worden in dezelfde functie of omgezet worden tot een secundair bouwmateriaal. Zoals eerder vermeld zal alleen de noordzijde van de Brouwersdam bekeken worden. De zuidzijde van de Brouwersdam bestaat uit blokken die gedumpt zijn vanuit een kabelbaan boven het water Caisson De dam aan de noordzijde is afgesloten met behulp van doorlaatcaissons (weergegeven in Figuur 11), die op een 35 meter brede stortsteen drempel zijn afgezonken. De caissons zijn op een bouwlocatie in het werk gestort en vervolgens drijvend naar de uiteindelijke locatie gesleept. Civiele constructies die volgens de bouwmethode in het werk gestort zijn uitgevoerd, kunnen heel moeilijk aangepast worden. De wapeningskorf, bestaande uit gevlochten stalen wapeningsstaven, zit in de betonconstructie en vormt een integraal onderdeel van de gewapende beton constructie. Hierdoor is het niet mogelijk deze eenvoudig te verwijderen of uit te breiden. Daarnaast is het ook moeilijk om nieuwe onderdelen in beton te storten in een bestaand caisson. Er is weinig ruimte voor grote bouwkranen en tevens zal er veel mankracht nodig zijn om de constructie aan te passen. De optie om een gedeelte van de betonnen caisson te handhaven is daarvoor niet toegepast. Het lijkt het meest rendabel om de constructie volledig af te breken en het puin her te gebruiken. Het sloopafval kan dan worden gebruikt voor de bouw van de getijcentrale. Het is tevens moeilijk om de originele betonnen vloer te gebruiken, omdat deze op NAP -10,0 m is gesitueerd en daardoor de diameter van de turbine beperkt. Figuur 11: Huidige doorlaatcaisson van de Brouwersdam [2] Grond in de caissons De betonnen caissons zijn volledig gevuld met grond. Het is mogelijk om deze grond in een latere fase van de bouw te verwijderen en her te gebruiken voor opvulling in de nieuwe constructie of voor het eventueel nieuwe dijklichaam Drempel De in de drempel toegepaste steenklasse (onbekend) is bestand tegen de stroomsnelheden en turbulentie die optreedt bij de constructie. Deze drempel is immers ook gebruikt tijdens de grote stroomsnelheden die ontstonden bij de sluiting van het Brouwerhavensche gat. De stortsteendrempel kan daarom intact worden gelaten. Het is echter mogelijk dat de drempel alsnog wordt afgebroken, omdat het interessanter is met betrekking tot bijvoorbeeld de op te wekken 11

23 energie of te gebruiken breedte/diepte van de nieuwe innovatieve civiele constructie voor de Brouwersdam Bodembescherming Tijdens de bouw van de getijcentrale zal getracht worden om de bestaande bodembescherming in ieder geval te handhaven. De maximale diepte van de fundering wordt hiermee NAP m. Het verwijderen van de bodembescherming betekent dat de huidige bodembescherming moet worden opgeruimd en dieper moet worden aangelegd. Daarnaast moet er rekening gehouden worden met omvangrijke baggerwerkzaamheden aan beide zijden van de getijcentrale. 4.4 Conclusie Er kan worden geconcludeerd dat de getijcentrale op de huidige locatie van de huidige Brouwersdam gebouwd moet worden, dit zal resulteren in één bouwkuip. Daarnaast blijft een deel van de primaire waterkering intact, als een deel van het zandlichaam niet wordt afgegraven. Uiteraard zal er op de kosten bespaard worden als de herbruikbare materialen gebruikt kunnen worden in dezelfde functie of omgezet worden tot een secundair bouwmateriaal. Dus de caissons en het grond in de caissons, zal voornamelijk hergebruikt worden als ballast materiaal voor de getijcentrale. Als laatste zal het hergebruik van de drempel en de bodembescherming kansen bieden om aanzienlijke kosten te besparen op de civiele werken. 12

24 5 Analyse van de innovatieve toepassingen voor de Brouwersdam 5.1 Inleiding In dit hoofdstuk worden de innovatieve mogelijkheden binnen de Brouwersdam geanalyseerd. In eerste instantie worden de mogelijke bouwmaterialen geanalyseerd. Vervolgens zal er onderzocht worden wat de mogelijkheden, voor een getijcentrale, binnen de werktuigbouwkunde is. Hierbij worden referentieprojecten beschreven, waarbij de turbines een invloed hebben gehad op de civiele constructie. Daarna zijn verschillende innovatieve civiele technieken onderzocht, waarbij voornamelijk aandacht wordt besteedt aan de civiele constructie. Aan de hand van de analyse resultaten zal, voor elk subhoofdstuk, een samenvatting worden geschreven. 5.2 Analyse van de mogelijke bouwmaterialen Voor de waterbouwkundige constructies wordt meestal beton toegepast. Om een compleet beeld van de innovatieve oplossingen te geven, zal gekeken worden naar de mogelijkheden om de constructie in staal of vezelversterkt kunststof te realiseren. Ook zal er gekeken worden naar de mogelijkheden om combinaties van de bouwmaterialen toe te passen. Hieronder wordt in het kort de belangrijkste voor- en nadelen van de verschillende bouwmaterialen voor waterbouwkundige constructies beschreven Beton Voordelen: - Eenvoudig te gebruiken voor complexe vormen van de civiele constructie; - Relatief goedkoop; - Hoge duurzaamheid, de constructie hoeft niet geverfd of kathodisch beschermd te worden; - Veel ervaring met het gebruik van beton in waterbouwkundige constructies. Nadeel: - Zware constructie Staal Voordelen: - Lichte constructie, vooral tijdens het transporteren over water; - Snelle bouwtijd (in den droge of in den natte). Nadelen: - Duur (erg marktafhankelijk); - Lage duurzaamheid (corrosie gevoelig) Vezelversterkte kunststof Voordelen: - Eenvoudig te gebruiken voor complexe vormen; - Extreem lichte constructie, een voordeel wat van invloed is op de bouwtijd; - Innovatief. Nadelen: - Dure constructie; - Eigen gewicht vereist met betrekking tot bijvoorbeeld opdrijven van de constructie; - Weinig ervaring Beton in combinatie met stalen vezels Voordelen: 13

25 - Toegenomen draagvermogen van het beton; - De wanden/vloeren van de waterbouwkundige constructie kunnen slanker worden gedimensioneerd; - De betonnen constructie behoudt zijn draagvermogen wanneer scheuren in het beton ontstaan; - De duurzaamheid neemt toe en onderhoudskosten kunnen worden gereduceerd. Nadelen: - Zware constructie; - Weinig ervaring met het bouwen met deze combinatie van bouwmaterialen Conclusie mogelijke bouwmaterialen Door de grote constructie en het benodigde eigen gewicht zal zoveel mogelijk gebruik gemaakt worden van beton. Voor specialistische onderdelen binnen de getijcentrale kan gekozen worden voor alternatieve bouwmaterialen. 5.3 Inventarisatie van innovatieve turbine technieken In dit subhoofdstuk zijn verschillende turbine varianten geanalyseerd, waarbij voornamelijk rekening is gehouden met civiel technische innovaties. Daarbij is getracht om innovaties te vinden, die relevant zijn voor de getijcentrale Brouwersdam. Aan de hand van de turbine varianten beschreven in de hieropvolgende paragrafen zijn groepen samengesteld Dynamical Tidal Power Inleiding Dynamical Tidal Power (afgekort als DTP) is de benaming voor een innovatieve getijcentrale ontwikkeld door Nederlandse ingenieurs. Het concept gaat niet uit van stroming of getijslag, maar benut de versnelling van water onder invloed van het getij. Dit concept zou toegepast kunnen worden in het zuidelijke gedeelte van de Noordzee of voor de kust van China. Modellen en proeven hebben al aangetoond dat dit concept een significante hoeveelheid energie op zou kunnen wekken. Figuur 12: Doorsnede van de Dynamical Tidal Power-dam [7] Werking Het centrale concept verschilt van de bestaande getijcentrales, die of het natuurlijke verschil in waterpeil tussen eb en vloed benutten of getijdenstromingen omzetten in elektriciteit. Het Dynamical Tidal Power concept echter, benut de snelheidsverandering die het zeewater onder 14

26 invloed van de getijgolf ondervindt. Door de lengte van de dam (groter dan 30 km), haaks op de kust, kan de getijkarakteristiek worden beïnvloed. Door de verandering van deze getijdenstatistiek wordt de versnelling aan beide kanten van de dam beïnvloedt en ontstaat een faseverschil over de dam. Dit faseverschil resulteert in een verval over de dam tijdens eb en vloed. Door het verval stroomt het water door de turbines in de dam en wordt er energie opgewekt. Voor dit concept is een speciale turbine ontwikkeld Technische gegevens In een dam van 30 km kunnen turbines geplaatst worden. Een effectief verval van 1,73 m resulteert in een vermogen van MW. Hierbij bedraagt het debiet dat de turbines aandrijft ongeveer m 3 /s. Dit betekent dat een 30 kilometer lange getijcentrale met een belastinggraad van 25 procent op jaarbasis 11 TWh kan produceren Toepasbaarheid als variant in de Brouwersdam Dit conceptuele idee is toepasbaar, omdat een faseverschil (en dus verval) gecreëerd kan worden over de Brouwersdam. Dit betekent dat de dam niet haaks maar evenwijdig aan de kust komt te staan en de Brouwersdam het getij dat de Grevelingen binnen komt vertraagt Laag verval turbine - VLH turbine Inleiding De laatste tien jaar heeft laten zien dat de trend van alsmaar grote turbines niet noodzakelijk is. Voor lage vervallen worden kleinere turbines toegepast. Bij dit soort projecten is de civiele constructie geen grote kostenpost. De Very Low Head turbine (afgekort als VLH turbine), weergegeven in Figuur 13, is een goed voorbeeld. Deze turbines worden specifiek ontworpen voor een laag verval (1,4 m tot en met 4,5 m). Uit verschillende testen komt naar voren dat turbines met een kleinere diameter efficiënt zijn als er hoge stroomsnelheden aanwezig zijn. Door de kleine turbine zijn er minder civiele constructies nodig en worden de kosten van dit onderdeel sterk gereduceerd, daarnaast is de constructie eenvoudig te installeren. Figuur 13: 3D overzicht van de VLH-turbine [8] 15