Energie uit water
Viervijfde van de wereld is bedekt met water. Het water in onze oceanen en rivieren is de hele tijd in beweging. Golven, stromingen, getijden en watervallen leveren als ze goed gebruikt worden een enorme hoeveelheid kinetische energie.
Projecten voor Hydro elektriciteit zijn tot zover de meest geslaagde manier gebleken om waterkracht (ook wel witte steenkool) bruikbaar te maken. De beweging van het water uit rivieren of reservoirs wordt gebruikt om turbines in werking te zetten, die op hun beurt weer generatoren aandrijven om elektriciteit op te wekken.
Wat is waterkracht?
Waterkracht ontstaat uit de waterkringloop. Het water in de zee verdampt door de zon, boven land vormen zich wolken. De neerslag komt met name in heuvels en bergen weer naar beneden. Het water stroomt onder invloed van hoogteverschillen weer naar de zee door rivieren. Waterkracht wordt al heel lang benut, regelmatig voor bewerken van grondstoffen zoals graan en hout. Vanaf de 2e/3e eeuw voor christus worden hier al waterwielen voor gebruikt.
Bij dit soort waterwielen word het hoogte verschil omgezet naar een draaiende beweging van het wiel. Het Poncelot wiel maakt van potentiële energie(valhoogte) kinetische energie (beweging).Het water ging in een buizenstelsel waardoor het water met grote snelheid tegen het wiel aan schoot en het zo in beweging zette. Je kunt het Poncelot wiel zien als de voorloper van een waterturbine van een normale centrale waarbij een groot verval in snelheid wordt omgezet
Basisprincipe van een waterkrachtcentrale
De waterkrachtcentrale of met een andere naam de hydraulische centrale die gebruik maken van de stroming van water of van de kracht van neervallend water. De kracht of stroming brengt een turbine in beweging. De as van de turbine word vastgemaakt aan een generator die energie opwekt dit kan je vergelijken met een fietsdynamo. Een hydraulische turbine is een turbine die de stroming van het water gebruikt om in beweging te komen en zo energie op te wekken. Waterkracht is een zeer schone vorm van energie en daarom ook groene energie. Noorwegen steekt er me kop en schouders bovenuit op het gebied van waterenergie want 99 % van hun elektrische energie wekken ze op door waterkracht.
Waterenergie is te verdelen in twee hoofdsoorten:
Potentiële energie
Bij potentiële energie hangt er onder water een turbine die draait door de stroming van het water. De meeste waterkrachtcentrales hebben vier turbines. Maar ze zijn bijna nooit allemaal tegelijk in gebruik. Alleen soms als het water heel hard stroomt. Een dergelijke turbine heeft een diameter van ongeveer 4 meter. Als het water door de turbine gaat, gaat het water niet steeds even snel, dus de turbine laat weer een tandwiel draaien en die zorgt ervoor dat het met een constante snelheid ronddraait. Het water komt aan de achterkant van de centrale er weer uit en gaat weer in de rivier. In de Neder-Rijn bij Maurik is een centrale volgens het principe potentiële energie gebouwd. Om het water door de waterkrachtcentrale heen te leiden is een groot stroomkanaal aangelegd van 600 meter lang. Daardoor slijt de bodem van de rivier niet uit en kan het water goed door de turbines geleid worden. Verder zijn er vuilroosters aangebracht om het afval tegen te houden. De waterkrachtcentrale ligt voor een groot deel diep onder water. Het diepste punt ligt 16 meter onder de waterspiegel.
Kinetische energie
Als de valhoogte van het water meer dan 400 meter is, een waterval dus. Dan wordt het water niet gelijk door de turbine gehaald. Maar het gaat eerst door buizen en het spuit er dan met hoge druk uit. Het komt dan tegen een turbine aan. Dit is een ander soort turbine dan bij potentiële energie. In Nederland hebben we geen watervallen dus deze vorm van waterkracht energie komt niet voor. Ook is het verschil in eb en vloed is hier te klein.
Verschillende manieren om elektrische energie uit water op te wekken:
1. Stuwdam- watervalprincipe (Grootschalige waterkracht)
In heuvelachtig gebied valt het water snel naar beneden door het grootte hoogteverschil. waterkrachtcentrales die dit hoogteverschil benutten maken gebruik van impulsturbines. Stuwmeren worden aangelegd om zeker te zijn van genoeg energie tijdens tijden met bijvoorbeeld weinig neerslag. De stuwdam zorgt voor een groot verval het water wordt naar turbines gebracht via een aanvoerkanaal en de valbuis meestal hebben stuwmeerwaterkrachtcentrales een vermogen ven enkele honderden Megawatts.
2. Stuwdam- watervalprincipe (Kleinschalige waterkracht)
A - reservoir, B - krachtcentrale, C - turbine, D - generator, E - inlaat, F - leiding, G - hoogspanningskabels, H - rivier
Nederland kan de waterkrachtenergie niet uit hoogteverschil halen. Neervallend water kan ook worden bereikt door een dam of stuwdam constructie die volledig door een rivier loopt en de stroming van het water tegenhoudt. In die dam kan men enkele openingen met een soort van rad dat door de kracht van het water in beweging wordt gezet en op die manier weer elektriciteit opwekt. Hierboven wordt een dwarsdoorsnede gegeven van de waterkrachtcentrale te Linne. In Nederland maken de toegepaste turbines gebruik van het drukverschil voor en achter de turbine, dit zijn zogenaamde 'reactie'-turbines. De bladen lijken op die van een grote scheepsschroef. Het toerental is niet zo hoog als bij een 'impuls'-turbine. Om dit toerental te versnellen wordt een tandwielkast voor de generator geplaatst. Omdat de aanvoer van het water benedenstrooms (dicht bij zee) veel regelmatiger is dan bovenstrooms is de aanleg van stuwmeren niet nodig. Het vermogen dat kan worden opgewekt in onze rivieren bedraagt van enkele MW's tot een tiental MW
Waterkrachtcentrale te Amerongen
3. Waterrad- stromingprincipe
Het waterrad wekt elektrische energie op door het bewegen van het rad door de stroming van het water. Het rad is dan in verbinding met een turbine. Het waterrad komt niet zoveel voor omdat de plaats waar het geplaatst kan worden aan enkele strenge eisen moet voldoen:
" Er mag niet te veel stroming zijn ander kan het rad beschadigd of kapot gaan,
" Er moet een constante stroming staan
" Er moet stroming en water zijn
4. Riviercentrale- stroming/watervalprincipe
1 = Stuwmeer
2 = Buis- of aanvoerkanaal
3 = Waterslagtoren
4 = Valbuis
5 = Turbinehuisje
Hierbij draait het vooral om de hoeveelheid water en niet zo zeer om de stroomsnelheid. Doordat de centrale achter de dijk van de rivier ligt, en dus iets lager, zal het water, voor een gedeelte, naar de centrale stromen. In de centrale wordt vervolgens met behulp van een speciale turbine energie opgewekt. Een riviercentrale werkt bijna hetzelfde als een stuwmeer. Een riviercentrale gebruikt niet, voor het grootste deel, het hoogteverschil, maar de stroomsnelheid.
Voordelen/nadelen:
" Een riviercentrale is goedkoper dan een stuwmeercentrale,
" Er kunnen meerdere riviercentrales op dezelfde rivier aansloten worden,
" Heeft weinig hoogteverschil benodigd en zou dan ook op verschillende plekken in Nederland kunnen worden toegepast.
5. Watermolen- stromingprincipe
Bij dit concept worden een soort van windmolens onder water geplaatst. Door deze 'watermolens' in een gebied met stroming te plaatsen, kan energie worden opgewekt met behulp van waterkracht.
Voordelen/nadelen:
" Kostbaar
" Mogelijke verstoring van het ecosysteem
6. Stroming- Getijdenprincipe
Getijdenenergie is ook weer een vorm van groene energie die gebruikt maakt van de kracht van water maar dan van het verschil tussen eb en vloed. Hierbij wordt energie opgewekt met behulp van het eb en vloed verschil. Het principe is simpel: er is een grote bak in zee die volloopt bij vloed, en leeg loopt bij eb. Omdat er in de wanden van de bak turbines zitten, zal bij het vol- en leeglopen energie worden opgewekt.
7. Golfslagenergie
Golfslag energie is de energie die theoretisch gezien kan gewonnen worden uit de golven op zee. Maar deze vorm van energie wordt zo goed als niet gebruikt omdat het zeer duur is en de apparatuur moet bestendig zijn tegen stormweer. Er zijn wel 2 soorten golfslagenergie installaties de vaste en drijvende installaties.
Voordelen van energie uit water:
" Water zal nooit opraken.
" Grondstof is gratis.
" Geen uitstoot van schadelijke stoffen.
" Dankzij de techniek van tegenwoordig is het heel simpel om energie uit water te halen.
" Het kan op veel manieren overal over de wereld.
Nadelen van energie uit water:
1. Het bouwen van de Hydro centrales kan soms tot gevolg hebben dat er stukken land overstromen.
2. De centrales kunnen de natuurlijke omgeving van de zeekunst veranderen.
3. De centrales zijn erg onderhoud gevoelig.
4. Niet alle vissen overleven een Hydro centrale
Bronnen:
http://mediatheek.thinkquest.nl/~lla070/water_mogelijkheden.htm
http://www.engineering-online.nl/?subj=duurzame-energie&content=waterkracht
http://proto5.thinkquest.nl/~lle0164/index.php?pagina=home
