Categorie:

Mechanische watermolens 2x efficiënter dan elektrische

Bijna alle moderne waterkrachtcentrales produceren elektriciteit. Energie omzetten in elektriciteit lijkt de beste manier om waterkracht te benutten, maar dat is het niet. Bijna tweeduizend jaar lang werd waterkracht ingezet voor het produceren van mechanische energie, waarmee ter plekke machines werden aangedreven. Die ouderwetse aanpak, gecombineerd met het gebruik van moderne materialen, haalt een veel hoger rendement, is minder kwetsbaar en stukken goedkoper dan elektrische waterkrachtcentrales. Zo blijkt uit een groot aantal projecten in Zuid-Amerika en in Nepal.

Wederom een verhelderend onderzoeksartikel van Lowtech Magazine, een Belgisch weblog waar Kris De Decker al sinds september 2007 onderzoeksjournalistiek bedrijft over milieu, energie en technologie. Hij stelt kritische vraagtekens bij het blinde geloof in vooruitgang en hoogtechnologische oplossingen. Kris kijkt daarvoor vaak terug in de geschiedenis van technologie en traditionele kennis, en duikt daar schatten aan belangrijke en nuttige voorbeelden op.

Waarom moderne waterkrachtcentrales minder efficiënt zijn dan oude

De efficiëntie van door water aangedreven krachtbronnen is in de loop der eeuwen flink toegenomen. Houten waterwielen, die meer dan tweeduizend jaar geleden verschenen, konden slechts een kleine hoeveelheid energie uit stromend water omzetten naar mechanische energie: het rendement bedroeg 5 tot 15% voor een horizontaal waterwiel, 20 tot 30% voor een verticaal onderslagrad, en 50 tot 60% voor een verticaal bovenslagsrad. Ijzeren waterwielen, die ingang vonden in de late achttiende eeuw, haalden een efficiëntie van 65 tot 85%.

Waterturbines, die werden ontwikkeld in de negentiende eeuw en ook vandaag worden gebruikt voor het opwekken van elektriciteit, hebben doorgaans een rendement van tenminste 80%. Daarbij zijn waterturbines ook nog eens tien tot twintig keer compacter dan waterwielen, een voordeel dat leidde tot veel goedkopere en krachtigere watercentrales. Waterturbines zijn ook breder inzetbaar dan waterwielen. Een waterwiel kon niet efficiënt werken als de valhoogte van het water groter was dan de diameter van het wiel. Een turbine kent die beperking niet.

Ondanks deze technologische vooruitgang zijn de waterkrachtcentrales van vandaag minder efficiënt dan die uit vroegere eeuwen. Het probleem is dat er met de komst van de waterturbine in de negentiende eeuw nog een andere innovatie ingang vond: van toen af aan werd waterkracht ingezet voor het produceren van elektriciteit, en niet langer voor het rechtstreeks aandrijven van machines.

Transformatie naar elektriciteit en terug naar kracht, kost veel energie

In een hedendaagse waterkrachtcentrale zet een generator de omwentelingsenergie van de as om in elektriciteit. Die elektriciteit wordt vervolgens opnieuw omgezet in omwentelingsenergie door de elektrische motor van de machine. Elke omzetting van energie introduceert energieverlies ten gevolge van wrijving, wat zich manifesteert als hitte, vibratie en lawaai. Er is energieverlies in de turbine, in de generator, en in de motor. Extra onderdelen zoals batterijen, aandrijfsystemen, en omvormers kunnen het rendementsverlies verder verhogen.

Een kleinschalige waterkrachtcentrale die wisselstroom elektriciteit produceert, heeft een “water-to-wire efficiency” (het verschil tussen de energie die de turbine in gaat en de energie die de generator uit komt), van hoogstens 60 tot 70%. Kleinschalige waterkrachtcentrales die gelijkstroom elektriciteit produceren, vereisen omvormers en worden meestal aangesloten op een batterijsysteem, waardoor hun rendement uitkomt op slechts 40 tot 60%. Hierbij moet nog het rendementsverlies worden opgeteld in de elektrische motoren van de machines die door de waterkrachtcentrale worden aangedreven.

Een moderne kleinschalige waterkrachtcentrale is daarmee ongeveer even efficiënt als een houten bovenslagsrad uit de middeleeuwen (50-60%), en minder efficiënt dan een ijzeren waterwiel uit de achttiende eeuw (65-85%). In een ouderwetse waterkrachtcentrale vond slechts één omzetting van energie plaats: een waterwiel converteerde de energie uit het stromende water naar omwentelingsenergie van de as van de turbine. Die as dreef ook de machines aan, zodat het enige betekenisvolle energieverlies optrad in het waterwiel zelf.

Upgraden van oude watermolens

In sommige bergachtige gebieden werken er nog steeds houten waterwielen die in niets verschillen van de watermolens die zo intensief werden gebruikt in het middeleeuwse Europa. De roterende as drijft rechtstreeks de machines aan, meestal een graanmolen voor de productie van meel.

Bijvoorbeeld in Nepal zijn nog 25.000 tot 30.000 van deze waterwielen in gebruik. Hier is het doel niet om waterkracht met directe mechanische aandrijving te herintroduceren, maar ervoor te zorgen dat de technologie niet verdwijnt

De NGO Central for Rural Energy Nepal moderniseert watermolens door houten onderdelen te vervangen door metalen onderdelen. Foto: CRT/N.

Lees verder >> Mechanische watermolens 2x efficiënter dan elektrische…

2 gedachten over “Mechanische watermolens 2x efficiënter dan elektrische”

    • Dag Ronald, bedankt voor het artikel! Ik zie 2 keer die 90% voorbijkomen. Dat gaat dan over de opbrengst ter plekke. Punt van Kris is echter dat daarna het verlies komt, in de omzetting naar elektriciteit, tijdens transport en terug naar bewegingskracht.

      Verder verwijs ik naar het artikel van Kris met zijn reactie op jouw opmerking:

      Roland is niet zomaar iemand. Hij post bijna bij elk artikel dit soort reacties. Een “trol” noemen ze zo iemand in het internetjargon: http://nl.wikipedia.org/wiki/Trol_%28internet%29

      Kijk eens rond op de blog en je zal tientallen ellenlange discussies met Roland terugvinden. Lees er een paar en vertel me dan wie er overtuigd is van zijn gelijk.

      Een kleinschalige waterkrachtcentrale die elektriciteit produceert kan onmogelijk een rendement van 90 procent halen. Het is theoretisch en praktisch onmogelijk. Alleen grote waterkrachtcentrales kunnen dat rendement halen, en in dat geval wordt er geen rekening gehouden met de energieverliezen in de elektrische motoren die met de opgewekte energie worden aangedreven.

Reacties zijn gesloten.