waterkrachtcentrale, hydro-elektrische centrale
Ook, soms: hydraulische centrale. Een waterkrachtcentrale is een elektriciteitscentrale
waarbij de kracht van stromend water een turbine aandrijft die
elektriciteit opwekt: de draaiende beweging van de waterraderen in de
turbine wordt in de generator
omgezet in een elektrische stroom.
Waterkrachtcentrales leveren groene
stroom, maar zonder tegenmaatregelen worden veel vissen
verminkt en gedood.
We vinden waterkrachtcentrales in de bergen (bij een stuwmeer, bij een
spaarbekken) en in rivieren, ook in Nederland waar er toch een aantal een
vermogen hebben van meer dan 1 MW (2023: 3 maar dan 10 MW en daarnaast 2 meer
dan 1 MW). In de bergen is de stuwdam vaak kunstmatig aangelegd om een
groot, hoog meer te creëren zodat er langdurig elektriciteit opgewekt kan
worden. In Nederland staan de grotere waterkrachtcentrales vooral bij sluizen in
de grote rivieren.
Voordelen van waterkrachtcentrales
- water is onuitputtelijk en daarmee duurzaam (zee en zon geven wolken -- geven regen
en sneeuw -- komt in rivieren -- geeft de mogelijkheid voor een
waterkrachtcentrale; vandaar groene stroom of groene energie; een teveel aan
water vindt via een uitloop zijn weg naar de lager gelegen rivier)
- waterkrachtcentrale is in beginsel schoon; er treedt nauwelijks vervuiling op
- in bergstreken is vaak ruimte om niet al te complex een groot meer aan te leggen
- bij grote stuwmeren kunnen erop uitkomende rivieren voor aanvulling van het
meer zorgen
- bij kleinere stuwmeren/spaarbekkens zonder aanvoer uit rivieren o.d. kan kunstmatig (elektrisch) het water
in het spaarbekken aangevuld worden door het vanuit een lager punt op te pompen op momenten dat
elektrische stroom goedkoop is (door veel zon of wind o.d.)
- bij een stuwmeer: voor Nederland is dat mogelijk
wanneer er in Zuid-Limburg iets te bouwen is waardoor er een aardig
hoogteverschil tussen boven- en ehte benedenbekken is; eventueel wordt er een kunstmatig meer
gebouwd, dat gevuld wordt wanneer elektrische stroom goedkoop is; dit
spaarbekken met betonnen wanden kan waarschijnlijk het beste in of aan zee
gebouwd worden (a) om geen dure en schaarse grond te bezetten, (b) om altijd
water in de buurt te hebben om bij goedkope stroom het meer in te pompen of, bij
stroom van normale of hoge prijs, water te kunnen lozen en via turbines stroom
op te wekken, (c) om geen bewoners in de buurt te hebben en tegen het hoofd te
stoten (grootschalige projecten werpen vaak, terecht, veel weerstand op bij de
bevolking) en (d) mogelijk windturbines en "zee-stopcontact" in de
buurt dus korte lijn naar elektrische stroom (leveren en terugleveren); let
op: de energie die uit een waterkrachtcenteale
wordt gehaald is mede afhankelijk van het hoogteverschil tussen boven- en
onderbekken (zei formule verderop); bij een kunstmatig meer aan of in zee in
Nederland is het hoogteverschil relatief zeer klein (bijvoorbeeld 10 m terwijl
de Waterkrachtcentrale van Coo-Trois-Ponts in België 270 m hoogteverschil heeft
tussen boven- en onderbekken), waardoor de efficiëntie van dit
stuwmeer aanzienlijk kleiner is dan bijvoorbeeld van een stuwmeer in de Ardennen of
Zuid-Limburg
- gemakkelijk op- en af te schakelen als er meer resp. minder elektriciteit
nodig is
- stuwmeer kan ook fungeren als bekken voor drinkwater of water voor de landbouw
- de geproduceerde elektriciteit is goedkoop; er is eigenlijk alleen het onderhoud
van de apparatuur en gebouwen; er zijn geen transportkosten om brandstof o.d. aan te
voeren
- voor CO2-volgers: er komt geen CO2 vrij.
Nadelen van waterkrachtcentrales
- bij een stuwmeer: er zijn bij voorkeur wel bergen / dalen nodig of een zeer groot kunstmatig meer; voor
België is dat geen probleem i.v.m. de Ardennen; in Nederland
- voor vissen is een waterkrachtcentrale een enorm probleem, in de turbines worden vissen en andere
waterdieren verminkt en gedood en de vissen kunnen niet van het ene gebied naar
het andere; om dit lijden te vermijden is nodig (a) dat de vissen niet bij de
turbines kunnen komen (fijnmazige afrastering?) en (b) dat er vistrappen
zijn om de stuwdam te passeren (een vistrap is een voorbeeld van visgeleidingssystemen)
- water(stroom) moet aangevuld blijven, ook in drogere tijden als er geen of weinig
aanvoer is door de rivieren die erop uitmonden
- bij een stuwmeer in een rivier: de stroming van de rivier tot de stuwdam verandert meestal aanzienlijk en het
water in de stuwdam staat vooral stil; beide situaties kunnen leiden tot
"dood water" in de stuwdam
- bij een kunstmatig stuwmeer zijn er soms dorpen en grote leefgebieden van
dieren die verloren gaan (niet als het in of aan zee gebouwd wordt)
- een stuwdam is niet aan te leggen in aardbevingsgevoelige gebieden of als vermoed wordt dat de
grote watermassa of de enorme stuwdam teveel zettingen geeft
- een waterkrachtcentrale met een spaarbekken kan slechts een beperkt aantal
uren vollast werken waarna het bovenbekken "leeg" is; de spaarbekkens
van Coo-Trois-Points in België levert meer dan 1 GW gedurende 6 uur, maar
daarna moet het bovenbekken aangevuld worden; de opstarttijd is in de orde van 1
minuut; die 1 GW komt overeen met ca. 250 grote windmolens of 1 kerncentrale.
Voorbeelden van waterkrachtcentrales
- spaarbekkencentrale
(pompaccumulatiecentrale, pompcentrale, hydro-elektrische centrale met spaarbekken, stuwmeer,
valmeer, waterkrachtmeer)
- centrale met stuwdam (is een soort spaarbekkencentrale maar dan is het
stuwmeer enorm veel groter), ook vaak gebruikt als "opslag" voor drinkwater of voor
de landbouw (water voor gewassen e.d.)
- bergcentrale (water van een hoger bekken stroomt via leidingen
naar een lager gelegen gebied waar het pas door de turbine gaat en elektriciteit
opwekt; voordeel is dat er geen enorme stroom spuitend water uit de stuwdam komt
omdat de turbine en generator bij de rivier liggen die het water verder voert)
- riviercentrale
(stromend water centrale; in Nederland op zeer beperkte schaal en vooral in Maas, Lek
en Nederrijn, produceren samen ca. 100 GWh per jaar, ca. 0,1% van de totaal
opgewekte elektriciteit in Nederland (2018); in België kwam in datzelfde jaar 2% van de
in België opgewekte elektriciteit uit de
ca. 130 waterkrachtcentrales, de meeste uiteraard in Wallonië, die ca. 1300 GWh
per jaar produceren)
- mobiele
waterkrachtcentrale is een verplaatsbare riviercentrale in een kleinere vorm
- getijdencentrale
- golfslagcentrale
- watermolen (ook, soms: waterwiel;
al eeuwen wordt water
gebruikt om iets aan te drijven; pas later toegepast om elektriciteit op te
wekken).
Een andere vorm van elektriciteitscentrale die met water heeft te maken, is de osmose-centrale,
waar elektriciteit wordt opgewekt door het verschil in zoutconcentratie tussen zeewater en
zoet water
(ook wel genoemd blue energy, blauwe energie, centrale voor omgekeerde elektrodialyse, blauwe-energie-centrale, salinity gradient power
SGP).
Vermogen en productie van elektriciteit
Het vermogen aan energie is afhankelijk van het hoogteverschil dat overbrugd
wordt en van het debiet van het water door
de leidingen.
De formule van het vermogen van een waterkrachtcentrale is:
P = ρ * g * Q * h * η [Watt]
vereenvoudigd geeft dit:
P = Q * h * 8 [kW]
waarbij inderdaad het debiet en de valhoogte echte variabelen zijn:
P = vermogen [Watt, W, kW, MW, GW]
ρ = dichtheid van water, dus 1000 [kg/m3]
g = valversnelling (t.g.v. zwaartekracht), dus ca. 10 [m/s2]
Q = debiet [m3/s] (ook wel φ
volumestroom)
h = valhoogte [m]
η = rendement (verhouding geleverde energie gedeeld door toegevoerde
energie; rendement is vaak ca. 80%), dus 0,8.
De hoeveelheid geproduceerde elektrische energie in een jaar wordt uitgedrukt in
Wh (WattHour, WattUur), dus aantal Watt * aantal uren in een jaar volle
productie (vollast-uren). Dat is het nooit; ervaringscijfers geven
25-30% van die maximale waarde, dus:
Elektriciteitsproductie per jaar [Wh] =
Vermogen [W] * 24 * 365 * 0,25
spaarbekkens van coo-trois-points, belgië; let op: een spaarbekken-centrale kan slechts een beperkt aantal uren energie leveren i.t.m. een waterkrachtcentrale waarbij het "bekken" steeds wordt aangevuld (engie): |
Documentatie
- Waterkracht
(werkstuk over waterkracht van Filip Doucé en Annick Dexters)
Eng. hydroelectric power station, hydroelectric station