Waterkracht - Stromend rivierwater goed voor luchtkwaliteit

 
Waterkracht optimaal benutten voor een schone en duurzame energieproductie


Veel rivierwater geeft veel waterkracht voor elektriciteitsproductie
De hogere waterstanden in de stroomgebieden van de Rijn en Maas gaven in juni en juli 2016 gunstige omstandigheden voor stroomopwekking met waterkracht. 

Het stroomgebied van de Rijn is zeer uitgestrekt. Grote rivieren zoals de Moezel en de Main monden in de Rijn uit. Met het vele rivierwater wordt een aanzienlijk aantal megawatt (MW) opgewekt in de tientallen waterkrachtcentrales.
Het stroomgebied van de Maas is minder omvangrijk en bevat minder hoogteverschillen. De Maas is een regenrivier en de hoeveelheid rivierwater is gemiddeld aanzienlijk minder in vergelijking met de Rijn. De wateraanvoer in Nederland geeft niet zelden een wisselend beeld te zien die nauw samenhangt met de neerslag die in een korte tijdsperiode in Nederland en verder stroomopwaarts valt. Het aantal megawatt dat met het rivierwater wordt opgewekt en het aantal waterkrachtcentrales is beperkt in vergelijking met de Rijn.

Waterkrachtcentrales vormen een zeer schone en duurzame vorm van energieproductie. Veelal wordt de energie direct benut voor de productie van elektriciteit. De waterkrachtcentrales zijn zeer concurrerend met andere vormen van stroomproductie.

Noorwegen is wereldwijd koploper bij de productie van elektriciteit met waterkrachtcentrales. Niet in absolute aantallen megawatts, maar wel in het percentage van de elektriciteit dat met waterkracht wordt geproduceerd; jaarlijks 95 tot 100%.
Het land heeft een aantal zeer gunstige factoren zoals een aanzienlijk neerslag overschot, een rotsachtig landschap met talrijke waterstromen met veel hoogte verschillen, (smeltende) sneeuw in de hoger gelegen gebieden tot in de zomer, rivierverbredingen en meren die als natuurlijke waterreservoirs kunnen dienen. Het beperkte aantal inwoners per vierkante kilometer maakt het eenvoudiger om iedereen van elektriciteit te voorzien geproduceerd in waterkrachtcentrales. 
Hieronder twee foto's die de mogelijkheden van waterkracht in Noorwegen illustreren. 









Verschillende typen waterkrachtcentrales
Bij de waterkrachtcentrales in rivieren worden twee typen onderscheiden. Riviercentrales bij stuw- en sluiscomplexen en centrales waar de rivierwateropslag en watertoevoer geregeld is met een spaarbekken en een stuwdam. Bij de eerste dient het rivierwater regelmatig te kunnen verder stromen. Bij de tweede zijn voorzieningen om de waterkracht voor langere tijd in een stuwmeer op te slaan.

Bij de waterkrachtcentrales dient de vismigratie zo min mogelijk belemmerd te worden. Dit speelt bij de riviercentrales in gebieden met een omvangrijke visstand een belangrijke rol. Ook zonder energiecentrales dient de vispopulatie zo min mogelijk belemmerd te worden bij stuwen en sluizen. Hiervoor zijn visgeleidingssystemen en vistrappen belangrijk. Vissen kunnen stuwen en de sluizen via de vistrappen buitenom passeren.
Hieronder staat een foto van de vistrap bij het stuw-en sluizencomplex bij Amerongen-Maurik in de Neder-Rijn. Een stuw met een waterkrachtcentrale voor de productie van elektriciteit.





Andere vormen van gebruik van waterkracht
Een derde type waterkrachtcentrale komt de laatste jaren meer en meer in de belangstelling te staan; centrales met een of meerdere eenheden pompstation-waterturbine-stroomgenerator in combinatie met een groot waterreservoir. Een grote hoeveelheid water wordt bij deze centrales naar een hoger gelegen reservoir gepompt. Dit gebeurt bij voorkeur met goedkope stroom en/of met stroom die als restcapaciteit over is op het elektriciteitsnet.
De elektriciteitsproductie vindt plaats bij het gecontroleerd laten wegstromen van grote hoeveelheden water uit het reservoir via de waterturbines.

In feite gaat het bij deze vorm niet om de elektriciteitsproductie met waterkracht van rivierwater. Het omhoog pompen zal veelal plaatsvinden met elektriciteit geproduceerd met hoofdzakelijk fossiele energie en/of kernenergie.
De methode is echter even zo goed bruikbaar voor de opslag van een teveel aan geproduceerde zonne-energie en/of windenergie en/of energie opgewekt in een riviercentrale.
Met het omhoog pompen en het in een later stadium opnieuw kunnen gebruiken van de waterkracht voor elektriciteit gaat een aanzienlijk percentage van de energie verloren. Percentages van 30% energieverlies worden genoemd. De opgeslagen energie in de vorm van waterkracht kan wel op een gunstig tijdstip gebruikt worden voor de productie van elektriciteit.

Een vierde type waterkrachtcentrale maakt gebruik van eb en vloed en van getijdenstromingen. Deze centrales bevinden zich aan de kust en in de kustwateren. De productie van deze centrales staat veelal helemaal of voor een belangrijk deel los van de toevoer van rivierwater. Naar een toepassing op uitgebreide schaal van dergelijke centrales wordt nog het nodige onderzoek gedaan. De potentiële waterkracht voor de elektriciteitsproductie met de getijden en de zeestromingen zijn enorm en zijn voortdurend aanwezig. Iedere 24 uur en 365 dagen per jaar. De mogelijkheden om deze enorme bron van waterkracht te benutten lijken voor Nederland echter beperkt te zijn.

Een goed voorbeeld van een getijdencentrale is aanwezig in het Franse Saint Malo in Bretagne. Daar is in de monding van de rivier de Rance een getijdencentrale gebouwd. Het verschil tussen eb en vloed bedraagt op die plaats ruim tien meter. De productiecapaciteit van de centrale (opgestart in 1966) is 240 MW. De effectieve energieproductie van de centrale is beperkt omdat alleen het tijdelijk opgeslagen zeewater bij het weer terug stromen in zee benut kan worden voor de productie van elektriciteit.

Met de bouw van de Deltawerken is de Nieuwe Waterweg als enige min of meer natuurlijke monding van Rijn en Maas over gebleven. Op deze waterweg is scheepvaartverkeer erg belangrijk.
Bij de bouw van de Deltawerken is geen rekening gehouden met de mogelijkheden van getijdencentrales. Via de Oosterscheldekering vindt regelmatige in- en uitstroom van zeewater in de Oosterschelde plaats. Er zijn plannen om de in- en uitstroom van zeewater op meer plaatsen gecontroleerd mogelijk te maken.

Een aantal (proef)projecten met waterkrachtcentrales is vorm gegeven. In de Oosterscheldekering is een waterturbine met generator geplaatst. Voor de Brouwersdam zijn plannen ontwikkeld voor stroomopwekking. Voor stroomopwekking met de getijdenstromingen in de Waddenzee zijn een aantal projecten gestart. 

Kolengestookte centrales 
Kolengestookte centrales zijn in landen zoals Nederland, België en Duitsland nog steeds verreweg de belangrijkste bron van energie voor de stroomvoorziening. Veel van deze centrales liggen op de oevers van de Rijn of Maas. Deze locaties zijn gunstig voor de aanvoer van de kolen en voor de voorziening van grote hoeveelheden koelwater. Een belangrijk nadeel is de luchtverontreiniging en de broeikasgassen die ze veroorzaken. Vooral bij weinig of geen wind geeft dit directe en ingrijpende negatieve gevolgen voor de luchtkwaliteit. Luchtvervuiling en smogvorming die niet alleen plaatselijk en regionaal optreedt en die niet stopt bij landsgrenzen, maar zich uitstrekt over zeer grote gebieden.

Waterkracht belangrijk als bron van schone energie 
De duurzame productie met waterkracht was (en is) des te belangrijker tijdens perioden dat het niet of nauwelijks waait. In de maanden juni en juli van dit jaar was er weinig of geen wind. Niet alleen in Nederland maar eveneens in de aangrenzende landen Duitsland en België. Alsook in Luxemburg en grote delen van Frankrijk. De energieproductie van de windmolens was laag.

De duurzame energieproductie met de waterkrachtcentrales zorgden in juni en juli mede dankzij de hogere waterstanden voor de productie van de nodige schone megawatts.
Het produceren van stroom met waterkracht is vooral tijdens perioden met weinig wind naast de productie met zonne-energie de belangrijkste vorm van duurzame energie. Daarbij is de stroomproductie met waterkracht bij een voldoende hoeveelheid rivierwater over een langere periode stabiel te noemen. Dit is een belangrijk voordeel ingeval van omstandigheden van dagen met een sterk wisselend aantal zonuren.

Vooral in het stroomgebied van de Rijn wordt verder stroomopwaarts veel elektriciteit geproduceerd met behulp van waterkrachtcentrales. In Zwitserland en Oostenrijk wordt meer dan vijftig procent van de stroom geproduceerd door middel van waterkracht. In Zwitserland speelt hierbij het Rijnwater een belangrijke rol. In Duitsland en Frankrijk is de stroomproductie met Rijnwater relatief gezien beperkt; beide landen hebben echter een zeer grote elektriciteitsproductie. In de landen gaat het bij elkaar toch om een aanzienlijke productiecapaciteit van enkele duizenden megawatts met Rijnwater en met stromend water uit de zijrivieren.

Verder stroomopwaarts is het belangrijke voordeel van grotere hoogteverschillen aanwezig. Meer hoogteverschil in een rivierloop kan meer waterkracht in een waterkrachtcentrale geven. Bij grote hoogteverschillen komt de aanleg van stuwdammen met stuwmeren in beeld. Toch gaat het niet alleen om hoogteverschil. De hoeveelheid rivierwater en de kracht/druk die het stromende water kan uitoefenen is eveneens van belang.

In het relatief vlakke Nederland zijn enkele kleinere waterkrachtcentrales; in de Neder-Rijn bij Amerongen(Maurik) en in de Maas bij Linne en bij Alphen(Lith). Totaal gaat het om de productiecapaciteit van ruim 30 MW. Vergeleken met de grotere waterkrachtcentrales zijn deze productiecijfers gering.

In vergelijking met grote windturbines in een windenergiepark zijn de waterkrachtcentrales in Nederland klein te noemen. Twee tot vier moderne grote windmolens kunnen bij elkaar ongeveer 10 MW aan elektriciteit leveren.
De capaciteit van een grote windmolen aan de kust of in de kustwateren ligt in een aantal gevallen al in de buurt van 5 MW. De windturbines worden steeds groter. Een windturbine voor in de kustwateren van 8 MW zal naar verwachting in 2016 in bedrijf komen. De hoogte van dergelijke windmolens ligt rond de 200 meter.

Bij de genoemde cijfers dient rekening te worden gehouden met de zogenoemde productiefactor. Voor een windturbine met een maximale productiecapaciteit van 5 MW geldt op land een productiefactor van circa 30% en in de kustwateren een factor van circa 40%. Hiermee wordt rekening gehouden met uren met weinig of geen wind. De energieproductie over een langere tijdperiode ligt bij windturbine van 5 MW in de kustwateren op een effectieve productie van 2 MW gemiddeld ( omgerekend naar 24 uur en 365 dagen per jaar).

Voor het aantal huishoudens dat gemiddeld genomen met een megawatt van stroom kunnen worden voorzien, worden getallen van 800-1000 huishoudens gegeven.

Een dergelijke productiefactor is bij waterkrachtcentrales eveneens van betekenis. Bij een geringe toevoer van rivierwater is de productie van de waterturbines van riviercentrales laag. Bij grote en zeer grote waterafvoer is er een teveel aan rivierwater; rivierwater dat niet gebruikt kan worden voor de energieproductie.
Met een stuwmeer is de productiefactor aanzienlijk omhoog te brengen. Bij een teveel aan rivierwater bij een optimale productie wordt de resthoeveelheid rivierwater eenvoudig opgeslagen in het stuwmeer voor later-gebruik. Tijdens langere perioden van droogte zal de watervoorraad voor energieproductie in het stuwmeer toch op raken. Geen of weinig water in het stuwmeer betekent zondermeer een geringe energieproductie met de waterturbines. 

Een regelmatige toevoer van rivierwater is vooral bij riviercentrales maar ook bij centrales met een stuwmeer van belang. De omstandigheden in de maanden juni, juli en augustus van 2016 zijn bijzonder gunstig te noemen voor de energieproductie met waterkracht. De waterkrachtcentrales dragen voor een belangrijk deel bij aan een productie van elektriciteit waarbij de luchtkwaliteit niet nadelig wordt beïnvloed. 

Mogelijkheden benutten
In vergelijking met het aantal windturbines dat gebouwd is en gebouwd gaat worden in Nederland en de Nederlandse kustwateren lijkt waterkracht een te verwaarlozen vorm van energieopwekking te zijn. De invalshoek ‘alle kleine beetjes helpen’ is van toepassing. Dit geldt zeker tijdens perioden met weinig wind en bij hogere waterstanden in de Nederlandse rivieren. Elektriciteit geproduceerd met waterkracht is een zeer schone vorm van energieproductie. Het veroorzaakt geen luchtvervuiling en er zijn geen andere afvalstoffen.

De mogelijkheden voor waterkrachtcentrales in Nederland zijn niet uitgeput. Plannen voor een nieuwe centrale van rond de 10 MW bij Borgharen zijn gepresenteerd. Maar er zijn meer mogelijkheden. Denk bijvoorbeeld aan de stuw- en sluiscomplexen in de Maas en Neder-Rijn die nog geen waterkrachtcentrale hebben. Verder kan nagegaan worden of getijdenstromingen benut kunnen worden voor een relatief kleine, maar continue energieproductie.

Als realistische schatting voor de potentiële hoeveelheid waterkracht dat het rivierwater van Maas en Rijn in Nederland kan geven aan de elektriciteitsproductie ligt rond de 100 MW. 
Het Rijn- en Waalwater kan in theorie de grootste hoeveelheid aan waterkracht leveren. Een veelvoud van de genoemde 100 MW. Scheepvaart zonder belemmeringen van stuwen en sluizen is op de Rijn en Waal een belangrijke factor.

Bij toekomstige waterkrachtcentrales gaat het om projecten die niet van vandaag op morgen gerealiseerd kunnen worden. De noodzaak van een zo groot mogelijke schone elektriciteitsproductie weegt echter zwaar.
Mogelijkheden voor een omvangrijke uitbreiding van de productiecapaciteit met waterkracht uit rivierwater zullen vooral verder stroomopwaarts op de Rijn en Maas gezocht moeten worden. De mogelijkheden zijn daar echter al voor een belangrijk deel benut.

Samenvattend

In de afgelopen maanden juni en juli 2016 waren er veel dagen met weinig of geen wind. De waterafvoer in rivieren Rijn en Maas, inclusief de zijrivieren, lag in deze periode aanzienlijk hoger dan gemiddeld. De hogere waterstanden in de rivieren zorgden en zorgen zelfs tot in augustus voor een belangrijke bijdrage aan duurzame en schone vormen van elektriciteitsproductie.
Het optimaal benutten van waterkracht voor de stroomvoorziening is zowel in Nederland als in andere landen langs de Maas en de Rijn essentieel voor het bewerkstelligen van een verbetering van de luchtkwaliteit en het terugdringen van de uitstoot van broeikasgassen.

Voor meer informatie
Zie voor meer informatie over het gebruik van waterkracht en over waterkrachtcentrales in Nederland bijvoorbeeld de websites:
* www.milieucentraal.nl/klimaat-en-aarde/energiebronnen/waterkracht/
* www.nuon.com/activiteiten/productie/waterkracht/
* http://www.waterkrachtcentrale-borgharen.nl/
* http://nos.nl/artikel/2041678-oosterschelde-krijgt-getijdencentrale.html
* informatie over waterkrachtcentrales en vismigratie: waterkrachtkrachtcentrales bedreigen wereldwijd de vismigratie – sportvisserij (pdf)
* http://www.engineering-online.nl/
* www.energiefeiten.nl






Tracking-ID UA-74183027-1