Nederland koploper in omzetting naar warmte en elektriciteit
Zeeën van duurzame energie
Hans Buitelaar | donderdag 21 februari 2019
Maritieme Cluster, MET Event
De zee is 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 vormen bronnen van duurzame energie.
De ambities zijn groot: in 2050 denkt de overkoepelende organisatie Ocean Energy Europe 10 procent van de energiebehoefte in Europa te kunnen leveren met zee-energie. Installaties die begin 2019 in gebruik waren, leveren 254,8 MW in Europa. Dat moeten in 2050 100 GW zijn in de EU, stelt OEE. Dat zou 400.000 banen opleveren.
Drie Nederlandse ontwikkelaars van oceaanenergietechniek hopen in 2019 de stap te maken van proef naar bedrijfsmatige levering. Het Interreg programma voor Noordwest Europa van de EU stelde op 21 januari 12,8 miljoen euro beschikbaar voor het opschalen van proefprojecten naar concurrerende bronnen van energieopwekking.
Tocardo: getijdenenergie
Een turbine laten draaien in de stroming die ontstaat door het opkomen van zeewater met de vloed en het weer weglopen bij eb, is de oudste en meest ontwikkelde vorm van duurzame energieopwekking uit de zee. In Nederland levert het bedrijf Tocardo turbines. Een testopstelling bij de Stevinsluizen in de Afsluitdijk, wekt 300 kW op sinds 2005.
In 2015 voltooide het bedrijf de installatie van vijf turbines aan een grote buis voor de deuren van de Oosterschelde stormvloedkering. De capaciteit van die opstelling is 1,25 MW, genoeg voor de stroomvoorziening van Zeeuwse huishoudens. Dit jaar wil Tocardo nog eens vijf turbines bij de Oosterschelde installeren, voor de doorlaat naast de huidige turbines. Daarnaast is op korte termijn de plaatsing van een turbine onderwater in het Marsdiep tussen Den Helder en Texel gepland.
‘De ambitie is om voor 2025 in totaal 250 getijdenturbines te installeren in de Zeeuwse delta’
Met een consortium van Zeeuwse energiebedrijven stelt Tocardo een plan op 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”, zegt directeur Hans van Breugel. “Dat brengt het vermogen op 1000 MW, 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 dertig jaar afbetaald, maar levert nu wel tegen lagere prijs energie. Maar de Fransen bouwden speciaal een dam, in Zeeland liggen die er al even. De Zeeuwen kunnen een speciaal getijdenenergie abonnement afsluiten bij de elektriciteitsmaatschappij: ‘goed groen’.
REDstack: zoet-zout dialyse
In de uitwateringskom van de Oude Rijn achter het gemaal bij Katwijk gaat REDstack een tweede Blue Energy centrale 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 test installatie 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 stroom. “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’, bestaand uit een serie membranen, 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 in stroomt, biedt de mogelijkheid elektriciteit op te wekken. Het zout in zeewater bevat positief geladen natrium ionen 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 beweging 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) maakt gebruik van twee membraan soorten: 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-membraan en aan de andere kant de negatief geladen ionen het AEM-membraan. Tussen de membranen ontstaat nu ook spanningsverschil, dit wordt omgezet naar elektrische energie.
Het bedrijf REDstack produceert ‘stacks’ – een soort radiatoren opgebouwd uit membranen – waar aan de ene kant zoet water in stroomt en aan de andere kant zout water. De membranen worden gemaakt door Fuji Film.
Slow Mill: golfenergie
Het Nederlandse bedrijf Slow Mill is de eerste bedenker van een golfenergie systeem die echt elektriciteit gaat opwekken en leveren aan huishoudens op het eiland Texel. Drie kilometer uit de kust is in januari 2019 het grote holle betonnen anker geplaatst van de Slow Mill golf generator. Die bestaat uit een 20 meter lange drijver met een diameter van 2 meter, die in 8 meter 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 hydrauliekolie 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 energie van golven wisselt met de weersomstandigheden, is de opbrengst van de Slow Mill niet altijd gelijk. Daarom kan energie worden opgeslagen in de drijvende buis. De elektriciteitskabel komt op Texel bij Paal 12 aan land. Het paviljoen daar is de eerste die van golf-elektriciteit gebruik gaat maken. Onder ‘normale’ condities levert de golfgenerator zo’n 30 kW op. Dat zou genoeg zijn voor 10 huishoudens.
‘Met een lint van golfgeneratoren voor de kust kan Texel in haar energiebehoefte voorzien’
Slow Mill bedenker Erwin Croughs ziet grote mogelijkheden: “Als we een heel lint van naast elkaar geplaatste golfgeneratoren plaatsen voor de kust, kan Texel helemaal in haar energiebehoefte voorzien.” 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 onderwater dieren en planten.
