STUWCENTRALES: OPBRENGST PER LOCATIE 1 Algemeen

Uit voorgaande kan nu theoretisch een idee gevormd worden van de mogelijke locaties. Bemerk dat het hier gaat om een eerste, goede schatting.

In wat volgt worden eerst de aannames voor de berekeningen opgesomd. Vervolgens worden de theoretische vermogenopbrengsten ter hoogte van de stuw van Belfeld, Driel, Grave, Roermond en Sambeek opgesomd. De tabellen met berekeningen zelf worden als bijlage toegevoegd.

Ten slotte wordt er nog een opmerking geformuleerd m.b.t. de sluiscentrale te Heel. Gezien het vrij grote beschikbare verval (ongeveer 6,5 m) ter hoogte van de sluis zou de aanwezigheid van een beperkt debiet een belangrijke energiewinning kunnen verzekeren.

4.2 Turbinekeuze

In het rapport ‘Overzicht stand van techniek voor kleinschalige waterkracht’ van Royal Haskoning worden de technieken beschreven die inzetbaar zijn bij sites waar een bepaald verval aanwezig is. Een onderscheid kon gemaakt worden tussen nieuwe en bestaande technieken.

De bestudeerde locaties (paragraaf 4.3) hebben de karakteristiek dat relatief grote debieten (uitbouwdebieten tussen 200 – 400 m3/s) afgevoerd worden. Dit beperkt al enigszins de turbine- of motorkeuze.

Doorstroomturbines, waterraderen en schroefmotoren van Archimedes hebben het nadeel dat ze slechts lage debieten kunnen verwerken. Ontwerp naar een groter uitbouwdebiet zou leiden tot te grote diameters en/of een te groot aantal parallel geschakelde machines.

Axiale turbines zijn daarentegen wel in staat dergelijke debieten te verwerken. Gezien het debiet vrij belangrijk varieert in de tijd worden propeller turbines niet overwogen en wordt er dus geopteerd voor Kaplanturbines. Dergelijke turbines zijn rendabel voor kleine waterkrachtcentrales (geïnstalleerd vermogen tussen 2 MW – 10 MW, wat hier het geval is, zie bijlage 1). De machines scoren immers voor deze vermogenrange het hoogst vanuit rendementsoogpunt en hebben bovendien een vlakke rendementscurve in een breed debietinterval. Dit komt ook ten behoeve van de pay-back time van dergelijke machines.

Nog een voordeel zijn de relatief lage investeringskosten van de Kaplanturbines. Dit wordt echter grotendeels teniet gedaan door de hoge hydraulische eisen die aan het volledige systeem gesteld worden wat relatief hoge civiele kosten met zich meebrengt. Een belangrijk nadeel bij inzet van Kaplanmachines is de hoge vismortaliteit als gevolg van het drukverschil dat de waterstroom ondergaat in de machine en eventueel door contact met de rotorbladen. Maatregelen dienen worden genomen om vispassage te vermijden zoals een rooster met kleine maasgrootte (duur). Toch is volledige visafscherming onhaalbaar hoewel ook loksystemen gebruikt worden om de vissen naar de visbypass te leiden, weg van de turbine.

Een mogelijkheid zou zijn om een schroef van Archimedes of een waterrad parallel te schakelen met de Kaplanturbine(s) voor een beperkt uitbouwdebiet. Dergelijke machines zorgen een relatief veilige visdoorgang.

Naast de Kaplanturbines zou kunnen gekeken worden naar nieuwere systemen. Voor lage vervaltoepassingen met variabele debiet- en vervalfuncties zou een keuze gemaakt kunnen worden voor de VLH-turbine. Deze turbine heeft t.g.v. zijn opbouw een visvriendelijk karakter. Het nadeel is dat de eerste modellen slechts afvoeren tot 700 l/s verwerken waardoor de nieuwe technologie voorlopig niet in aanmerking komt. Bij Borgharen is het overwegen waard om dergelijke turbines te installeren. Daarmee is de energieopbrengst wel minder, maar wordt de vismortaliteit beperkt.

Ten slotte kan ook vanuit theoretisch oogpunt de Hydroring overwogen worden. Deze techniek is echter nog in prototypefase waardoor ook deze optie niet overwogen wordt.

4.3 Aannames

In hoofdstuk 3, paragraaf 3.4 werd een aanname gedaan van het totale rendement ( t =

75%) dat hier verder gehanteerd wordt.

Uit de debietanalyses blijkt dat het uitbouwdebiet bepaald wordt op een debiet Qx. In

deze studie wordt Q20 gehanteerd. In de duurlijnen van het bruto beschikbaar debiet

zijn de gereserveerde debieten nog niet in rekening gebracht. Een gedeelte van het bruto beschikbaar debiet wordt immers afgehouden voor scheepvaart (niet in Driel) en een bypass-systeem voor vispassage. Een goede benadering is dat 10 m3/s afgehouden wordt van het (bruto) beschikbaar debiet. In Driel zal slechts 5 m3/s worden gereserveerd.

Uit de vervalanalyses blijkt dat het verval over de stuw ongeveer constant wordt gehouden bij normale debieten. Enkel bij zeer hoge debieten zal het verval gevoelig dalen. Bij hogere debieten daalt het verval proportioneel met het debiet.

Een correctie op het bruto verval werd reeds in rekening gebracht in het totale rendement t.

Ten slotte dient nog rekening gehouden te worden met de effectieve draaiuren van een turbine of motor. Uit bedrijfeconomisch standpunt wordt steeds gekozen voor meer dan een turbine zodat defecten, schadegevallen of gewoon onderhoud slechts een zeer beperkte impact hebben op de continuïteit van het elektriciteitsleveren. Verder bieden gestandaardiseerde machines vele voordelen t.o.v. ‘tailer made’-machines. Een betrouwbare constructeur met een duidelijke catalogus van standaardmachines met gekende en gegarandeerde rendementen en minimale onderhoudskosten verdient de voorkeur.

In deze studie wordt niet onderzocht wat de optimale turbineconfiguratie zou zijn. Er wordt uitgegaan van het uitbouwdebiet om de opbrengst te berekenen. Hierbij wordt een virtuele turbine voorgesteld die het uitbouwdebiet verwerkt. Een correctie op T, i.e. het aantal draaiuren van deze virtuele turbine, wordt dan eenvoudig doorgerekend. Gezien

Waterkracht Deltares

Waterkracht Deltares - 28 - 9V3951.B0

4.4 Potentiële opbrengst per locatie

In onderstaande tabel worden de resultaten samengevat. In deze tabel wordt het ontwerpvermogen vermeld alsook de jaaropbrengst en het aantal gezinnen die door de waterkrachtcentrale voorzien kunnen worden. Het gemiddeld verbruik voor een gemiddeld gezin in Nederland op jaarbasis bedraagt 3600 kWh.

De details van deze berekeningen zijn terug te vinden in de bijlagen.

Tabel 4-1: Overzicht van de potentiële opbrengst per locatie.

In Tabel 4-1 kan het theoretisch bepaalde ontwerpvermogen gezien worden als een te installeren vermogen. Uit de tabel volgt dus dat een totaal van ongeveer 30 MW geïnstalleerd vermogen extra kan uitgebouwd worden op de geselecteerde kansrijkste locaties. Dit wou een totaal van 91 GWh groene stroom op jaarbasis zou opleveren wat goed is om het verbruik van ongeveer 25300 gezinnen te dekken.

Bemerk ten slotte dat de sluiscentrale te Heel, gelegen naast de stuw van Linne (zie paragraaf 2.3.7), een belangrijk verval waarborgt (ongeveer 6,5 m). De debietfunctie ter hoogte van de schutsluis is afhankelijk van de scheepvaartpassage. Extra debiet onttrekken voor het aandrijven van een turbine zou debiet ontnemen aan de waterkrachtcentrale Linne.

Er zou echter geopteerd kunnen worden om een weinig, eventueel continu, debiet (bv. 20 m3/s) te laten lopen om profijt te hebben van het hoge verval en tegelijkertijd de negatieve gevolgen voor de centrale van Linne binnen de perken te houden. Dit zou een geïnstalleerd vermogen kunnen opleveren van 1,2 MW.

Rekening houdend met het vrij hoge verval en het belang van vismigratie, zou hier geopteerd kunnen worden voor een schroefmotor van Archimedes. De huidige uitvoeringen van de schroefmotor kunnen een maximaal debiet verwerken van 5,5 m3/s. Het doorvoerdebiet zal in deze situatie allicht wat lager zijn ten gevolge van het grote verval waardoor de motor grote afmetingen inneemt. Om een debiet van ongeveer 20 m3/s te verwerken kunnen dus meerdere schroeven, 5 tot 10, in parallel geschakeld worden. Uitvoeringen met of zonder meedraaiende mantel zijn hierbij mogelijk. De keuze zal afhangen van dimensioneringsbeperkingen en/of visvriendelijkheidseisen. Een uitvoering met meedraaiende mantel heeft enerzijds het nadeel een hoge belasting op de rotatieas uit te oefenen (eigengewicht en gewicht water) maar anderzijds heeft deze uitvoering het voordeel iets visvriendelijker te zijn.

Wordt tabel 4.1 erbij gehaald dan zou, bij installatie van een centrale van 1,2 MW te Heel, het totale nieuw te installeren vermogen op basis van verval in de Nederlandse rivieren 31 MW kunnen bedragen.

5 SPUISLUISCENTRALES: OPBRENGST PER LOCATIE