Btn mobile menu gray

Batterijen in de bergen

De mensheid maakt zich steeds meer zorgen over de uitstoot van broeikasgassen waardoor de aarde opwarmt. Sinds het begin van de Industriële Revolutie is de vervuiling van het milieu enorm toegenomen, en nog steeds vormt deze vervuiling een groot probleem voor de aarde. Een groot deel van de vervuiling, vooral luchtvervuiling, komt doordat er gigantische hoeveelheden fossiele brandstoffen (steenkolen, olie en aardgas) verbrand worden om energie op te wekken. De mensheid verbruikt namelijk steeds meer energie. Met al deze vervuiling wordt er druk gezocht naar manieren om energie op te wekken zonder het milieu al te erg te vervuilen.

Daarbij wordt vooral gekeken naar manieren die de natuur ons biedt om elektriciteit op te wekken: met zonnecellen kun je energie van zonlicht omzetten in elektriciteit, met windmolens kun je de energie van de wind gebruiken om generatoren aan te drijven. En stromend of vallend water kun je gebruiken om datzelfde te doen. Het idee om energie van water te gebruiken is al eeuwenoud. Nog steeds vind je in heuvelige en bergachtige gebieden (zoals Zuid-Limburg) ouderwetse watermolens die ooit bijvoorbeeld molenstenen aandreven, waar graan tussen vermalen werd.

Sinds ongeveer een eeuw wordt er echter op veel grotere schaal gebruik gemaakt van de energie van bewegend water. Zo’n 20% van alle elektrische energie op de wereld wordt geproduceerd in waterkrachtcentrales. Die bestaan meestal voornamelijk uit een stuwdam. Zo’n stuwdam is een gigantische dam die in de meeste gevallen een hele vallei of een heel dal afsluit. Dat vormt dan een enorm groot opvangbekken, een stuwmeer genoemd. In figuur 1 zie je een voorbeeld van zo’n dam. In het meer wordt het water van een rivier die door de vallei of het dal stroomt opgestuwd tot bijna de hoogte van de stuwdam: zo is er dus een groot kunstmatig meer ontstaan. Het grootste kunstmatige stuwmeer ter wereld, het Volta-meer in Afrika, heeft een oppervlakte van 8.482 km², dat is meer dan half zo groot als de provincie Utrecht [2]! Al het water in zo’n meer bouwt een gigantische druk op. Als je via een opening in de dam water naar buiten laat stromen (dat moet ook wel, anders loopt het meer over) gaat dat dus enorm hard. Met de energie van dat water wordt vervolgens een generator aangedreven. Er zijn verschillende types waterkrachtcentrales, en nu volgt een korte opsomming van de belangrijkste types.

Figuur 1: de Silvrettadam in Oostenrijk. Achter deze dam ligt het 45 km² grote Silvrettameer. Foto: M. van Garderen

Waterloopcentrales

Bij waterloopcentrales [1] wordt simpelweg gebruik gemaakt van het zojuist beschreven principe. Het water van een rivier wordt door een grote dam opgestuwd tot het een meer vormt, en vervolgens wordt met de druk van al dat water een generator aangedreven. Een afbeelding zal hier meer duidelijk maken dan tekst, dus in figuur 2 is een schema te zien van een waterloopcentrale.

Figuur 2: Schema van een waterloopcentrale. In het stuwmeer (A) wordt het water opgeslagen dat door de stuwdam (B) wordt tegengehouden. Via een rooster (C) dat grote brokstukken (stukken hout of steen, bijvoorbeeld) moet tegenhouden stroomt water door de inlaatpijp (D) met hoge snelheid langs een turbine (F). Die turbine drijft de generatoren in het machinehuis (E) aan. De stroom die deze generatoren produceren wordt door een transformator (H) in stroom met de juiste spanning voor het elektriciteitsnet omgezet, en het gebruikte water stroomt verder naar een opvangbekken of rivier (G).

Op sommige plekken, vooral hoog in de bergen, worden ook waterloopcentrales gebouwd waarbij het water niet direct in of achter de dam langs turbines loopt. Het water wordt in zulke gebieden vaak via lange buizen of tunnels in de bergen naar een meer of rivier honderden meters lager geleid. Doordat het water zo’n grote afstand omlaag valt bouwt het nog veel meer snelheid op. De turbines staan dan helemaal aan het eind van de leiding of tunnel.

Pompcentrales

Wat men ook wel eens doet, is het combineren van de twee vorige types. Een goed voorbeeld van een pompcentrale is de in 2008 in bedrijf genomen centrale Kops II in Oostenrijk.

Figuur 3: het Kops-stuwmeer in Oostenrijk. [3]

Deze centrale maakt gebruik van het Kopsmeer, dat op 1809 meter hoogte ligt, en het Rifa-opvangbekken op een hoogte van 1025 meter [3]. Dat is dus een hoogteverschil van bijna 800 meter! Van het Kopsmeer tot aan het Rifabekken loopt een tunnel door de bergen met een totale lengte van zo’n 7 km. Op de plek waar de tunnel op het Rifabekken uitkomt drijft het snelstromende water een stel turbines aan. Maar naast de turbines staan ook pompen, en met die pompen kan er water omhoog gepompt worden als er meer stroom geproduceerd wordt dan nodig. Bij zo’n centrale kan er dus overgeschakeld worden van turbinebedrijf naar pompbedrijf.
Bij het Kopswerk II gaat dat binnen een minuut [4]. Dat wil zeggen dat al het water dat van het Kopsmeer naar het Rifabekken stroomt in een halve minuut gestopt wordt, en in nog eens een halve minuut op volle snelheid achteruit gaat stromen! En al dat water weegt samen meer dan 100.000 ton! Een normale computer doet er nog langer over om op te starten, en die hoeft geen 100.000 ton water tegen te houden…

Bronnen:
[1] Run-of-the-river hydroelectricity, en.wikipedia.org
[2] Liste der größten Stauseen der Erde, de.wikipedia.org
[3] Kraftwerke der Vorarlberger Illwerke AG, www.illwerke.at
[4] Kopswerk II, www.kopswerk2.at
[5] Archiv des Tags ‘Kopswerk’, www.stromauskunft.de