Wetenschappers hebben een manier gevonden om energie uit stromend water te oogsten zonder turbines. Een eenvoudige trillende cilinder zet waterstroming om in elektriciteit en blijkt verrassend effectief.
Spaanse onderzoekers hebben een innovatieve methode ontwikkeld om energie te winnen uit stromend water, zonder de complexe turbines die momenteel in mariene energieprojecten worden gebruikt.
Volgens de studie, gepubliceerd in Journal of Fluids and Structures, kan een eenvoudig trillende cilinder, volledig ondergedompeld in water, een compacte en onderhoudsvriendelijke bron van hernieuwbare energie vormen.
Elektriciteit direct uit water
Het onderzoek, geleid door Francisco Huera van de Universitat Rovira i Virgili (URV) in Catalonië, draait om een simpele, ondergedompelde cilinder die aan een as hangt. Terwijl het water langs de cilinder stroomt, ontstaan kleine wervels, zogenaamde vortices. Deze wervels duwen en trekken aan de cilinder, waardoor deze heen en weer zwaait als een onderwaterpendel.
“Het mooie van dit systeem is dat alleen de cilinder in het water staat; alles wat complex is — zoals de as, transmissies en uiteindelijk de generator — kan buiten het water blijven,” legt Huera uit. Zout water en zeedieren zijn vaak de grootste vijanden van traditionele onderwaterturbines. Dit ontwerp haalt al die problemen letterlijk en figuurlijk uit het water.
Eenvoud boven complexiteit
Traditionele onderwaterturbines, zowel axiaal als cross-flow, halen momenteel 25–35 procent van de beschikbare energie uit stromend water. Toch blijven deze systemen vaak in het prototype-stadium hangen vanwege hun complexiteit en onderhoudsgevoeligheid. Ze zijn gevoelig voor corrosie, ophoping van schelpdieren en andere mariene problemen.
De nieuwe methode vervangt roterende bladen door een trillende cilinder die energie uit stroming haalt. Door vortex shedding veroorzaakt de cilinder een regelmatige pendelbeweging, die de cilinder via een externe as mechanisch overbrengt. Vervolgens zet het systeem deze beweging met eenvoudige, robuuste mechanica om in elektriciteit.
Bewezen in de praktijk
Het team testte het systeem in het waterkanaal van het URV’s Fluid-Structure Interaction Laboratory. Sensoren registreerden de hoek van de oscillatie, terwijl een elektromagnetische rem de weerstand op de as reguleerde om verschillende belastingcondities te simuleren.
De resultaten tonen een vermogenscoëfficiënt van ongeveer 15 procent, vergelijkbaar met eerdere technologieën die vibrerende cilinders gebruiken in plaats van bladen. Voor een simpel systeem zoals dit is dat verrassend hoog.
Compact en onderhoudsvriendelijk
Hoewel de efficiëntie slechts de helft is van die van een standaard turbine, biedt dit systeem grote voordelen: de cilinder is compact, mechanisch eenvoudig en alles behalve de cilinder kan boven water worden geplaatst. Dit maakt het systeem écht bruikbaar en uitermate geschikt voor ruwe omgevingen waar onderhoud moeilijk is. Het kan worden ingezet in getijdenstromen, vrije rivieren zonder dammen en zelfs mogelijk worden aangepast voor windenergie.
Een interessant aspect van dit project is dat het een traditioneel engineeringprobleem omdraait: trillingen die normaal gesproken schade aan onderwaterpijpleidingen veroorzaken, worden nu benut als energiebron.
Volgende stappen
Met het theoretische concept bewezen, richt het team zich op het optimaliseren van de energieopbrengst, het vergroten van het operationele snelheidsbereik en het onderzoeken van de interacties tussen meerdere cilinders om de energiedichtheid te maximaliseren.
Tegelijkertijd ontstaan wereldwijd steeds meer innovaties om energie uit de zee en golven te winnen. Eco Wave Power startte een pilotproject met een innovatief systeem dat kinetische energie van verticale golfbewegingen omzetten in een constante stroom hernieuwbare elektriciteit. Ook in Nederland staan we niet stil: het Alkmaarse Symphony Wave Power testte onlangs een onderwaterconverter die zeegolven omzet in stabiele, groene stroom.
Veelbelovende toekomst
Hoewel het systeem nog in de experimentele fase zit, biedt deze eenvoudige, trillingsgebaseerde aanpak een veelbelovende nieuwe route naar duurzame energie. Het combineert robuustheid, onderhoudsgemak en flexibele inzetbaarheid. Dat is precies wat mariene energie nodig heeft om de sprong van prototype naar grootschalige toepassing te maken.
