Eindrapport vervolgstudie
49
GETIJCENTRALE IN DE BROUWERSDAM DE PROEFCENTRALE BROUWERSSLUIS Eindrapport oktober 2008 Prof. drs. ir. J. K. Vrijling Ir. J. van Duivendijk Leslie F. Mooyaart BSc
-
Upload
smmurshid144 -
Category
Documents
-
view
326 -
download
2
Transcript of Eindrapport vervolgstudie
GETIJCENTRALE IN DE BROUWERSDAM
DE PROEFCENTRALE BROUWERSSLUIS
Eindrapport
oktober 2008
Prof. drs. ir. J. K. VrijlingIr. J. van Duivendijk
Leslie F. Mooyaart BSc
ii
iii
GETIJCENTRALE IN DE BROUWERSDAM
DE PROEFCENTRALE BROUWERSSLUIS
Eindrapport
oktober 2008
Prof. drs. ir. J. K. VrijlingIr. J. van Duivendijk
Leslie F. Mooyaart BSc
1
INHOUDSOPGAVE
SAMENVATTING........................................................................................................3
2 Ontwerp- en uitvoeringsaspecten bij een proefopstelling in de Brouwerssluis ......7
2.1 De huidige situatie ............................................................................................7
2.2 De in te bouwen proefinstallatie .......................................................................8
2.3 De turbine en de randvoorwaarden...................................................................8
3. Energieopbrengst van een turbine in de Brouwerssluis ........................................13
3.1 Inleiding..........................................................................................................13
3.2 Gegevens ........................................................................................................13
3.3 Energie............................................................................................................14
3.4 Model..............................................................................................................15
3.5 Resultaten .......................................................................................................15
(a) Methode 1 ..................................................................................................15
(b) Methode 2 ..................................................................................................17
(c) Methoden 3, 4 en 5 ..................................................................................18
4. Kenmerken van de te installeren turbine...............................................................23
5. Kosten-baten analyse.............................................................................................25
5.1 Uitgangspunten...............................................................................................25
5.2 De kosten van de civiele en electro-mechanische werken .............................25
5.3 De economische berekeningen .......................................................................26
6. Het vervolgtraject ..................................................................................................27
6.1 De te ondernemen stappen..............................................................................27
6.2 Stap Twee .......................................................................................................27
6.3 Stap Drie .........................................................................................................28
7. Conclusies en Aanbevelingen ...............................................................................29
7.1 Conclusies.......................................................................................................29
7.2 Aanbevelingen ................................................................................................30
BIJLAGE A .................................................................................................................31
Afspraken DELTA-RWS-TU Delft over Pilot getijde-energie in Brouwerssluis ....31
BIJLAGE B..................................................................................................................35
Voorlopig ontwerp van caisson voor proefinstallatie...............................................35
B-1 Basis voor ontwerp...................................................................................35
B-2 Verticale Langsdoorsnede (Figuur B.2) ................................................35
B-3 Horizontale Langsdoorsnede (Figuur B.3 en B.4)...............................36
B-4 Vormgeving ontwerp versus uitvoering.................................................38
B-5 Stabiliteit van de geplaatste caisson .....................................................40
BIJLAGE C..................................................................................................................43
Gegevens over stroomturbines .................................................................................43
C-1 Inleiding ......................................................................................................43
C-2 De SeaGen ................................................................................................44
C-3 De Neptune Proteus Tidal Power Pontoon ..........................................44
C-4 De Tocardo in Nederland ........................................................................44
2
3
SAMENVATTING
DELTA NV heeft in december 2007 opdracht gegeven aan de TU Delft, Faculteit
Civiele Techniek en Geowetenschappen, voor het verrichten van een verkennende
studie naar de mogelijkheden van energiewinning bij introductie van een (gedempt)
getij op het Grevelingenmeer.
In het Eindrapport betreffende deze studie (dat in juni 2008 werd uitgebracht) wordt
gesteld dat het mogelijk is om bij de Brouwersdam energie uit het getij te winnen met
een jaarlijkse opbrengst van 143 to 392 GWh. De hoogte van de mogelijke opbrengst
is direct afhankelijk van de maximaal toegestane peilvariatie op het Grevelingenmeer.
Kort daarop is, vooruitlopend op een besluit t.a.v. een getijcentrale in de
Brouwersdam, besloten op korte termijn stappen te ondernemen voor het plaatsen van
een proefinstallatie in één van de kokers van de Brouwerssluis in de Brouwersdam.
Vervolgens zijn er tijdens een bespreking in Middelburg afspraken gemaakt tussen
Rijkswaterstaat, DELTA NV en de TU-Delft t.a.v een ‘Pilot getijde-energie in de
Brouwerssluis’.
In dit rapport presenteert de TU Delft zijn bevindingen t.a.v deze pilot.
Omdat Rijkswaterstaat de Brouwerssluis zoveel tijd als mogelijk open wil laten staan
heeft men de gedachte laten varen om de proefinstallatie in een bestaande koker te
bouwen. Immers voor een dergelijke inbouw zou de betreffende sluiskoker zes
maanden tot een jaar zijn afgesloten. Deze beperking leidt er toe om een turbine-
generator voor te stellen die kan worden ingebouwd in een caisson. De caisson wordt
drijvend aangevoerd, vervolgens gepositioneerd en afgezonken tegen een kokerinlaat
aan de meerzijde van de Brouwerssluis. Indien gewenst kan een dergelijke caisson na
afloop van de proefperiode eventueel weer worden opgedreven en verwijderd.
Een andere mogelijkheid zou zijn geweest om een z.g.n stroomturbine op te hangen in
de inlaatopening van een koker aan de meerzijde. Met een dergelijke stroomturbine
wordt echter niet voldaan aan de eis van DELTA NV ‘dat een dergelijk demonstratie-
projekt alleen zinvol is als er ervaring mee kan worden opgedaan voor een
toekomstige centrale als beschreven in het eerder genoemde rapport.
Modelonderzoek heeft uitgewezen dat de netto jaarlijkse energieopbrengst van de
proefinstallatie bij een dubbelzijdig werkende bulb-turbine met een diameter van 3,5
m omstreeks 2,0 GWh kan zijn. De proefinstallatie kan hiermee de electriciteit
leveren voor 550 tot 600 huishoudens.
Het vermogen van de turbine zal 570 á 600 kW zijn.
De kosten voor het bouwen van de caisson ( 33,6 (l) x 8,3(b) x 15 (h) m3), het
vervoeren, plaatsen en afzinken, het leveren en inbouwen van de turbine-generator,
enz. zal zo’n € 12 miljoen bedragen. Hoewel een afzonderlijke economische
benadering voor een proefinstallatie hier in feite niet op zijn plaats is, zij vermeld dat
men bij een bedrijfsperiode van 20 jaar uitkomt op een kWh-prijs van 52 eurocent, bij
40 jaar wordt dit 38 eurocent.
Als men rekent met een voorbereidingstijd van een jaar en een bouwtijd van 1,5 jaar
zou de proefinstallatie medio 2011 in bedrijf kunnen zijn.
4
5
1. Inleiding
Gedurende het eerste halfjaar van 2008 heeft de Technische Universiteit Delft,
Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen, op verzoek van DELTA NV een
verkennende studie uitgevoerd naar de mogelijkheid van een getijcentrale in de
Brouwersdam.
Het rapport betreffende deze studie1 werd uitgebracht in juni 2008. De resultaten
werden gepresenteerd tijdens de kennisdag ‘Grevelingen in uitvoering ‘ die werd
gehouden op 26 juni te Ouddorp.
Naar aanleiding hiervan is er op 8 juli een bespreking geweest waar o.a bij aanwezig
waren vertegenwoordigers van Rijkswaterstaat en DELTA NV. Tijdens deze
bespreking is de wens naar voren gekomen om, vooruitlopend op een besluit t.a.v. een
getijcentrale in de Brouwersdam, op korte termijn stappen te ondernemen voor het
plaatsen van een proefinstallatie in één van de kokers van de doorlaatsluis (hierna ook
genoemd Brouwerssluis) in de Brouwersdam. DELTA NV heeft naar aanleiding
hiervan gesteld dat een dergelijk demonstratie-projekt alleen zinvol is als er ervaring
mee kan worden opgedaan voor een toekomstige centrale als beschreven in het eerder
genoemde rapport.
Op 25 augustus zijn er tijdens een bespreking in Middelburg afspraken gemaakt
tussen Rijkswaterstaat, DELTA NV en de TU-Delft t.a.v een ‘Pilot getijde-energie in
de Brouwerssluis’. Naar het Verslag van deze bijeenkomst wordt volledigheidshalve
verwezen (Bijlage A).
Op verzoek van DELTA NV heeft de TU Delft bij brief van 27 augustus een offerte
uitgebracht voor een: ‘vervolgstudie naar de technische mogelijkheden van
opwekking van getij-energie in de Brouwersdam d.m.v een proefopstelling bij de
doorlaatsluis’.
Aan de volgende aspecten zou tijdens de Vervolgstudie aandacht worden besteed:
- De energie die met de proefopstelling uit het getij op de Noordzee kan worden
opgewekt..
- De mogelijkheden die er reëel bestaan om een proefopstelling te realiseren op
of bij de doorlaatsluis en het karakter van een dergelijke proefopstelling.
- De hoofdmaten van de proefopstelling, d.w.z. de afmetingen van turbine en
bouwkundige ombouw.
- Een zeer globale kostenraming.
- Een voorlopige economische berekening.
- Een beschouwing over de stappen die zullen moeten worden genomen tijdens
het vervolgtraject om tot realisatie van de proefopstelling te komen. In deze
1 ‘Getijcentrale in de Brouwersdam, een Verkennende Studie’, Eindrapport, juni 2008.
6
beschouwing worden de procedures die nodig zijn om de verschillende
vergunningen te verkrijgen echter niet behandeld.
De opdracht voor deze korte studie werd informeel ontvangen per email op 2
september j.l.
Voor wat betreft het kader van de opdracht en de aanpak van de vervolgstudie wordt
verwezen naar de hoofdstukken 2 en 3 van het Rapport van juni 2008.
Op 24 september vond een bijeenkomst plaats in het bedieningsgebouw van de
Brouwerssluis, hierbij werd informatie gegeven over de bediening van de schuiven
door personeel van Rijkswaterstaat en werden tevens een aantal van de bevindingen,
zoals die zijn gepresenteerd in dit rapport, nader toegelicht in het bijzijn van stafleden
Buis en Maas van DELTA NV.
Een concept eindrapport werd per email verzonden aan de opdrachtgever op 3 oktober
2008.
Omstreeks midden-oktober werden van Rijkswaterstaat een twintigtal tekeningen
betreffende het ontwerp en de bouw van doorlaatsluis en toegangsgeulen met
stortebedden ontvangen.
Figuur 1.1 Aanzicht Brouwerssluis vanaf het Grevelingenmeer, sept. 2008
7
2 Ontwerp- en uitvoeringsaspecten bij eenproefopstelling in de Brouwerssluis
2.1 De huidige situatie2
De doorlaatsluis in de Brouwersdam is gebouwd in de jaren 1974 t/m 1977. Hij
bestaat uit twee diepgelegen afsluitbare kokers (Figuur 2.2) die zowel voor het inlaten
als het spuien van zout water worden gebruikt. Zoals hierboven reeds werd gesteld
zou één van deze twee kokers ter beschikking komen voor een proefinstallatie voor
het opwekken van getijenergie.
Elke koker is uitgevoerd in venturi-vorm met de keel in het centrum. In de keel van
elke koker bevinden zich twee schuiven en voorts schotbalksponningen aan zee- en
meerzijde. De afmetingen van het doorstroomprofiel zijn hier: breedte 6 m en hoogte
4,5 m ( bodem op NAP – 11 m tot onderzijde plafond NAP – 6,50 m). Het totale
doorstroomprofiel van de spuisluis in de keel is dan 2 x 27 m2 = 54 m
2. De
afvoercoefficient is door de venturivorm in de keel µ = 1,35 3.
Volgens ‘Zicht op de Grevelingen’, blz 82 is het doorvoerdebiet gemiddeld over het
etmaal bij inlaten 140 m3/s en bij spuien 120 m
3/s. Dit wordt afgeleid uit
waterstandsmetingen, debietmeting vindt niet plaats. De peilvariatie op het Greve-
lingenmeer is bij openstaande sluis en gemiddeld getij 5 à 6 cm 4. Omdat het streefpeil
van het Grevelingenmeer op NAP –0,20 m is gesteld en het gemiddelde zeeniveau
(MSL) volgens eerdere berekeningen ter plaatse NAP + 0,025 m 5 bedraagt, moeten
de schuiven regelmatig tijdens vloed worden gesloten om het streefpeil te kunnen
handhaven. Op 24 september werd in dit verband medegedeeld dat de sluizen daarom
ongeveer 15 % van de tijd gesloten zijn. De schuiven worden bij storm niet gesloten.
De vloer van de kokers ligt horizontaal op NAP – 11 m. Vanaf het centrum (de keel)
verwijden de kokers zich naar beide zijden en het plafond is hellend. Het doorstroom-
profiel van de opening aan zee- en meerzijde is hierdoor voor elke koker b = 12,85 m
en h = 8,0 m (van NAP – 11 m naar onderzijde plafond NAP – 3,00 m). De tussen-
wand van de kokers heeft bij de opening een dikte van 1,20 m. De buitenwanden zijn
1,50 m dik.
De lengte van een koker is 194,50 m. De stortebedden aan weerszijden strekken zich
uit (op een niveau van NAP – 11 m) over een lengte van 121 m aan zeezijde en 115 m
aan meerzijde (zie Figuur 2.2).
2 De huidige situatie is beschreven op basis van het ontwerp zoals besproken in diverse nummers van
het Driemaandelijks Bericht Deltawerken (hierna steeds aangeduid met DMB-DW); voor peilen en
maten zijn de gegevens aangehouden zoals gevonden op de tekeningen ontvangenvan Rijkswaterstaat.3 De vroegere detailproeven in het Waterloopkundig Laboratorium suggereerden ‘ongeveer µ = 1,50’.
Zie DMB-DW) nr 71, febr. 1975, blz. 24 e.v.4 NB: In ‘Zicht op de Grevelingen’ wordt gesteld dat een peilvariatie van 1 m een spuiopening van
1850 m2 zou vereisen bij een afvoercoefficient van µ = 0,8. De juistheid van deze cijfers is niet
geverifieerd.5 Andere berekeningen leiden tot een MSL van NAP (zie Tabel 2.1)
8
2.2 De in te bouwen proefinstallatie
In principe zijn er twee locaties voor een proefinstallatie: in en buiten een koker.
Het lijkt echter weinig zinvol om een (tijdelijke!) proefinstallatie te bouwen in een
koker die daarvoor zou moeten worden drooggezet. In dit verband wordt er ook op
gewezen dat schotbalksponningen nabij de openingen ontbreken. Wellicht kan men
zelfs de kokers niet in zijn geheel droogzetten maar alleen in de keel i.v.m het gevaar
van opdrijven. Maar de ruimte in de keel is te beperkt voor een turbine met een
diameter van 3,5 m. en de turbine zal, tenzij men uitgebreid gaat breken, ook slecht
bereikbaar zijn.
Stel dat men toch zou besluiten om een turbine in te bouwen in het deel van een
sluiskoker direkt achter de inlaat aan de meerzijde.. Dat is dus onder het huidige
plateau tussen inlaat meerzijde van de kokers en het talud van de binnenberm waarop
de verkeersweg ligt. De bovenplaat van de koker ligt hier enkele meters onder NAP.
Men kan die bovenplaat plaatselijk alleen verwijderen en een turbine inbouwen als
men de betreffende koker (voor een gedeelte) droogzet maar dat vergt (o.a.) afsluiting
van de koker aan de meerzijde met een damwand (te heien door de bestorting!). Het
debiet door de Brouwerssluis wordt dan voor vele maanden gehalveerd en men graaft
in de zeewering. Tenslotte zal het moeilijk en kostbaar zijn om een dergelijke
proefinstallatie te verwijderen. In dit verband wordt er op gewezen dat DELTA NV
momenteel denkt aan een bedrijfsperiode van de installatie van 10 tot 15 jaar (zie
Bijlage A).
Het zou wel goed mogelijk zijn om een turbinecaisson te bouwen, in te varen en
vervolgens af te zinken aan de meerzijde tegen de opening van een koker. Het water
stroomt dan door de turbine en vervolgens aansluitend door de betrokken koker (en
omgekeerd). Zie Figuur 2.1. Na afloop van de proefperiode kan de caisson dan weer
worden opgedreven en uitgevaren. De bodembescherming op NAP – 11 m (Figuur
2.2) blijft intact. Om de caisson in te varen, te positioneren, af te zinken en vervolgens
de schuiven aan beide zijden in de caisson te openen en te verwijderen zullen
vermoedelijk maar enkele dagen tot een week ter beschikking zijn. Gedurende die
periode moet de koker kunnen worden afgesloten m.b.v. de schuiven in de keel.
In Bijlage B is een voorlopig ontwerp van de caisson voor de proefinstallatie
opgenomen en zijn ook opmerkingen gemaakt t.a.v. de uitvoering.
2.3 De turbine en de randvoorwaarden
In principe kun men in een proefinstallatie in de Brouwersdam elke laagverval- of
stroomturbine beproeven. Maar wat de laatste (ook wel ‘vrije stroomturbine’
genoemd ) betreft zal de energieopbrengst altijd lager zijn dan bij een laagverval
turbine6.
Als men een proefinstallatie wil realiseren als voorbereiding op het eigenlijke projekt
‘Getijcentrale Brouwersdam’ ligt het voor de hand om dit te doen met een turbine die
6 Dergelijke turbines zijn en worden beproefd in het Verenigd Koninkrijk (SeaGen en Neptune Proteus
Tidal Power Pontoon) en sinds kort ook in Nederland (uitwateringssluizen Afsluitdijk, Tocardo, 45
kW). Voorts denkt men eind 2008 de ‘Wave Rotor’ te installeren in de Westerschelde met een
piekvermogen van 30 kW. Zie verder Bijlage C voor verdere bijzonderheden van dergelijke turbines
9
min of meer in het ontwerp van een dergelijke getijcentrale zou passen. Die turbine is
de laagvervalturbine gedefinieerd7 in het Rapport van juni 2008.
Figuur 2.1 Doorsneden en Bovenaanzicht Turbine – caisson
Dergelijke laagverval- turbines staan bekend als overdruk- of reactie-turbines. De
andere groep is die van de gelijkdruk- of impuls-turbines. Tot de laatste groep behoort
het Pelton-rad en ook een stroom-turbine zoals de Tocardo.
7 Gedefinieerd met dien verstande dat de waaier diameter wellicht nog groter kan zijn (tot maximaal 5
m).
10
Bij de eerder voorgestelde laagverval-turbine gaat het, in het kort samengevat, om een
turbine van het type ‘bulb’ met een waaier-diameter van 3,5 m die energie kan
opwekken bij vervallen tussen 0,5 en 2,5 m. In principe kan zo’n turbine werken in
Figuur 2.2 Doorsneden Brouwerssluis (bron: Driemaandelijks Bericht
Deltawerken)
zes verschillende configuraties (‘modes’) 8. Of dit zinvol is en of er, gezien de
betrekkelijk bescheiden getijverschillen, misschien één of meerdere configuraties
beter kan worden geschrapt is wat onderzocht zou moeten worden. Ook zou moeten
blijken wat de inlaat- en spui-capaciteit (loopschoepen van de waaier in vaanstand
en/of waaier draait mee in onbelaste toestand) daadwerkelijk is bij verschillende
vervallen. Tenslotte zou d.m.v een regelbaar toerental ge-experimenteerd kunnen
worden met lage startvervallen.
Daarnaast is er in de literatuur sprake van:
- turbines van het type ‘straflo’ (met de rotor gemonteerd op het uiteinde van de
loopschoepen);
- turbines met regelbare lei- en loopschoepen;
- turbines met vaste leischoepen en regelbare loopschoepen;
- turbines met regelbare leischoepen en vaste loopschoepen;
- directe koppeling van de generator aan de bulb dan wel regeling van het
toerental van de generator d.mv. ‘step-up gear9;
- shaft-type turbines met drie i.pl.v. vier loopschoepen10
8 Deze configuraties zijn: turbineren bij stroming richting meer (FT), pompen richting zee (FP),
turbineren bij stroming richting zee (RT), pompen richting meer (RP), water inlaten (FS), water spuien
(RS)9 Zie L.B. Bernshtein ‘Tidal Power Plants’, blz 354 (Korea Ocean Research and Development Institute,
1996)10
Mersey barrage, zie Bernshtein , blz. 158
11
In de situatie met één openstaande koker van de doorlaatsluis en één koker met
proefinstallatie zal de waterstandsvariatie op het Grevelingenmeer, afhankelijk van
het getij op zee, niet meer dan enkele cm’s bedragen (dus peil Grevelingenmeer blijft
ongeveer op NAP – 0,20 m). Het verval over de turbines zal dan maximum zijn bij
een vloedcentrale. Een hoogwaterstand op zee bij springtij van NAP + 1,80 m 11
betekent in dat geval een verval van circa 2 m. Een overeenkomstige laagwaterstand
bij springtij is NAP – 1,30 m; het maximale verval over een ebcentrale is dan echter
slechts 1,10 m.
Bij een dubbelzijdig werkende centrale is voor de proefinstallatie het gemiddelde
verval van dezelfde orde als is gevonden in de modellen voor de complete centrale12
.
Een en ander is een gevolg van het kleine watervolume dat het Grevelingenmeer kan
in- en uitstromen: de peilvariatie op het meer is miniem en die beïnvloedt daardoor
nauwelijks het verval tijdens het turbineren.
Men kan uit het bovenstaande concluderen dat de randvoorwaarden aanwezig zijn om
met een proefinstallatie de werkelijke situatie bij een getijcentrale (t.a.v. het gebruik
van de verschillende configuraties en de op te wekken energie per turbine) te
simuleren. In Hoofdstuk 4 wordt verder ingegaan op de gewenste kenmerken van de
turbine.
In Tabel 2.1 zijn een aantal kengetallen voor het getij gegeven die door derden zijn
berekend.
11
In de getijtafel voor het jaar 2007 werd voorspeld dat deze stand bij springtij negenmaal bij de 25
voorkomende sprintijen zou worden overschreden.12
Zie bijvoorbeeld Figuur 6.2a in het Rapport van juni 2008
12
Tabel 2.1 Kengetallen van het getij bij peilschaal Brouwershavensche Gat 08
op basis van de gegevens over de periode 1981 – 1990
Algemene gegevens
1979 Aanvang waarnemingen
type tij HW-stand LW-stand tijverschil
cm cm cm
+ NAP + NAP
gemiddeld tij 144 -106 250
springtij 173 -115 288
doodtij 109 -92 201
gem. waterstand 0
waarden maansverloop
type tij cq grootheid HW-tijd tijd LW-tijd
u:min u:min u:min
gemiddeld tij 0:58 7:07
springtij 0:53 6:50
doodtij 1:04 7:30
duur rijzing 6:16
duur daling 6:09
stand stand
frequentie in cm frequentie in cm
+ NAP + NAP
1x per 10.000 jaar 525 1x per 10 jaar -235
1x per 4.000 jaar 500 1 x per jaar -205
1x per 1.000 jaar 465
1x per 100 jaar 400 LLWS 1985.0 -140
1x per 10 jaar 340
1x per 2 jaar (grenspeil) 295
1x per jaar 280
basispeil 525
ontwerppeil 500
stand
Datum cm kenmerkende waarden periode
+ NAP
27 feb 1990 330 hoogst bekende waarde (periode 1981...1990)
22 jan 1984 -242 laagst bekende waarde (periode 1981...1990)
2 mrt 1987 439 maximale rijzing (periode 1981...1990)
19 mrt 1988 308 maximale daling (periode 1981...1990)
Gemiddelde waterstanden
Gemiddelde havengetallen
Gemiddelde over- en onderschrijdings frequentie per jaar
overschrijding hoogwaterstanden
Bijzonderheden:
onderschrijding
waterstanden
13
3. Energieopbrengst van een turbine in deBrouwerssluis
3.1 Inleiding
De sluis in de Brouwersdam, die het water van het Grevelingenmeer verbindt met dat
van de Noordzee staat meestal open. Doordat het peil van de Noordzee varieert en het
peil van het Grevelingenmeer nagenoeg constant is, zijn de peilen slechts op 3 of 4
momenten van de dag gelijk. De rest van de tijd is er een verval over de lengte (194,5
m in stroomrichting) van de sluiskokers.
0 5 10 15 20-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
t [uur]
h [
m+
NA
P]
Waterstand op zee
Waterstand op Grevelingenmeer
Figuur 3.1 Waterstanden op eerste dag van 2003
Uit het verval kan men energie opwekken. In dit hoofdstuk wordt onderzocht welke
energieopbrengst mogelijk is, wanneer er een turbine in één van de twee kokers van
de Brouwerssluis geplaatst wordt.
In verband met de gewenste peilbeheersing van het Grevelingenmeer wordt de
Brouwerssluis van tijd tot tijd gesloten. Hierdoor is er wellicht minder tijd ter
beschikking om te turbineren en wordt er dus minder energie gewonnen. Hier wordt
in par 3.5 (c) van dit hoofdstuk nader aandacht aan besteed..
3.2 Gegevens
Met behulp van www.waterbase.nl zijn waterstandsgegevens op te vragen per tien
minuten voor verschillende jaren en verschillende locaties. Het dichtstbijzijnde
14
meetstation is Brouwershavensche Gat 08. Er is in deze rapportage voor gekozen om
te gegevens over het jaar 2004 te gebruiken.
De turbine die in de Brouwerssluis geplaatst wordt krijgt een diameter van 3.5 meter.
3.3 Energie
De energieopbrengst van een turbine is op de volgende wijze te berekenen.
E P t g Q H tη ρ= ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
Waarin:
E = energie [J]
P = vermogen [W]
t = periode van turbineren [s]
η = rendement [-]
ρ = dichtheid van het zoute water [kg/m3]
g = zwaartekrachtsversnelling [m/s2]
Q = debiet [m3/s]
H = verval [m]
Het rendement, de dichtheid en de zwaartekrachtsversnelling worden constant geacht
en krijgen de volgende waarden:
Symbool Benaming Waarde Dimensie
η Rendement 0.75 -
ρ Dichtheid 1025 kg/m3
g Zwaartekrachtsversnelling 9.81 m2/s
Het debiet hangt af van het verval. De volgende formule wordt gebruikt voor de
verhouding tussen debiet en verval:
2Q m A g H= ⋅ ⋅ ⋅ ⋅
Waarin:
Q = debiet [m3/s]
m = afvoercoëfficiënt [-]
A = oppervlak van de turbine koker [m2]
g = zwaartekrachtsversnelling [m2/s]
H = verval [m]
In verband met de venturi-werking in de turbine-buis kan men de waarde voor de
afvoercoëfficiënt m gelijk stellen 1.20. Het oppervlak A is vervolgens te berekenen op
de volgende wijze.
2 2 21 13.5 9.62
4 4A D mπ π= ⋅ ⋅ = ⋅ ⋅ =
15
Om de energieopbrengst te bepalen, is het nodig om te weten welk verval er op welk
tijdstip ter beschikking is. De gegevens hieromtrent worden verkregen met behulp
van het model, dit wordt in de volgende paragraaf toegelicht.
3.4 Model
Op basis van gegevens verstrekt door Rijkswaterstaat is bepaald dat de gemiddelde
waterstand op het Grevelingenmeer 20 cm onder NAP ligt en varieert met ongeveer
10 cm naar boven en beneden.
In Figuur 3.1 is te zien dat de variatie van het peil op het Grevelingenmeer klein is ten
opzichte van dat op zee. Daarom wordt in het model gerekend met een constant peil
dat ligt op NAP – 0,20 m.
Met de waterstandsgegevens van de Noordzee en die van het Grevelingenmeer is het
verval te bepalen over de Brouwerssluis.
Energieopwekking met turbines is echter niet bij elk verval mogelijk. Dit hangt af van
de eigenschappen van de turbine. In het model zijn vijf methoden gebruikt om de
energieopbrengst te berekenen. Bij elke methode zijn voorwaarden gesteld t.a.v het
verval en (bij methode 5) t.a.v. het maximale vermogen.
1. Alle vervallen die kleiner zijn dan Hmin vallen af
2. Alle vervallen die kleiner zijn dan Hmin en groter dan 2 x Hmin vallen af
3. Men turbineert als 0,50 m < H < 1,50 m.
4. Men turbineert als 0,50 m < H < 2,0 m.
5. Men turbineert als 0,50 m < H < 2,50 m met dien verstande P rated = 595 kW13
Hierbij is onderscheid gemaakt tussen een vloedgenererend deel en een ebgenererend
deel. In het model zijn vervolgens resultaten berekend voor beide delen apart en beide
delen samen. Dit laatste wordt tweezijdig turbineren genoemd (TT).
Met deze gegevens is tenslotte de energieopbrengst te berekenen.
3.5 Resultaten
(a) Methode 1
Bij methode 1 vallen alle vervallen af die kleiner zijn dan Hmin. Volgens deze
methode is het daarom gunstiger om Hmin zo laag mogelijk te kiezen. In de Figuren
3.2 t/m 3.4 is de energieopbrengst voor het jaar 2004 uitgezet tegen Hmin voor de drie
verschillende centrales (eb-genererend, vloed-genererend, tweezijdig turbinerend).
13
In de praktijk houdt dit in dat bij 1,40 < H < 2,50 de effektieve doorsnede van de turbine door middel
van de leischoepen (guide vanes) wordt verminderd opdat het maximale vermogen van de turbine (de
z.g.n rated power) niet wordt overschreden.
16
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Hmin
[m]
E [
GW
h/j
aar]
Figuur 3.2 Energieopbrengst in 2004 voor turbineren tijdens vloed met
methode 1
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Hmin
[m]
E [
GW
h/j
aar]
Figuur 3.3 Energieopbrengst in 2004 voor turbineren tijdens eb
met methode 1
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.5
1
1.5
2
2.5
3
Hmin
[m]
E [
GW
h/j
aar]
Figuur 3.4 Energieopbrengst in 2004 voor tweezijdig turbineren
met methode 1
17
Tabel 3.1 Energie opbrengsten bij Methode 1
Periode dat men
turbineert
Energieopbrengst voor
Hmin = 0.5 m [GWh/jaar]
Energieopbrengst voor
Hmin = 1.0 m [GWh/jaar]
Vloed 1.83 1.53
Eb 0.65 0.16
Beide (TT) 2.47 1.70
(b) Methode 2
Turbines werken het meest efficiënt als de minimale en maximale vervallen niet te
veel van elkaar verschillen. In deze methode wordt daarom met een verval dat meer
dan twee keer zo groot is als het minimale verval geen energie meer opgewekt.
In de Figuren 3.5 t/m 3.7 zijn bij deze methode voor de verschillende typen centrales
de energieopbrengsten uitgezet tegen het minimale verval.
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Hmin
[m]
E [
GW
h/j
aar]
Figuur 3.5 Energieopbrengst voor 2004 voor turbineren tijdens vloed met
methode 2
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Hmin
[m]
E [
GW
h/j
aar]
Figuur 3.6 Energieopbrengst voor 2004 voor turbineren tijdens eb met
methode 2
18
0 0.5 1 1.5 2 2.50
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Hmin
[m]
E [
GW
h/j
aar]
Figuur 3.7 Energieopbrengst voor 2004 voor tweezijdig turbineren met
methode 2
Tabel 3.2 Energie opbrengsten bij Methode 2
Periode dat men
turbineert
Energieopbrengst voor
Hmin = 0.5 m [GWh/jaar]
Energieopbrengst voor
Hmin = 1.0 m [GWh/jaar]
Vloed 0.30 1.38
Eb 0.49 0.16
Beide (TT) 0.79 1.54
(c) Methoden 3, 4 en 5
Na de oefeningen met behulp van de methoden 1 en 2 zijn de berekeningen herhaald
op basis van de eerder vermelde criteria:
3 Men turbineert als 0,50 m < H < 1,50 m.
4 Men turbineert als 0,50 m < H < 2,0 m.
5 Men turbineert als 0,50 m < H < 2,50 m met dien verstande P rated = 595 kW
De resultaten vindt men in Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Energie opbrengsten op basis van de methoden 3, 4 en 5
Methode Type
centrale
Hmin
[m]
Hmax
[m]
Pmin [kW] Pgem [kW] Pmax [kW] E
[GWh/jr]
Vloed 0.5 1.5 136 409 709 1.03
Eb 0.5 1.5 136 270 709 0.643
TT 0.5 1.5 136 341 709 1.67
Vloed 0.5 2.0 136 514 1091 1.67
Eb 0.5 2.0 136 271 840 0.654
TT 0.5 2.0 136 411 1091 2.32
Vloed 0.5 2.5 136 450 595 1.51
Eb 0.5 2.5 136 270 595 0.655
TT 0.5 2.5 136 375 595 2.16
19
Uit de getallen in de tabel blijkt dat de beperking die wordt geïntroduceerd door de
rated power de energieopbrengst nauwelijks nadelig beïnvloedt.
Een tweezijdig werkende turbine met een vermogen van 595 kW heeft, op basis van
de waterstanden van het jaar 2004 een jaarlijkse energie-opbrengst van 2,16 GWh.
Er werd reeds eerder gesteld dat geen rekening is gehouden met een eventueel
periodiek stopzetten van de energie-produktie om het peil van het Grevelingenmeer te
kunnen bijstellen. In feite lijkt dit ook niet nodig Bij benadering kan men stellen dat
de debieten van één open sluiskoker en één open sluiskoker met aangebouwde turbine
evenredig zijn met de respectivelijke doorsneden in de keel van koker en turbine. Die
doorsneden zijn respectivelijk 27 m2 en 9,62 m
2. De turbine is dan verantwoordelijk
voor ruwweg een kwart van de totale doorvoer. Als het peil op het Grevelingenmeer
te hoog wordt kan men daarom door blijven gaan met turbineren en de bijstelling van
het peil uitvoeren door het sluiten van de vrije sluiskoker voor kortere of langere tijd
gedurende de vloedperiode.
Er dient wel rekening te worden gehouden met de hydraulische verliezen in de
sluiskoker waar de turbine-caisson aan wordt gekoppeld. Deze verliezen worden
veroorzaakt door contractie (ter plaatse van de inlaat), wrijving en verwijding. Het
maximale debiet door de turbine wordt bepaald door de rated power en zal omstreeks
68 m3/s bedragen. Dit debiet bepaalt op zijn beurt de maximale snelheid en daarmee
de snelheidshoogte v2/2g. Omdat de doorsnede van de sluiskoker gemiddeld veel
groter is dan dat van de turbine is de maximale snelheid beperkt (gemiddeld 1,62 m/s
over de lengte van de koker). De hydraulische verliezen zullen dan maximaal zo’n 12
cm zijn. Dat is bij een verval van 1,4 m. Bij een verval over de turbine van 0,8 m (dat
bij 50 % van de getijden wordt overschreden, zie Figuur 3.10) moet men dus rekenen
met minder dan 10 % aan hydraulische verliezen. In de volgende hoofdstukken wordt
daarom rekening gehouden met een jaarlijkse energie-opbrengst van 2,0 GWh (i.pl.v.
2,16 GWh).
De vervallen waar men tijdens de 70814
getijcycli in 2004 mee te maken heeft zijn in
Figuren 3.8 t/m en 3.10 voor de methoden 3, 4 en 5 afgebeeld voor elk van de drie
typen centrales.
Vloed Eb TT
Figuur 3.8 Klassificatie van de hoogte van de voorkomende vervallen in 2004
voor de verschillende typen centrales als verval 0,50m < H < 1,50m 14
Het aantal getijden per jaar is gemiddeld 705 maar in het schrikkeljaar 2004 kan men met 708
getijden rekenen.
20
Vloed Eb TT
Figuur 3.9 Klassificatie van de hoogte van de voorkomende vervallen in 2004
voor de verschillende typen centrales als verval 0,50m < H < 2,0 m
Vloed Eb
TT
Figuur 3.10 Klassificatie van de hoogte van de voorkomende vervallen in 2004
voor de verschillende typen centrales als verval 0,50m < H < 1,4 m
en Prated = 595 kW voor 1,4 m < H < 2,5 m
21
Tenslotte zijn de vervallen die optreden tijdens de gtijcycli in 2004 weergegeven in
histogrammen. In de Figuur 3.11 zijn de maximale vervallen weergegeven en in
Figuur 3.12 de gemiddelde vervallen per getijcyclus voor respectivelijk een vloed-,
eb- en TT-centrale. Een staaf bij een nul-verval betekent dat er tijdens eb geen
waterstand voorkomt die lager is dan –NAP - 0.20 m minus 0.5 (minimaal verval) =
NAP - 0.70 m.
Vloed Eb
Tweezijdig
0 0.5 1 1.5 2 2.50
20
40
60
80
100
120
maximaal verval [m]
aan
tal
geti
jden
Figuur 3.11 Rangschikking van de maximale vervallen per halve (vloed of eb)
of hele getijcyclus. Bij de laatste gaat het dus om 2 x 708 = 1416
waarden in het jaar 2004
22
Vloed
0 0.5 1 1.5 2 2.50
20
40
60
80
100
120
140
160
gemiddeld verval [m]
aan
tal
geti
jden
Eb
0 0.5 1 1.5 2 2.50
20
40
60
80
100
120
140
160
gemiddeld verval [m]
aan
tal
geti
jden
Tweezijdig
0 0.5 1 1.5 2 2.50
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
220
gemiddeld verval [m]
aan
tal
geti
jden
Figuur 3.12 Rangschikking van de gemiddelde vervallen per halve (vloed of eb)
of hele getijcyclus. Bij de laatste gaat het dus om 2 x 708 = 1416
waarden in het jaar 2004
23
4. Kenmerken van de te installeren turbine
Op basis van het gestelde in par. 2.3 en Hoofstuk 3 is het nu mogelijk om bij
benadering de gewenste kenmerken van de turbine in de proefinstallatie te bepalen.
Er is in de literatuur in feite maar één voorbeeld te vinden van een turbine die voor
soortgelijke omstandigheden als voorkomen bij de Brouwersdam is ontworpen en
gebouwd. Dat is de turbine15
die in de voormalige USSR is geplaatst in het Noorden
van Rusland en bekend staat als ‘Kislaya Guba Pilot TPP16
(±1970). De turbine is
ontworpen en geleverd door de Franse turbine-leverancier Neyrpic-Alsthom.
In Tabel 4.1 zijn een aantal randvoorwaarden en kenmerken, die gelden voor deze
turbine en de bijbehorende caisson-unit (waarin hij is opgenomen), vergeleken met
die van de ‘proefinstallatie Brouwerssluis’. Hierbij wordt er met nadruk op gewezen
dat dit, voor wat betreft de waarden gegeven voor de turbine en caisson van de
proefinstallatie, voorlopige cijfers zijn. In een volgende fase (zie Hst. 6).zal een
ingenieursbureau in samenwerking met een turbine-specialist meer definitieve
waarden moeten vaststellen.
Op het eerste gezicht lijkt het wonderlijk dat men bij de proefinstallatie Brouwerssluis
op een hoger geïnstalleerd vermogen en een hogere energieopbrengst uitkomt dan bij
Kislaya Guba Pilot. De situatie is echter niet dezelfde in beide gevallen.
Tabel 4.1 Vergelijking tussen de kenmerken van Kislaya Guba Pilot TPP en
de (voorlopige) kenmerken van de proefinstallatie Brouwerssluis
Waarde(n) behorend bij:Randvoorwaarde of Kenmerk
Kislaya Guba Pilot
TPP17
Proefinstallatie
Brouwersluis (voorl.)
Getij: gemiddeld springtij
gemiddeld getij
gemiddeld doodtij
3,23 m
2,27 m
1,61 m
2,88 m
2,50 m
2,01 m
Turbine: type
diameter
toerental
aantal ‘modes’
vermogen (Prated)
Hmin
Hdesign
Hmax.
Hrated
Bulb
3,3 m
72 rpm
zes
400 kW
0,50 m
2,10
2,50 m
1,28 m
Bulb
3,5 m
(niet bepaald)
zes
595 kW
0,50 m
(niet bepaald)
2,50 m
1,40 m
Caisson lengte
breedte
hoogte turbine-eenh.
hoogte totaal
36 m
18,3 m (NB: 2 eenheden)
9,35 m
16 m
33,60 m
8,30 m
9 m
15 m
Jaarlijkse energieopbrengst 1,2 GWh 2,16 GWh
15
Er is uiteindelijk slechts één turbine in deze centrale geïnstalleerd hoewel er plaats was voor 2 stuks.16
TPP staat voor tidal power plant17
De gegevens voor Kislaya Guba zijn ontleend aan Bernshtein, blz. 59 – 63 en blz. 346 – 355
24
Naast de kleinere diameter van de turbine (doorsnede 12,5 % minder dan bij de
Brouwerssluis) is er bij Kislaya Guba sprake van een klein bekken (variatie in
oppervlak tussen 1 en 1,5 km2) en bij turbineren, inlaten of spuien volgt het peil
daarvan dus vrij snel het getij op zee. En dit beperkt op zijn beurt het gemiddelde
verval over de turbine en doorvoersluis. Bij de proefinstallatie Brouwerssluis is sprake
van een groot bekken (117 km2) waarvan het peil tijdens turbineren en inlaten/spuien
nauwelijks verandert en daardoor wordt het verval practisch alleen bepaald door het
getij op zee. Dit betekent in dit geval een groter gemiddeld verval dan bij Kislaya
Guba Pilot. En daarom ook een hogere Hrated en een hoger geïnstalleerd vermogen (=
Prated).
Bij een doodtij zijn bijvoorbeeld de hoog- en laagwaterstanden buitengaats NAP +
0,84 en – 0,59 m terwijl een week later bij springtij die peilen NAP +2,05 en – 1,34 m
zijn18
. De bijbehorende maximale vervallen zijn dan respectivelijk (t.o.v. het vaste
streefpeil op het Grevelingenmeer van NAP - 0,20 m) 104, 39, 225 en 114 cm.
Er zijn blijkens de tabel slechts kleine verschillen in de afmetingen van de caissons.
Overigens zal dit in een later stadium nog nader moeten worden bestudeerd.
Een meer gedetailleerde bespreking van het caisson-ontwerp vindt men in Bijlage B.
18
Zie de Getijtafel voor 2007 voor 21 en 27 oktober. Let wel dat dit geen extreme waarden zijn. Zie
voor het laatste Tabel 2.1.
25
5. Kosten-baten analyse
5.1 Uitgangspunten
In het algemeen kan men stellen dat de proefinstallatie een voor-investering is t.b.v de
toekomstige grote getijcentrale. Een kosten-baten analyse is daarom in feite niet aan
de orde, Men kan eenvoudig weg niet verwachten dat een dergelijke installatie op
zichzelf een economisch aantrekkelijke investering is. Met de proefinstalatie hoopt
men juist te bereiken dat de technische en economische haalbaarheid van de grote
centrale gemakkelijker zal zijn aan te tonen. En bij die berekening van de
economische haalbaarheid kan men dan de reeds verrichte investeringen, zoals die
gedaan voor de proefinstallatie, meetellen.
Toch is, overeenkomstig het verzoek van DELTA NV, een kosten-baten analyse
uitgevoerd.Voor de opzet hiervan wordt verwezen naar het Rapport van juni 2008
(par. 6.3.1). Omdat echter de proefinstallatie, naar verwacht, maar 10 – 20 jaar
operationeel zal zijn, is geen rekening gehouden met groot onderhoud (rehabilitatie).
Alleen de reguliere kosten van onderhoud en exploitatie (geschat op 1 % per jaar van
de investeringskosten) zijn in rekening gebracht.
Ook is geen rekening gehouden met de kosten van het eventueel verwijderen van de
installatie aan het eind van de exploitatie-periode. De volgende redenering ligt hieraan
ten grondslag:
Als de grote getijcentrale wordt gebouwd kan men vermoedelijk zonder grote
extra kosten het verwijderen van de proefinstallatie in het bouwcontract
opnemen. Wellicht kan men zelfs de turbine-generator in een eenheid van de
grote centrale her-installeren. Wordt die centrale niet gebouwd dan zal men de
proefinstallatie langer in bedrijf willen houden en ontstaat een geheel nieuwe
situatie.
De waarden van de kengetallen zijn als volgt:Kengetallen
bouwduur 1,5 jaar
Onderhoud en exploitatie 1,00% van de investeringskosten per jaar
Transmissie verliezen19
3,00%
Interest percentage 4,00%
Periode van analyse 10, 15, 20 en 40 jaar
Onvoorzien 15,00 % van de ‘netto’ bouwkosten
Planning en Administratie 10,00 % van de ‘netto’ bouwkosten
Financiering 0,00 % van de investeringskosten
5.2 De kosten van de civiele en electro-mechanische werken
Er is een raming gemaakt van de kosten die gemoeid zullen zijn met de bouw van de
proefinstallatie. Die kosten zullen omstreeks € 12 miljoen bedragen. De raming is
inclusief een bedrag van 10 % voor de kosten van het voortraject (ontwerp,
aanbesteding) en het toezicht op de uitvoering. De raming is exlusief BTW.
19
Transmissieverliezen komen niet ten laste van de kWh-prijs ‘af-centrale’
26
Deze raming wordt met het nodige voorbehoud gegeven. De gepresenteerde schetsen
lenen zich nauwelijks of niet voor het maken van begrotingen. Daarnaast gaat het hier
om een uniek project, dat wil zeggen uniek in twee betekenissen:
- Eerstens is het inbouwen van een turbine in een caisson die vervolgens wordt
versleept en daarna afgezonken tegen een bestaande constructie in deze vorm
nog niet in Nederland toegepast. Wel zijn en worden tunnelstukken versleept
en afgezonken maar die blijven inwendig wel droog en bevatten ook geen
uitgebreide apparatuur. Het afzinken van tunnelstukken is in Nederland
overigens al tientallen jaren een gebruikelijke methode. Het zijn echter de
doorlaatcaissons, gebruikt bij de Deltawerken, die de grootste overeenkomst
met de caisson voor de proefinstallatie hebben maar de laatsten hiervan
werden inmiddels ruim 35 jaar geleden gebouwd en geplaatst (1971,
Brouwersdam).
- Tweedens is het projekt uniek omdat het een eenmalige operatie20
betreft
waarbij men niet kan leren van gemaakte fouten: het moet ineens goed zijn.
Dat is dus voor een aannemer riskant. Het gezegde ‘al doende leert men’ gaat
hier dus niet op.
5.3 De economische berekeningen
De economische berekeningen zijn op dezelfde wijze gedaan als de berekeningen die
zijn gepresenteerd in het Rapport van juni 2008. Er wordt in dit verband verwezen
naar par. 6.3.2 van dat rapport. De berekeningen zijn gedaan voor analyse-perioden
van 10, 15, 20 en 40 jaar. De laatste periode is genomen om vergelijking met de
resultaten uit het juni rapport te vergemakkelijken. Maar overigens gaat zo’n
vergelijking in feite volledig mank want in het juni rapport is er van uitgegaan dat
vele kosten ten laste komen van derden die de kwaliteit van het water in het
Grevelingenmeer willen verbeteren. Dat is hier niet het geval t.a.v de bouwkosten
(behoudens het feit dat de zeewering er al is, alsmede het stortebed).
Zoals reeds bij de Uitgangspunten werd gesteld is het niet juist om conclusies te
trekken t.a.v. de economische haalbaarheid van dit projekt door slechts naar de NCW-
waarden en break-even kWh-prijs te kijken.
Zie verder Tabel 5.1.
Tabel 5.1 NCW-waarden voor verschillende analyse-perioden en verschillende kWh-
prijzen voor proefinstallatie Brouwerssluis
Anlyse-
periode
[jaren]
Bouw-
kosten21
[106 €]
NCW van
bouwkosten
[106 €]
NCW bij
4 cent/kWh
[106 €]
NCW bij
6 cent/kWh
[106 €]
NCW bij
8 cent/kWh
[106 €]
Energieprijs
voor NCW=0
[cent/kWh]
10 11,8 -13,32 - 12,74 - 12,45 -12,16 92,3
15 11.8 -13,32 -12,50 -12,09 -11,68 65,0
20 11,8 -13,32 - 12,30 - 11,79 - 11,28 52,3
40 11,8 -14,35 - 12,83 - 12,07 - 11,31 37,8
20
Zowel bij het afzinken van tunnelstukken als het plaatsen van doorlaatcaissons ging het bij elk
projekt altijd om meerdere eenheden. Bovendien waren er meerdere min of meer gelijkwaardige
projekten.21
Dit zijn de bouwkosten inclusief opslagen voor onvoorzien (15%), planning en administratie (10%).
27
6. Het vervolgtraject
6.1 De te ondernemen stappen
Nadat DELTA heeft besloten om de voorgestelde proefinstallatie te realiseren, dienen
de volgende stappen te worden ondernomen:
1. het aanvragen en verkrijgen van de benodigde vergunningen die nodig zijn
voor het bouwen en exploiteren van de proefinstallatie;
2. opdracht aan een ingenieursbureau voor het ontwerpen, besteksgereed maken
en aanbesteden van het projekt;
3. realisatie van het projekt met in bedrijfstelling en beproeven van de electro –
mechanische installatie;
4. meerjarig testprogramma ter voorbereiding op het bouwen van de eigenlijke
getijdencentrale Brouwersdam.
De bijzonderheden van stap 1 worden hier niet besproken. Die zijn een zaak van
DELTA, Rijkswaterstaat en andere overheidsinstanties. Voorts kunnen de details van
stap 4 in een later stadium worden vastgesteld. Hieronder volgen daarom alleen een
aantal opmerkingen over de stappen 2 en 3.
6.2 Stap Twee
Voor wat betreft stap 2 wordt aanbevolen deze opdracht te geven aan TEC ‘Tunnel
Engineering Consultants’ 22
. Hiervoor zijn twee redenen:
- Binnen Nederland heeft TEC de meeste ervaring met het ontwerp en de
bouwbegeleiding van gezonken tunnels; zij heeft indertijd deze ervaring
kunnen overnemen van Rijkswaterstaat die zijn eigen afdeling tunnelbouw
heeft geliquideerd.
- TEC is een permanente samenwerking van de drie grote ingenieursbureaus
DHV, Royal Haskoning en Witteveen en Bos. Zij heeft dus gemakkelijk
toegang tot de waterbouwkundige, constructieve en centrale-bouw expertise
van deze bureaus.
Bij de opdracht aan TEC zou het moeten gaan om een ontwerp dat zodanig is
gedetailleerd dat het turn-key kan worden aanbesteed. De noodzakelijke expertise
betreffende turbine-generators zou TEC uit het buitenland moeten betrekken.
Met ontwerpen, besteksgereed maken, overleg, aanbesteding en gunning zal
omstreeks een jaar gemoeid zijn. Bij voorkeur worden voor de aanbesteding een
beperkt aantal aannemers gepreselecteerd. Het is niet duidelijk in dit stadium of de
aanbesteding ‘Europees’ moet zijn.
22
Managing Director ir W.P.S. Janssen, adres: Postbus 108, 6500 AC Nijmegen, tel 024 38 20 430;
email [email protected]; URL www.TEC-tunnel.com
28
6.3 Stap Drie
Voor wat betreft stap 3 gaat het om één contract tussen DELTA en een grote
aannemer die bereid is het projekt te detailleren en uit te voeren in samenwerking met
een door hem te kiezen onderaannemer voor de turbine en generator met alle
toebehoren. De totale bouwtijd (inclusief beproeven van de installatie) wordt
voorshands op 1,5 jaar geschat.
29
7. Conclusies en Aanbevelingen
7.1 Conclusies
1. Bij het realiseren van een proefinstallatie in de Brouwerssluis zal men, als men
een koker niet voor langere tijd mag afsluiten, de installatie moeten
positioneren buiten de eigenlijke sluiskokers en wel tegen een koker aan de
meerzijde.
2. Omdat de proefinstallatie t.z.t. moet kunnen worden verwijderd zal men de
turbine-generator moeten inbouwen in een caisson die elders wordt gebouwd
en drijvend moet kunnen worden gepositioneerd en daarna afgezonken.
3. Om ervaring op te kunnen doen t.g.v de toekomstige bouw van een grote
getijcentrale ligt het voor de hand om te kiezen voor een overdrukturbine van
het type Bulb met een diameter van 3,5 m en met de mogelijkheid de turbine te
kunnen gebruiken zowel voor turbineren, pompen en spuien en dat in beide
stroomrichtingen (totaal dus zes modes).
4. Uitgaande van een min of meer constant peil op het Grevelingenmeer van
NAP – 0,20 m kan met behulp van een model de jaarlijkse energieopbrengst
worden berekend. Deze bedraagt bij turbineren tijdens vloed 1,51 GWh en
tijdens eb 0,65 GWh. Daarom kan, bij dubbelzijdig turbineren, en rekening
houdend met wrijvingsverliezen in de sluiskoker, de totale jaarlijkse
energieopbrengst op omstreeks 2,0 GWh worden gesteld. Deze
energieopbrengst kan voorzien in de electriciteitsbehoefte van 550 á 600
huishoudens.
De bijbehorende turbine heeft een vermogen (rated capacity) van 595 kW.
5. De turbine-caisson met opbouw heeft als afmetingen: lengte 33,60 m, breedte
8,30/14,00 m en hoogte 15 m. Deze maten zijn voorlopig. In een volgend
stadium moeten de afmetingen definitief worden bepaald.
6. De bouwkosten worden voorshands geraamd op € 12 miljoen. Aangezien deze
raming is gebaseerd op een summier ontwerp en het hier een uniek projekt
betreft met grote risico’s voor de bouwer heeft het gegeven bedrag slechts
indicatieve waarde.
7. Op basis van genoemde bouwkosten, een jaarlijks bedrag aan exploitatie-
kosten van 1 % van de bouwsom en een bedrijfsperiode van 10 á 20 jaar kan
de break-even kostprijs van de energie worden berekend. Deze bedraagt
respectivelijk 92 en 52 eurocent/kWh. Bij een bedrijfsperiode van 40 jaar zou
dat 38 eurocent/kWh zijn. Overigens is de waarde van een dergelijke
berekening gering aangezien het hier gaat om een proefinstallatie waarmee
men ervaringen hoopt te kunnen opdoen en conclusies hoopt te kunnen
trekken t.b.v. een toekomstige grote getijcentrale die daardoor optimaler kan
worden ontworpen, goedkoper zal worden en daarmee meer rendabel.
30
8. In de volgende fase zal een ontwerp en bestek moeten worden gemaakt dat bij
aanbesteding zou moeten leiden tot een turn-key opdracht waarbij levering,
montage en beproeving van de turbine-generator is inbegrepen. Genoemde
volgende fase van voorbereiding zou binnen een jaar voltooid kunnen zijn.
Voor de bouw e.d, wordt een periode van anderhalf jaar geraamd.
7.2 Aanbevelingen
1. Het wordt aanbevolen om, indien wordt besloten om door te gaan met dit
projekt, een ingenieursbureau in te schakelen dat, in nauwe samenwerking met
een consultant voor turbine en generator, het projekt besteksklaar maakt voor
aanbesteding als turn-key opdracht.
2. Gezien de hoogte van de bouwkosten op basis van het huidige voor-ontwerp
met turbine-caisson wordt aanbevolen om alsnog te onderzoeken of een meer
permanente installatie in een bestaande koker van de Brouwerssluis mogelijk
is uit technisch, economisch en ecologisch oogpunt.
3. Bij een uitvoering met turbine-caisson aan de meerzijde van de Brouwerssluis
zal men in een vroeg stadium moeten nagaan of (a) het bestaande stortebed
moet worden geëgaliseerd en/of bijgestort en (b) hoe de aansluiting op de
bestaande betonconstructie van de sluis het beste kan worden gerealiseerd.
Hierbij moet worden aangetekend dat, blijkens de in oktober 2008 van
Rijkswaterstaat ontvangen tekeningen, er sprake zou zijn van een drempel met
kruin op NAP – 5,50 m op ± 60 m afstand van de kokerinlaten die later op het
storte bed is geplaatst.
31
BIJLAGE A
Afspraken DELTA-RWS-TU Delft over Pilot getijde-energie inBrouwerssluis
Datum: 25 augustus 2008
Aanwezig: DELTA : P.J. Buijs, J.H. Maas
RWS : J.W. Slager, P. Paulus
TU Delft : J. van Duivendijk
Dit overleg is een vervolg op het bestuurlijk overleg van 8 juli j.l. tussen Provincie,
DELTA en RWS o.l.v. oud-CvdK Wim van Gelder over de voortgang van de
ontwikkeling van getijde-energie in de Grevelingen.
In dat bestuurlijk overleg is afgesproken dat DELTA en RWS, vooruitlopend op de
planstudie die kan resulteren in een grotere getijdecentrale in de Brouwersdam,
gezamenlijk de uitgangspunten zouden bepalen voor een proefprojekt met getijde-
energie , waarna DELTA aan TU Delft opdracht geeft om daar een rapport over uit te
brengen. Omdat de Flakkeese spuisluis voorlopig nog niet operationeel is, is besloten
om eerst te kijken naar de Brouwerssluis, die in bedrijf is en waar de stroomsnelheden
zelfs twee maal zo groot zijn.
De bevindingen van TU Delft zullen besproken worden in het volgende bestuurlijke
overleg op 6 oktober a.s. De tijd voor TU Delft om rapport uit te brengen is dus kort,
en dat betekent dat hier niet teveel detail in kan worden meegenomen.
Vergunningsaspecten, visgeleiding en mogelijke subsidies zijn zaken die bij de
Provincie liggen.
RWS geeft aan dat het peil van het Grevelingenmeer voorlopig nog gehandhaafd blijft
op NAP – 20 cm met maximale variatie van 10 cm naar boven en naar beneden. Met
de schuiven in de Brouwerssluis wordt dit peil nu geregeld waarbij de normale
variaties in de praktijk niet meer bedragen dan 5 à 6 cm. Maximaal mag het peil
variëren tussen NAP -10 cm en NAP – 30 cm.
Getijvariaties van 30-100 cm. zijn nog niet aan de orde: dit is onderwerp van de
planstudie.
Getijdeturbines in de Brouwerssluis moeten dus gebruik maken van de
waterstandsverschillen tussen de Noordzee en het Grevelingenmeer, d.w.z. tussen de
eb- en vloed-niveau’s op de Noordzee en het vaste peil van – 20 cm.
Een tweede randvoorwaarde van RWS is dat het uitwisselingsdebiet door de beide
kokers niet teveel mag afnemen ten gevolge van de extra weerstand veroorzaakt door
de turbines. Dit is volgens TU Delft niet aan de orde: de turbines hebben een venturi-
werking waardoor het water door een vernauwing getrokken wordt en sneller gaat
stromen. Het debiet neemt hierdoor niet veel af. Zie naschrift HvD.
DELTA heeft als doel ervaring op te doen met getijde-energie in het algemeen en
specifiek met het type turbine dat straks ook in een grotere getijde-centrale in de
Brouwersdam toegepast zal worden. Door een proefprojekt in de Brouwerssluis uit te
voeren worden deze turbines onder dezelfde omstandigheden beproefd als de turbines
in een grotere centrale, met uitzondering van het getij op de Grevelingen zelf. DELTA
32
denkt hierbij wel aan een permanente opstelling (10-15 jaar) en aan een projekt met
een redelijke rentabiliteit, al of niet met subsidies.
Hans van Duivendijk van TU Delft heeft al van tevoren nagedacht over een mogelijk
ontwerp. Het ‘’ophangen’’ van turbines in de spuisluizen heeft volgens hem weinig
zin omdat je hier niet meer mee aantoont dan bijv. TOCARDO in de Afsluitdijk.
Dan ben je dus eigenlijk bezig met ‘’vrije stroom’’ turbines i.p.v. met ‘’geleide
stroom’’ turbines. Zijn idee is om aansluitend aan één van beide kokers aan de meer-
zijde een caisson te plaatsen met daarin geïntegreerd een bulb-turbine die tweezijdig
kan turbineren. Hiermee wordt een situatie gecreëerd die vergelijkbaar is met turbines
die in een toekomstige waterkering worden geïntegreerd, en waarbij tevens de
volledige waterstroom door de turbine ‘’gedwongen’’ wordt (mits de afsluiting tussen
koker en caisson waterdicht is). Voordeel is bovendien dat de hele installatie elders
kan worden opgebouwd en alleen maar ‘’ingevaren’’ hoeft te worden, en afgezonken
en aangesloten. Daarvoor hoeft één koker slechts enkele dagen afgesloten te worden.
Het is geen probleem om dit idee verder uit te werken en m.b.v. het model de kWh-
opbrengsten te bepalen. Een groter probleem is om op zo’n korte termijn aan
budgetprijzen te komen voor turbine en caisson.
TEC (Tunnel Engineering Consultants waarin DHV, Haskoning en Witteveen&Bos
samenwerken) zou een caisson kunnen ontwerpen en begroten. Hans zal bij hen
navragen of zij op korte termijn een budgetprijs kunnen afgeven.
Verder is het heel moeilijk om aan budgetprijzen van bulb-turbines te komen. Er zijn
wereldwijd 4 leveranciers en die komen alleen in beweging als er wat meer zekerheid
is dat een projekt ook daadwerkelijk gerealiseerd wordt.
Hans zal ook nog bij Delta Marine Consultants navragen of het mogelijk is om een
budgetprijs voor het geheel (turn-key) te krijgen.
TUD zal een voorstel doen voor deze korte studie en zal daarin ook aangeven hoe
het vervolgtraject eruit zou kunnen zien om tot realisatie in 2010 te komen.
RWS zal z.s.m. gereviseerde ‘’as-built’’ tekeningen sturen van de doorlaatsluis,
inclusief stortebedden.
De studie van TU Delft zal niet ingaan op ecologie, visstandsonderzoek en
vergunningsvoorwaarden. Dit ligt meer op het bordje van de Provincie. RWS geeft
aan dat de Visstandsbeheerscommissie (VBC) bij die onderzoeken betrokken moet
worden. Contactpersoon bij RWS hiervoor is Frank Gijzel.
Frank zorgt overigens ook voor de tekeningen die TU Delft nodig heeft.
RWS vraagt of resultaten van dit proefprojekt meegenomen kunnen worden in de
planstudie. DELTA geeft aan dat de planstudie dan mogelijk wel heel lang kan gaan
duren ervan uitgaande dat de getijdeturbine in de Brouwerssluis op zijn vroegst in
2010 in bedrijf gaat.
Uiteraard kunnen wel de resultaten van de studies getijde-energie Brouwersdam en
Brouwerssluis in de planstudie worden meegenomen.
Omdat DELTA deze studies niet zomaar af wil geven aan Witteveen&Bos, zal er
door RWS een gesprek geregeld worden waarin W&B zal aangeven welke
informatie uit deze studies nodig is voor verkenning en planstudie.
Voordat DELTA de planstudie in gaat, moet er wel iets geregeld zijn m.b.t.
exclusiviteit voor DELTA bij de verdere ontwikkeling van een getijdecentrale,zodat
zij niet links of rechts kan worden ingehaald door concurrerende partijen.
33
Dit zal besproken worden in het bestuurlijk overleg en gestreefd zal worden om
dit najaar te komen tot een LOI tussen DELTA, RWS en Domeinen t.a.v.
ontwikkeling van getijde-energie op de Brouwersdam met een positiebepaling
van de betrokken partijen.
In eerste instantie betreft dit de realisatie van het proefprojekt in de Brouwerssluis.
Een dergelijke LOI helpt RWS ook om getijde-energie nadrukkelijker op de kaart te
krijgen bij het uitwerken van de planstudie.
Tot slot biedt RWS nog aan om een bezoek te regelen aan de Brouwerssluis om de
situatie ter plekke nog eens goed te bekijken.
Dit bezoek is inmiddels geregeld en vastgesteld op woensdag 24 september tussen
10.00 en 12.00 uur.
Naschrift Hans van Duivendijk over invloed turbines op debiet.
Je zou in eerste instantie kunnen aannemen dat het debiet afneemt in de verhouding
van de doorsneden. In de keel heeft een koker een doorsnede van 27 m2. De turbine
heeft een diameter van 3,5 m en de doorsnede is dan circa 10 m2. Een verhouding
27/10 is echter te pessimistisch. In werkelijkheid gaat het om de totale weerstand over
de volle lengte van de koker. enerzijds en de koker plus caisson anderzijds.. Hier bij
moet worden aangetekend dat het debiet nu, onder invloed van de wisselende getijden
op zee ook enorm varieert van etmaal tot etmaal en daarmee het totale doorvoerdebiet.
Bij een doodtij zijn bijvoorbeeld de hoog- en laagwaterstanden buitengaats NAP +
0,84 en – 0,59 terwijl een week later bij springtij die peilen NAP +2,05 en – 1,34
zijn23
. De door- voer is evenredig met de wortel uit het het verval. Die maximale dan
wel minimale vervallen zijn respectivelijk (t.o.v. het vaste streefpeil op het
Grevelingenmeer) 104, 39, 225 en 114 cm. Het debiet kan dus √39 tot √225 of wel
meer dan een factor zes in grootte verschillen. Daarnaast is er natuurlijk nog de
noodzakelijke sturing met behulp van de schuiven (en later ook de turbine) om het
peil op NAP – 0,20 m te handhaven.
Jan Maas
5 september 2008
23
Zie de Getijtafel voor 2007 voor 21 en 27 oktober.
34
35
BIJLAGE B
Voorlopig ontwerp van caisson voor proefinstallatie
B-1 Basis voor ontwerp
De Bulb turbine krijgt een waaier-diameter van 3,5 m.
Er blijken verschillende richtlijnen in omloop te zijn om op basis van de waaier-
diameter de overige afmetingen te bepalen.
Voor dit ontwerp is de richtlijn gekozen zoals die volgt uit Miller24
en Raabe25
(Figuur B.1). Voor de diktematen van betonconstructies (bodemplaat, plafonds,
zijwanden) zijn voorlopige aannamen gedaan.
Figuur B.1 Afmetingen van de turbinebuis bij bulb-turbine als functie van de
waaier-diameter D
B-2 Verticale Langsdoorsnede (Figuur B.2)
Inlaat aan voorzijde caisson (de voorzijde is de zijde geplaatst tegen de sluiskoker)
krijgt als hoogte (inwendig) 2,25 D = 7,80 m (afgerond). Bodem- en bovenplaat zijn
0,60 m dik. De hoogte van de inlaat (uitwendig) is dan 9,00 m. Aangezien de
sluiskoker een hoogte heeft van 8,00 m rust de bovenplaat tegen de schuine
bovenzijde van de sluiskoker.
Er moet plaats worden gereserveerd voor een schuif die de caisson tijdens transport
afsluit (sponning 0,40 m plus 2 x 1,00 m = 2,40 m). De afstand van voorzijde tot as
van de waaier wordt daardoor niet 3,0 D = 10,50 m(zoals in Figuur B.1)) maar 8,80 m
24
Miller H, ‘Choice of hydro-electric equipment for tidal energy’ (Proceedings Korea Tidal Power
Symposium, Sulzer-Esher Wyss, Oct-Nov. 1978)25
Raabe J, Hydropower: ‘The design, use and function of hydromechanical, hydraulic and electrical
equipment’, (VDI-Verlag, Duesseldorf, 1985)
36
plus 2,32D (=7,90 m) = 16,70 m. Aan de voorzijde heeft de turbine koker een
rechthoekige doorsnede maar na de schuifsponning wordt de doorsnede geleidelijk
rond tot bij de maximale diameter van de bulb waar hij volmaakt rond is.
Na de vernauwing bij de waaier (rond, 3,5 m) verwijdt de turbinebuis zich weer in
de richting achterzijde caisson (afgeknotte kegel) over een lengte van 2,41D = 8,45 m
(afgerond). Daarna gaat de buis over een zelfde afstand over van rond naar
rechthoekig. De hoogte is bij de uitlaat achterzijde 1,5D = 5,20 m (afgerond). In het
laatste gedeelte is ruimte gereserveerd voor een schuif.
De totale lengte van de caisson wordt hiermee 33,60 m.
De as van de turbine-generator ligt op een peil van NAP – 6.50 m (namelijk –11,00 +
0,60 + 0,5 x 7,80).
In afgezonken positie ligt de onderzijde van de caisson op het bestaande stortebed op
NAP – 11,00 m. De bovenzijde van de caisson heeft dan als peil NAP + 4,00m. Dit is
Figuur B.2 Verticale doorsnede turbine-caisson
ook het peil van de bovenzijde van de inlaat doorlaatsluis en van de binnenberm
(plateau) van de Brouwersdam. Er is ruimte boven de turbinebuis voor diverse
bedieningsruimten. De afmetingen moeten t.z.t definitief worden vastgesteld in
overleg tussen architect, constructeur en turbine-leverancier.
B-3 Horizontale Langsdoorsnede (Figuur B.3 en B.4)
Bij de voorzijde van de caisson is de breedte inwendig 2,08D = 7,30 m (afgerond).De
zijwanden zijn elk 0,50 m dik. Totale breedte caisson is dan 7,30 + 2 x 0,50 m = 8,30
m.
37
Figuur B.3 Horizontale doorsnede turbine-caisson met aansluiting op sluiskoker
Figuur B.4 Bovenaanzicht turbine-caisson met flenzen en schuifkokers
Blijkens Figuur B.1 is het verloop van rechthoekig naar rond (ter plaatse van bulb en
waaier) eenvoudiger in het horizontale dan in het verticale vlak. De gebruikte
afmetingen volgen verder uit die voor de verticale langsdoorsnede.
38
Een bijzonder punt is nog de aansluiting van de turbinebuis aan de sluiskoker. De
caisson heeft uitwendig een breedte van 8,30 en hoogte van 9 m (zonder de opbouw)
terwijl de dagwijdte van de sluiskoker aan de meerzijde 12,85 m bedraagt en de
hoogte bij overgang schuine wand in verticale wand 13 m (NAP – 11,00 m tot NAP +
2,00 m). Dit betekent dat de caisson minder breed en hoog is dan de de sluiskoker ter
plaatse van de inlaatopening. In deze situatie is voorzien door het introduceren van
een ‘flens’ aan de caisson aan de zijkanten en de bovenzijde26
. De totale breedte van
de caisson ter plaatse van de flens wordt hierdoor 12,85 + 0,95 = 13,80 m.27
en de
flens krijgt over deze gehele breedte een bovenpeil van NAP + 3,00 m. De hoogte van
de flens op de caisson is dan 4 m. Aan de zijkanten is de hoogte van de flens 14 m
(NAP – 11,00 tot NAP + 3,00 m).
De aansluiting van de flenzen op de verticale wanden van de sluiskoker moet nog
nader worden bestudeerd gezien de, uit recente foto’s blijkende, afronding van de
tussenmuur en de aansluiting van de damwand op de eindwand. (Figuur B.5)
Figuur B.5 Aanzicht tussenmuur en aansluiting damwand op eindwand
B-4 Vormgeving ontwerp versus uitvoering
Bij het hierboven beschreven ontwerp moet de caisson bij het afzinken tegelijkertijd
richting sluiskoker schuiven. De bovenvoorzijde van de caisson schuift hierbij naar
beneden langs de schuine eindwand van de sluiskoker en de onderplaat van de caisson
beweegt zich over de vloer van de sluiskoker.
Dit kan problematisch blijken te zijn: de caisson kan vast komen te zitten op het
stortebed28
voordat hij volledig met flens en bovenplaat tegen de sluiskoker rust. Een
mogelijke oplossing zou zijn om het gedeelte van de caisson voor de flens weg te
laten. Maar er moet dan een oplossing worden gezocht voor de aansluiting van de
bodemplaat van de caisson op de sluisvloer en ook voor de consequenties van de
driehoekige ruimte die ontstaat tussen schuine eindwand van de sluiskoker en de
flens. Wervelingen en eventueel luchtaanzuiging zijn dan niet uitgesloten.
26
Aan de bovenzijde is die ook nodig om de schuif te kunnen heffen.27
Er zij hier vermeld dat de dagwijdte van de schutsluis in de Grevelingendam 16 m bedraagt.28
Volgens DMB-DW nr 79 (febr. 1977) is de bestorting aan de meerzijde aangebracht ‘in den natte’
(50 cm grint waarop een 1m dikke laag van zware stortsteen -, sortering 10/300 kg). Dit houdt in dat er
grote oneffenheden in de bestorting kunnen zijn. Wellicht is er ook sprake van aanzanding tussen
kokerinlaten en de drempel. Het zal dan ook nodig zijn om die eventuele oneffenheden door duikers te
laten egaliseren voordat een caisson kan worden geplaatst.
39
Er is ook gesuggereerd om het gedeelte voor de flens apart in staal te prefabriceren en
in de inlaat van de koker te plaatsen met een kraan en vast te zetten met behulp van
duikers. De caisson kan in dat geval verticaal worden afgezonken.
Volledigheidshalve wordt hier ook verwezen naar tekening SDZL –
P0240408100612550 –0012 die in oktober 2008 van Rijkswaterstaat werd ontvangen.
De tekening is onderdeel van de ‘Complementeringswerken’ en toont een
storsteendrempel met kruin op NAP – 5,50 m die later op ± 60 m afstand van de
kokerinlaten aan de meerzijde op het stortebed is aangebracht.
Een ander aspect dat aandacht verdient bij verdere detaillering is de hoogte van de
turbinebuis (7,80 m inwendig) nabij de voorzijde . Gezien de hoogte van de
sluiskoker ter plaatse (8,0 m) verdient het aanbeveling ook de inwendige hoogte van
de turbinebuis hieraan aan te passen. De bovenzijde van de caisson (zonder opbouw)
komt dan 40 cm lager, d.w.z. op NAP – 2,40 m te liggen terwijl de as van de turbine-
generator ook lager komt te liggen. De turbine-leverancier moet aangeven of er dan
nog genoeg ruimte overblijft tussen bodemplaat en de onderzijde van de turbine-
mantel voor het aanbrengen van mechanisch-electrische onderdelen zoals het
bewegingsmechanisme voor de leischoepen (guide vanes). Ook vermindert wellicht
het venturi-effekt van de turbinebuis.
De caisson zal op een scheepswerf of in een droogdok moeten worden gebouwd. Dat
zal vermoedelijk buiten het Grevelingenmeer gebeuren. Op het eerste gezicht ligt het
voor de hand om voor een uitvoering in gewapend beton te kiezen maar het zou ook
een uitvoering in staal kunnen zijn. De caisson zal vervolgens in drijvende toestand
naar de plaats van bestemming moeten worden gesleept. Hij zal dan, onder anderen,
de schutsluis in de Grevelingendam moeten passeren. Deze schutsluis met vrije
doorvaarthoogte, heeft, zoals wij reeds zagen, een dagwijdte van 16 m terwijl de
lengte 125 m bedraagt en de bodem op NAP – 5,50 m ligt. Vermoedelijk zal de
caisson, in verband met de beschikbare vaardiepte in de sluis en elders op het traject
tussen werf en Brouwerssluis, in eerste instantie slechts gedeeltelijk worden
afgebouwd om zodoende de diepgang te verminderen. Daartoe zullen wellicht ook
drijflichamen moeten worden toegepast. Zo zal de turbinebuis met in te storten
onderdelen op de werf gereed worden gemaakt maar kan wellicht de eigenlijke bulb
met rotor en stator en ook de waaier later worden geplaatst. Ook de opbouw boven op
de eigenlijke caisson kan voor een deel later ter plaatse voor en na afzinken worden
aangebracht waarna de installatie van diverse mechanisch –electrische apparatuur kan
plaatsvinden. Overigens zal de periode tussen afzinken en in bedrijfstellen (het laatste
betekent hier dat de waterstroom door de turbinebuis kan vloeien) vermoedelijk niet
langer mogen zijn dan drie tot zeven dagen. Dit beperkt dus aanzienlijk de tijd die na
afzinken ter beschikking zal zijn om nog onderdelen in het met water te vullen
gedeelte van de turbinecaisson te plaatsen.
Bij het maken van het definitieve ontwerp zal ook aandacht moeten worden besteed
aan de schuiven aan voor- en achterzijde van de caisson. Deze schuiven dienen er
allereerst voor om de caisson voldoende drijfvermogen te geven tijdens het transport.
Nadat de caisson is afgezonken kunnen ze worden verwijderd bij gelijke waterstand
aan beide zijden. Omdat de schuiven in principe maar eenmaal of tweemaal dienst
moeten doen kan men ze ook vervangen door schotbalken of (aan de meerzijde) door
een tijdelijk ‘eindschot’.
40
Het dient te worden overwogen om vervolgens grofmazige hekwerken
(‘krooshekken’) neer te laten in de sponningen om te voorkomen dat grote vissen of
onder water zwevende wrakstukken door de turbine worden gezogen. Hoe grofmazig
dergelijke hekwerken moeten zijn is een punt van verdere studie (als de mazen klein
zijn is het verlies aan verval niet te verwaarlozen, als ze groot zijn houden ze te
weinig tegen). Het heffen en neerlaten van de schuiven en hekwerken kan het beste
met een grote mobiele kraan vanaf de vaste wal gebeuren. Het lijkt niet zinvol om
voor deze proefinstallatie permanent een speciale kraan op de caisson te installeren.
Als in een later stadium de proefinstallatie moet worden ververwijderd zullen
bovenstaande werkzaamheden in omgekeerde volgorde moeten kunnen plaatsvinden.
B-5 Stabiliteit van de geplaatste caisson
Bij het definitieve ontwerp dient men na te gaan of de stabiliteit van de caisson,
rustend op het aanwezige stortebed, ten allen tijde is gewaarborgd. Dit betreft met
name de stabiliteit als, om wat voor reden dan ook, de turbine stil staat met gesloten
leischoepen (guide vanes) en de waterstand op zee hoog is. Stel bijvoorbeeld dat die
waterstand de extreme waarde (frequentie 1x per 1000 jaar, zie Tabel 2.1) van NAP +
4,65 m bereikt. Op de turbine caisson wordt dan vanaf de zeezijde (zz)een horizontale
kracht uitgeoefend in langrichting van:
Pzz = ρ x g x h1 x Finlaat
waarbij:
- ρ en g bekend zijn (zie par 3.3): ρ = 1025 kg/m3 en g = 9,81 m/s
2;
- h1 de verticale afstand is tussen de waterstand (+ 4,65) en het midden van de
13 m hoge opening van de inlaatopening meerzijde van de sluis (- 11 tot + 2)
dat midden ligt op – 4,50; dus h1 = 9,15 m;
- Finlaat het oppervlak is waarop de kracht Pzz werkt, dit is het oppervlak van
genoemde inlaat: Finlaat = 12,85 m x 13 m = 167,05 m2.
Dus Pzz = 1025 x 9,81 x 9,15 x 167,05 = 15369525 N = 15.370 kN.
Vanaf de meerzijde (mz) (peil NAP – 0,20 m) is de horizontale kracht op de caisson
in langsrichting;
Pmz = ρ x g x ½ x h2 x Fcaisson
waarbij:
- h2 is afstand wateroppervlak tot bodem (NAP – 11 m) = 10,80; dus ½ x h2 =
5,40 m;
- Fcaisson is oppervlak ondergedompeld deel van de achterzijde van de caisson,
dus 10,80 x 8,30 m = 89,64 m2.
Dus Pmz = 1025 x 9,81 x 5,40 x 89,64 = 4867304 N = 4.867 kN
41
Het verschil in waarde tussen Pzz en Pmz zal moeten worden opgevangen door de
wrijving tussen onderzijde caisson en het stortebed. Het oppervlak van de onderzijde
van de caisson (Figuur B.3) is 8,30 x 33,60 = 279 m2. De hor. kracht Ph-bodem hierop is
Pzz - Pmz = 10.503 kN, dat is 37,7 kN/m2.
De wrijving tussen caisson en stortebed wordt veroorzaakt door een wrijvingsfactor f
maal een verticale kracht Pvert. Er zijn proeven gedaan tijdens de uitvoering van de
Deltawerken29
om die wrijvingsfactor f te bepalen. Men constateerde dat
‘een vlakke plaat op op een ongepenetreerd steenbed (die een voorstelling
geeft van een caisson met vlakke bodem op een drempel van niet met
asfaltpenetratie vastgelegde stortsteen) verschoof…wanneer men de belasting
varieerde tussen f = 0,4 en f = 0,5 na een statische belasting tot f = 0,4. Bij een
wrijvingscoefficiënt van f = 0,5 kwam de plaat tot rust. Doorgaande
verschuiving trad op bij f = 0,7’.
Als het drooggewicht van de turbine-caisson wordt gesteld op 5 kN/m3, dan is dat
over de volle hoogte van de caisson 5 x 15 = 75 kN /m2. Hier gaat vanaf 10,8 x 1.025
= 11,1 kN/ m2
voor het deel onder water. De verticale druk Pvert is dus 75 –11 = 64
kN/m2. Dan is de verhouding Ph-bodem/ Pvert = 0,59.
Gezien deze waarde, de voorlopige aanname van het drooggewicht en het feit dat uit
de genoemde proeven geen algemeen geldende conclusies konden worden getrokken,
kan in elk geval worden geconcludeerd dat de stabiliteit in deze situatie t.z.t. met de
nodige nauwkeurigheid moet worden berekend. Als die stabiliteit namelijk niet kan
worden gegarandeerd in deze extreme omstandigheden bestaat het gevaar dat de
caisson bij gesloten leischoepen tijdens hoge waterstanden op zee en/of zware
golfslag gaat schuiven over het stortebed. Wellicht is het daarom nodig om de caisson
met staaldraden of anderzijds vast te zetten aan de doorvoersluis.
29
Zie DDW-DW nrs. 34 (nov. 1965) en 53 (aug. 1970)
42
43
BIJLAGE C
Gegevens over stroomturbines
C-1 Inleiding
Omdat er recent veel belangstelling bestaat voor zogenaamde stroomturbines en men
zich wellicht zal afvragen waarom dit type minder geschikt wordt geacht voor de
Brouwersdam volgt hieronder wat informatie over deze stroomturbines..
Stroomturbines maken gebruik van de stroomsnelheid van water zoals windturbines
gebruik maken van de stroomsnelheid van wind. Het vermogen dat kan worden
opgewekt wordt berekend met de volgende formule:
P = ½ . η . ρ . A . v3
waarin: P is vermogen van de turbine in watt
η = rendement,
ρ = dichtheid van zeewater, zeg 1025 kg/m3,
A = oppervlak van de rotorschijf in m2,
v = stroomsnelheid van water in m/s.
Omdat de snelheid in de formule voorkomt tot de derde macht zal men bij voorkeur
plaatsen opzoeken waar die snelheid hoog is. Dat is op plaatsen waar zeestromingen
of getijdenstroom zich door een relatief nauwe opening moet wringen dan wel bij
spuisluizen. Stroomsnelheden van 1 tot 1,5 m/s zijn in feite niet interessant.
Het voordeel van stroomturbines is dat zij vrij gemakkelijk en zonder hoge kosten
kunnen worden geïnstalleerd in een bestaande spuiopening. Voorbeelden van zulke
spuiopeningen in Nederland zijn de uitwateringssluizen in de Afsluitdijk en de
doorlaatopeningen in de Stormvloedkering Oosterschelde.
Het nadeel van stroomturbine is de lagere energieopbrengst per m2 waaier (rotor)
oppervlak. Als men bijvoorbeeld naast elkaar twee turbines, ieder met met een
waaierdiameter van 5,5 m, zou installeren in de inlaat van een koker van de
Brouwerssluis (afmetingen ter plaatse breedt e b = 12,8 m en hoogte h = 8,0 m) en de
snelheid ter plaatse30
is circa vinl = 2,41 m/s, dan is het opgewekte vermogen bij een
rendement van η = 0,47 (zie par. C-4):
P = ½ . η . ρ . A . v3
= 0,5 x 0,47 x 1025 x 2 x (5,5)2 x π/4 x (2,41)
3
= 160242 watt = 160 kW
Een bulb turbine met een diameter van 3,5 m zal bij een zelfde verval een vermogen
opwekken van: P = η . ρ . g . H .Q
30
Die sneheid berekent men als volgt: Stel er is sprake van een netto verval over de sluis van 2 m. De
afvoer, gemeten in de keel is dan: Q = m x Ak x √(2gh) = 1,35 x 27 x √(2 x 9,81 x 2) = 228 m3/s. Bij de
inlaat zal de snelheid vinl dan zijn: Q/Ainl = 228/(12,8 x 7,4) = 2,41 m/s
44
In dit geval kan worden gerekend met een gemiddeld rendement η = 0,75, verval H
= 2 m terwijl Q = 1,2 x (3,5)2 x π/4 x √(2gh) = 72,28 m
3/s.
Dan P = 0,75 x 1025 x 9,81 x 2 x 72,28 = 1090274 watt = 1090 kW
Hieronder volgen een aantal voorbeelden van stroomturbines en hun toepassing tot
dusver. Er zijn nog vele andere in ontwikkeling zoals blijkt uit Figuur C.1
C-2 De SeaGen
De SeaGen is ongetwijfeld tot op heden de meest succesvolle stroomturbine. Eerst
was hij bekend als de Seaflow en een 300 kW prototype werd enkele jaren geleden
geïnstalleerd met één rotor op een verticale pyloon in een stroomsnelheid van 2,5 m/s
in het Kanaal van Bristol. Na dit eerste succes is recent een pyloon geplaatst op de
zeebodem op 23 m diepte met twee 16 meter diameter rotorbladen nabij de kust van
Noord-Ierland. Het vermogen hiervan is 1,2 MW. Als kosten wordt een bedrag
genoemd van 12 millioen pond (circa € 15 miljoen). Hoewel men in de persberichten
spreekt over fast tidal currents zegt men niet hoe groot de stroomsnelheid eigenlijk is.
Als men een stroomsnelheid van 2,5 m/s aanneemt komt men op een η = 0,37. Als de
stroomsnelheid hoger is zal het rendement nog lager zijn.
Zie verder www.marineturbines.com
C-3 De Neptune Proteus Tidal Power Pontoon
In dit geval gaat het om een ponton waarin een 6 x 6 crossflow turbine met verticale
as is gemonteerd. De turbine zou 0,5 MW kunnen genereren tijdens peak flows. Men
claimt dat het rendement 45 % zou kunnen zijn. Tot nu toe zijn er echter alleen maar
laboratoriumproeven verricht. De turbine zou in september 2008 in prototype worden
beproefd in het estuarium van de Humber (UK) maar die mededeling ontbreekt nu
weer in latest news op de web site. Zie www.neptunerenewableenergy.com
C-4 De Tocardo in Nederland
Een Tocardo turbine is op proef in juli 2008 geïnstalleerd in één van de sluiskokers
van de Afwateringssluizen bij Den Oever in de Afsluitdijk. De diameter bedraagt
omstreeks 3 m. Bij een stroomsnelheid van 3 m/s en een vermogen P = 45 kW zou dit
een rendement η = 0,47 betekenen. De investering voor deze turbine is ‘ongeveer een
half miljoen gulden geweest. De kosten per kWh komen dan op 45 cent’ (Technisch
Weekblad, 19 juli 2008). Men claimt dat, als men drie turbines per sluiskoker (12 m
breed) zou mogen installeren in totaal 60 MW vermogen in alle sluiskokers samen
zou kunnen worden opgewekt.
Men stelt dat een zelfde benadering bij de Stormvloedkering Oosterschelde per
opening 1 MW zou kunnen leveren. Bij 62 openingen is dat 62 MW. (Technisch
Weekblad, 20 september 2008).
De artikelen vermelden niet welke gevolgen één en ander heeft voor de spuicapaciteit
in de Afsluitdijk en voor het gewenste minimale getijverschil op de Oosterschelde.
Zie verder www.energieraad.nl/newsitem.asp?pageid=4624
45
Figuur C.1 Diverse stroomturbines die momenteel worden ontwikkeld
