Haalbaarheidsonderzoek naar een waterkrachtcentrale bij de Vughterstuw & Het ontwerp van een automatische overtoom over de overstort van de Vughterstuw

Haalbaarheidsonderzoek naar een waterkrachtcentrale bij de

Vughterstuw

&

Het ontwerp van een automatische overtoom over de overstort

van de Vughterstuw

Afstudeerrapport

Haalbaarheidsonderzoek naar een waterkrachtcentrale bij de Vughterstuw

&

Het ontwerp van een automatische overtoom over de overstort van de Vughterstuw

Auteurs (studenten): Joris Bekkers (2031693) Marc Janssen (2037343)

Uitgave: 12 Juni, 2014

Opdrachtgever: Parklaan Landschapsarchitecten Vughterstraat 221

5211 GD ’s-Hertogenbosch Gemeente ’s-Hertogenbosch Wolvenhoek 1

5200 GZ ‘s-Hertogenbosch

Opleidingsinstituut: Avans Hogeschool ‘s-Hertogenbosch AB&I Civiele Techniek

Onderwijsboulevard 215 5223 DE ‘s-Hertogenbosch

Afstudeerbegeleiders: ir. René Vincken (Avans) ir. Henk van de Wetering (Avans) Marcel Eekhout M.A. (Parklaan)

Versie: 1.0

Samenvatting

Dit afstudeerrapport bestaat uit twee onderdelen: een haalbaarheidsonderzoek naar een

waterkrachtcentrale bij de Vughterstuw en het ontwerp van een automatische overtoom over de overstort van de Vughterstuw. Deze opdrachten zijn uitgevoerd in opdracht van respectievelijk Parklaan Landschapsarchitecten en de gemeente ’s-Hertogenbosch. Tevens is een combinatie onderzocht waarbij de waterkrachtcentrale de ontworpen overtoom van energie voorziet. In deze samenvatting worden deze drie onderdelen apart behandeld.

Voor het opstellen van dit afstudeerrapport, dat dient ter afronding van de studie civiele techniek aan de Avans Hogeschool te ’s-Hertogenbosch, is begonnen met het uitvoeren van een

vooronderzoek. In dit vooronderzoek is de werking van het watersysteem, waarbinnen de Vughterstuw functioneert, nader onderzocht (paragraaf 2.1). Tevens is een stakeholdersanalyse uitgevoerd op basis waarvan contact is opgenomen met verschillende belanghebbenden (paragraaf 2.2). Er zijn onder andere gesprekken gevoerd met de gemeente ’s-Hertogenbosch, waterschappen De Dommel en Aa en Maas en Bram Taks. Laatst genoemde is de bedenker van het, voor waterschap De Dommel geldend, pilotproject waarin een vijzelturbine wordt gerealiseerd in de stuw te St. Michielsgestel (zie bijlage III voor de verslagen van alle gevoerde gesprekken).

Haalbaarheidsonderzoek naar een waterkrachtcentrale bij de

Vughterstuw

Het ontwerp van een waterkrachtcentrale bij de Vughterstuw is gemaakt in opdracht van Parklaan Landschapsarchitecten. In dit haalbaarheidsonderzoek (zie ook hoofdstuk 2, 3 en 4 van dit rapport) is getracht antwoord te geven op de volgende vraag:

Wat is het meest optimale en rendabele civieltechnisch ontwerp voor een waterkrachtcentrale, binnen de huidige technieken, die voldoet aan de door betrokken partijen gestelde eisen voor de

locatie Vughterstuw?

Deze vraag is beantwoord aan de hand van een variantenstudie, waarbij vijftien

waterkrachtinstallaties aan bod zijn gekomen (zie paragraaf 3.2). Elf van deze varianten zijn afgevallen op basis van het verval ter plaatse van de Vughterstuw dat gemiddeld slechts 0,50m is. Vervolgens zijn twee varianten met een minimaal benodigd verval van kleiner dan 0,50m; de Oryon Watermill en de vijzelturbine, en twee varianten die functioneren bij stroomsnelheden vanaf 1,0m/s; de VIVACE en de FlipWing, nader onderzocht (zie paragraaf 4.1.1 voor een korte introductie van deze varianten). In bijlage XVIII zijn de schetsontwerpen van de vier nader onderzochte varianten

opgenomen.

In het verdiepende onderzoek (in hoofdstuk 4) zijn deze vier varianten door middel van een trade-off matrix getoetst op zes soorten criteria. Deze criteria zijn tot stand gekomen aan de hand van

gevoerde gesprekken met de betrokken partijen, de gemeente ’s-Hertogenbosch, waterschappen De Dommel en Aa en Maas, opdrachtgever Parklaan en Bram Taks van pilotproject St. Michielsgestel. Deze criteria zijn:

- Financieel (Het effectief rendement, de terugverdientijd en de energieprijs per kiloWattuur worden onderzocht)

- Esthetiek (De ‘groene’ uitstraling)

- Ecologie (Belemmering van de waterkwaliteit en de visvriendelijkheid) - Technische eisen (De opstuwing en de sterkte)

- Veiligheid (De bezoekersvriendelijkheid en de vaarvriendelijkheid)

- Randvoorwaarden (Geen aanpassingen aan de stuw/vistrap ten behoeve van de aanleg en de betrouwbaarheid van de techniek)

Aan de hand van de gevoerde gesprekken is geconstateerd dat bij eventuele aanpassingen aan de stuw of stuwkleppen moet worden gewacht op het pilotproject St. Michielsgestel. Waterschap De Dommel ziet dit project als een graadmeter voor eventuele vervolgprojecten. Tevens eist het waterschap dat het ontwerp van een waterkrachtcentrale slechts geringe opstuwing veroorzaakt. Voor opdrachtgever Parklaan is vooral de ‘groene’ uitstraling en de financiële haalbaarheid van de waterkrachtcentrale van belang. De gemeente ’s-Hertogenbosch ziet het liefst een variant die een combinatie vormt met het ontwerp van de automatische overtoom.

Op basis van deze criteria is geconcludeerd dat géén van de vier varianten (op dit moment) geschikt is om toe te passen bij de Vughterstuw (zie hoofdstuk 8). De belangrijkste redenen hiervoor zijn de totaal op te wekken energie (maximaal 28 huishoudens in plaats van de verwachtte 50 huishoudens), het feit dat de Oryon Watermill en de VIVACE nog in testfase zijn en de eventueel benodigde

aanpassingen aan de Vughterstuw die er toe bij dragen dat gewacht moet worden op een pilotproject van Waterschap De Dommel.

Aanbevolen wordt om de komende tijd de ontwikkelingen op het gebied van waterkrachtcentrales in de gaten te houden en mogelijk een aantal reeds afgevallen varianten nader werktuigbouwkundig uit te werken (zie hoofdstuk 9). Bij deze uitwerking is het van belang dat de nadruk ligt op het verschalen van de varianten zodat deze inpasbaar zijn bij de Vughterstuw.

In dit rapport bevinden zich eveneens een berekening van het technisch potentieel aan de hand van een data-analyse van de debiet- en vervalgegevens van respectievelijk de Dommel en de

Vughterstuw (paragraaf 3.3), een berekening voor de klepstand van de Vughterstuw (paragraaf 3.4) en het opgestelde programma van eisen voor de waterkrachtcentrale (paragraaf 3.5).

Het ontwerp van een automatische overtoom over de overstort van

de Vughterstuw

Het ontwerp van een automatische overtoom over de overstort van de Vughterstuw is gemaakt in opdracht van de gemeente ’s-Hertogenbosch. Voor dit onderzoek is getracht antwoord gegeven op de volgende vraag:

Wat is civieltechnisch het beste ontwerp voor een overtoom, dat voldoet aan het programma van eisen, voor de locatie Vughterstuw?

De overtoom moet geschikt zijn voor het transporteren van rondvaartboten met een vlakke onderkant met een afmeting van 6,57m lang bij 1,62 breed. De overtoom mag slechts geringe opstuwing veroorzaken en moet tevens de landschappelijke kwaliteit van het Vughtereiland versterken.

Het civieltechnische ontwerp van de overtoom is gebaseerd op een lopende-band-systeem. Om meer kennis te verkrijgen over lopende-band-systemen is een gesprek gevoerd met Roy de Ruysscher van transportbandenbedrijf REMA Tip Top.

De uitvoeringskosten van de gehele overtoom zijn, aan de hand van het uitvoeringsplan, geraamd op 223000€ (zie voor het uitvoeringsplan hoofdstuk 6 en voor de kostenraming hoofdstuk 7). De

lopende band wordt voortgetrokken over een glijplaat die gemonteerd wordt op IPE220 dwarsliggers. Deze secundaire liggers worden gemonteerd op de onderflens van twee HEA450 liggers, doormiddel waarvan de krachten worden afgedragen op funderingspalen Ø323,9mm (zie paragraaf 5.2.7 & 5.2.8 voor de constructie- en funderingsberekening). Aan de buitenzijde van de primaire HEA450 liggers worden wederom IPE220 profielen gemonteerd waarop de loopvoorziening wordt aangebracht. Zie voor het voorlopig ontwerp van de overtoom bijlage XIX.

De keuze voor deze stalen liggers resulteert in een slanke overtoom die een eenheid vormt met de andere technische voorzieningen rondom het Vughtereiland.

Bij het ontwerp van de overtoom is zowel gekeken naar de kostenefficiëntie als het comfort van de rit. Hier uit volgt een hellingsboog van circa 46 meter lang en een maximale valhoogte van minder dan 10 centimeter (zie paragraaf 5.2.2). (De valhoogte is de maximale hoogte waarover de

rondvaartboot kantelt.)

Door de lengte van de overtoom en het ontwerp van het remmingwerk aan zowel het bovenstrooms als het benedenstroomse kant van de overstort, worden het uitstroomprofiel van de Vughterstuw en de gebruikers van de kanogoot niet gehinderd (zie paragraaf 5.2.9). Daarnaast wordt de veiligheid van de rondvaartboten gewaarborgd door de lengte van de overtoom. De boten komen hierdoor nooit ter plaatste van het turbulente water van de stuw.

Op basis van een globale berekening is bepaald dat de opstuwing ten gevolge van de overtoom maximaal 2,8 centimeter bedraagt. Aan de hand van deze berekening is vast te stellen dat de gevolgen voor de stijging van het waterpeil van de Dommel gering zijn (zie paragraaf 5.3).

Een combinatie tussen waterkrachtcentrale en overtoom

De waterkrachtcentrale gebruiken als aandrijving voor de overtoom is voorgesteld door de gemeente ’s-Hertogenbosch. Op basis van het onderzoek naar de verschillende

waterkrachtcentrales is geconcludeerd dat het toepassen van een waterkrachtcentrale voor 50 huishoudens geen mogelijkheid is. Voor het aandrijven van de overtoom is echter slechts 350kWh/jaar benodigd (zie paragraaf 5.4). Wanneer de FlipWing wordt toegepast wordt

13000kWh/jaar opgewekt. Het is dus mogelijk om met de FlipWing, gezien de geringe kosten en de eenvoudige manier van installeren, de overtoom te voorzien van 100% duurzame, witte energie.

De FlipWing is zichtbaar vanaf de overtoom, waardoor dit de belevingswaarde van de overtoom het Vughtereiland en daarmee de rondvaartroute langs de Singelgracht en de Binnendieze verhoogt.

Voorwoord

Dit afstudeerrapport is uitgevoerd ter afronding van onze studie civiele techniek aan de Avans Hogeschool te ‘s-Hertogenbosch. De afstudeeropdracht is tot stand gekomen door de werkgroep DommelKracht, een groep enthousiaste bewoners uit de omgeving van ‘s-Hertogenbosch. Zij wilden onderzoeken of het uitvoeren van een waterkrachtcentrale nabij de Vughterstuw een optie is om energie op te wekken voor Bosschenaren. Parklaan Landschapsarchitecten is onderdeel van deze werkgroep. Op hun kantoor, vlakbij de Vughterstuw, hebben wij dit afstudeerrapport gemaakt. Nog voor aanvang van ons afstudeertraject is er contact geweest tussen de gemeente

’s-Hertogenbosch en de werkgroep DommelKracht. Tijdens dit contact kwam naar voren dat ook de gemeente interesse had in dit onderzoek. De reden hiervoor is dat zij plannen aan het maken zijn om een automatische overtoom, of bootlift, over de Vughterstuw te realiseren.

In al ons optimisme hebben wij besloten om dit onderzoek ook mee te nemen in onze afstudeeropdracht.

Bij het uitvoeren van deze afstudeeropdracht hebben wij een taakverdeling gehanteerd waarbij Marc zich vooral richt op de constructieve elementen, het doorrekenen van de constructies, het maken van hydrologische berekeningen en het basisontwerp van de overtoom. Joris heeft zich vooral gefocust op de financiële aspecten van zowel waterkrachtcentrale als overtoom, het uitvoeringsplan, en de opmaak van de tekeningen.

Voor het tot stand komen van dit project willen wij graag Marcel Eekhout en Aleks Droog van Parklaan bedanken. Daarnaast willen wij graag Huibert Crijns en Ivo Scheffers van de gemeente ’s-Hertogenbosch bedanken voor het verschaffen van de ontwerpopdracht voor de overtoom. Onze dank gaat ook uit naar René Vincken en Henk van de Wetering voor de begeleiding vanuit Avans. Als laatst willen wij graag alle andere mensen van wiens kennis wij gebruik hebben gemaakt bedanken, dit zijn onder andere: Jacco de Hoog en Axel Teysse van Waterschap De Dommel, Bart Verhoeven van Waterschap Aa en Maas, Bram Taks van business case waterkrachtcentrale St. Michielsgestel, Jaap Ory van Deepwater-Energy, Gerard Pragt van Tauw Deventer en Roy de Ruysscher van REMA Tip Top transportbanden.

Joris Bekkers en Marc Janssen Juni, 2014

Inhoudsopgave | 2

Inhoudsopgave

1.2 OPBOUW VAN HET ONDERZOEK ... 8

1.3 AFBAKENING ... 9

2 VOORONDERZOEK OMGEVING VUGHTERSTUW ... 11

2.1 HET WATERSYSTEEM VAN DE VUGHTERSTUW ... 11

2.2 STAKEHOLDERSANALYSE WATERKRACHTCENTRALE EN OVERTOOM ... 14

2.2.1 Correspondentie belanghebbenden ... 14

3 VOORONDERZOEK WATERKRACHTCENTRALE ... 17

3.1 VOORLOPIGE UITGANGSPUNTEN ... 17

3.2 VARIANTEN WATERKRACHTCENTRALE ... 18

3.3 DATA-ANALYSE VUGHTERSTUW ... 19

3.3.1 Debietsanalyse ... 20

3.3.2 Vervalanalyse ... 21

3.3.3 Berekening technisch potentieel... 23

3.4 BEREKENING KLEPSTAND VUGHTERSTUW ... 24

3.4.1 Volkomen/Onvolkomen overlaat... 24

3.5 PROGRAMMA VAN EISEN WATERKRACHTCENTRALE ... 26

4 VOORKEURSVARIANTEN WATERKRACHTCENTRALE ... 31

4.1 DE VIER VOORKEURSVARIANTEN; EEN KORTE INTRODUCTIE... 31

4.1.1 Oryon Watermill ... 31

4.1.2 VIVACE ... 31

4.1.3 Vijzelturbine ... 32

4.1.4 FlipWing ... 33

4.2 ONTWERPTOELICHTING VOORKEURSVARIANTEN WATERKRACHTCENTRALE ... 33

4.2.1 Oryon Watermill ... 33 4.2.2 VIVACE ... 34 4.2.3 Vijzelturbine ... 35 4.2.4 FlipWing ... 35 4.3 VOORKEURSALTERNATIEF WATERKRACHTCENTRALE ... 36 4.3.1 De trade-off matrix ... 36 4.3.2 Criteria ... 37 4.4 CONCLUSIE WATERKRACHTCENTRALE ... 38 5 DE OVERTOOM ... 41

5.1 PROGRAMMA VAN EISEN OVERTOOM ... 41

5.2 HET OVERTOOMONTWERP ... 47

Inhoudsopgave | 3 5.2.2 Hellingsbaan ... 47 5.2.3 Positionering ... 51 5.2.4 Transportband ... 51 5.2.5 Veiligheidsvoorzieningen ... 52 5.2.6 Verbindingen ... 55 5.2.7 Staalconstructie ... 55 5.2.8 Funderingsconstructie ... 59 5.2.9 Remmingwerk ... 59 5.3 OPSTUWING... 60 5.3.1 Doorstroomprofiel ... 61 5.3.2 Opstuwingsberekening ... 62 5.4 ENERGIEVERBRUIK ... 62 6 UITVOERINGSPLAN OVERTOOM ... 65

6.1 START VAN HET UITVOERINGSPLAN ... 65

6.2 FUNDERING... 65 6.3 LIGGERS ... 67 6.4 NOODVOORZIENINGEN ... 68 6.5 TRANSPORTBAND ... 69 6.6 REMMINGWERKEN ... 69 6.7 WATERKRACHTCENTRALE ... 69 6.8 UITVOERINGSPERIODE ... 69 6.9 VERGUNNINGEN ... 69 7 KOSTENRAMING OVERTOOM ... 71 7.1 RAMINGSSAMENVATTING ... 71 7.1.1 Uitgangspunten ... 72 8 CONCLUSIES ... 73 8.1 DE WATERKRACHTCENTRALE ... 73 8.2 DE OVERTOOM ... 74

8.3 DE COMBINATIE WATERKRACHTCENTRALE EN OVERTOOM ... 74

9 AANBEVELINGEN ... 77

9.1 DE WATERKRACHTCENTRALE ... 77

9.2 DE OVERTOOM ... 78

9.3 DE COMBINATIE WATERKRACHTCENTRALE EN OVERTOOM ... 78

Inhoudsopgave | 5

Inhoudsopgave Bijlagenboek

BIJLAGE I PLAN VAN AANPAK

BIJLAGE II STAKEHOLDERSANALYSE WATERKRACHTCENTRALE EN OVERTOOM BIJLAGE III GESPREKKEN MET BETROKKEN PARTIJEN

BIJLAGE IV VOORONDERZOEK WATERKRACHTCENTRALE BIJLAGE V INDICATIEVE METING OMGEVING VUGHTERSTUW BIJLAGE VI RISICOANALYSE WATERKRACHTCENTRALES

BIJLAGE VII BIJLAGE HYDROLOGISCHE BEREKENINGEN WATERKRACHTCENTRALE

VII.I DATA-ANALYSE VUGHTERSTUW

VII.II BEREKENING KLEPSTAND VUGHTERSTUW

BIJLAGE VIII NADERE TOELICHTING TRADE-OFF MATRIX WATERKRACHTCENTRALE

VIII.I BEREKENING EFFECTIEF RENDEMENT WATERKRACHTCENTRALES

VIII.II TERUGVERDIENTIJD WATERKRACHTCENTRALES VIII.III SUBSIDIE OF BELASTINGKORTING

BIJLAGE IX VOLLEDIG PROGRAMMA VAN EISEN OVERTOOM

BIJLAGE X VOORONDERZOEK OVERTOOM

X.I VARIANTENSTUDIE OVERTOOM

X.II VERDIEPING: EEN TRANSPORTBAND ALS OVERTOOM BIJLAGE XI HELLINGSBAANBEREKENING OVERTOOM

BIJLAGE XII CONSTRUCTIEBEREKENING OVERTOOM BIJLAGE XIII FUNDERINGSBEREKENING OVERTOOM

XIII.I SONDERINGEN

XIII.II BEREKENING CONUSWEERSTANDEN BIJLAGE XIV OPSTUWINGSBEREKENING OVERTOOM

BIJLAGE XV ENERGIEVERBRUIK OVERTOOM BIJLAGE XVI UITVOERINGSPLAN OVERTOOM BIJLAGE XVII KOSTENRAMING OVERTOOM

BIJLAGE XVIII TEKENINGEN SCHETSONTWERP WATERKRACHTCENTRALES BIJLAGE XIX TEKENINGEN VOORLOPIG ONTWERP OVERTOOM

Inleiding | 7

1

_Inleiding

In dit rapport wordt het onderzoek naar een waterkrachtcentrale in de omgeving van de

Vughterstuw en het ontwerp van een automatische overtoom over de overstort van de Vughterstuw uitgewerkt. In dit hoofdstuk wordt stil gestaan bij de aanleiding van deze projecten, de opbouw van dit rapport en de afbakening van het onderzoek.

1.1

_Aanleiding

Duurzaamheid speelt een steeds belangrijker rol bij het opwekken van energie. Waar voorheen de kwantiteit van de energie bepalend was bij het genereren van stroom in bijvoorbeeld kolencentrales, wordt er tegenwoordig naar gestreefd de duurzaamheid van de opgewekte energie te verbeteren, om zo de impact op het milieu te verminderen.

Het inslaan van deze groene richting wordt gestimuleerd door de ontwikkeling van technologie, zoals zonnecellen, efficiënte windmolens en innoverende manieren om waterkracht te benutten. De toegankelijkheid van deze technologieën heeft decentralisatie van het energienetwerk tot gevolg; steeds meer particulieren, of georganiseerde niet-commerciële groepen zijn bezig met het opwekken van energie. Een voorbeeld is Energie Coöperatie 073, de energie coöperatie van ’s-Hertogenbosch, die bestaat uit vrijwilligers die zich inzetten voor groene energie.

Deze decentralisatie en de interesse in een duurzame omgeving heeft er toe geleid dat Parklaan Landschapsarchitecten, in samenwerking met andere inwoners van ’s-Hertogenbosch, op zoek is gegaan naar een manier waarop zij hieraan kunnen bijdragen.

Op basis van een kort voorlopig onderzoek werd door deze werkgroep geconstateerd dat de

toepassing van een waterkrachtcentrale nabij de Vughterstuw (op enkele honderden meters van het Parklaan kantoor) een mogelijke optie is.

In dit rapport wordt op basis van de volgende hoofdvraag getracht te achterhalen of dit inderdaad een reële optie is.

Wat is het meest optimale en rendabele civieltechnisch ontwerp voor een waterkrachtcentrale, binnen de huidige technieken, die voldoet aan de door betrokken partijen gestelde eisen voor de

locatie Vughterstuw?

Naast de vereniging van omwonenden bleek tevens de gemeente ’s-Hertogenbosch geïnteresseerd in de uitkomst van dit onderzoek. De gemeente heeft een plan voor ogen waarbij de opgewekte

energie wordt gebruikt om een bootlift aan te drijven. Deze bootlift (ook wel automatische

overtoom) dient ertoe rondvaartboten, van de rondvaarten over onder andere de Binnendieze en de Singelgracht, over de overstort van de Vughterstuw te transporteren. De gemeente ’s-Hertogenbosch wil op deze manier het cultuurtoerisme een impuls geven door de vergroting van het recreatieve vaarsysteem.

Gezien de mogelijke combinatie tussen beide projecten, waarbij de waterkrachtcentrale energie opwekt voor de overtoom, is ervoor gekozen ook een onderzoek te doen naar de invulling van het civieltechnisch ontwerp van een overtoom. Dit onderzoek wordt gedaan aan de hand van de volgende hoofdvraag:

Inleiding | 8

Wat is civieltechnisch het beste ontwerp voor een overtoom, dat voldoet aan het programma van eisen, voor de locatie Vughterstuw?

Aan de hand van de resultaten van beide hoofdvragen wordt vervolgens bekeken of een combinatie-project mogelijk is, waarbij de waterkrachtcentrale de overtoom van energie voorziet.

1.2

_{Opbouw van het onderzoek}

In het stroomschema op afbeelding 1.1 zijn de stappen weergegeven die gevolgd zijn om te komen tot een antwoord op beide hoofdvragen. Per onderdeel staat aangegeven in welk hoofdstuk (met bijbehorende bijlage) dit terug te vinden is in het rapport.

Afbeelding 1.1 Stroomschema opbouw afstudeeronderzoek

Het verrichtte vooronderzoek bevindt zich in hoofdstuk 2. Hierin wordt het watersysteem waarbinnen de Vughterstuw functioneert nader toegelicht. Tevens wordt in dit hoofdstuk de stakeholdersanalyse, en de op basis hiervan gecontacteerde belanghebbenden, besproken. In

Inleiding | 9

hoofdstuk 3 is het vooronderzoek naar potentiële waterkrachtcentrales en de analyse van de debiet- en vervalgegevens van de Vughterstuw toegelicht. In dit hoofdstuk worden, op basis van het

minimaal benodigde verval per potentiële variant, mogelijke oplossingen uitgesloten. Dit hoofdstuk eindigt met het opgestelde programma van eisen van de waterkrachtcentrale, gemaakt op basis van de resultaten uit het vooronderzoek van hoofdstuk 2 en de berekeningen uit hoofdstuk 3. Vervolgens worden in hoofdstuk 4 op basis van dit programma van eisen vier varianten uitgewerkt,

doorgerekend en vergeleken door middel van een trade-off matrix.

In hoofdstuk 5 wordt het gemaakte ontwerp van de overtoom toegelicht. Dit is gedaan aan de hand van het, in paragraaf 5.1 opgestelde, programma van eisen voor de overtoom. Vervolgens wordt in hoofdstuk 6 het uitvoeringsplan van deze overtoom-variant toegelicht, waarna in hoofdstuk 7 de kostenraming voor de uitvoering van de overtoom volgt.

Dit rapport wordt in hoofdstuk 8 en hoofdstuk 9 afgesloten met van conclusies en aanbevelingen voor de uitvoering van één of beide systemen.

1.3

_Afbakening

Voor het beantwoorden van beide hoofdvragen is, buiten civiel technische bekwaamheid, ook kennis nodig op het gebied van werktuigbouwkunde (voor de automatische overtoom) en bedrijfskundige kennis (voor de financiële berekeningen van de waterkrachtcentrales).

Zoals reeds aangehaald in paragraaf 1.1 worden beide onderwerpen (waterkrachtcentrale en overtoom) vanuit een civiel technisch perspectief benaderd. Dit houdt in dat onderdelen waarbij werktuigbouwkundige of bedrijfskundige diepgang vereist is keuzes worden gebaseerd op kennis van benaderde experts.

Detailniveau

Voor aanvang van dit afstudeerproject is, bij het opstellen van het plan van aanpak, afgebakend tot welk detailniveau beide onderzoek worden uitgewerkt. De waterkrachtcentrales worden uitgewerkt tot schetsniveau (SO) en het overtoomontwerp wordt tot voorlopig-/definitief ontwerpniveau (VO/DO) uitgewerkt. Voor meer informatie over de afbakening zie bijlage I.

Vooronderzoek omgeving Vughterstuw | 11

2

_{Vooronderzoek omgeving Vughterstuw}

Het vooronderzoek is uitgevoerd om een duidelijk beeld te krijgen van het watersysteem waarbinnen de Vughterstuw functioneert. Daarnaast is een stakeholdersanalyse uitgevoerd om naast het

functioneren van het watersysteem de beheerders, belanghebbenden en stakeholders te identificeren. Dit vooronderzoek is de basis voor het programma van eisen in hoofdstuk 3.5.

2.1

_{Het watersysteem van de Vughterstuw}

Onderstaande tekst verklaart het watersysteem waarbinnen de Vughterstuw functioneert. Op afbeelding 2.1 en 2.2. worden de besproken onderdelen weergegeven.

De Vughterstuw is gelegen ten zuiden van ´s-Hertogenbosch in regenrivier de Dommel. De Dommel heeft zijn oorsprong in het Belgische gedeelte van De Kempen en stroomt door Eindhoven richting ‘s-Hertogenbosch. Nabij Bastion Vught stroomt de Dommel westwaarts richting de Vughterstuw en oostwaarts langs de Zuiderwal als de Singelgracht. Nadat de Dommel de Vughterstuw is gepasseerd splitst het zich in het binnenstedelijk gedeelte van de Dommel, ook wel Stadsdommel, en het afwateringskanaal ’s-Hertogenbosch-Drongelen. Het merendeel van het water stroomt bij normale omstandigheden via de Stadsdommel ’s-Hertogenbosch binnen om vervolgens over te gaan in de Dieze. Bij hoge waterstanden wordt het water uit het stroomgebied van de Aa afgevoerd door het Afwateringskanaal ’s-Hertogenbosch-Drongelen. De stroomrichting van de westelijke vestinggracht wordt omgekeerd.

Afbeelding 2.1 De omgeving van de Vughterstuw1

1

Vooronderzoek omgeving Vughterstuw | 12

De Vughterstuw

De Vughterstuw is een mechanische klepstuw die bestaat uit twee onafhankelijk te regelen kleppen van beide vijf meter breed. De huidige Vughterstuw werd voltooid in januari 19932, zoals ontworpen door Witteveen en Bos. Naderhand is een kanogoot toegevoegd aan de stuw om deze, van

bovenstrooms naar benedenstrooms, voor kano’s passeerbaar te maken. In 2003 is een vispassage gemaakt ten zuiden van het Vughtereiland3_{. Tevens is een aanmeervlonder voor roeiboten}

aangebracht. Voor een overzicht van de benoemde onderdelen zie afbeelding 2.2.

Afbeelding 2.2. Bovenaanzicht van de Vughterstuw4

De Bossche binnenstad

De Bossche binnenstad staat bekend om de Binnendieze. Dit binnenstedelijk water, dat een attractie is waarover jaarlijks vele toeristen rondvaarttochten maken, dient dagelijks voorzien te worden van vers water5_{. Om dit te realiseren wordt iedere dag een stuw dichtgezet. Vervolgens wordt deze stuw} geopend, de onderstroom die hierdoor ontstaat spoelt het slib uit de Binnendieze de Binnenhaven in. Het water dat vervolgens de Binnendieze weer aanvult is afkomstig uit de Singelgracht.6 _Bij extreme droogte wordt per jaar twee à drie keer de Vughterstuw korte tijd dichtgezet waardoor het water de Binnendieze instroomt via de Singelgracht.7

De Gement

De Gement is een beschermd Natura-2000 poldergebied (de hoogste schaal van Europese natuurbescherming) voor weidevogels, ganzen en zwanen, dat sinds 1989 is opgenomen als

2

Zie: http://www.groetenuitdenbosch.nl/419.htm

3

Zie: Handreiking vispassages in Noord-Brabant

4

Zie: http://www.google.com/maps

5

Zie: Gesprek Gemeente ’s-Hertogenbosch (Bijlage III)

6

Zie: Gesprek Waterschap Aa en Maas (Bijlage III)

7

Vooronderzoek omgeving Vughterstuw | 13

kerngebied in de ecologische hoofdstructuur van Nederland.8 Dat ook wordt gebruikt als grootste waterbergingsgebied rond ’s-Hertogenbosch. De Gement wordt bij hoogwater als eerste ingezet om water tijdelijk te bergen.

Het Bossche Broek

Het Bossche Broek is een Natura-2000 gebied9_{dat tevens dient als waterbergingsgebied rond} ’s-Hertogenbosch. Wanneer de ‘s-Hertogenbosch last ondervindt van hoogwater, wordt ‘Het Bossche Broek’ gebruikt om het overschot aan water tijdelijk te bergen.10

Het Vughtereiland

“Het Vughtereiland vormt op allerlei manieren een schakel: in de vestingroute, in de ecologische verbinding [tussen Bossche Broek en Gement] en als kanopassage. Het eiland heeft een vistrap en is zo ontworpen dat het onderwater kan lopen.”11

Het Vughtereiland wordt verbonden met het Bossche Broek door middel van het voetveer. Dit voetveer is een hand aangedreven veerpont voor voetgangers.

Beheerders

Op afbeelding 2.3 zijn de beheerders te zien van de bovenstroomse en benedenstroomse wateren nabij de Vughterstuw. Het waterschap Aa en Maas is verantwoordelijk voor het gedeelte circa 30 meter benedenstrooms van de Vughterstuw, alsmede een strook langs de kade. Waterschap De Dommel is verantwoordelijk voor de Dommel tot aan dit gebied.

Afbeelding 2.3 Bovenaanzicht van de Vughterstuw met beheer grenzen. In lichtblauw het beheersgebied van Waterschap Aa en Maas12

8 Zie: http://home.wanadoo.nl/~fietsersbond.ht/deel50.htm 9 Zie: http://www.dommel.nl/we-0/werk-uitvoering-0/archief/anti-verdroging 10

Zie: Gesprek Waterschap Aa en Maas (Bijlage III)

11

Zie: https://www.s-hertogenbosch.nl/inwoner/stad-en-wijken/groen-in-de-stad/binnenstad/vughtereiland/

12

Vooronderzoek omgeving Vughterstuw | 14

2.2

_{Stakeholdersanalyse waterkrachtcentrale en overtoom}

Om de belanghebbenden van zowel de waterkrachtcentrale als de overtoom in kaart te brengen is een stakeholdersanalyse uitgevoerd (zie bijlage II). In deze stakeholdersanalyse worden de

voornaamste belangen per stakeholder benoemd. Met daaraan gekoppeld de impact dat dit belang heeft op de komst van de waterkrachtcentrale en/of overtoom en de (politieke) invloed die de belanghebbende heeft op de komst van deze systemen.

Uit de stakeholdersanalyse komen vijftien stakeholders naar voren. De stakeholders met de meeste invloed op de komst van beide systemen (de waterkrachtcentrale en de overtoom) zijn: de

Gemeente ’s-Hertogenbosch, Waterschap De Dommel en Waterschap Aa en Maas (voor het beheersgebied van beide waterschappen zie afbeelding 2.3).

Ook het project in St. Michielsgestel, waar een waterkrachtcentrale (vijzelturbine) wordt gerealiseerd, is een belangrijke stakeholder. Na het uitvoeren van dit pilotproject wordt door Waterschap De Dommel bepaald of het uitvoeren van waterkrachtcentrales, waarbij aanpassingen aan de stuw worden gedaan, op andere locaties toegestaan wordt. Dit project is een belangrijke graadmeter voor het haalbaarheidsonderzoek naar een waterkrachtcentrale bij de Vughterstuw. Wanneer de stuw moet worden aangepast om een waterkrachtcentrale te realiseren wordt, vanwege dit pilotproject, een vertraging van circa twee jaar verwacht.

Ook is de Energie Coöperatie een belangrijke stakeholder met betrekking tot het verkrijgen van belastingkorting voor de waterkrachtcentrale (zie bijlage VIII.III voor meer informatie).

2.2.1 Correspondentie belanghebbenden

Op basis van de stakeholdersanalyse zijn gesprekken gevoerd om het haalbaarheidsonderzoek, de situatie nabij de Vughterstuw, de verschillende type waterkrachtcentrales, de mogelijkheden omtrent de overtoom en eisen en randvoorwaarden voor het ontwerp van beide systemen volledig in kaart te brengen. Verslagen van de gesprekken zijn te vinden in bijlage III. In tabel 2.1 is een overzicht weergegeven van de gecontacteerde instanties, bedrijven en personen.

Naast de kennis die is opgedaan tijdens deze gesprekken zijn ook gegevens verkregen die aansluiten bij dit haalbaarheidsonderzoek. Waterschap De Dommel heeft debiet- en vervalgegevens verstrekt van respectievelijk de Dommel en de Vughterstuw (hierover meer in paragraaf 3.3). Daarnaast is met behulp van Huibert Crijns van de gemeente ’s-Hertogenbosch het ontwerprapport van de

Vughterstuw, opgesteld door Witteveen en Bos, verkregen uit het gemeentearchief. Aan de hand van een gesprek met de bedenker van het project waterkracht in St. Michielsgestel is inzicht verkregen in de mogelijkheden van subsidiëring voor duurzaam opgewekte energie alsmede het belang van dit pilotproject voor Waterschap De Dommel.

Vooronderzoek omgeving Vughterstuw | 15

Instelling Persoon Betreft

Gemeente ´s-Hertogenbosch Huibert Crijns

Ivo Scheffers

Projectleider Overtoom Vughterstuw Ontwerprapport Vughterstuw (gemeentearchief)

Advies

Waterschap De Dommel Jacco de Hoog Waterkrachtcentrale in de Dommel Axel Teysse

Waterschap Aa en Maas Bart Verhoeven Waterkrachtcentrale in de Dommel Waterkrachtcentrale St. Michelsgestel Bram Taks Businesscase waterkrachtcentrale St.

Michielsgestel (Vijzelturbine)

Deepwater-Energy Jaap Ory Oryon Watermill

Tauw Deventer Claire de Haan VIVACE

Gerard Pragt

Fishflow Innovations Gerard Manshanden Vijzelturbine

REMA Tip Top Roy de Ruysscher REMA Tip Top (transportbanden) Kring Vrienden ‘s-Hertogenbosch Johan Strang Rondvaartboten

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 17

3

_{Vooronderzoek waterkrachtcentrale}

Om een helder beeld te krijgen van de toepasbare waterkrachtcentrales nabij de Vughterstuw is een vooronderzoek gedaan. In dit vooronderzoek is gebruik gemaakt van beknopte gegevens zoals weergegeven in paragraaf 3.1. Met behulp van deze voorlopige gegevens zijn een aantal varianten onderzocht op mogelijke inpassing in of rondom de Vughterstuw. Uiteindelijk wordt in paragraaf 3.3, aan de hand van de debiet- en vervalgegevens van Waterschap De Dommel, het debiet berekend waarbij het technisch potentieel maximaal is. In paragraaf 3.4 is de klepstand bepaald van de stuw uit de verkregen meetgegevens. Op basis van de informatie uit hoofdstuk 2 en berekeningen uit

paragraaf 3.2, 3.3 en 3,4 wordt in paragraaf 3.5 het programma van eisen voor de waterkrachtcentrale opgesteld.

3.1

_{Voorlopige uitgangspunten}

Tijdens het vooronderzoek is uitgegaan van de hieronder weergegeven technische gegevens13_{. Deze} gegevens zijn gebruikt omdat bij aanvang van het vooronderzoek er nog geen beschikking was over de exacte meetgegevens.

Benedenstrooms

Gemiddelde waterstand: +2,27m NAP

Laagste waterstand: +1,90m NAP (periode 1974-2004) Hoogste waterstand: +3,92m NAP (één keer per jaar) Hoogste waterstand: +4,90m NAP (één keer per 100 jaar)

Bovenstrooms

Gemiddelde waterstand: +2,80m NAP

Laagste waterstand: +2,80m NAP (periode 1974-2004) Hoogste waterstand: +4,20m NAP (één keer per jaar) Hoogste waterstand: +4,90m NAP (één keer per 100 jaar)

Debiet

Gemiddelde afvoer over stuw en vispassage: 14m³/s

Gemiddelde zomerafvoer: 10m³/s

Gemiddelde winterafvoer: 18m³/s

Maximaal (één keer per jaar): 75m³/s

Maximaal gemeten: 102m³/s

Op basis van deze voorlopige gegevens is uitgegaan van een verval van 0,53m en een debiet over de stuw, vispassage en kanogoot dat circa 14m³/s bedraagt. Op basis van deze voorlopige

selectiecriteria is gezocht naar geschikte varianten voor een waterkrachtcentrale. Tevens is aangenomen dat de stroomsnelheid voor en achter de Vughterstuw niet groter is dan 1,50m/s op basis van een indicatieve meting.14

13

Door Parklaan verkregen gegevens, via Jacco de Hoog van Waterschap De Dommel, voor aanvang van het project.

14

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 18

3.2

_{Varianten waterkrachtcentrale}

Aan de hand van deskresearch zijn een vijftiental waterkrachtcentrales bekeken. Voor een

beschrijving van de afgevallen systemen zie bijlage IV. Per variant is het minimale benodigd verval weergegeven (zie tabel 3.1). Op basis van dit benodigd verval en het aanwezige verval van 0,53m over de Vughterstuw is een schifting gemaakt. Alle varianten die niet functioneren bij een verval kleiner dan 0,6m zijn afgevallen.

Waterkrachtcentrale Benodigde verval [m] Middenslaand rad15 _{1 – 3} Bovenslaand rad16 2,5 - 10 Onderslaand rad17 _{0,6 – 10} Francis turbine >10 Kaplan turbine18 _{10 - 70} Pelton19 20 - 1800 VLH turbine 1,5 - 4,5 Bulb turbine 2 - 35 Crossflow turbine20 _{2,5 - 200} Vortex turbine21 0,7 – 2 Lamella tube22 _>0,8 Vijzelturbine23 _0,50> Oryon Watermill24,25 _{0 - 2} VIVACE26 0* FlipWing 0*

*Deze waterkrachtcentrales maken gebruik van stroomsnelheid in plaats van verval. Tabel 3.1 Lijst van mogelijke varianten met bijbehorend benodigd verval27

Uit deze studie blijkt dat elf varianten niet functioneren bij een verval kleiner dan 0,60m. De vier gekozen varianten (de vijzelturbine, de Oryon Watermill, de VIVACE en de FlipWing) zijn nader onderzocht op inpassing nabij de Vughterstuw.

De VIVACE en de FlipWing zijn afhankelijk van stroomsnelheid. Gezien de stroomsnelheid van 1,5m/s131414 nabij de stuwkleppen is besloten om beide varianten mee te nemen in het vervolg van de variantenstudie. Een uitgebreide studie van deze varianten volgt in hoofdstuk 4.

15 Zie: http://www.hydrowatt.de/sites/produkt/prod_ms.html 16 Zie: http://www.hydrowatt.de/sites/produkt/produkte.html 17 Zie: http://hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0708/beiere/3/html/bi/3/fichiers/Muller_histo.pdf 18 Zie: http://www.renewablesfirst.co.uk/hydro-learning-centre/kaplan-turbines/ 19 Zie: http://www.renewablesfirst.co.uk/hydro-learning-centre/pelton-turgo-turbines/ 20 Zie: http://www.ossberger.de/cms/pt/hydro/ossberger-turbine/ 21 Zie: http://www.zotloeterer.com/willkommen/gravitations-wasser-wirbelkraftanlagen/ 22 Zie: http://www.nettowatt.be/technology/lamella/ 23

Zie: E-mailcontact met Fishflow Innovations (Bijlage III)

24 Zie: http://www.oryon.nu/index.php?p=watermill 25 Zie: http://www.duurzaambedrijfsleven.nl/60098/de-oryon-watermill-een-watermolen-met-nieuwe-krachten/ 26

Zie: Waterkracht in Nederland met VIVACE

27

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 19

3.3

_{Data-analyse Vughterstuw}

Correspondentie met Waterschap De Dommel resulteerde in het verkrijgen van de debiet- en vervalgegevens van respectievelijk rivier de Dommel en de Vughterstuw. De gegevens bestaan uit metingen per uur vanaf 1 januari 2005 tot en met oktober 2013. Alle metingen van het waterschap zijn weergegeven in de grafiek ‘Data Waterschap De Dommel, Vughterstuw’ in bijlage VII.I. Het resterende haalbaarheidsonderzoek is verricht aan de hand van deze gegevens, hierdoor komen de voorlopige gegevens uit paragraaf 3.1 te vervallen. Aan de hand van paragraaf 3.3.1 (de

debietsanalyse) en paragraaf 3.3.2 (de vervalanalyse) wordt in paragraaf 3.3.3 het technisch potentieel van een waterkrachtcentrale ter plaatsen van de Vughterstuw berekend.

Het theoretisch potentieel is de maximale hoeveelheid energie die op jaarbasis op een locatie beschikbaar is. Het opwekken van het theoretisch potentieel is in praktijk niet haalbaar. Het

theoretisch potentieel is gedefinieerd als de maximale hoeveelheid energie die in een ideale situatie kan worden opgewekt (geen energieverlies en zonder stilstand van de installatie). Het technisch potentieel bestaat uit een correctie van het theoretisch potentieel. 28

Om te bepalen wat de optimale bedrijfstijd is van de Vughterstuw, welk debiet hierbij hoort en wat het optimale verval is worden onderstaande berekeningen uitgevoerd (de gehele berekening bevindt zich in bijlage VII.I). Deze berekeningen bepalen het debiet waarop het theoretisch potentieel

maximaal is. Met behulp van beide gegevens is vervolgens een optimale bedrijfstijd voor de waterkrachtcentrale bepaald met een bijbehorend technisch potentieel (het aantal kWh/jaar). Het bruto vermogen is het vermogen dat de waterkrachtcentrale in theorie opwekt:

( )

bruto

P t ₌Q_{⋅ ∆ ⋅ ⋅}h g ρ

Formule 3.1

Met behulp van het vermogen is de totale hoeveelheid energie te berekenen:

0

( )

E

₌

∫

P

t dt

Omdat de waterkrachtcentrale niet altijd in werking is door bijvoorbeeld onderhoud, defect of het onderschrijden van het ontwerpdebiet, moet gerekend worden met een netto vermogen.

netto bruto

P =P ⋅η _{Formule 3.3}

Dit netto vermogen levert het technisch potentieel, waarmee het aantal huishoudens wordt bepaald dat van energie kan worden voorzien.

0

( )

E

₌

∫

P

t dt

Voor deze formules geldt:

Pbrutto bruto vermogen [kW]; Pnetto netto vermogen [kW]; 28

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 20 Etheoretisch theoretisch potentieel [kWh];

Etechnisch technisch potentieel [kWh];

Q debiet [m³/s];

Δh verval [m];

g gravitatieconstante [m/s²]; ρ dichtheid van het water [kg/m³];

η rendement [-]

Aangezien debiet en verval bepalend zijn voor de uiteindelijke berekening van het technisch potentieel (zie formule 3.1) is in de volgende paragrafen een debietsanalyse en een vervalanalyse uitgevoerd.

In de figuur VII.6 in bijlage VII.I is te zien dat de Dommel een regenrivier is met duidelijke

seizoensinvloeden. Omdat deze seizoensinvloeden jaarlijks terugkerend zijn is besloten om één jaar nader te beschouwen.29

3.3.1 Debietsanalyse

Het debiet is gedefinieerd als de hoeveelheid water die per tijdseenheid wordt getransporteerd. Hoe meer water er over de stuw gaat hoe groter de potentie is voor het opwekken van energie (zie formule 3.1).

Gekeken is naar de meetgegevens van het waterschap De Dommel van oktober 2012 tot en met september 2013. In figuur 3.1 is het debiet over de Vughterstuw in dit jaar weergegeven.

In de set gegevens is het debiet opgenomen van de Dommel, echter is dit het debiet van de gehele Dommel. Dit verschilt van het debiet dat de Vughterstuw passeert. Een deel van het water passeert via de kanogoot en de vispassage. Vandaar dat een correctie op het debiet is toegepast. Zie bijlage VII.I voor de bepaling van deze correctie.

Figuur 3.1 Het debiet over de Vughterstuw van oktober 2012 tot en met september 2013.

29

Zie: Haalbaarheidsonderzoek Waterkracht te Doesburg 0 10 20 30 40 50 60 70 Debiet [m³/s] Datum

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 21

De data van oktober 2012 tot en met september 2013 worden gebruikt om de overschrijdingsgrafiek (zie figuur 3.2 ‘Overschrijdingsgrafiek van het debiet’) op te stellen. Bij een debiet van 10m3/s is af te lezen dat het overschrijdingspercentage 50% is. Dit betekent dat de helft van een jaar het debiet groter is dan 10m3_/s.

De waterkrachtcentrale is ontworpen op een debiet dat in combinatie met het aantal werkzame uren de meeste energie opwekt. Het aantal werkzame uren wordt mede bepaald door deze

overschrijdingskans.

Figuur 3.2 Overschrijdingsgrafiek debiet

In paragraaf 3.3.3, wordt het meest gunstige ontwerpdebiet berekend. Voor die berekening is uit figuur 3.2 het debiet met bijbehorend overschrijdingspercentage bepaald.

3.3.2 Vervalanalyse

Het verval van het water is bepalend in de energieberekening. Hoe groter het verval des te groter het potentieel voor de waterkrachtcentrale(zie formule 3.1). Het verval is bepaald uit de waterstanden:

∆ =h hbovenstrooms −hbenedenstrooms

In figuur 3.3 zijn zowel de waterstanden als het verval van oktober 2012 tot en met september 2013 weergegeven. 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0 10 20 30 40 50 Overschrijdings-percentage Debiet[m³/s] Overschrijdingsgrafiek debiet

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 22 Figuur 3.3 Waterstanden beneden- en bovenstrooms en het verval.

Om het debiet met een bepaald voorkomen te meten met een bijbehorend verval is ook voor het verval de ‘Overschrijdingsgrafiek van het Verval’ bepaald, weergegeven in figuur 3.4. Uit de grafiek is af te lezen hoe vaak een gegeven verval wordt overschreden.

Figuur 3.4 Overschrijdingsgrafiek verval

Uit figuur 3.3 en figuur 3.4 is af te lezen dat 80% van de tijd het verval circa 0,50m bedraagt. Hierdoor is in de energieberekening gerekend met een constant verval van 0,50m.

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 +NAP[m] Datum

Waterstand/Verval Vughterstuw oktober 2012- september 2013

Bovenstrooms Benedenstrooms Verval

0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% 0,00 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Overschrijdings-percentage Verval[m] Overschrijdingsgrafiek Verval

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 23

3.3.3 Berekening technisch potentieel

Het technisch potentieel wordt uitgerekend hierbij wordt rekening gehouden met energieverliezen en het eventuele onderhoud (stilstaan) van de waterkrachtcentrale.

In tabel 3.2 is voor de frequenties tussen 20% en 50% het technisch potentieel, vertaald naar huishoudens, weergegeven. Dit is gedaan met behulp van de debietfrequentie en een verval van 0,5m. De combinatie tussen het ontwerpdebiet (het debiet waarop de waterkrachtcentrale wordt afgesteld) en het, aan de hand van afbeelding 3.1 bepaalde minimum van 50% waarbij de

waterkrachtcentrale het rendement van het ontwerp debiet behoudt, bepaalt de totale opbrengst. Dus het ontwerpdebiet plus 50% van het ontwerpdebiet geeft het totaal aan op te wekken energie.

Afbeelding 3.1 Efficiëntie versus percentage ontwerpdebiet.30 Voor-komen [%] Ontwerp Debiet [m³/s] Verval [m] Debiet 50% [m³/s] Voor-komen [%] Pbruto [kW] Etheorethisch [MWh] Pnetto [kW] Etechnisch [MWh] Huis-houdens31 50% 9,3 0,50 4,65 84% 45,6 359,6 24,5 192,8 53,5 45% 10 0,50 5 82% 49,1 386,7 24,9 196,4 54,6 40% 10,9 0,50 5,45 79% 53,5 421,5 25,4 200,6 55,7 35% 11,8 0,50 5,9 76% 57,9 456,3 25,7 202,6 56,3 30% 12,6 0,50 6,3 73% 61,8 487,25 25,5 200,7 55,8 25% 13,6 0,50 6,8 69% 66,7 525,9 25,1 197,7 54,9 20% 14,8 0,50 7,4 64% 72,6 572,3 24,4 192,3 53,4

Tabel 3.2 Het technisch potentieel, uitgedrukt in huishoudens voor frequentie 20% tot en met 50% voor twee stuwkleppen.

Uit tabel 3.2 is af te lezen dat een percentage van 35% met een debiet van 11,8m³/s en een verval van 0,50m het grootste theoretisch potentieel geeft.

Voor de varianten die energie opwekken uit het verval en debiet is een verval van 0,50m en een debiet 5,9m³/s aangehouden. Deze 5,9m³/s is het debiet door één stuwklep. Dit geeft een energieopbrengst van 101.300 kWh/jaar door één stuwklep, ofwel circa 28 huishoudens.

30

Zie: Haalbaarheidsonderzoek Waterkracht te Doesburg

31

Een gemiddeld huishouden verbruikt 3500kWh/jaar. Zie: http://www.milieucentraal.nl/thema's/thema-1/energie-besparen/gemiddeld-energieverbruik/

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 24

Er wordt vanuit gegaan dat, wanneer het ontwerpdebiet met meer dan de halve capaciteit wordt onderschreden, geen energie wordt opwekt.32

3.4

_{Berekening klepstand Vughterstuw}

De klepstand van de stuw is gebruikt voor het ontwerp van de waterkrachtcentrale. Aan de hand van de situatie (volkomen/onvolkomen) en de beschikbare meetgegevens van het waterschap wordt deze klepstand bepaald. Deze berekening is gemaakt vanwege het ontbreken van de hoogte van stuwklep. De volledige berekening is opgenomen in bijlage VII.II.

3.4.1 Volkomen/Onvolkomen overlaat

Een stuw wordt in de hydrologie gezien als overlaat. De overlaat kan op twee verschillende manieren functioneren; volkomen en onvolkomen. In het geval van een volkomen overlaat wordt het debiet niet beïnvloed door het water benedenstrooms. In het geval van een onvolkomen overlaat remt het water benedenstrooms het bovenstroomse water. Om aan de stuwklep te rekenen is het dus belangrijk te bepalen of de situatie volkomen of onvolkomen van toepassing is.

Volkomen overlaat (zie afbeelding 3.2)

Voor de berekeningen aan de stuw is gerekend met het debiet dat minimaal 35% van de tijd voorkomt, zoals berekend in paragraaf 3.3.

Voor de stuw, die zich gedraagt als volkomen overlaat wordt, uitgegaan van de vuistregel33_:

2

3

h

_≤

H

Voor een volkomen overlaat geldt: 3

2

1, 7

v

Q _{= ⋅}m B H_{⋅ ⋅}

Afbeelding 3.2 Hoogtes Volkomen overlaat

De hoogte van de stuwklep blijkt 1,14m te zijn. Hierbij is als coëfficiënt voor de overlaat uitgegaan van 1,1.34 _{De breedte van de stuw (één stuwklep) is 5,0m, de bodem van de stuw licht op +0,90m} NAP en de klephoogte is +2,04m NAP.

Onvolkomen overlaat (zie afbeelding 3.3) Een overlaat gedraagt zich onvolkomen als geldt:

32

Zie: Haalbaarheidsonderzoek Waterkracht te Doesburg

33

Zie: http://www.aquacalq.nl

34

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 25

2

3

h

_>

H

Wanneer een volkomen overlaat verandert in een onvolkomen overlaat gebeurt dit op één van deze twee manieren:

- h2 neemt toe, hs blijft gelijk (onvolkomen A) - h2 blijft gelijk, hs neemt af (onvolkomen B) Voor een onvolkomen overlaat geldt:

2 ( )

ov

Q =m B h⋅ ⋅ ⋅ g H−h

Afbeelding 3.3 Hoogtes Onvolkomen overlaat

Resultaat

Om de grens aan te geven waar onder de standaard omstandigheden (35% van het debiet, zoals is berekend in paragraaf 3.3) de stuw verandert in een onvolkomen overlaat is tabel 3.3 opgesteld.

Volkomen Onvolkomen A Onvolkomen B

h1, waterniveau benedenstrooms [m]

1,88 (+2,78m NAP*) 1,88 (+2,78m NAP) 1,88 (+2,78m NAP) h2, waterniveau

bovenstrooms [m]

1,37 (+2,27m NAP) 1,63 (+2,53m NAP) 1,37 (+2,27m NAP)

B, Breedte [m] 5 5 5

Q, Debiet [m³/s] 5,9 5,9 17,7

Hs, klephoogte [m] 1,14 (+2,04m NAP) 1,14 (+2,04m NAP) 0,35 (+1,25m NAP) Tabel 3.3 Berekeningsresultaat volkomen, onvolkomen A en onvolkomen B. *Bodem van de stuw ligt op +0,90m NAP.

In geval van situatie ‘onvolkomen A’ neemt het waterniveau benedenstrooms toe tot +2,53m NAP. Bij situatie onvolkomen neemt, behalve de klephoogte af naar +1,25m NAP, het debiet toe tot 17,7m³/s.

De klepstand wordt, bij een debiet dat 35% van de tijd voorkomt van 5,9m³/s (over één klep), op +2,04m gesteld. Deze klepstand wordt gebruikt bij de ontwerptekeningen van de

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 26

3.5

_{Programma van eisen waterkrachtcentrale}

Dit programma van eisen beschrijft de functionele eisen, niet-functionele eisen, technische eisen, randvoorwaarden en uitgangspunten die betrekking hebben op de waterkrachtcentrale.

In onderstaand overzicht is het programma van eisen voor de waterkrachtcentrale weergegeven. Deze eisen zijn opgesteld aan de hand van gesprekken met opdrachtgever Parklaan, waterschap De Dommel, waterschap Aa en Maas, gemeente ’s-Hertogenbosch en Bram Taks van de business case Waterkracht St. Michielsgestel (zie bijlage III). Daarnaast is gebruik gemaakt van het programma van eisen van de overtoom zoals opgesteld door Ivo Scheffers van de gemeente ’s-Hertogenbosch in samenspraak met de bovengenoemde waterschappen (zie bijlage IX). Voor de uitgangspunten wordt gebruikt gemaakt van de data-analyse in paragraaf 3.3 en 3.4. Het programma van eisen dat hieruit volgt is gebruikt voor het opstellen van de trade-off matrix waarin de vier varianten met elkaar zijn vergeleken (zie hoofdstuk 4.3).

De opgenomen eisen zijn op basis van prioriteit (P) verdeeld in twee categorieën: de minimumeisen (M) en de wensen waaraan het op te leveren product moet voldoen (W). Wensen zijn niet

noodzakelijk maar zorgen voor een hogere score in de trade-off matrix. Van welke betrokken partij de eis afkomstig is, waterschap De Dommel (DD), waterschap Aa en Maas (AM), gemeente ’s-Hertogenbosch (‘sH), Parklaan (PL) of algemeen (A), wordt aangegeven in de kolom betrokken partij (BP).

De blauw gemarkeerde eisen komen direct terug in de trade-off matrix. De ongemarkeerde eisen worden ondervangen in overige criteria van de trade-off matrix.

Bijvoorbeeld functionele eis A7 “De bodem van de Dommel blijft beschermd tegen erosie” wordt meegenomen in de aanlegkosten. Hierop wordt verder ingegaan in bijlage VIII.

1.1 Functionele eisen

A Functionele eis Toelichting P BP

1 Effectief rendement: De installatie is geschikt om energie op te wekken waarbij de capaciteit van de

waterkrachtcentrale in evenwicht dient te zijn met de investering en de

levensduur.

Dit evenwicht moet zorgen voor een positief effectief rendement voor ten minste 50 huishoudens, ofwel 180000 kWh/jaar.

M PL

2 Belemmering waterkwaliteit: De waterkrachtcentrale voldoet aan de eisen van waterkwaliteit zoals vermeldt in de ter plaatse van de Vughterstuw geldende richtlijnen van de beide waterschappen.

De waterkrachtcentrale dient geen belemmering te veroorzaken ten aanzien van de waterkwaliteit. Er mogen geen verontreinigende stoffen (zoals bijvoorbeeld olie) in het water

terechtkomen, het zuurstofgehalte moet op peil blijven en ook de

watertemperatuur mag niet veranderen als gevolg van de activiteiten.

M DD AM

3 Bezoekersveiligheid: In verband met de recreatieve waarde van de

waterkrachtcentrale dient deze veilig te zijn voor bezoekers.

De gevaarlijke componenten van de waterkrachtcentrale dienen

afgeschermd en/of ontoegankelijk te zijn.

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 27 4 Visvriendelijkheid: De

waterkrachtcentrale veroorzaakt geen belemmering voor vismigratie.

Vistrap dient altijd watervoerend te zijn. Tevens dienen bewegende delen van de waterkrachtcentrale geen gevaar te veroorzaken voor vissen.

M DD

5 Vaarvriendelijkheid: De vaarroute moet aan beide zijden van de Vughterstuw veilig te bevaren zijn.

De waterkrachtcentrale veroorzaakt mogelijk stroomsnelheden met turbulentie.

M ‘sH

6 Detaillering is zodanig dat drijfvuil, in het bijzonder restanten van waternavel, zich niet ophoopt rond de

waterkrachtcentrale.

Drijfvuil zorgt voor opstuwing in het watersysteem en mogelijke schade aan de waterkrachtcentrale wat niet gewenst is. Ook kunnen plantenresten gaan rotten wat stankoverlast veroorzaakt.

W DD AM ‘sH

7 De bodem van de Dommel blijft beschermd tegen erosie.

Door plaatsing van de

waterkrachtcentrale vindt mogelijk erosie plaats op een andere plaats dan waar het stortebed is aangelegd. Hierdoor is extra bodembescherming nodig.

M DD AM

8 Positie van de waterkrachtcentrale maakt het onbelemmerd overdragen van roeiboten van roeivereniging De Hertog mogelijk.

Ter plaatse van de noordoever van het Vughtereiland liggen

oevervoorzieningen, die het mogelijk maken de slanke roeiboten van R.V. De Hertog over te dragen. Dit programma van eisen borgt de bestaande

overdraagmogelijkheden.

M ‘sH

1.2 Niet functionele eisen

B Niet-functionele eis Toelichting P BP

1 ‘Groene’ uitstraling:

De waterkrachtcentrale versterkt de ‘groene’ uitstraling van het

Vughtereiland.

De waterkrachtcentrale geeft het

Vughtereiland een bijzondere uitstraling. Bezoekers moeten de mogelijkheid hebben de waterkrachtcentrale te ervaren.

M ‘sH PL

2 De waterkrachtcentrale dient, ter bevordering van de duurzame uitstraling, energie te leveren aan de overtoom.

Dit aspect verhoogt de educatieve waarde van de locatie; opzet is om dit aspect ter plaatse beleefbaar te maken.

W ‘sH PL

1.3 Technische eisen

C Technische eis Toelichting P BP

1 Opstuwing: Opstuwing ten gevolge van de waterkrachtcentrale bedraagt maximaal 0,15 meter.

Te veel opstuwing zorgt voor onnodige wateroverlast in het watersysteem en wordt daarom niet getolereerd door waterschap De Dommel. Bij een

geschatte opstuwing onder 0,15m wordt de opstuwing doorgerekend in een hydrologisch model van het waterschap,

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 28

om de exacte gevolgen voor het gehele watersysteem te analyseren.35

2 Sterkte: De constructie met installaties is bestand tegen een maximaal debiet van 40m³/s.

Het reguliere debiet van de Vughterstuw ligt om en nabij de 11,8m³/s. Het

maximale debiet van de Vughterstuw is, met de aftrek van het stroomgebied over het Vughtereiland, geschat op 40m³/s.

M A

3 Alle componenten vandaalbestendig uitvoeren.

Dit aspect realiseren door doordacht te ontwerpen én slimme plaatsing in het landschap. Hierbij dient de

aantrekkelijkheid van het ontwerp niet verloren te gaan.

M A

4 Rekening houden met kabels & leidingen in het plangebied.

Op basis van een KLIC-melding is de ligging van de kabels en leidingen bekend.

M A

1.4 Randvoorwaarden

D Randvoorwaarden Toelichting P BP

1 Geen aanpassingen aan de

stuw/vispassage. Ten behoeve van de aanleg hoeven geen aanpassingen aan de stuw of vispassage worden gedaan.

Wanneer ingrijpende aanpassingen moeten worden gedaan aan de stuw of vispassage ten behoeve van de

waterkrachtcentrale wordt het traject vertraagd met ten minste 2 jaar (aanname). Aangezien het project dan moet wachten op pilotproject

Waterkracht St. Michielsgestel. Dit geldt niet voor aanpassingen aan de omgeving van de stuw (zoals stortebed en

fundering aanbrengen).

W DD

2 Betrouwbaarheid van de techniek. Het voorkeursalternatief dient een

betrouwbare techniek te zijn.

Aangezien laag verval

waterkrachtcentrales nog enigszins in de kinderschoenen staan is het van belang dat het voorkeursalternatief

betrouwbaar en getest is.

W A

1.5 Uitgangspunten

E Uitgangspunten Toelichting P BP

1 De stroomsnelheid bovenstrooms ter plaatse van de Vughterstuw bedraagt circa 0,50m/s. Ter plaatse van de vispassage is dit circa 1,0m/s.

Deze snelheid is bepaald op basis van een indicatieve meting. 36

A

2 Het verval waarmee gerekend dient te worden is 0,50m.

Dit verval komt circa 80% van de tijd voor (zie paragraaf 3.3).

A 3 Het debiet waarmee gerekend dient te

worden is 5,9m³/s.

Dit is het debiet over de Vughterstuw (door één klep) dat de meeste energie

A

35

Zie: Gesprek Waterschap De Dommel (Bijlage III)

36

Vooronderzoek waterkrachtcentrale | 29 opbrengt.

4 Het bovenstroomse stuwpeil bedraagt +2,78m NAP. Het benedenstroomse streefpeil bedraagt +2,27m NAP.

A

5 De bodem van de Dommel nabij de Vughterstuw bevindt zich op 0,00 NAP. Dit geldt zowel boven- als

benedenstrooms.

A

6 De klepstand van de stuw wordt aangehouden op +2,04m NAP.

Zie paragraaf 3.4 en bijlage VII.II. 7 Voor de berekening van het effectief

wordt een belastingkorting van 7,5€ct/kWh aangehouden.

Bij samenwerking met

energiecoöperatie 073 wordt een belastingkorting van 7,5€ct/kWh gerealiseerd. Op basis van de berekening in bijlage VIII.III wordt uitgegaan van deze korting.

Voorkeursvarianten waterkrachtcentrale| 31

4

_{Voorkeursvarianten waterkrachtcentrale}

In dit hoofdstuk worden de vier voorkeursvarianten, zoals bepaald in paragraaf 3.2, nader bekeken. Eerst wordt per variant een korte uitleg gegeven van de werking van het systeem. Vervolgens is per variant een ontwerp op schetsniveau uitgewerkt (zie bijlage XVIII) en voorzien van een

ontwerptoelichting (zie paragraaf 4.2). Op basis van deze ontwerpen is in paragraaf 4.3 een trade-off matrix ingevuld om te komen tot een voorkeursalternatief. Het ontwerpen en beoordelen van de varianten in de trade-off matrix gebeurt op basis van het in paragraaf 3.5 opgestelde programma van eisen.

4.1

_{De vier voorkeursvarianten; een korte introductie}

4.1.1 Oryon Watermill

De Oryon Watermill (afbeelding 4.1) maakt gebruik van het verval van de stuw. Wanneer het water over de stuwklep valt wordt het opgevangen door een taps toelopende bak (de venturi). Door deze trechtervorm neemt de stroomsnelheid van het water dat langs de rotor stroomt toe. Dit geeft het water een versnelling van maximaal een factor 1,8 (getest in horizontale situatie met laminaire stroming).37 _{De uitstroomsnelheid is uiteindelijk 10% lager dan de instroomsnelheid.}

Afbeelding 4.1 Bovenaanzicht van de Oryon Watermill38

Om informatie te verkrijgen over de Oryon Watermill is een gesprek gevoerd met Deepwater-Energy, de ontwerper van het systeem.

4.1.2 VIVACE

De VIVACE is een uitvinding gedaan aan de Universiteit van Michigan, waar het systeem nog altijd in ontwikkeling is. De beoogde werking van het VIVACE systeem is weergegeven in afbeelding 4.2. De VIVACE elementen worden op de bodem van een rivier geplaatst. De waterstroom zorgt ervoor dat cilinders op en neer bewegen. Hierdoor beweegt een magneet langs een spoel, waardoor een

37

Zie: Gesprek Deepwater Energy (Bijlage III)

38

Voorkeursvarianten waterkrachtcentrale| 32

gelijkstroom ontstaat. Deze gelijkstroom wordt omgezet in wisselstroom waarna het wordt afgeleverd aan het energienetwerk.

Om meer informatie over het VIVACE systeem te verkrijgen is een gesprek gevoerd met ir. Gerard Pragt van ingenieursbureau Tauw (zie bijlage III). Op basis van dit gesprek en het

haalbaarheidsonderzoek Waterkracht in Nederland met VIVACE is besloten om het VIVACE systeem te ontwerpen in de vispassage. Meer informatie hierover wordt besproken in de ontwerptoelichting in paragraaf 4.2.

Afbeelding 4.2 Hoe werkt VIVACE. 39

4.1.3 Vijzelturbine

De vijzelturbine (afbeelding 4.3), die ook wel bekend staat als de schroef van Archimedes, is een systeem dat al vele honderden jaren wordt toegepast. Voorheen werd het echter alleen gebruikt om water op te pompen, en niet om energie op te wekken.40

Bij deze turbine stroomt het water langs de schroef naar beneden waardoor deze om zijn as draait. Die omwenteling zorgt voor de opwekking van energie.

Afbeelding 4.3 Een vijzelturbine in New England (VS)41

39

Zie: http://www.csmonitor.com/Innovation/2009/0528/how-vivace-works

40

Voorkeursvarianten waterkrachtcentrale| 33

Om informatie te verkrijgen over de vijzelturbine is contact opgenomen met FishFlow Innovations. Dit bedrijf is gespecialiseerd in het ontwerpen van vijzelturbines. Zij hebben de afmetingen voor een vijzelturbine bij een verval van 0,5m verstrekt.

Een belangrijke reden dat de vijzelturbine wordt onderzocht in dit haalbaarheidsonderzoek is om een referentiekader te creëren met de business case waterkracht St. Michelsgestel waarin een

vijzelturbine wordt toegepast (zie randvoorwaarde D1 van het programma van eisen).

4.1.4 FlipWing

De FlipWing C-2 Medium (vanaf nu FlipWing) is weergegeven in afbeelding 4.4. Op afbeelding 4.5 is een zijaanzicht van het gepatenteerde systeem weergegeven. Hier op is duidelijk te zien dat één rad bestaat uit vier bladen. Wanneer de bladen boven aan het rad zijn sluiten zij zich, waardoor de waterstroom het rad laat draaien. Op het moment dat de bladen naar beneden draaien worden zij door de zwaartekracht geopend waardoor het water vrije doorgang heeft en de stroming van het rad niet belemmerd wordt. De diameter van de FlipWing ‘medium’ is circa 2 meter, de breedte bedraagt circa 4 meter en het systeem draait met de snelheid van het stromende water (vanaf 1 m/s).42

Afbeelding 4.4 De FlipWing ‘C-2 Medium43 Afbeelding 4.5 Zijaanzicht van het FlipWing rad44

4.2

_{Ontwerptoelichting voorkeursvarianten waterkrachtcentrale}

In deze paragraaf worden de keuzes die hebben geleid tot het schetsontwerp van de waterkrachtcentrales toegelicht. In bijlage XVIII bevinden zich de tekeningen van deze schetsontwerpen.

De gemiddelde stand van de stuwklep die gebruikt is bij het ontwerpen is berekend in paragraaf 3.4.

4.2.1 Oryon Watermill

Het Oryon-systeem wordt geplaatst ter hoogte van één van de twee stuwkleppen aan de

benedenstroomse zijde. Hiervoor is gekozen omdat op deze plaats gebruik wordt gemaakt van het verval van de Vughterstuw. De Oryon Watermill is ontworpen met de onderkant van de taps toelopende bak (venturi) startend ter hoogte van de gemiddelde klepstand. Op deze manier wordt getracht zoveel mogelijk water in de opvangbak te laten stromen. Aangezien de Oryon een statisch 41

Zie: http://enthusiasm.cozy.org/archives/2013/05/reverse-archimedes-screw-turbine

42

Zie: Hydrovolts Canal Turbine

43

Zie: Hydrovolts Canal Turbine

44

Voorkeursvarianten waterkrachtcentrale| 34

systeem is wordt de stand van de venturi niet aangepast aan de klepstand. Dit houdt in dat, wanneer de klepstand hoger of lager is dan gemiddeld, de Oryon niet al het water opvangt dat door de stuw stroomt. Tevens is de venturi zo ontworpen dat deze niet in aanraking komt met de bewegende stuwklep.

Voor de lengte van de Oryon wordt, bij een stuwklep met een breedte van 5,0m, een lengte van 15m aangehouden45_{. Aan de benedenstroomse kant van de Vughterstuw is een stortebed van circa 30m} aangebracht. De eerste 4 à 5 meter van dit stortebed is ingewassen met beton, waardoor het nog beter is opgewassen tegen de turbulente stroming veroorzaakt door de stuw. Aangezien de Oryon er voor zorgt dat bij één van de twee stuwkleppen het merendeel van het water pas uitstroomt na 15m, moet mogelijk in navolging van dit rapport onderzocht worden of een sterker stortebed toepassen op 15m achter de stuw noodzakelijk is.

Uit het gesprek met Deepwater-Energy blijkt dat de Oryon zonder verdere funderingsvoorzieningen in de waterstroom te plaatsen is.

4.2.2 VIVACE

De VIVACE zet stromingsenergie om in een elektrische stroom. Om een maximaal rendement te halen is het belangrijk dat het water minimaal turbulent is, maar wél een hoog debiet heeft.46 Er is dan ook gezocht naar een locatie met minimale turbulentie, maar met een hoge afvoer of

stroomsnelheid.

Aan de benedenstroomse kant van de Vughterstuw is uiteraard veel turbulente stroming. Aan de bovenstroomse zijde van de Vughterstuw is het water minder turbulent. De stroomsnelheid van dit water is echter dermate laag47 dat het plaatsen van het VIVACE-systeem een laag rendement oplevert. Een mogelijke optie is het toepassen van een bypass of een betonnen bak die de stroomsnelheid verhoogt.

Een bypass, in de vorm van een vispassage, is reeds aanwezig ten noorden van het Vughtereiland. De VIVACE is volledig visvriendelijk en daarom is ervoor gekozen de VIVACE te ontwerpen in de

bestaande vispassage.

Er wordt een reeks van VIVACE-units geplaatst, zes per trap. Hierdoor staan de VIVACE-units één meter uit elkaar. De elementen zijn in serie achter elkaar geplaatst. Wanneer het water langs de zesde unit is gestroomd wordt verondersteld dat de stroomsnelheid van het water dermate is afgenomen dat meer units plaatsen geen toegevoegde waarde heeft. Wanneer het water de laatste unit is gepasseerd neemt de stroomsnelheid toe, waarna het proces bij de volgende trap wordt herhaald.48

In de huidige vispassage is bij iedere vernauwing (die bestaat uit een damwandconstructie) een grote steen geplaatst om de stroomsnelheid te verminderen.49 Deze steen moet worden verwijderd om de turbulentie te verminderen. Of deze aanpassingen constructief mogelijk zijn en wat de gevolgen voor

45

Zie: Gesprek Deepwater-Energy (Bijlage III)

46

Zie: Gesprek Tauw over VIVACE (Gerard Pragt) (Bijlage III)

47

Zie: Indicatieve meting omgeving Vughterstuw (Bijlage V)

48

Zie: Waterkracht in Nederland met VIVACE

49

Voorkeursvarianten waterkrachtcentrale| 35

de vissen zijn als gevolg van het plaatsen van de VIVACE-units moet bij een definitief ontwerp nader worden onderzocht.

4.2.3 Vijzelturbine

De dimensies die gebruikt zijn voor het schetsontwerp van de vijzelturbine zijn afkomstig van Fishflow Innovations. De voorgerekende afmetingen komen neer op een vijzel van 1,6m lang die onder een hoek van 22° ten opzicht van de bodem wordt geplaatst. De vijzel heeft een diameter van 4,0m. Dit is volgens Fishflow Innovations de meest optimale vijzelturbine voor een verval van circa 50 centimeter.

Het plaatsen van deze vijzelturbine vergt een aantal aanpassingen aan de Vughterstuw. Er moet onder andere een elektriciteitshuisje gemaakt worden waarin de mechanische onderdelen van de turbine worden geplaatst. Daarnaast moet een diagonale betonvloer worden aangebracht om het water langs de schroeven van de vijzel te geleiden. Ook moet een voetstuk gemaakt worden waarin de neus van de vijzel draait. Tevens moet een kroosrek geplaatst worden en een schuif die water tegenhoudt voor potentieel onderhoud.

Gezien de aard van dit schetsontwerp zijn de diagonale betonvloer, het voetstuk, het

elektriciteitshuisje, het kroosrek en de schuif indicatief ingetekend. De exacte dimensies moeten in een vervolg onderzoek worden bepaald.

De gemiddelde waterstand reikt tot het begin van de rotorbladen. Hierdoor stroomt zoveel mogelijk water over de rotorbladen.

Uit het ontwerp blijkt dat één stuwklep moet wijken voor de aanleg van de vijzel. Hierdoor moet het stuwsysteem op geheel andere wijze worden bestuurd dan voorheen. Wat de exacte gevolgen zijn voor het vervangen van een stuwklep door een vijzel moet blijken uit pilotproject St. Michielsgestel.

4.2.4 FlipWing

Aangezien de stroomsnelheid ter plaatse van de stuwklep het hoogste is, wordt de FlipWing ontworpen zo dicht mogelijk tegen de stuwklep in het bovenstroomse water. Voor het aanbrengen van de FlipWing is alleen een bevestigingssysteem benodigd om de rotor op zijn plaats te houden. In dit ontwerp is gekozen voor een eenvoudige verbinding met behulp van een stalen buis. Deze buis wordt op de betonconstructie van de stuw geplaatst. Met behulp van een ketting wordt de buis verbonden met de FlipWing.

Bij een vervolgontwerp moet worden onderzocht of dit de optimale manier van monteren is. Dit in verband met de extreme waterstanden die kunnen optreden ter plaatsen van de Vughterstuw. Mogelijk moet de FlipWing uitneembaar zijn bij deze extreme situaties.

Voorkeursvarianten waterkrachtcentrale| 36

4.3

_{Voorkeursalternatief waterkrachtcentrale}

4.3.1 De trade-off matrix

In deze paragraaf wordt de trade-off matrix (zie tabel 4.1), die moet leiden tot een

voorkeursalternatief voor een waterkrachtcentrale nabij de Vughterstuw, uitgewerkt en voorzien van beknopte toelichting. De vier varianten die zijn toegelicht in paragraaf 4.1 en 4.2 worden onder de loep genomen. Dit zijn: de Oryon Watermill, VIVACE, een vijzelturbine en de FlipWing. Op basis van de gemaakte ontwerpen (zie bijlage XVIII) wordt, aan de hand van geschatte getallen óf door middel van een waardering van ‘-‘, ‘0’ of ‘+’, een beoordeling gegeven aan een twaalftal criteria. Deze twaalf criteria zijn onderverdeeld in zes thema’s; financieel, esthetiek, ecologie, technische eisen, veiligheid en randvoorwaarden. De criteria worden nader toegelicht in paragraaf 4.3.2. en de gehele

argumentatie, per criterium, bevindt zich in bijlage VII.

In bijlage VI bevindt zich de risicoanalyse van de voorkeursvarianten. Deze risicoanalyse geeft inzicht in de mogelijke risico’s die optreden per criterium. De geconstateerde risico’s zijn meegenomen in de waardering van de varianten.

Tabel 4.1 De trade-off matrix op basis waarvan een voorkeursalternatief voor een waterkrachtcentrale wordt bepaald.

Criterium Oryon VIVACE Vijzel FlipWing

Financieel Effectief rendement [%] -0,20 1,74 -10,13 -2,66 Kosten Aankoopprijs energiecentrale [€] 225000 72000 300000 30000 Uitvoeringskosten [€] 50000 223000 10000 Beheer- en onderhoudskosten [€/jaar] 6000 2200 11000 700

Baten

Energieopbrengst [kWh/jaar] 100000 84000 100000 13000 Aantal huishoudens [3500kWh/huishouden] 28 28 28 3,7 Verwachte levensduur 25 30 20 20

Terugverdientijd [jaar] >25 23,5 >20 >20 Energieprijs per kiloWattuur [€/kWh] 0,19 0,15 0,28 0,22

Esthetiek 'Groene' uitstraling + 0 - + Ecologie Belemmering waterkwaliteit + + + 0 Visvriendelijkheid + + + + Technische eisen Opstuwing + 0 - 0 Sterkte - 0 + 0 Veiligheid Bezoekersveiligheid + 0 + 0 Vaarvriendelijkheid 0 + + 0 Randvoorwaarden

Geen aanpassingen aan de stuw/vistrap + 0 - +