Hans Buitelaar
De zee is een bron van energie: voortdurend in beweging en eindeloos in haar uitgestrekte oerkracht. Nederland is internationaal koploper in het ontwikkelen van techniek om de potentie van de zee om te zetten in elektriciteit en warmte. Eb en vloed, stroming, golven, temperatuurverschillen en ook het verschil in elektrostatische lading tussen zoet en zout water: allemaal bronnen van duurzame energie.
De ambities zijn groot: in 2050 denkt de koepelorganisatie Ocean Energy Europe (OEE) 10 % van de energiebehoefte in Europa te kunnen leveren met zee-energie.
Op dit moment hebben bestaande Europese installaties een gezamenlijk vermogen van 254,8 MW. In 2050 kan dat 400 keer zoveel zijn (100 GW), denkt OEE. Het zou 400.000 banen kunnen opleveren.
Omdat de beweging van de zee nooit stopt, zien de ontwikkelaars de zee als stabiliserende bron om op het elektriciteitsnet de wisselvalligheid van zon en wind te compenseren. Zee-energiecentrales kunnen permanent draaien, maar kunnen ook snel aan- en uitgezet worden.
Vier Nederlandse ontwikkelaars van oceaanenergietechniek hopen dit jaar de stap te maken van proef naar bedrijfsmatige levering. Het Interreg-programma voor Noordwest Europa van de EU stelde 21 januari € 12,8 miljoen beschikbaar voor het opschalen van proefprojecten naar concurrerende bronnen van energieopwekking.
Een turbine laten draaien in de stroming die ontstaat door het opkomen van zeewater met de vloed en het weer weglopen bij eb. Dat is de oudste en meest ontwikkelde vorm van duurzame energieopwekking uit de zee. Al sinds 1966 produceert de Usine marémotrice de la Rance – de getijdenenergiecentrale in de monding van de rivier de Rance in Bretagne, Frankrijk, jaarlijks 500 GWh met 24 turbines, die een gezamenlijke capaciteit hebben van 240 MW. Een dam schermt de delta van de rivier af; in de dam zijn turbines gemonteerd.
In Nederland maakt het bedrijf Tocardo turbines voor bestaande dammen en dijken. Dat zou goedkoper moeten kunnen dan de centrale in Rance, waar de dammen er speciaal voor gebouwd werden. Sinds 2005 heeft het bedrijf een testopstelling bij de Stevinsluizen in de Afsluitdijk, inmiddels uitgebreid tot drie turbines die samen 300 kW kunnen opwekken. In 2015 voltooide het bedrijf de installatie van vijf turbines aan een grote buis voor de deuren van de Oosterscheldekering. De capaciteit van die opstelling is 1,25 MW. ‘We hebben in de Oosterschelde gemeten of de weerstand die onze turbines opleveren voor het in- en uitstromende water, de hoogte van het getij tempert in de Oosterschelde. We hadden gerekend met 0,4 mm minder getijverschil, maar dat bleek slechts 0,1 mm’, vertelt directeur Hans van Breugel. Dit jaar wil zijn bedrijf nog eens vijf turbines bij de Oosterschelde installeren, voor de doorlaat naast degene waar nu de turbines hangen. Daarnaast is op korte termijn de plaatsing van een turbine onderwater in het Marsdiep tussen Den Helder en Texel gepland.
Dit voorjaar gaat Tocardo met een consortium van Zeeuwse energiebedrijven een plan opstellen voor het aanleggen van een getijdencentrale in de Brouwersdam, tussen de Noordzee en het Grevelingenmeer. Ook bij de Brouwersdam – die nu nog geen eb en vloed doorlaat – komt in eerste instantie een buis met vijf turbines. Als het consortium met Tocardo de opdracht krijgt tenminste. ‘De ambitie is om voor 2025 in totaal 250 turbines te installeren in de Zeeuwse delta’, meldt Van Breugel. ‘Dat brengt het vermogen op 1 GW, genoeg om zeker driekwart van de huishoudens in deze provincie van elektriciteit te voorzien.’ Getijdenenergie is ook op deze schaal nog niet qua prijs concurrerend met gas of kolen gestookte centrales. De Rance getijdencentrale was pas na 30 jaar afbetaald, maar levert nu wel tegen een lagere prijs energie. Zeeuwen kunnen een speciaal getijdenenergie-abonnement afsluiten bij de elektriciteitsmaatschappij: ‘goed groen’.
(Copyright: Tocardo)
In de uitwateringskom van de Oude Rijn achter het gemaal bij Katwijk gaat REDstack een tweede blauwe-energiecentrale realiseren. Hier wordt elektriciteit opgewekt uit het samenstromen van zoet water met zeewater. Na de goed functionerende proefopstelling op de Afsluitdijk, in gebruik genomen in 2014, is het tijd voor daadwerkelijke levering van energie aan eindgebruikers. De capaciteit van de testinstallatie aan de Afsluitdijk was 50 kW, die wordt opgeschaald naar 800 kW bij Katwijk. Hoogheemraadschap Rijnland, de Provincie Zuid-Holland en de gemeente Katwijk worden de afnemers van de elektriciteit. ‘In vergelijking met conventionele centrales is dit natuurlijk nog maar een kleine’, ziet directeur Rik Siebers in. ‘De centrale bij Katwijk is dan ook het begin: een demonstratie dat Blue Energy echt werkt voor de markt. Onze ‘stacks’ worden niet groter, maar we plaatsen er gewoon meer. Dat ze werken, is op de Afsluitdijk uitgebreid aangetoond.’
Het verschil in zoutgehalte tussen rivierwater en zeewater waar het instroomt, biedt de mogelijkheid elektriciteit op te wekken. Het zout in zeewater bevat positief geladen natriumionen en negatief geladen chloride-ionen. Wanneer zoet water aan de ene kant langs een membraan loopt en zout water aan de andere kant, ontstaat een stroming van deze ionen. Wetten uit de natuurkunde leren dat de watermassa’s aan beide zijden van de membranen dit spanningsverschil opheffen om evenwicht te bereiken. Reverse Electro Dialysis (RED), ofwel omgekeerde elektrodialyse, maakt gebruik van twee membraansoorten: membranen die uitsluitend positieve ionen doorlaten (CEM, Cation Exchange Membranes) en membranen die enkel negatieve ionen doorlaten (AEM, Anion Exchange Membranes). Het zoute water stroomt tussen twee membranen door, aan de ene kant passeren de positief geladen ionen het CEM en aan de andere kant de negatief geladen ionen het AEM. Tussen de membranen ontstaat een spanningsverschil, dat wordt omgezet naar elektriciteit.
(Copyright: REDstack)
Het Nederlandse bedrijf Slow Mill heeft een golfenergiesysteem bedacht dat elektriciteit gaat opwekken en leveren aan huishoudens op Texel. 3 km uit de kust is afgelopen januari het grote holle betonnen anker geplaatst met daarop een golfgenerator. Die bestaat uit een 20 m lange drijver met een diameter van 2 m, die in 8 m diep water staat. Vleugelprofielen aan weerszijden van de ankerkabel zorgen ervoor dat de drijver altijd in de optimale hoek van een golf komt te staan om de maximale hoeveelheid energie eruit te absorberen. Als de buis wordt opgetild door een golf, trekt de ankerkabel aan een zuiger in een hydraulische cilinder. Er ontstaat overdruk, die hydrauliek-olie langs een generator stuwt. Als de golf voorbij is, beweegt de buis terug naar het anker. De overdruk verdwijnt en de samengeperste olie zoekt weer een gelijke drukverdeling. De generator draait de andere kant op. Omdat de kracht van golven varieert met de weersomstandigheden, is de opbrengst van de Slow Mill niet altijd gelijk. Daarom kan energie worden opgeslagen in de drijvende buis. Onder ‘normale’ condities is het vermogen van de golfgenerator 30 kW.
Slow Mill-bedenker Erwin Croughs ziet grote mogelijkheden: ‘Als we een heel lint van golfgeneratoren plaatsen voor de kust, kan Texel helemaal in haar energiebehoefte voorzien en van een importeur van grijze stroom veranderen in een leverancier van groene energie.’ De Slow Mill kan een temperend effect hebben op de golven, dat helpt bij het tegengaan van kusterosie. Als de generatoren worden geplaatst voor een windmolenpark, verminderen ze de impact van golven op de monopiles, de palen waarop de windmolens staan. De betonnen fundaties van Slow Mill kunnen een gunstige ondergrond vormen voor waterdieren en -planten.
(Copyright: Slow Mill)
OTEC (Ocean Thermal Energy Conversion) wekt elektriciteit op. Een vloeistof met een laag kookpunt wordt opgewarmd door het warme water aan de oppervlakte van de oceaan in tropische oorden. In gasvorm wordt de stof in een gesloten circuit langs een turbine geleid. Verderop in de kringloop, wordt deze damp weer gekoeld met zeewater van diep in de oceaan. De vloeistof condenseert weer en loopt terug naar het bassin waar hij opnieuw verwarmd wordt. Deze simpele kringloop heeft verder alleen een pomp nodig die het zeewater van het oppervlak en uit de diepte naar de installatie brengt. Bluerise ontwierp de installatie en testte hem. Technisch directeur Berend Jan Kleute constateert: ‘De turbine levert zoveel energie dat maar zo’n 20 % van de opgewekte elektriciteit nodig is voor de pompen. De rest is de opbrengst van de centrale.’
Een tweede toepassing van koud water uit de diepzee is het koelen van ruimtes. Al enkele jaren werkt Bluerise aan een gecombineerde toepassing bij een vakantiepark en het vliegveld op het eiland Curaçao. De OTEC-installatie wekt elektriciteit op voor de bungalows en voorzieningen op het vakantiepark. Een deel van de stroom wordt gebruikt voor extra pompen, die koud water omhoog pompen voor de airconditioning op het vliegveld.
De pijp die koud water aanvoert is 7 km lang en loopt uit de kust van het eiland naar een diepte van circa 1.000 m. De zuinigste manier om het water aan te voeren blijkt met een dikke pijp van 1,4 m doorsnee. ‘Dan is de stroomsnelheid in de buis relatief laag en is het drukverschil binnen en buiten de buis niet zo groot’, legt Kleute uit. De voorziene gecombineerde installatie op Curaçao levert permanent 500 kWe en een energiebesparing van 90 % op de koeling van het vliegveld, grofweg $ 1 miljoen aan stroom en een besparing van $ 7 miljoen op airco per jaar, rekent Kleute voor.
(Copyright: Bluerise)
