Energie met eb en vloed; Electriciteit uit water

Hoewel er talloze manieren zijn om uit de beweging van water energie op te wekken, wordt waterkracht voor dit doel nauwelijks benut. Bij elke oliecrisis komt deze vorm van energie-opwekking weer ter sprake, maar de meeste plannen komen maar niet van de grond of blijken onuitvoerbaar.

Maar daar lijkt nu enige verandering in te komen. Een Britse commissie sloot eerder dit jaar een haalbaarheidsonderzoek af naar wat straks de grootste getijdencentrale ter wereld moet gaan worden, de Severn Barrage in het trechtervormige Kanaal van Bristol.

De bouw van een kleinere getijdencentrale wordt overwogen in de monding van de Mersey bij de stad Liverpool. Daarnaast zijn nog eens 34 estuaria (riviermonden) aangewezen waar kleinere turbines zouden kunnen worden geinstalleerd. Het Britse ministerie voor Energie heeft uitgerekend dat deze getijdencentrales een gezamenlijk vermogen zouden kunnen leveren van 25 gigawatt (een gigawatt is een miljoen kilowatt) en daarmee zou in twintig procent van de totale elektriciteitsbehoefte van Engeland en Wales samen kunnen worden voorzien.

Andere vormen van waterkracht zijn volgens het Britse ministerie van energie economisch minder interessant. Net als in veel andere landen zijn in Schotland en Wales enkele kleinere waterkrachtcentrales in gebruik die energie onttrekken aan de stroming van rivieren, maar ze dekken al met al nog geen twee procent van de totale elektriciteitsbehoefte van Engeland. Het opgestelde waterkrachtvermogen zou kunnen worden uitgebreid tot zo'n 500 megawatt (een megawatt is duizend kilowatt).

Grootschalige exploitatie van golfenergie (een vorm van geconcentreerde windenergie) lijkt ook al geen haalbare zaak. Er zijn al meer dan driehonderd golfenergie-projecten geevalueerd, maar ze lijken voornamelijk geschikt voor het opwekken van elektriciteit voor gemeenschappen die niet op het nationale elektriciteitsnet zijn aangesloten, zoals het Schotse eiland Islay.

Het vermogen dat zeegolven in zich dragen is overigens verrassend groot, zo'n 50 kW per meter, maar de netto-opbrengst aan elektriciteit is gering. Op de drijflichamen die de Engelsman Salter heeft ontworpen wordt nog niet eens de helft van de golfenergie overgedragen en bij de omzetting in elektriciteit gaat nog eens vijftig procent verloren. Er zijn andere toepassingen, van drijvende vlotten die ten opzichte van elkaar scharnieren tot ingewikkelde constructies met reservoirs op verschillende hoogtes, maar die hebben dezelfde beperkingen.

Getijdencentrales maken meer kans, vooral in gebieden met een groot verschil tussen eb en vloed. De grootste verschillen vindt men in de Funday-baai in Canada (16 meter), de monding van de Rance in Bretagne (13), de eerder genoemde monding van de rivier de Severn in Engeland (13) en de Secure-baai in Australie (11). Van deze lokaties heeft tot nu toe alleen Rance een getijdencentrale, met een vermogen van 240 megawatt.

Het principe van een getijdencentrale is simpel: een riviermond of een langwerpige kreek landwaarts wordt door een dam met kleppen afgesloten. Die kleppen worden bij laag water geopend en via turbines stroomt het water uit het spaarbekken terug naar zee. In Rance zorgen vierentwintig Kaplan-turbines (die lijken op de schroeven van een schip) met een doorsnede van 5,5 meter elk voor een vermogen van maximaal 10 megawatt. De rotoren kunnen in twee richtingen draaien, zodat ze zowel bij vloed als bij eb gebruikt kunnen worden.

'Getijdenenergie heeft enorme voordelen vergeleken met andere duurzame energiebronnen', zegt Arthur V. Hooker, technisch adviseur van het Severn Barrage-project. 'Je bent niet afhankelijk van het weer, en de getijdenbewegingen zijn voorspelbaar. Bij windenergie heb je een enorme generator nodig om zelfs maar een halve megawatt te produceren. Een getijdenturbine levert al gauw een vermogen van 40 megawatt.'

De plannen voor de getijdencentrale in het Kanaal van Bristol zijn zeer ambitieus. Over een lengte van 16 kilometer zal een stuwdam worden aangelegd die loopt van Lavernock Point in Wales (bij Cardiff) naar Weston-Super-Mare in Devon. Het spaarbekken is 480 vierkante kilometer groot. In enorme caissons, die even breed zijn als een voetbalstadion en bijna even hoog als een kantoor van 13 verdiepingen, worden 216 turbinegeneratoren geinstalleerd die elk 40 megawatt aan vermogen leveren. Het totale opgestelde vermogen bedraagt dus 8640 megawatt. Per jaar kan door de centrale 17.000 miljoen kilowattuur stroom worden geleverd, vier maal de produktie van een conventionele elektriciteitscentrale (7 procent van de totale elektriciteitsbehoefte van Engeland en Wales). Het project kost ruim 26 miljard gulden.

Er zijn ook nog plannen voor een kleinere stuwdam in hetzelfde kanaal met een lengte van 5,8 kilometer en een spaarbekken van 90 vierkante meter. Deze getijdencentrale zou per jaar 2,75 miljoen megawattuur aan stroom kunnen leveren voor ongeveer een tiende van de kosten van de Severn Barrage.

De getijdencentrale zal alleen bij eb gebruikt worden. De waterstand in het spaarbekken mag namelijk niet te laag zijn omdat de scheepvaart hiervan hinder zou kunnen ondervinden. Onder normale omstandigheden zou zes uur achtereen energie kunnen worden opgewekt; in de uren dat het spaarbekken zich vult zal er energie aan het openbare net moeten worden onttrokken.

Een punt van zorg zijn de sterke stromingen die bij het leeglopen van het spaarbekken zullen ontstaan (2,5 tot 5 meter per seconde). Er zou verzanding kunnen ontstaan, waardoor het spaarbekken steeds minder water kan bevatten. Ook moet worden bekeken of de bouw van de centrale geen ingrijpende effecten heeft op het natuurlijke milieu. Daar staat tegenover dat alleen al in Engeland jaarlijks 8 miljoen ton aan steenkool zou kunnen worden uitgespaard en de kooldioxyde-uitstoot met 17,6 miljoen ton zou kunnen worden teruggebracht.

Volgens de Stichting Natuur en Milieu zou in Nederland op korte termijn 600 GWh aan waterkrachtvermogen kunnen worden geleverd. Van de grote rivieren lijkt vooral de Maas reele mogelijkheden voor het bouwen van waterkrachtcentrales te bieden (de stroomsnelheden bedragen er gemiddeld een a twee meter per seconde). In de Limburgse Maas is onlangs een waterkrachtcentrale met een totaal vermogen van 11,5 megawatt en een geraamde jaaropbrengst van 52 miljoen kilowattuur in werking gesteld: voldoende om een stad als Venlo van stroom te voorzien.

Uit een studie van het Limburgse elektriciteitsbedrijf PLEM blijkt dat er in Limburg circa 50 tot 65 MW aan rendabele waterkracht kan worden geplaatst met een opbrengst van tussen de 280 en 350 miljoen kWh per jaar. Het installeren van waterkrachtcentrales heeft vaak wel nadelige gevolgen voor de waterhuishouding en het ecosysteem.

Een alternatief zijn vrije-stroomturbines, een soort windturbines onder water, die in een stroming van 1 m/s evenveel energie kunnen leveren als een windturbine van dezelfde afmetingen bij een windsnelheid van 9 m/s.

Voor de benutting van golfenergie is ons land niet erg gunstig gelegen. Het gemiddelde vermogen bedraagt 7,6 kW per meter golffront, terwijl voor de Britse westkust waarden van 25 tot 50 kW/m worden gemeten. Voor Nederland zou eventueel een 150 kilometer lange rij van golfgeneratoren gemiddeld 300 megawatt aan elektriciteit kunnen leveren. Per jaar is dat zo'n 2,5 miljoen megawattuur, 5 procent van het huidige elektriciteitsverbruik.

Voor een getijdencentrale zijn de verschillen tussen eb en vloed aan onze kusten te klein. Het gemiddelde getijdeverschil is minder dan twee meter, en dan wordt het rendement bij de huidige stand van energieprijzen al gauw problematisch. Alleen in Zeeland is het verval iets groter. Er is al eens gekeken naar de mogelijkheid om in de Oosterschelde een getijdencentrale van 50MW te bouwen, maar de prijs van 1 kilowattuur geleverde elektriciteit zou dan wel erg hoog worden:meer dan een gulden (tegen vijftien cent voor elektriciteit uit steenkool en gas). Een bekken van 8 vierkante kilometer in de Westerschelde zou per jaar ongeveer 60 GWh aan stroom kunnen leveren, maar internationale verdragen verbieden het afsluiten van de zeearm.

De Stichting Natuur en Milieu adviseerde enkele jaren geleden de plaatsing van vrije stroomturbines in de Westerschelde, de Oosterschelde, in de stroomgeulen tussen de Waddeneiland en in de uitwatering van het IJsselmeer op de Waddenzee. De kosten van de rotorconstructies zullen veel hoger zijn dan die van windturbines; energie uit waterkracht blijft in ons land erg duur.

    • Jan Libbenga