An ocean of energy!

Surfers weten maar al te goed dat een golf vol met energie zit. Vandaag de dag is men echter in staat om deze energie effectief om te zetten in elektrische energie. Een golf krijgt zijn energie o.a. dankzij wind, zwaartekracht of oppervlakte spanning. We kunnen het vermogen van een golf exact berekenen met volgende formule:

De helft van de golfperiode (in seconden) vermenigvuldigd met de significante hoogte (in meters) in het kwadraat levert het vermogen per meter kambreedte in kilowatts. (De significante hoogte is de gemiddelde hoogte van de 33% hoogste golven.)

Zoals uit de formule blijkt, kunnen hoge golven heel wat energie bevatten.  Enkele situaties als voorbeeld:

• Bij een zware zeegang loopt het vermogen per meter kambreedte al vlug op tot waarden van een megawatt.
• De golven die elk jaar inbeuken op de Belgische kust bevatten ongeveer 12TWh aan energie.

Dit klinkt allemaal zeer veel belovend maar hoe gaan we nu juist die energie omzetten in elektrische stroom ? En kunnen we deze technieken wel toepassen in de Noordzee ?

Met speciale energieconvertoren kan de op-en neergaande beweging van de golven omgezet worden in elektrische energie. We zullen kort enkele technieken aanhalen om jullie meer inzicht te geven in de mogelijkheden van golfenergie. We kunnen twee types onderscheiden:

1. generatoren met een vaste positie

Deze hebben als voordeel dat ze makkelijker te onderhouden zijn dan hun drijvende tegenhangers. De enigste bewegende delen zijn namelijk de turbines. Het nadeel is echter dat het aantal geschikte plaatsen beperkt is.

Osprey

De Osprey of Ocean Swell Powered Renewable Energy zet de op- en neergaande beweging van het water om in een luchtstroom die een Wellsturbine aandrijft. Het bijzondere aan een Wellsturbine zijn de symmetrische schoepen waardoor de turbine, ongeacht de richting van de luchtstroom, steeds in dezelfde richting draait. In onderstaande schets wordt de werking van de Osprey weergegeven:

Het nadeel van deze techniek is echter dat de Wellsturbine een lager rendement heeft dan gewone turbines waardoor deze methode weinig energie-efficiënt is.

Tapchan

Een Tapchan (tapered channel) bestaat uit een versmald kanaal, dat in verbinding staat met een reservoir.

Doordat het instroomkanaal versmald is, zal naarmate de golven de rotswand naderen, hun hoogte (amplitude) toenemen. Hierdoor zal het water terechtkomen in het reservoir, dat enkele meters boven de zeespiegel staat. Op deze manier zetten we de kinetische energie van de golven om in potentiële energie. Vervolgens wordt het water doorheen een Kaplan-turbine gevoerd,om zo de potentiële energie
om te zetten in elektrische stroom.

2. drijvende generatoren

Zoals de naam het zegt genereren deze toestellen energie uit de harmonische beweging van het beweegbare deel van de generator. In tegenstelling met de generatoren met een vaste positie, is de hele machine vrij beweegbaar op het ritme van de golven. De rotor is nog wel vast gepositioneerd t.o.v de generator, maar de beweegbare delen zorgen voor een stroming van een fluïdum, dat de rotor aandrijft. Hierdoor hoeven ze niet zo robuust uitgevoerd te worden.

Pelamis

Deze generator bestaat uit een serie van cilindrische segmenten die verbonden zijn met speciale scharnieren.

Wanneer golven over de ganse lengte naar achter lopen, worden de hydraulische cilinders in de scharnieren aangedreven. Deze cilinders pompen olie heen en weer om een hydraulische motor aan te drijven. Om de werking beter begrijpen kijk je beste eens naar volgende video.
Het grote nadeel van de pelamis is dat het op het zeeoppervlak drijft en dus een hinder is voor de scheepvaart en zeedieren.

AWS

De Nederlandse firma Teamwork Technology ontwikkelde de Archimedes Wave Swing (AWS). Dit systeem is stormbestendig doordat het zich vijftien meter onder het wateroppervlak bevindt.

De AWS is een onderwater piston die gevuld is met lucht. Deze zal op en neer gaan bewegen als gevolg van de veranderingen in druk. De beweging van de piston wordt direct omgezet naar elektriciteit m.b.v. een lineaire generator  of een hydraulische systeem. Elke AWS kan tot 1,2MW genereren.

FO³

De F03 iseen punt-absorber systeem, dat bestaat uit een drijvend,verankerd platform met daarin 21 op en neer bewegende vlotters. De beweging van de vlotters wordt via een hydraulisch systeem omgezet naar elektrische energie.

klik hier voor de video

Kunnen we deze technieken wel toepassen in de Noordzee ?

Uit onderzoek van de vakgroep Weg- en Waterbouwkunde aan de Universiteit Gent blijkt dat golfenergie in België wel degelijk een optie is . De hedendaagse technologie zou echter wel moeten aangepast worden aan het golfklimaat en de bathymetrie van het Belgisch continentaal plat (BCP). Onze wateren worden namelijk afgeschermd door Nederland en het Verenigd Koninkrijk waardoor de golven kleiner zijn dan andere Europese kusten.

Uit het onderzoek bleek dat vooral de FO³ geschikt is voor het BCP.  “Ter plaatse van Westhinder heeft de F03 een nominaal vermogen van 600 kW en produceert hij gemiddeld ongeveer 200 kW. Verschillende convertoren zullen gegroepeerd worden tot een park. Uitgaande van een hartlijnafstand van 180 m tussen twee convertoren bedraagt het nominaal vermogen ca. 20 MW per km2. Dit is ongeveer het dubbel van het windmolenpark dat voorzien is op de Thornton bank. Het spreekt voor zich dat dit een belangrijk aspect is , wegens de beperkt beschikbare ruimte op het BCP” [1]

België zou dus zeker meer onderzoek moeten doen omtrent golfenergie zodat ze de beperkt ruimte op het BCP zo goed mogelijk benut wordt. Bovendien kan België ook investeren in golfenergie in andere landen zoals Portugal of Ierland. Deze landen zijn veel gunstiger voor golfenergie en de opgewekte energie zou gebruikt kunnen worden via een Super Grid. [2]

[1] De Backer, G. (2005).Golfenergie op het Belgisch continentaal plat?(UGent)

[2] https://mpptinspire.wordpress.com/2010/03/24/are-we-a-friend-of-the-supergrid/