rapport ENERGO-project

Transcriptie

1 rapport ENERGO-project PZEM rijkswaterstaat

2 BIBLIOTHEEK BOUWDIENST RUKSVVATERSTAAT m l J a. ^ M * BIBLIOTHEEK Bouwdienst Rijkswaxcrstaat Po&uVue LA Utfccht Voorstudie Proefproject ENERGO Een voorstel voor een gecombineerd windenergiespaarbekkensysteem monding van de Oosterschelde. in de uv. provinciale zeeuwse energie-maatschappij PZEM Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland rijkswaterstaat Burghs 1uis, november 1981

3

4

5

6 INHOUD VAN HET ENERGO-RAPPORT Biz. 1. Inleiding 1 2. Samenvatting 4 3. Het ENERGO-project 7 4. Productie, opslag en levering van energie Productie Windenergie Het verticaal-getij in de Oosterschelde Het horizontaal-getij in de Oosterschelde Electrische energie, afkomstig van de productie-eenheden van de P.Z.E.M Energie, geleverd door de dieselaggregaten, die ten bei hoeve van de stroomlevering van de stormvloedkering worden opgesteld Opslag Vermogensbekken en energie spaarbekken Hoog opslagbekken en laag opslagbekken Hydro-turbines Opslagcapaciteit en turbinevermogens Levering van energie aan het openbaar net Ontwerp en techniek Basisgegevens Beschrijving van het ontwerp Het inrichten van het opslagbekken Windturbines Aansluitingen op het openbaar net Electriciteitsopbrengst Algemeen Opbrengst uit windenergie Opbrengst uit het verticaal-getij Verlies door het gebruik van nachtstroom Winst en verlies van energie in de electriciteitscentrales Energiebalans ENERGO-project met opslag boven 20MW-grens De economie van het project Bedrijfsvoering 32

7 Biz. 9. Planologie, landschap en milieu Planologie Landschap Milieu Juridische aspecten De verhouding P.Z.E.M. en Rijk Windenergie Het ENERGO-project als leerproject De directe inpassing van windvermogen landelijk en op lange termijn Mogelijke maatregelen tegen ongewenste gevolgen van directe inpassing ' Omvang van een opslagsysteem Noodzakelijk onderzoek 12. Financiering Onderzoek en ontwikkeling van onuitputtelijke energiebronnen Toevoeging van vermogen en productie van electriciteit Belangen en Financiering 13. Conclusies Aanbevelingen Referenties 4 9 Bijlage: " Rentabiliteitsberekening ENERGO-project ".

8 Inleiding De moderne energievoorziening baart zorgen. De ontwikkeling van de (fossiele) brandstofprijzen en de uitputting van de bronnen zijn hier debet aan. Er is dan ook in binnen- en buitenland een maatschappelijke behoefte te constateren aan de ontwikkeling van omzettingssystemen (conversie). Bekende bronnen zijn zonne-, waterkracht-, golf-, geothermische-, wind- en biomassa-energie. Het regeringsbeleid is erop gericht deze bronnen exploitabel te maken. De Rijkswaterstaat ziet mogelijkheden hieraan specifieke bijdrage te leveren op grond van de bij haar aanwezige kennis op het gebied van civiele werken, werktuigbouwkundige constructies, electrische en hydraulische systemen als ook op ecologisch gebied. In dit rapport wordt verslag uitgebracht over een studie naar windenergieconversie met bijbehorend opslagsysteem. Op dit gebied zijn reeds eerder studies uitgevoerd en ook nog gaande. Verwezen mag worden naar de WESPstudie (1). De hierna beschreven studie omvat de mogelijkheden van een proefproject op het gebied van ontwikkeling en bouw van windturbines. Tevens betreft de studie bouw van een energieopslagsysteem in de vorm van een wateropslagbekken met hydroturbine, de practische bedrijfsvoering van een dergelijk geintegreerd systeem en de planologische - landschappelijke en milieukundige consequenties ervan. Over de wijze waarop het onregelmatige windenergieaanbod in het openbare electriciteitsnet kan worden ingevoerd, bestaat veel onzekerheid. Daarom omvat het onderhavige project, ENERGO genaamd, een windturbinepark van zodanige afmetingen, dat een deel van het opgestelde vermogen direct in het net gevoerd kan worden terwijl een ander via een hoogwaardig regelsysteem zondermeer een acceptabele bron vormt voor de electriciteitsvoorziening. Van een dergelijk systeem is bekend dat het kostenaandeel van het windturbinepark ten opzichte van het opslagsysteem onevenwichtig is. Uit de WESP-studie (1) is bijvoorbeeld gebleken, dat het opslagdeel relatief duur is in vergelijking met het windturbinedeel. Bij het ENERGO-project mag in principe niets anders verwacht worden. Toch is gestreefd naar een ge'i'ntegreerd project, enerzijds wegens de electriciteitsbehoefte in Zeeland, anderzijds wegens het waardevolle leerelement, verbonden aan de ervaringen die met een dergelijk systeem opgedaan kunnen worden ten behoeve van andere projecten.

9 - 2 - De naam ENERGO = Energie Oosterschelde, geeft al aan in welke richting dit proefproject gaat. Toen ir. L. Lievense zijn idee om windenergie op te slaan in een spaarbekken lanceerde (1979), is binnen de Projectorganisatie Stormvloedkering herkend dat voor een dergelijk project in principe mogelijkheden aanwezig zijn in de reeds bestaande bouwputten van de Stormvloedkering Oosterschelde. Dit, gekoppeld aan de ruimte die het werkeiland Neeltje-Jans, gelegen in de monding van de Oosterschelde, biedt voor plaatsing van een windturbinepark, maakt deze locatie i tot een ideale plaats voor een proefproject, temeer daar de locatie gelegen is aan het einde van een vrij licht electriciteitsnet. Ondanks het feit, dat het project een vrij klein electrisch vermogen omvat (35MW wind- en 15MW hydrovermogen) zijn, dankzij deze situering, de schaaleffecten bij extrapolatie van de ervaringen naar grotere systemen, gering te noemen. In dit rapport wordt ingegaan op de techniek, de economie, de keuze van de afmetingen, de bedrijfsvoering en de milieukundige consequenties van het project. Conclusies en aanbeve- 1ingen sluiten het rapport af. HOORD-BEVfzLAND 1 2 KM figuur 2

10 - 3 - In overeenstemming met het multi-disciplinaire karakter van deze studie is hieraan deelgenomen door vertegenwoordigers van: - De N.V. Provinciale Zeeuwsche Energiemaatschappij N.V. P.Z.E.M. te Middelburg; - Het Energieonderzoek Centrum Nederland, E.C.N, te Petten; - De Rijkswaterstaat te weten de directies Bruggen te Voorburg, Sluizen en Stuwen te Utrecht en Zeeland te Middelburg alsmede de Deltadienst te Burghsluis, 's-gravenhage en Middelburg.

11 Samenvatting Beschreven is de studie naar een gecombineerd windturbinepark/opslagsysteem, gesitueerd op het werkeiland Neeltje-Jans in de monding van de Oosterschelde. Gebruik wordt gemaakt van de bouwputten van de pijlers van de aldaar in aanbouw zijnde Oosterscheldestormvloedkering. Het project omvat een windturbinepark met een opgesteld nominaal electrisch vermogen van 35MW alsmede een waterops1agbekken voorzien van een omkeerbare (pomp/turbine) waterkracht unit van het "bulb" type met een nominaal electrisch vermogen van 15MW. Het opslagbekken is een z.g. hoog-bekken met een t.o.v. de omgeving verhoogde waterspiegel. Het bekken heeft een oppervlakte van ca. 100 ha op een niveau van N.A.P. +10m. De kruinhoogte van de omringende dijken bedraagt N.A.P. +12,9m. De waterspiegel varieert van N.A.P. +11,9m tot N.A.P. +9,2m* in 4 uur tijd. Geconstateerd wordt, dat ten aanzien van de conversie van windenergie, het toevoeren van een fluctuerend (wind)vermogen aan het openbare net en de bedrijfsvoering van windparken al dan niet gecombineerd met een hoogwaardig opslagsysteem, veel onzekerheden bestaan. Een proefproject van niet te geringe afmetingen is daarom dringend gewenst. Geschat wordt, dat ter plaatse van de Stormvloedkering het openbare net in staat is, zonder al te veel regelproblemen, een fluctuerend vermogen van 20MW op te nemen. Fluctuerende vermogens boven deze grens dienen eerst behandeld te worden, alvorens aan het net te worden aangeboden. Bestudering van beide aspecten wordt in dit project mogelijk gemaakt. Een opslagbekken kan gebruikt worden als garantie voor een zeker vermogen dat ter beschikking staat van een electriciteitsproducent. Anderzijds is het mogelijk het bekken te gebruiken voor een maximale windenergieconversie, waarbij de nadruk ligt op het zoveel mogelijk produceren van brandstofloze electriciteit. Beide opties worden beschreven, als ook de combinatie ervan. Het opdoen van ervaring met de practische bedrijfsvoering van dergelijke systemen wordt als essentieel gezien en via dit project mogelijk gemaakt.

12 - 5-5) Aangezien de windturbinetechnologie evalueert, is in de realisatie van windturbines noodzakelijk. De eerste fase bestaat uit de bouw van 5 stuks 1 MW windturbines, eventueel voorafgegaan door de bouw van een 500KW windturbine, gebaseerd op de ervaringen met de 25 m horizontale as turbine van het ECN te Petten. De tweede fase bestaat uit de bouw van 10 stuks 3MW windturbines. 6) De electrische opbrengst van het systeem wordt geraamd op ruim kwh per jaar. De investeringen belopen in totaal f Voor de opbrengstberekening zijn 2 prijsscenarios aangehouden. 1) geen reeele prijsstijging van fossiele brandstoffen 2) 2% reeele prijsstijging tot en met het jaar 2000; daarna geen prijsstijging meer. Als disconteringspercentages zijn 5% en 10% aangehouden. Contant gemaakt voor 1981 betekent dit, dat de volgende baten/kosten verhoudingen worden berekend: prijsscenario 1) : b/k = 0,6 discontovoet 5% prijsscenario 2) : b/k = 0,9 prijsscenario 1) : b/k = 0,4 discontovoet 10% prijsscenario 2) : b/k = 0,6 Indien de investeringen in een keer worden afgeschreven is de b/k verhouding groter dan 3. Geen rekening wordt gehouden met mogelijke rendementsverbeteringen van windturbines ("tip-vanes") in de toekomst. y 7) Ten aanzien van de pianologische en landschappelijke aspecten wordt geconstateerd dat hier sprake is van een nieuw element in de ruimtelijke ordening van Nederland. Het inmiddels geformuleerde beleidsplan met betrekking tot de inrichting en het beheer van de Oosterschelde voorziet niet in het project maar maakt het ook niet onmogelijk. Landschappelijk betekent de gekozen oplossing in zijn dimensies het niet optimaal aansluiten op de terzake ontwikkelde visies. 8) Milieukundig gezien zijn er een aantal onzekerheden herkend. Het onderhavige proefproject wordt als een goed onderzoeksmiddel gezien om kennis omtrent de mi 1ieueffecten van windparken, al dan niet gecombineerd met een opslagsysteem, te verwerven. Met name de gekozen locatie biedt hiertoe goede gelegenheid.

13 - 6-9) Ten aanzien van de juridische aspecten wordt geconstateerd dat de bestaande wetgeving op een aantal punten systematisch dient te worden onderzocht en, indien nodig, aangepast. 10) Gelet op het algemene belang van het proefproject wordt geconstateerd dat de financiering (grotendeels) uit de algemene middelen zou moeten geschieden. 11) Aanbevolen wordt de studie met kracht voort te zetten, gericht op de realisatie van het project in de volgende fasering: I : voortzettingsstudie, besteksgereedmaken van projectontwerpen. Kosten 2,5 miljoen. II : bouw windturbines 5xlMW. Kosten 16,0 miljoen. III : bouw spaarbekken. Kosten 69,0 miljoen. IV : bouw windturbines 10x3MW. Kosten 86,0 miljoen. Inschakeling van het bedrijfsleven bij de studie wordt als noodzakelijk gezien. figuur 3

14 Het ENERGO-project Als algemeen uitgangspunt is aangenomen dat een systeem van electriciteitsvoorziening haalbaar is, indien voornamelijk gebruik gemaakt wordt van meerdere niet-conventionele energiebronnen in combinatie met een opslagsysteem. In eerste instantie is gedacht dat de energiewinning uit 5 componenten zou kunnen bestaan, namelijk: - windenergie; - energie uit het verticaal getij in Oosterschelde; - energie uit het horizontaal getij in de stormvloedkering; - electriciteit, afkomstig van productie-eenheden van de P.Z.E.M.; - energie geleverd door de dieselaggregaten die ten behoeve van de stroomlevering van de stormvloedkering worden opgesteld. Aangezien het energieaanbod uit die componenten sterk kan fluctueren is een tussentijdse opslag van de daarvoor in aanmerking komende energievormen in beschouwing genomen. Deze opslag bestaat uit het cree'ren van een verval ofwel hoogteverschil tussen de waterstand in een bass in en een aangrenzend water, in dit geval een verval tussen de waterstand van de als opslagbekken in te richten bouwput Schaar en die van de Oosterschelde. De opslag van energie geschiedt door pompen, het opwekken van electriciteit door middel van een of meer hydro-turbines. De energie-opslag kan in principe op tweeerlei wijze plaatsvinden: in een hoog bekken door het daarin oppompen van het water en in een laag bekken door het daaruit wegmalen van het water. In de volgende hoofdstukken wordt op de aspecten van dit ENERGO-project nader ingegaan.

15 Productie, opslag en levering van energie 4.1. Productie Windenergie (fig. 4, 5 en 6) Het aanbod van windenergie in de monding van de Oosterschelde maakt deze plaats geschikt voor het economisch gebruik van windturbines. Dit mag blijken uit de gegevens over het aldaar aanwezige windregime. De conversie van windenergie in electriciteit geschiedt door middel van windturbines. De opbrengst van de windturbines wordt bepaald door een aantal factoren: de optredende windsnelheden ter plaatse van de rotor; de rotordiameter;, het ontwerp van de turbines; de rendementen van transmissie en generator; het aantal windturbines; de onderlinge afstand tussen de windturbines. Op grond van de wetenschap dat de windsnelheid fluctueert en dat de energie die theoretisch uit de wind gehaald kan worden evenredig is met de derde macht van de windsnelheid, kan worden afgeleid dat het door een windturbine afgegeven vermogen veel sterker fluctueert dan de windsnelheid. Daarbij moet erop gerekend worden dat er geen productie zal plaatsvinden als de windturbines wegens geen of te weinig wind niet kunnen draaien en de windturbines om schade te voorkomen bij hoge windsnelheden moeten worden stilgezet. Een en ander betekent dat door toepassing van windenergie een flucterend vermogen aan de conventionele productie-eenheden wordt toegevoegd en dat een fluctuerende hoeveelheid electriciteit in het openbare net wordt gebracht. Dit betekent ook dat de P.Z.E.M. geen garanties heeft ten aanzien van de toevoeging van het windvermogen. Het maximaal windvermogen dat de electriciteitscentrales op kunnen vangen is enerzijds afhankelijk van de voorspelbaarheid van het windvermogen en anderzijds van de regelbaarheid van het conventionele productiepark en de eisen die gesteld worden ten aanzien van de betrouwbaarheid van de electriciteitslevering. In verband daarmede is door de P.Z.E.M. globaal gesteld dat zonder opslag voorshands niet meer windvermogen dan 20 MW aan haar productiepark mag worden toegevoegd. De juistheid daarvan kan alleen op grond van praktijkproeven worden bewezen. Door deze vermogensgrens wordt aan de rechtstreekse levering van electriciteit uit windenergie een beperking opgelegd. Het opstellen van een hoger windvermogen in de monding van de Oosterschelde kan zoals onder 4.2. wordt uiteengezet, door middel van tussentijdse opslag van de windenergie mogelijk worden gemaakt.

16 figvmr 4 Gang van de windsnelheid (jaar) maandgemiddelden van de windsnelheid ln m/sec. station Roggenplaat tijdvak jan t/m dec raboven natuurlijk terrein I & OUJ gemiddelde jaar 6,78 m/sec. i r r 3 1 «figuur 5 "gem~s >8' */s L,; _ jaar winter - november t/m april zcner - mei t/m oktober Gang van de windsnelheid (etsnaal) uur gemiddelde van de windsnelheid in m/sec. Station Roggenplaat Tijdvak jan t/m dec m boven natuurlijk terrein _ l 2* figuur 6

17 -IO Het verticaal getij in de Oosterschelde In principe kan het opslagbekken als getijdecentrale worden ingericht. Daartoe moet het bekken worden voorzien van een inlaatwerk en een hydroturbine. Tijdens opkomend water in de Oosterschelde kan het bekken via de inlaatsluis met water worden gevuld. Bij een daaropvolgend laagwater in de Oosterschelde vindt dan met behulp van de hydro-turbine het genereren van electriciteit plaats. Aangezien het maximaal haalbare verval tussen de waterstanden in bekken en Oosterschelde na het gereedkomen van de stormvloedkering niet meer zal bedragen dan het verschil tussen hoog en laagwater in de Oosterschelde, circa 2,3 m, wordt mede op grond van eerder 200 II. o -t-i * 5 Q S g a u w NAP i If * \ \ v\ \, \ \ \ \ V r \ Iff it/ if > \ V. CZ + va=u.000n GEM. DOODTIJ: GEM. TIJ EN GEM. SPRINGTIJ TE BURGESLUIS S.V.K. OOSTERSCHELDE: \i A= m2 + aompccrtimente2rcng CZ acmwez-ig. figuur 7 GEM.DOODTIJ GEM.GETIJ GEM. SPRINGTIJ Anders kan dit zijn indien een of meer andere energie-componenten zouden kunnen worden gebruikt voor het creeren van een beginverval, bijvoorbeeld windenergie en/of electriciteit uit het openbare net. Daarmede zou dan bij toepassing van een hoogbekken tijdens opkomend water in de Oosterschelde het water kunnen worden opgepompt terwijl dan bij een opvolgend laagwater zou kunnen worden gegenereerd. In feite wordt door een dergelijke handelwijze het door pompen gecreerde verval vergroot met het getijverschil. De hoeveelheid extra energie die zo kan worden gewonnen hangt af van de hoeveelheid windenergie en electriciteit uit het openbare net die ten tijde van het creeren van het verval beschikbaar zijn en verder van de capaciteit van het opslagbekken.

18 De levering van electriciteit uit het bekken wordt bepaald door de getijcyclus, waarin hoog- en laagwater elk etmaal 50 minuten later optreden. De tijden waarop energie uit het verticaal getij kan worden gewonnen is uit de getij-tafels voorspelbaar. De voorspelbaarheid van de hoeveelheid energie die kan worden gewonnen wordt echter minder groot doordat op grond van de door de P.Z.E.M. gewenste bedrijfsvoering niet alle 706 getijden van het jaar kunnen worden benut, een gewenste energiecomponent niet beschikbaar kan zijn en de getijverschi1len niet alien even groot zijn door de dagelijkse ongelijkheid, de veranderde waterstanden in de cycli springtij-doodtij-springtij en door weersinvloeden. Bij de opbrengst-berekeningen onder hoofdstuk 6 wordt nader ingegaan op de hoeveelheid energie die op deze wijze uit het verticaal getij zou kunnen worden gewonnen Het horizontaal getij in de stormvloedkering Indien de stormvloedkering gereed is, zullen in de doorstroomopening daarvan stroomsnelheden optreden tot circa 5 m/sec. Met behulp van waterturbines kan de stromingsenergie van het water in electrische energie worden omgezet. Deze machines moeten dan in of in de nabijheid van de stormvloedkering worden aangebracht. Omdat de winning van energie op deze wijze een verkleining van het verticaal getijverschil in de Oosterschelde tot gevolg zal hebben en dit getijverschil van belang is voor het behoud van het natuurlijke milieu en de schelpdiercultures in de Oosterschelde, moet ten aanzien van het gebruik van deze energiebron de grootste terughoudendheid worden betracht. In de studie van het ENERGO-project is deze energie-component daarom niet verder in beschouwing genomen Electrische energie, afkomstig van de productie-eenheden van de P.Z.E.M. Het productiepark en de bedrijfsvoering van een electriciteits-producent dienen te zijn afgestemd op een basis-electriciteitsafname en de fluctuates die daarboven kunnen optreden. De fluctuaties in het stroomgebruik ontstaan onder invloed van de beiastingswisselingen gedurende de seizoenen, werkdagen en weekend- en feestdagen, daguren en nachturen en door incidenteel optredende factoren.voor de basis last wordt gewoonlijk gebruik gemaakt van productie-eenheden die op goedkope wijze electriciteit produceren. Met name moet hierbij aan met steenkool ondervuurde eenheden en kerncentrales gedacht worden.

19 Deze eenheden zijn in het algemeen moeilijk regelbaar en geven rendementsverlies bij het regelen. Voor het oplossen van fluctuatie-problemen zijn een aantal middelen beschikbaar in de vorm van een draaiende reserve op de basislast, het gebruik van snel-opstartbare gasturbines en een regeling in het landelijke verband van de samenwerkende electriciteitsproducenten (S.E.P.). De regeling houdt in, dat de fluctuaties in het stroomverbruik binnen het verzorgingsgebied van een producent mede door andere producenten via het landelijke koppelnet worden opgevangen. In Zeeland bestaat daarnaast een regeling, waarbij een der grootverbruikers minder stroom afneemt, indien het stroomverbruik van anderen toeneemt en andersom. Door de P.Z.E.M. wordt de electriciteit in hoofdzaak opgewekt door een kernenergie en door gas- en'olie gestookte eenheden. Door nu goedkopere, zogenaamde "nachtstroom", in een bekken op te slaan en de energie tijdens verbruikspieken overdag weer aan het openbaar net terug te leveren kan aan het productiepark een extra regelmechanisme worden toegevoegd. Hoe de practische inpassing van dit bijzondere regelsysteem vorm moet krijgen is met een aantal onzekerheden omgeven. Onderzoek op prototypeschaal is gewenst Energie, geleverd door de dieselagregaten, die ten behoeve van de stroomlevering van de stormvloedkering worden opgesteld. Het ligt in de bedoeling in het dienstengebouw van de stormvloedkering tien dieseleenheden met een totaal nominaal vermogen van 6400 kw op te stellen. Dit vermogen is nodig om de schuiven van de stormvloedkering te kunnen bedienen. De aggregaten functioneren thans nog voor het opwekken van stroom die nodig is voor de bouw van de kering, voor het drooghouden van de bouwput en voor de werkspanning. Naar verwachting zullen de aggregaten in hun uiteindelijke functie slechts weinig draaiuren hebben. In principe bestaat daarom de mogelijkheid deze aggregaten als aanvullende energiebron op de openbare electriciteitsvoorziening in te schakelen. Het inzetten van deze energie-component is echter wegens het gebruik van dure olie niet aan te bevelen. Wel kan de electriciteit die tijdens het proefdraaien van de aggregaten wordt opgewekt in het openbaar net, dan wel in opslag worden gebracht. De jaarlijkse opbrengst zal echter niet meer dan kwh bedragen. Daarom is deze energie-component niet verder in de ENERGO-studie betrokken.

20 Opslag (figuur 3). De bouwput Schaar, waarin thans de pijlers en de betonnen balken voor de stormvloedkering worden gefabriceerd kan na 1984, als die onderdelen uit de bouwput zijn verwijderd, als opslagbekken van energie worden ingericht. Deze bouwput beslaat een oppervlakte van circa 1 km^, heeft een bodemdiepte van N.A.P. -15m en ringdijken met een kruinhoogte van 6,5 tot 9,0 m + N.A.P. Op een aantal aspecten van de opslag van energie in dit bekken wordt hieronder nader ingegaan Vermogensbekken en energiespaarbekken. Het opslagbekken kari worden ingericht als vermogensbekken en als electriciteitsproductiespaarbekken. Bij het gebruik als vermogensbekken wordt vanuit het bekken aan de elctriciteitsproducent voor een zekere tijdsduur een bepaald vermogen gegarandeerd.zowel het vermogen als de tijd worden afgeleid van de bedrijfsvoering in de electriciteitsvoorziening. Bij het ENERGO-project kan de energie die voor het vermogensbekken nodig is alleen worden betrokken van de energie-componenten wind en nachtstroom, waarbij de nachtstroom voor de aanvulling op de tekorten aan windenergie moet zorgen. Energie uit het verticaal getij komt niet in aanmerking, aangezien de tijd waarop het vermogen moet worden gegarandeerd slechts bij toeval zal corresponderen met de tijd waarop van de getij-omstandigheden gebruik kan worden gemaakt. Wanneer en in welke mate nachtstroom kan worden gebruikt kan globaal worden bepaald aan de hand van de vermogensduurkromme voor een windturbine in de monding van de Oosterschelde. Nachtstroom kan worden gebruikt indien de windsnelheid lager is dan die welke bij de vermogensgrens van 20 MW (zie ) behoort. In perioden, waarin het windvermogen de door de P.Z.E.M. gestelde vermogensgrens van 20 MW te boven gaat zal weinig nachtstroom nodig zijn. Afhankelijk van de pomp- en turbinerendement gaat tijdens het pompen en genereren een hoeveelheid energie verloren. De voordelen van het gebruik van dit vermogensbekken zullen daarom tegen de hiervoor genoemde energie-verliezen moeten worden afgewogen.

21 Het gebruik van het bekken als energie-spaarbekken houdt in dat daarmede wordt getracht zoveel mogelijk energie uit wind en getij te winnen, indien het opgewekte vermogen uit wind groter is dan de door de P.Z.E.M. gestelde vermogengrens. Daarnaast kan het bekken als energiespaarbekken dienen, wanneer wegens gering electriciteitsverbruik windenergie beter niet 1<an worden opgenomen in het net, d.w.z. als de netbelasting gelijk of lager is dan de basislast. Dit kan zich 's nachts en tijdens weekend- en feestdagen voordoen. Hoewel hierboven een scherpe scheiding is gemaakt tussen opslag als vermogensbekken en als energie-spaarbekken, zal het bekken in de praktijk als combinatie van beide mogelijkheden kunnen fungeren. Het is duidelijk dat een aantal bedrijfstrategieen mogelijk zijn. De betekenis van elk van die strategieen kan door middel van het ENERGO-project worden onderzocht Hoog opslagbekken en laag opslagbekken. Zoals in hoofdstuk 3 reeds kort is vermeld kan de energie-opslag hier in principe op tweeerlei wijze plaatsvinden, namelijk in een hoog en in een laag bekken. hoog bekken laag bekken Y////A ophogen * >hydroturbine ontgraven figuur 8 Bekkenconfiguraties

22 Bij een hoog bekken geschiedt het pompen in de richting van het bekken en het genereren in de richting van de Oosterschelde. Bij een laag bekken zijn pomp- en genereerrichting andersom. De keuze tussen een hoog en een laag bekken is afhankelijk van de gewenste opslag-capaciteit. De consequenties van een hoog en een laag bekken zijn bij eenzelfde opslag capaciteit (zie figuur 8) onder meer de volgende: hoog bekken: - groter wateroppervlak, dus geringere waterstandfluctuatie; - locale verhoging van dijken, opbreken van bestaande- en aanleggen van nieuwe dijkbekledingen; - hydro-turbine boven bodem van de bouwput; - graven van watertoevoerende geulen; - wateroverdrukken in de/richting van de Oosterschelde, kwelverschijnselen; - dijkhoogte om landschappelijke redenen begrensd, daardoor opslagcapaciteit beperkt. laag bekken: - geringer wateroppervlak, dus grotere waterstandsfluctuatie; - verdieping van de bodem van de bouwput en wegbaggeren van resten van compartimenteringsdijken; - hydro-turbine dieper dan bodem van de bouwput i.v.m. cavitatieproblemen, - graven van watertoevoerende geulen; - wateroverdrukken in de richting van de bouwput, kwelverschijnselen. Wegens het optreden van well en in de bodem van de bouwput is een lagere waterstand dan N.A.P. -10m niet toelaatbaar Hydro-turbines Het opslaan van energie en het genereren kan als volgt geschieden: - een of meer omkeerbare turbines, d.w.z. turbines die zodanig zijn geconstrueerd dat zij zowel kunnen pompen als genereren; - gescheiden pomp- en turbine-instal1aties. Bij het gebruik van een omkeerbare turbine kan niet tegelijkertijd worden gepompt en gegenereerd. De hiertoe uitgevoerde berekeningen indiceren een geringe vermindering van de opbrengst. Aangezien de wijze van bedrijfsvoering bepalend is, kunnen slechts praktijkproeven hieromtrent zekerheid verschaffen.

23 Ops 1agcapaciteit en turbinevermogens De ops!agcapaciteit van het bekken en het vermogen van de hydro-turbines dienen te corresponderen met de mogelijkheden van de P.Z.E.M. ten aanzien van de hoeveelheid energie die in een zekere periode aan het openbaar net moet kunnen worden afgegeven (vermogensbekken). Volgens de gegevens die door de P.Z.E.M. zijn verstrekt kan het vermogensbereik van de turbine lopen tot 25 MW. De grens van 25 MW vloeit voort uit de beiastingspieken van het particuliere electriciteitsverbruik binnen het verzorgingsgebied van de P.Z.E.M. De periode waarin dat vermogen beschikbaar moet zijn is op maximaal 4 uur gesteld. Deze periode is afgeleid uit de bedrijfsgegevens van de P.Z.E.M. ten aanzien van de duur van het beschikbaar hebben van snelopstartbaar vermogen voor het opvangen van verbruikspieken. Uitgaande van deze gegevens kunnen de bij de piekvermogens behorende opslag en vermogens worden vastgesteld, waarna aan de hand van kostenvergelijkingen de meest economische oplossing kan worden gekozen. Mede in verband met het bepaalde hydro-vermogen kan het totaal windvermogen worden berekend: de 20 MW waarvan de electriciteit direct aan het net kan worden toegevoegd + windvermogen dat gelijk of minder is dan het hydro-vermogen Levering van energie aan het openbaar net Het beschikbaar stellen van vermogen en de levering van energie aan de openbare electriciteitsvoorziening zal - rekening houdend met de mogelijkheden en beperkingen van het huidige productiepark - mede aan de hand van windsnelheidsverwachtingen (windenergie) en de gegevens uit de getijtafel (getij-energie) moeten geschieden. Aangenomen mag worden dat een en ander onder verantwoordelijkheid van de P.Z.E.M. gaat plaatsvinden.

24 Ontwerp en techniek 5.1. Basisgegevens Het ontwerp is gebaseerd op het gebruik als vermogensbekken: bedrijfstijd maximaal 4 uur. Het maximum windvermogen is 20 MW (vermogensgrens P.Z.E.M.) + vermogen gelijk of minder dan hydro-vermogen. Verder is er van uitgegaan dat een of meer omkeerbare turbines zullen worden toegepast, waarvan het pomprendement op 0,83 en het turbinerendement op 0,93 is gesteld. Het vermogen van de hydro-turbine dient bij het laagste verval nog aanwezig te zijn. Dit is zowel bij een hoog bekken als bij een laag bekken het beginverval van de pompfase d.w.z. het eindverval van de turbinefase. Aan de hand van diverse aannamen ten aanzien van beginverval en hydrovermogens en andere gegevens kunnen de wateropslag, dijkhoogten en afmeting en ashoogte van de rotor van de hydro-turbine worden bepaald. Voor een reeks van begin-vervallen van 4m t/m 12m zijn zo voor hydro-opstellingen met 8 vermogens van 5 MW tot 25 MW de gegevens verzameld die voor de constructies van belang zijn. Dit is zowel voor een hoog bekken als voor een laag bekken gebeurd. Zo werden 9x8x2 mogelijkheden nagegaan, waaruit een eerste selectie kon plaatsvinden op grond van: - een globale kostenbeschouwing. Zo werden de varianten 3 x 5 MW, 4 x 5MW en 5 x 5 MW direct al niet aanvaardbaar geacht wegens de hoge kosten van de turbines en turbinehuizen; - de uit constructieve eisen volgende beperkingen ten aanzien van de rotordiameter, namelijk liggend tussen 4m en 6m; - de toegelaten laagste waterstanden in het bekken (wellen in de bodem en cavitatie) en de daarmede samenhangende ontgravingen van de bekkenbodem om de hydroturbines de vereiste diepte te kunnen geven. Uit de selectie bleek direct dat de varianten die op een laag bekken betrekking hebben niet voor een verdere beschouwing in aanmerking komen. Meer uitgewerkte kosten- en opbrengstenramingen ten aanzien van de 14-tal overgebleven varianten hebben uiteindelijk geresulteerd in de keuze van: - een hoog bekken, waarin de waterstanden fluctueren tussen N.A.P. +11,9m en N.A.P. +9,2m, en een bijbehorende hoogte van de dijkkruin op N.A.P. +12,9m; - een omkeerbare hydro-turbine met een vermogen van 15 MW, een rotordiameter van 5,3m en een ashoogte van de rotor op N.A.P. -8,6m; - een totaal windvermogen van 20 MW + 15 MW = 35 MW.