PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT Roze ... - lennart vermeulen · 1 Inleiding Bij het begin van dit...

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT Roze 131 9900 EEKLO

3e graad

6IWc

Jakob Keerman n°4

Lennart Vermeulen n°7

Waterkrachtcentrale

SCHOOLJAAR 2014 -2015

Woord vooraf

De Geïntegreerde Proef die ik maakte aan het PTI in Eeklo ging over waterkracht.

Van ons werd verwacht om bij dit onderwerp zoveel mogelijk vakgebieden te

betrekken. De waterkrachtcentrales zijn tot op heden een zeer actueel onderwerp. Er

worden dezer dagen in België zeer veel centrales gebouwd. Ik denk ook dat dit in de

toekomst nog een belangrijke bron zal zijn van elektrische energie. Van ons werd

ook verwacht dat we dit thema vrij technisch uitwerkten. We hebben daarom beslist

om een miniatuurversie te bouwen van de waterkrachtcentrale. Dit concept is

achteraf gezien dan wel iets groter uitgevallen dan verwacht. Door zelf een stuurkring

te bouwen om het opgewekte vermogen en het toerental op te meten, betrokken we

ook de vakgebieden elektronica en ICT erbij. Deze GIP nam ook deel aan de

technologiebeurs in Kortrijk en zal ook te zien zijn in de prijs Focus Aarde.

Om te beginnen zou ik graag Jakob bedanken die mijn GIP-partner was en aan wie

ik veel gehad heb gedurende het jaar. Onze GIP-mentor, meneer Geeraert, ben ik

dankbaar voor zijn hulp met de opbouw van het theoretisch deel en het opvolgen van

het praktisch deel. Ik mag zeker meneer Gervoyse niet vergeten bedanken hij hielp

ons met onze Arduino-schakeling. Mevrouw De Taeye zou ik graag bedanken want

zij zorgde ervoor dat wij telkens zo snel mogelijk onze onderdelen kregen wat zeker

geen evidente job was. Ze zorgde er ook voor dat sommige stukken op school

konden gemaakt worden. Ook zou ik graag mijn ouders en vooral mijn vader

bedanken omdat ze veel tips gaven en een deel van de GIP financierden. En

natuurlijk ben ik mevrouw Van Houtte en mevrouw Vercleyen dankbaar voor het

verbeteren van het theoretisch deel.

Inhoudsopgave

1 Inleiding ................................................................................................................ 7

2 Waterkracht .......................................................................................................... 8

2.1.1 Algemene werking .................................................................................. 9

2.2 Vermogen en rendement ............................................................................. 10

2.2.1 Valhoogte .............................................................................................. 11

2.2.2 Debiet ................................................................................................... 12

2.2.3 Formule vermogen ................................................................................ 12

3 Kleine waterkracht.............................................................................................. 14

3.1 Voorbeeld .................................................................................................... 14

3.2 De waterkrachtcentrales in België ............................................................... 15

3.3 Actualiteit van waterkracht in België ............................................................ 16

4 Getijdenmolen .................................................................................................... 21

5 Voor- en nadelen van groene energie ................................................................ 22

5.1 Voordelen van: ............................................................................................ 22

5.2 Nadelen van: ............................................................................................... 22

6 Watermolens met boven- en onderslagrad ........................................................ 23

6.1 Bovenslagrad .............................................................................................. 23

6.2 Onderslagrad ............................................................................................... 23

6.3 Poncelet rad ................................................................................................ 24

6.4 Zuppinger wiel ............................................................................................. 24

6.5 Turbines ...................................................................................................... 25

6.5.1 Francis-turbine ...................................................................................... 25

6.5.2 Pelton-turbine ........................................................................................ 25

6.5.3 Kaplan-turbine ....................................................................................... 26

7 Nieuwe technieken ............................................................................................. 27

8 Vermogen aan de hand van bestaande molens ................................................. 28

8.1 Coo trois ponts ............................................................................................ 28

8.2 Bütgenbach ................................................................................................. 28

8.3 Route de la Plate Taille Froidchapelle ......................................................... 28

8.4 Barrage de la Gileppe .................................................................................. 28

8.5 Barrage de la Vesdre ................................................................................... 28

9 Autonoom huis ................................................................................................... 29

9.1 Wateroverlast .............................................................................................. 31

9.1.1 Bypass .................................................................................................. 32

9.1.2 Aanpasbaar waterrad. ........................................................................... 32

10 Invloed op het milieu van waterkrachtcentrales .............................................. 33

10.1 Waterkwaliteit ........................................................................................... 33

10.2 Biodiversiteit ............................................................................................. 33

10.3 Vismigratie ............................................................................................... 34

11 Praktische realisatie ........................................................................................ 35

11.1 Mechanisch deel ...................................................................................... 35

11.1.1 Ontwerpen totaalbeeld ....................................................................... 35

11.1.2 Beredeneren van de te gebruiken schoepen ..................................... 36

11.1.3 Uittekenen van constructie kaders + afmetingen vastzetten .............. 36

11.1.4 Lassen kaders + oriënteren van de kaders + opvangbak .................. 37

11.1.5 Ontwerpen en construeren van schoepen, rad en as ........................ 39

11.1.6 Uittekenen en bouwen lagering + tussenbalk .................................... 41

11.1.7 Assemblage rad + rad in kader monteren .......................................... 41

11.1.8 Installeren van de nieuwe buizen....................................................... 43

11.1.9 Spuitmonden testen en aanpassen ................................................... 45

11.1.10 Kader verstevigen .............................................................................. 47

11.1.11 Overbrenging ..................................................................................... 48

11.1.12 Waterdichtheid verzekeren ................................................................ 49

11.2 Elektronisch gedeelte ............................................................................... 50

11.2.1 Vermogen meting .............................................................................. 50

11.2.2 Toerental meting ................................................................................ 51

11.2.3 Programmering van de Arduino ......................................................... 52

12 Nederlands ..................................................................................................... 55

13 Frans .............................................................................................................. 58

13.1 Demande de documentation .................................................................... 58

13.2 Compréhension technique ....................................................................... 59

13.2.1 Texte de base en français ................................................................. 59

........................................................................................................................... 59

13.2.2 Traduction néerlandaise .................................................................... 61

De getijdencentrale van Rance ................................................................................. 61

Bestaande structuren ............................................................................................ 61

De architectuur van de getijdencentrale ............................................................. 61

De interne uitrustingen van de centrale .............................................................. 61

De getijdenenergie bij de productie van elektriciteit. ............................................. 62

Chronologisch verloop ....................................................................................... 62

De bijzondere eigenschappen van de getijdencentrale van de Rance ............... 62

13.2.3 Lexique bilingue ................................................................................. 63

13.2.4 Questionnaire .................................................................................... 64

14 Engels ............................................................................................................. 66

14.1 Text .......................................................................................................... 66

14.2 Glossary ................................................................................................... 70

14.3 Outline ...................................................................................................... 73

14.4 Summary .................................................................................................. 74

14.5 Letter ........................................................................................................ 75

15 Besluit ............................................................................................................. 76

16 Literatuurlijst ................................................................................................... 77

17 Figurenlijst ...................................................................................................... 78

18 Bijlagen ........................................................................................................... 80

18.1 Enkele foto’s van eindproduct .................................................................. 80

1 Inleiding

Bij het begin van dit schooljaar dienden we een GIP-onderwerp en partner te kiezen.

Ik had al snel voor Jakob als GIP-partner gekozen maar de keuze van het onderwerp

was iets moeilijker. Na een 2 weken denken kwamen we dan toch bij het onderwerp

waterkracht terecht. In het begin wisten we niet goed waaraan we ons konden

verwachten, wat we wel wisten was dat van ons verwacht werd dat we een werkstuk

zouden ontwerpen en maken. Eenmaal we begonnen waren, werd dit onderwerp

steeds leuker en boeiender om aan te werken.

Het eindwerk bestaat uit een theoretisch en een praktisch deel. In het praktische deel

leggen we eerst uit hoe we op het idee kwamen om onze GIP juist op deze manier

op te bouwen. Hierbij tonen we ook enkele van onze eerste schetsen. Het idee van

de schoepen wordt beredeneerd in 11.1.3. In punt 11.1.5 leggen we stap voor stap

uit hoe het rad opgebouwd is en hoe we het ontwierpen, hierbij komen ook nog

enkele technische tekeningen. Daarna leggen we ook nog uit hoe we de kaders in

mekaar bevestigden en hoe het rad hierop gebouwd werd. Tot slot wordt de

overbrenging toegelicht aan de hand van enkele berekeningen en foto’s.

In het theoretisch deel beginnen we met het begrip waterkracht te bespreken. Bij het

tweede punt gaan we wat dieper in op het vermogen en het rendement van een

normale waterkrachtcentrale. Het begrip kleine waterkracht wordt dan weer

uitgediept in punt 3. Daarna analyseren we de verschillende soorten raderen en

turbines. Hierna komt het deel waarin we het gebruik van waterkracht bij een

autonoom huis bespreken. De invloed van waterkrachtcentrales op het milieu vindt u

in punt 10. Tot slot komen de verschillende opdrachten van Engels en Frans. Voor

Nederlands schreven het woord vooraf, de inleiding en het besluit.

6-TSO-IW Waterkracht 8

Industriële Wetenschappen schooljaar 2014-2015

2 Waterkracht

Waterkracht ontstaat uit de waterkringloop. Het water in de zeeën of oceanen wordt

door de zon opgewarmd en verdampt. Aan de oppervlakte stijgt de vochtige lucht op

en worden er wolken gevormd. Dit komt dan als neerslag weer naar beneden. Door

rivieren stroomt het water onder invloed van het hoogteverschil weer terug naar zee.

De energie uit waterkracht komt dus in feite van de zonne-energie en is daarom een

duurzame energie.

Figuur 2.1 Waterkracht

Het benutten van waterkracht kent een lange geschiedenis. Waterkracht is in het verleden veelvuldig ingezet voor het mechanisch bewerken van allerlei grondstoffen zoals graan en hout.



2.1.1 Algemene werking

Vroeger werd deze waterkracht door een waterrad benut die dan via een as

rechtstreeks of via overbrengingen de machines aandreef. Deze watermolens

worden de dag van vandaag veel gemoderniseerd met een turbine die, in plaats van

de machines rechtstreeks aandrijft, een generator aandrijft die elektrische stroom

opwekt en zo de machines aandrijft.

Deze watermolens en andere, modernere waterkrachtcentrales veranderen de

waterloop niet of zeer miniem. Deze watermolens maken enkel gebruik van een

kleine omleiding van het water.

Als men meer energie wilt opwekken dan kan dit niet zonder grote veranderingen in

de waterloop. In dit geval bouwt men een groot stuwmeer die een rivier indijkt en een

grote hoeveelheid water verzamelt. Dit water wordt dan via een leiding in de

stuwdam naar een turbinehuis geleid. Deze ruimte is lager gelegen en soms

ingebouwd in de stuwdam. Hierin staat een turbine. Deze turbines drijven assen aan

die, op hun beurt een generator in werking stellen. In de leiding wordt de potentiële

energie van het water in het reservoir omgezet naar kinetische energie in de

aanvoerbuis. Dan wordt deze kinetische energie omgezet naar mechanische energie

in de turbine en uiteindelijk van mechanische energie naar elektrische energie in de

generator.

Figuur 2.2 De algemene werking van een stuwdam



2.2 Vermogen en rendement

Het vermogen van een waterkrachtcentrale hangt van vele factoren af. De

belangrijkste hiervan zijn het debiet en de valhoogte.

Een ander belangrijk aspect is het rendement: zoals bij elke energieomzetting

moeten ook hier vele invloedsfactoren omtrent omzettingsverliezen in de

energiebalans in rekening gebracht worden. Enkele van de invloedsfactoren zijn de

wrijving van lagers van de turbine en de generator, verliezen in de generator, wrijving

van het water en de toevoerleiding en nog veel meer. Het rendement beschrijft hierbij

de verhouding tussen geleverde energie (de energie die het water aanvankelijk

heeft) en de toegevoerde energie (de energie die uit de generator komt).

ŋ =𝐸𝑛

𝐸𝑡

met: ŋ = het rendement

En = geleverde energie

Et = toegevoegde energie

In de meeste gevallen wordt een minimum rendement van 80% wel gehaald. Bij

optimaal gebruik zal dit rendement gaan stijgen tot soms boven de 90%.



2.2.1 Valhoogte

De valhoogte van de watermolens bepaalt mee het vermogen. Dit is omdat de

potentiële energie die het water bezit afhankelijk is van de hoogte waarover het valt.

Deze energie kan je bereken via de formule:

𝐸𝑝 = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ

met: m = de massa in kg

g = de valversnelling (hier 9,81m/s²)

h = hoogte in m

De valhoogte in België is nooit zeer hoog omdat het reliëf in België dit niet toelaat.

Daardoor is het vermogen in België beperkt.

Als de valhoogte dus 12,0 meter bedraagt zal de energie van 1,00 kg water gelijk zijn

aan:

𝐸𝑝 = 𝑚 ∙ 𝑔 ∙ ℎ = 1,00𝑘𝑔 ∙ 9,81𝑚/𝑠² ∙ 12,0𝑚 = 118𝑗𝑜𝑢𝑙𝑒

Figuur 2.3 Valhoogte



2.2.2 Debiet

Het debiet (Q) van een rivier is hoeveel water er voorbij vloeit per tijdseenheid. Hoe

groter het debiet van deze rivieren, hoe groter het opgewekte vermogen. Het debiet

is uitgedrukt in m³/s. Dus:

𝑄 =𝑉

∆𝑡

Met :

Q= debiet in kubieke meter per seconde

V= volume in kubieke meter

Δt= verlopen tijd in seconden

2.2.3 Formule vermogen

Het vermogen van een waterkracht centrale kan je via volgende formule berekenen:

P = ρ.g.Q.h.η

Waarin:

P = Vermogen (Watt)

ρ = Dichtheid van water (kg/m³) (altijd constant)

g = Valversnelling (m/s²) (in onze contreien altijd

9,81m/s²)

Q = Debiet (m³/s) (afhankelijk van de stroom)

h = Valhoogte ( meter ) (afhankelijk van het reliëf)

η = Rendement (afhankelijk van meerdere factoren)



Afleiding:

Omdat vermogen niets anders is dan geleverde energie per

tijdseenheid is

𝑃 =𝐸𝑝

∆𝑡 .

Rekening houdend met het rendement wordt dit

𝑃 =𝐸𝑝

∆𝑡∙ η.

Hierin is

𝐸𝑝 = ℎ ∙ 𝑚 ∙ 𝑔

en

𝑚 = 𝑉 ∙ 𝜌

Dus is

𝑃 = η ∙ ℎ ∙ 𝑔 ∙ ρ ∙V

∆t= η ∙ ℎ ∙ 𝑔 ∙ ρ ∙ Q

Voorbeeld:

Als het debiet van een rivier 1,00 m³/s is en het verval is 2,00 meter en de

centrale werkt met een rendement van 90,0% dan is het vermogen gelijk aan:

Gegeven: h = 2,00m

Q = 1,00m³/s

𝜂 = 90%

Gevraagd: P = ?

Oplossing:

P = η ∙ h ∙ g ∙ ρ ∙ Q = 0.90 ∙ 2,00m ∙ 9.81m

s2 ∙

1000kg

m3 ∙ 1,00m3 s⁄ = 17,7kW

6-TSO-IW Kleine waterkracht 14


3 Kleine waterkracht

Kleine waterkracht is waterkracht die minder dan 1MW opwekt maar deze grens is

niet alles zeggend. Deze grens is bedoeld om een onderscheid te maken tussen

installaties die een grote invloed hebben op de waterloop en deze die dat niet doen.

Als de installatie geen grote verandering in de waterloop brengt dan is dit een kleine

waterkracht. Bij een kleine waterkracht wordt het water veelal een klein stuk

omgeleid en geconcentreerd, de installatie staat ook meestal direct naast de

waterloop zodat er geen leidingen naartoe moeten lopen. In België zijn bijna alle

waterkrachtcentrales kleine waterkracht. Er zijn ongeveer 57 waterkrachtcentrales

waarvan er 44 kleine waterkracht zijn.

3.1 Voorbeeld

Een voorbeeld van kleine waterkracht is de Boembekemolen die we later nog

bespreken. Deze molen levert maar weinig vermogen op en maakt geen grote

veranderingen in de waterloop. Deze molen is gewoon in een beek, de Zwalm,

geïntegreerd.

Figuur 3.1 Boembekemolen voor en na restauratie



3.2 De waterkrachtcentrales in België

Er bestaan verschillende soorten waterkracht aangepast aan het gevraagde

vermogen en de soort waterloop. We onderscheiden 3 types:

Bij sommige waterlopen wordt eerst een stuwmeer aangelegd op een hoger

gelegen plateau. Hieruit wordt het water meestal via een buis naar de

lagergelegen centrale geleid. Deze centrales hebben bijna altijd een hoger

vermogen.

Daarnaast bestaat ook het waterrad. Deze wordt rechtstreeks aangesloten op

de waterloop. Het waterrad heeft meestal ook een kleiner vermogen. De

stroming moet ook constant zijn en niet te sterk of de constructie begeeft het.

We hebben ook de spaarbekkencentrales of pompcentrales. Deze centrales

leveren energie op piekmomenten (wanneer er nood aan is) en wanneer er

geen energie nodig is pompen ze water naar het bovengelegen stuwmeer.

Deze centrales dienen als energiebuffer.



3.3 Actualiteit van waterkracht in België

Het Albert kanaal telt 6 sluizencomplexen daarop worden de 6 pompcentrales

gebouwd. In de zomer van 2010 werd begonnen met de bouw van 6

waterkrachtcentrales op het Albert kanaal . Deze zouden moeten klaar zijn tegen

2016. De bouw van deze waterkrachtcentrales samen zou 21 miljoen euro bedragen,

3.5 miljoen per centrale. Tegen eind 2011 waren er al twee afgewerkt nu wordt nog

gewerkt aan de overige 4. Allemaal samen zouden deze centrales stroom leveren

voor 10000 gezinnen.

Hieronder hebben we een aantal centrales in België op kaart gezet en van elke soort

centrale er enkele geselecteerd.

Figuur 3.2 Enkele waterkrachtcentrales in België



1. Coo Trois Ponts ; Trois-Ponts : Dit is een spaarbekken centrale op een

meander van de Amblève met een valhoogte van 270 meter en levert

gemiddeld 385 kW.

Figuur 3.3 Luchtfoto van Coo Trois Ponts

2. Lixhe ; Vise: dit is een waterkrachtcentrale gebouwd op de Maas, deze levert

22979 kW. Dit is een van de 6 pompinstallaties op het Albertkanaal.

Figuur 3.4 Luchtfoto van Lixhe

3. Bütgenbach ; Bütgenbach: Dit is een waterkrachtcentrale met stuwmeer op

de rivier de Warche met een valhoogte van 23 meter met een vermogen van

2106 kW.

Figuur 3.5 luchtfoto van Bütenbach



4. Monsin ; Luik: Dit is een centrale gebouwd in een sluis met een vermogen

van 17765 kW. Dit is ook een van de 6 pompinstallaties op het Albertkanaal.

Figuur 3.6 Luchtfoto van Monsin

5. Andenne ; Andenne: Dit is ook een centrale gebouwd in een sluis op het

Albertkanaal met een vermogen van 8986 kW

Figuur 3.7 Luchtfoto van Andene

6. Boembekemolen: Deze ligt in Brakel en is nog in aanbouw dit is een oud

waterrad die nu aangepast wordt om elektriciteit op te wekken. Dit heeft een

valhoogte van iets meer dan 2 meter.



7. Route de la Plate Taille Froidchapelle, Henegouwen: Dit is een stuwdam

aangelegd aan een groot natuurlijk stuwmeer op de rivier Eau d’Heure met

een valhoogte van 46 meter en een vermogen van 140 MW

Figuur 3.8 Foto van de brug over de stuwdam van Route de la Plate Taille Froidchapelle

Figuur 3.9 Luchtfoto van Toute de la Plate Taille Froidchapelle

8. Barrage de la Gileppe: Dit is een groot stuwmeer op de rivier Gileppe met

stuwdam en energiecentrale met een valhoogte van 42,9 meter en een debiet

van gemiddeld 76.300 m³/dag. Twee turbines drijven elk een alternator aan.

De centrale levert een jaarlijkse productie van elektriciteit van 3.300.000 kWh.

Figuur 3.10 Luchtfoto van Barrage de la Gileppe



9. Robertville: Dit grote stuwmeer op de rivier de Warche voedt een drukleiding

van 5,3 km lang naar de energiecentrale van Bevercé, de hoogte van de

stuwdam bedraagt 54.5 meter. De energiecentrale in Bevercé levert en

vermogen van 9902 kW.

Figuur 3.11 Luchtfoto van Robertville

10. Barrage de la Vesdre ; Eupen: Dit is een stuwdam met energiecentrale, de

valhoogte bedraagt 57 meter en het vermogen van de centrale ligt op 1519

kW

Figuur 3.12 Luchtfoto van Barrage de la Vesdre

6-TSO-IW Getijdenmolen 21


4 Getijdenmolen

Een getijdenmolen is een molen die gebruik maakt van de getijden. De molen is

gelegen aan een oceaan, zee of rivier die onderworpen is aan getijden. Bij deze

molens wordt bij vloed een reservoir gevuld dat bij eb weer leegloopt. Een reservoir

laten vollopen en leeglopen heeft geen nut. Dus loopt het water via een smalle

doorgang naar het reservoir. In die doorgang wordt een waterrad geplaatst die door

het stromend water aangedreven wordt. Vele van deze molens worden enkel

aangedreven wanneer het reservoir leegloopt. Maar er zijn toch talrijke molens die

zowel bij eb als vloed worden aangedreven. Dit zijn de zogenaamde “dubbele

molens”. Bij deze molens worden allerlei verschillende soorten waterraderen gebruikt

die we in het volgende deel bespreken. Hier in de buurt is er maar 1 getijdenmolen

die nog kan gebruikt worden en dat is de getijdenmolen van Rupelmonde. Bij

modernere molens zijn er vele varianten op deze techniek gebruikt.

Figuur 4.1 Getijdencentrale in

Rupelmonde, met leeg en vol bekken

6-TSO-IW Voor en nadelen van groene energie 22


5 Voor- en nadelen van groene energie

5.1 Voordelen van:

Waterkracht: - Er zijn geen fossiele brandstoffen nodig, dus geen uitstoot.

- het water kan ook gebruikt worden bij de irrigatie van

landbouwgrond en drinkwater.

-de centrales hebben vaak een levensduur tot wel 100jaar.

Windkracht: - geen fossiele brandstof nodig dus geen uitstoot.

- zeer lokaal mogelijk, goed voor als er geen net beschikbaar is.

Zonne-energie: -geen fossiele brandstof nodig dus geen uitstoot.

5.2 Nadelen van:

Waterkracht: - De aanleg van een stuwmeer is vaak nodig wat zorgt voor het

onderwater lopen van bossen en landbouwgronden.

- Er wordt vaak organisch materiaal verzameld in het stuwmeer dat

door verrotting vaak een grotere uitstoot geeft dan even grote

conventionele centrales.

- Door de grote schommelingen in het waterniveau verdwijnen de

paaigebieden van vissen.

Windkracht: - variabele opbrengsten door veranderingen van windsnelheid. Ook kan

je een lange tijd zonder stroom zitten door windstilte of te hoge

windsnelheden.

-duur

-veel hinder door schaduw en geluid.

Zonne-energie: - grote oppervlakte nodig.

- enkel overdag

- weersafhankelijk, geen of weinig opbrengst als het bewolkt

weer is

6-TSO-IW Watermolens met boven en onderslagrad 23


6 Watermolens met boven- en onderslagrad

6.1 Bovenslagrad

Figuur 6.1 schematische tekening van een bovenslagrad

(2.2 schematische tekening van een bovenslagrad)

Watermolens met bovenslagrad worden meestal toegepast bij beekjes met een

zwakkere stroming. Het water wordt aangevoerd bovenaan het rad (zie foto) De beek

die hiervoor gebruikt wordt, wordt meestal omgeleid met een goot zodat ze de kracht

van de beek optimaal kunnen gebruiken. Het rad wordt meestal iets lager geplaatst

zodat we geen kracht van het water verliezen doordat we de goot onder de

verkeerde helling moeten plaatsen. Soms wordt er ook wel eens een wijer of

molenvijver aangelegd, dit is eigenlijk een soort stuwmeer of een soort buffer. Zo kan

er nog gemalen worden als de beek geen water. Het rendement van een

bovenslagrad ligt tussen de 80% en 90%.

6.2 Onderslagrad

Figuur 6.2 schematische tekening van een onderslagrad

Watermolens met een onderslagrad worden vooral toegepast bij rivieren en beken

met een sterkere stroming. Deze beken of rivieren hebben meestal een vrij klein

verval maar een groter debiet. Het rad wordt op de waterloop geplaatst zodat enkel

de onderkant in het water ligt. Het rendement van de onderslagmolen ligt vrij laag,

ongeveer 20% .



6.3 Poncelet rad

Figuur 6.3 schematische tekening van een poncelet rad

Het Poncelet rad heeft op het eerste gezicht veel gelijkenissen met een onderslagrad

al zijn er wel enkele grote verschillen. Zo is de vorm van het rad is veel

ingewikkelder. De schoepen zijn allemaal gebogen en vormen kleine kommetjes

waarin het water toekomt. Ook de aanvoer van het water is iets anders zo wordt het

water van schuin vanonder aangevoerd. De combinatie van de kamers(kommetjes)

en de wateraanvoer zorgt ervoor dat de kamers volledig gevuld zijn met water en

daardoor veel energie kunnen bevatten. Doordat de schoepen zodanig gebogen zijn

kan het water zeer makkelijk uit de kommetjes vloeien dit heeft een positieve invloed

op het rendement. Het Poncelet rad heeft een rendement van ongeveer 65%.

6.4 Zuppinger wiel

Figuur 6.4 Zuppingerwiel in de praktijk en een schematische tekening

Het ontwerp van het Zuppinger wiel lijkt een beetje op dat van het Poncelet rad. Dit

rad heeft ook gebogen schoepen maar in tegenstelling tot het Poncelet rad werkt het

Zuppinger wiel niet met kamers die zich vullen met water. Het water wordt

aangevoerd op dezelfde hoogte als de as van het rad. Dit rad heeft dan ook zeer

weinig last van hoogstaand achterwater. Want dit water kan niet in de kamers blijven

staan zoals bij het Poncelet rad maar stroomt er gewoon door. Het rendement van dit

wiel ligt dan ook hoger dan bij het Poncelet rad, het ligt op 88%.



6.5 Turbines

Wij zullen enkele van de meest gebruikte turbines bespreken maar er bestaan nog

veel meer soorten, ook worden sommige waterraderen omgebouwd tot turbine.

6.5.1 Francis-turbine

De Francis-turbine is de meest gebruikte turbinesoort en is in 1849 uitgevonden door

James Francis. Bij deze turbine word het water radiaal toegevoerd doorheen een

slakkenhuis. De afvoer van het water gebeurt axiaal. De turbine bestaat uit een stator

en een rotor. De stator bestaat uit 2 evenwijdige ringen waartussen statorschoepen

gemonteerd zijn. Deze schoepen kunnen zodanig georiënteerd worden dat de

watertoevoer en dus het vermogen kan geregeld worden. De stator bestaat uit een

rad dat wordt aangedreven door het water. Een uniek iets van deze turbine is, is dat

deze kan gebruikt worden als pomp. Het rendement van deze soort turbine ligt

tussen de 85 en de 90%

6.5.2 Pelton-turbine

De Pelton-turbine is uitgevonden in 1889 door Lestor Pelton. Bij deze turbines wordt

enkel gebruik gemaakt van de kinetische energie. De rotor van deze turbine is

voorzien van een aantal bekers die de vorm hebben van 2 lepels met een

tussenwand. Het water wordt toegevoerd met één tot zes injecteurs die een

waterstraal op de schoepen richten. Het debiet wordt geregeld met een regelnaald

die de doorgang in de injecteur vernauwt.



6.5.3 Kaplan-turbine

De Kaplan-turbine is uitgevonden in 1913 door Viktor Kaplan. Bij deze turbine loopt

het water axiaal onder hoge druk over de schoepen. Door de mogelijkheid van het

veranderen van de hoek van de schoep kan het vermogen constant worden

gehouden bij een fluctuerende waterstroom. De turbine wordt vrijwel altijd verticaal

gebruikt wat resulteert in een grote zuigkracht. Het voordeel van deze turbine is dat

deze in vergelijking met andere turbines een zeer groot debiet aankan. Ze wordt wel

enkel gebruikt bij een verval kleiner dan 50 meter. Het rendement van deze soort

turbine ligt tussen de 85 en de 90%.

Figuur 6.5 In volgorde: Peltonturbine, Francisturbine en Kaplanturbine

6-TSO-IW Nieuwe technieken 27


7 Nieuwe technieken

Tegenwoordig worden er steeds meer nieuwe technieken uitgevonden en ontworpen

door mensen in hun vrije tijd. Wij bespreken één van deze ‘nieuwe technieken’,

namelijk de hydrocat. De ‘hydrocat’ werd ontworpen door Alex Erauw en wordt

gebruikt om gewone gezinnen te voorzien van stroom. Hij kan natuurlijk niet overal

gebruikt worden enkel bij gezinnen waarvan hun woonst dicht tegen een stromende

rivier of beek ligt. De ‘hydrocat’ werd zodanig gebouwd dat het in gelijk welke diepte

van het water kan werken en niet blokkeert het stoort of dood geen vissen en heeft

geen problemen met drijvende takken. Het bestaat uit een onderslagrad die drijvende

gehouden wordt en daardoor bijna altijd op de perfecte hoogte zit. Je kan deze

molen met 2 mensen makkelijk verplaatsen. Je moet er wel altijd voor zorgen dat de

molen vastgebonden wordt met een touw aan de oever anders kan deze wegdrijven.

Per jaar kan deze molen 4000 KWh en meer opwekken als je weet dat een

gemiddeld gezin maar 3500 KWh nodig heeft dan zie je in dat dit een zeer bruikbare

installatie is.

Figuur 7.1 De 'Hydrocat' door Alex Erauw

Figuur 7.2 Nog een creatie van Alex Erauw

6-TSO-IW Vermogen aan de hand van bestaande molens 28


8 Vermogen aan de hand van bestaande molens

Zoals eerder uitgelegd is het vermogen van een molen of een waterkrachtcentrale

afhankelijk van het verval, het debiet en de gravitatiekracht. Daardoor is het

vermogen van de verschillende centrales anders. Ook al is de gravitatiekracht overal

nagenoeg gelijk op aarde, het verval en het debiet is nooit volledig gelijk. We

vergelijken hieronder enkele centrales in België. Ter vergelijking de kleinste

Belgische kerncentrale doel 1 levert 460MW

8.1 Coo trois ponts

Deze centrale heeft het grootste verval van de besproken centrales namelijk

270meter. Maar omdat dit een pompcentrale is die dient voor het opvangen van

energieoverschotten is het debiet van deze centrale niet zo groot als bij andere

centrales en is het gemiddeld vermogen slechts 385kW.

8.2 Bütgenbach

Met 23 meter heeft deze centrale het minste verval maar de centrale haalt toch een

vermogen van 2106kW omdat het volledige debiet van de Warche wordt gebruikt.

8.3 Route de la Plate Taille Froidchapelle

De stuwdam van deze centrale zorgt voor een valhoogte van 46 meter waardoor

deze een vermogen van 140MW opwekt wat het grootste vermogen van alle

besproken centrales is.

8.4 Barrage de la Gileppe

Door de valhoogte van 42,9 meter en het gemiddelde debiet van 76 300 m³/dag of

883l/s die 2 turbines aandrijft levert de centrale jaarlijks 3 300 MWh wat overeenkomt

met 376kW.

8.5 Barrage de la Vesdre

Met een vermogen van 1519kW is dit de 2e grootste centrale die we bespreken. De

valhoogte van deze centrale is met zijn 57 meter ook het 2e hoogst.

6-TSO-IW Autonoom huis 29


9 Autonoom huis

1. Alles wat niet in de woning zelf kan voorzien worden wordt in de dichte

omgeving gezocht bv moestuin voor groenten en fruit. Hierbij kan ook

samengewerkt worden met verschillende buren.

2. Alle basisbehoeften zo dicht mogelijk kunnen winnen door je huis op de juiste

plaatst te bouwen. Hierbij denken we aan watervoorziening voeding energie

we proberen dit allemaal in de onmiddellijke omgeving te verkrijgen.

3. Je moet altijd energiezekerheid via weersonafhankelijk energiesysteem

hebben en anders een buffer creëren. Je kan dit ook bekomen door met

biomassa-energie te werken. en de local grid als back up.

4. Active house = meer produceren dat nodig is een belangrijk principe ter

ondersteuning van het lokaal netwerk en zonder het netwerk te verstoren met

piekbelastingen.

5. Duurzaam: CO2 neutraal en met minimale ecologische voetafdruk. Dit is

realiseerbaar met bio-ecologische bouwmaterialen en biobrandstoffen (PPO

en pellets) in combinatie met zonne-energie.

6. Het autonoom huis past goed in de ruimtelijke ordening en de plaatselijke

architectuur het is ook de bedoeling een bestaand huis te verbouwen in plaats

van een nieuw huis te bouwen.

7. Lowtech: met beheersbare, begrijpbare en zelf te onderhouden technieken.

De bewoner moet in staat zijn om zijn eigen energiehuishouden te beheersen

en te begrijpen.

8. Mobiliteit: hoe minder vervoer hoe beter: wonen waar men werkt, geen eco-

slaapsteden en het gebruik van grondstoffen uit de onmiddellijke omgeving.

9. Betaalbaar: De investering in autonomie moet zichzelf terug betalen binnen de

15 jaar.

10. Bioklimatisch: De architectuur moet aangepast zijn aan het klimaat, zodat de

architectuur een maximaal energievoordeel biedt en de nood aan technieken

minimaliseert.

11. Aanpasbaar aan nieuwe technieken: gezien de snelle technische ontwikkeling

inzake de elektriciteits- en de warmteproductie dient de autonome woning

deze ontwikkelingen flexibel te kunnen opvangen.

We zoeken een mogelijkheid om in een autonoom huis (die we hierboven

beschrijven) een waterkrachtinstallatie te verwerken. We schetsen de mogelijkheden

hiervan eens met een paar voor en nadelen.

- Voordelen:

1. Als gezin en huis ben je onafhankelijk van elektriciteitaanvoer van de

leveranciers.

2. Je moet niet meer jaarlijks betalen.



- Nadelen:

1. Niet iedereen heeft naast zijn huis of in zijn tuin een waterloop of beek

liggen waar genoeg stroming opzit.

2. Soms heb je ook niet zo veel vermogen nodig dan je levert of lever je te

weinig vermogen.

3. Bij kleine beekjes is de stroming meestal niet constant over het hele jaar

4. In aankoop en constructie is elke waterloop verschillend.

5. Wateroverlast (zie extra uitleg hieronder)

- Conclusies:

1. De waterkracht centrale voor het autonome huis heeft meer nadelen dan

voordelen maar is wel doenbaar als je huis naast een beek of waterloop

gelegen is.

2. De energievoorziening dient onafhankelijk te zijn van het weer wat een

waterloop meestal niet is. Als we dan gewoon aan energievoorziening in

een niet autonoom huis dat aan een waterloop gelegen is kunnen we dit al

makkelijker verwezenlijken.



9.1 Wateroverlast

Bij watermolens is er altijd een groot gevaar voor wateroverlast en als ieder huis of

huizengroep een eigen watermolen zou hebben zouden overstromingen veel

voorkomen. Maar wateroverlast door molens is ook voorkombaar door verschillende

technieken te gebruiken.



9.1.1 Bypass

Het wateroverlast wordt veroorzaakt doordat er een vernauwing is aangebracht voor

het waterrad waardoor het water wordt opgehouden. Dit lost men op als er een

bypass wordt geplaatst. Dat is een kanaal naast de molen met een aanpasbare dam

die opengaat als het water te hoog komt en zo het water omleidt.

Figuur 9.1 Principe van een by pass

9.1.2 Aanpasbaar waterrad.

Een andere manier om wateroverlast te voorkomen is zorgen dat het water vlotter

kan doorstromen als het waterniveau te hoog komt. Hiervoor moet de weerstand

door het waterrad verkleint worden. Dit kan men doen door het waterrad op vlotters

te plaatsen die het waterniveau volgen en zo de plek onder het rad vergroot of

verkleint.

Figuur 9.2 Principe van een rad op vlotters

6-TSO-IW Invloed op het milieu van waterkrachtcentrales 33


10 Invloed op het milieu van waterkrachtcentrales

10.1 Waterkwaliteit

Waterkracht heeft vooral een invloed op de waterkwaliteit bij grote projecten als er

hoge dammen van minstens 15 meter worden geplaatst. Als men dammen plaatst

wordt er een gebied onderwater gezet waar er veelal fabrieken hebben gestaan.

Hierdoor ziet men bij 80 procent van deze dammen een verslechterde waterkwaliteit,

zoals een verhoogde aanwezigheid van kwik en problemen van sedimentatie. Dit

was het besluit van een onderzoek van International Rivers.

Figuur 10.1 Het vervuilde stuwmeer van de Drieklovendam

10.2 Biodiversiteit

Het begrip biodiversiteit omvat het aantal diersoorten, plantsoorten, bossen, moerassen,…. In dit onderdeel bespreken we welke invloed waterkrachtinstallaties hebben op deze gebieden en factoren. Veel hangt af van de soort waterkrachtcentrale. Als we een gewoon simpel waterrad hebben zoals de eerder vernoemde boembeke molen zal weinig invloed hebben op plantensoorten en bossen zolang er niet te veel water opgehouden wordt en er niets onder water wordt gezet. Als we daarentegen een turbine met stuwmeer beschouwen zal er hiervoor een veel groter gebied onder water gezet worden waardoor er veel plantensoorten zullen afsterven in dit gebied. Als er hiervoor ook bossen onder water worden gezet dan zullen de diersoorten die hier leven er ook onder lijden. Hoe groter de centrale hoe meer de omliggende flora er zal onder lijden. Bij het bespreken van de biodiversiteit van de vissoorten verwijs ik naar het onderliggende deel over vismigratie.

6-TSO-IW Invloed op het milieu van waterkrachtcentrales 34


10.3 Vismigratie

Veel vissen maken trektochten in de rivieren gedurende hun leven voor te paren. Als

men echter dammen en andere waterkrachtcentrales plaatst kunnen deze vissen niet

meer migreren waardoor deze vissensoorten dreigen te verdwijnen. Er is echter wel

een oplossing voor dit probleem. Om de vissen de plek te geven om te migreren en

toch een hoog waterniveau te houden voor de dam wordt een vissentrap geplaatst.

Een vissentrap is een serie van waterbassins die overlopen in elkaar en die elk op

een ander niveau liggen. De diepte van het overlopende water is diep genoeg voor

de vissen om erdoor te zwemmen, ook kunnen ze in elk bassin uitrusten om verder

te kunnen zwemmen.

6-TSO-IW Praktische realisatie 35


11 Praktische realisatie

11.1 Mechanisch deel

11.1.1 Ontwerpen totaalbeeld

In het begin van het jaar werd ons gevraagd een miniatuurversie van een

waterkrachtcentrale te bouwen. We startten in september met het ontwerpen en

beredeneren van ideale en makkelijk te bouwen miniatuurcentrale. We kwamen uit

op een makkelijk te realiseren basisontwerp waar later in het jaar nog veel

aanpassingen zouden gebeuren. Hieronder ziet u dan ook een foto van onze eerste

ontwerpen.

Figuur 11.1 De eerste schetsen



11.1.2 Beredeneren van de te gebruiken schoepen

We dienden ook al op voorhand te weten wel soort schoepen we zouden gebruiken

of toch zeker hoe deze er zouden uitzien. Na verschillende soorten turbines en

raderen te bekijken werden we het meest aangetrokken tot het ontwerp van de

peltonturbine. We wisten ook dat een identieke kopie onmogelijk mede door het

ingewikkelde ontwerp en de hoge druk die we nodig hadden. Het stond dus vast dat

we een eigen versie van deze turbine gingen ontwerpen en bouwen.

Figuur 11.2 Schetsen van de turbine

11.1.3 Uittekenen van constructie kaders + afmetingen vastzetten

In december werd het dan tijd om de afmetingen van onze kaders vast te zetten.

Voor het grote kader die later het vat zou omhooghouden kwamen we uit op een

hoogte van 1m60, deze hoogte werd later natuurlijk nog hoger door er wielen onder

te plaatsen. Het kleine kader was dan weer 1m op 1m op 40 cm. Nadat we wisten

welke buizen we gingen gebruiken tekende mevrouw De Taeye de constructie uit

voor ons. We hebben voor het grote kader vierkanten buizen gebruikt van 2 m dik die

4cm op 4cm waren. Voor het kleine kader waren deze buizen maar 2.5cm op 2.5cm.

Mevrouw De Taeye bezorgde ons ook voor een zaaglijst waar we later me naar de

magazijnier konden gaan. Deze verzaagde de lange buizen van 6m tot de stukken

die wij direct konden aan elkaar lassen. Hieronder ziet u de eerste schetsen en de

tekeningen van mevrouw De Taeye.



Figuur 11.3 Eerste schetsen van het kader en de uiteindelijke tekeningen

11.1.4 Lassen kaders + oriënteren van de kaders + opvangbak

Eenmaal we de op voorhand gezaagde buizen hadden was er nog een halve dag

werk om hiervan onze kaders te lassen. De moeilijkheid was vooral om alle kaders

haaks op mekaar te lassen zonder dat de vierkante buizen ergens gedraaid zaten.

Van zodra de kaders gelast waren konden we proberen de 2 kaders in mekaar te

bevestigen. Hierbij moesten rekening houden dat het kleine kader zeker niet te hoog

in het grote kader zat. Hoe lager het kleine kader zat hoe meer verval er tussen het

vat en het rad was, dus hoe meer druk we hebben. Maar als we het kleine kader dan

weer te laag gingen dan ging deze later dan weer in het water hangen van de

opvangbak, hierdoor zou het ijzer kunnen roesten. De opvangbak maakten we uit de

onderkant van een vat die identiek is als het bovenste vat. Hieronder ziet u nog

enkele foto’s van de gelaste kaders en hoe ze in elkaar bevestigd zijn.



Figuur 11.4 De kaders voor het eerst in elkaar gemonteerd

Figuur 11.5 Systeem van de montage van de kaders



11.1.5 Ontwerpen en construeren van schoepen, rad en as

Op voorhand wisten we al dat we gebruik gingen maken van een soort peltonturbine.

Maar doordat we minder druk hebben dan bij een normale peltonturbine waren we

genoodzaakt deze een beetje aan te passen. Zo hebben we de diameter iets groter

gemaakt waardoor ons moment rond de as iets groter werd. De schoepen van een

normale peltonturbine zijn ook zeer ingewikkeld gebouwd waardoor je ze sowieso

zou moeten laten uitfrezen. Wij hebben er daarom ook voor gekozen om de

schoepen een beetje solistischer te bouwen waardoor we alles zelf konden doen. De

werking en het doel van de peltonschoepen bleven hierbij onveranderd. Hieronder

vindt u een foto die de werking en het doel van de peltonschoepen nader toelicht.

Figuur 11.6 Lagering van het rad

Figuur 11.7 Eerste testen van het uiteindelijke rad



Figuur 11.8 Technische tekening van de as van het rad

Figuur 11.9 Tekeningen van het rad



11.1.6 Uittekenen en bouwen lagering + tussenbalk

Eenmaal we ons schoepenrad hadden moest er een lagering worden voorzien. We

bestelden lagers met lagerkussens op school en tekenden een lagerbalk uit die dan

in het kleine kader kon worden gelast. We moesten ook rekening houden met een

wachttijd van 4 weken doordat we het via school bestelden. In afwachting van onze

lagers konden we alvast de lagerbalken in ons kader lassen. Hieronder ziet u enkele

tekeningen van de lagers en de tussenbalk. Ook enkele foto’s van hoe we dit

assembleerden vindt u hierboven terug bij 3.1.5.

Figuur 11.10 Technische tekening voor de bevestiging van de lagers

11.1.7 Assemblage rad + rad in kader monteren

Om de schoepen te bouwen maakten we gebruik van stukken halve pvc-buis met

diameter 5 cm deze bevestigden we met tec7(sterke lijmsoort) aan een metalen

plaatje zoals hieronder weergegeven. Deze plaatjes waren voorzien van 2 gaatjes

aan de ene kant en aan de andere kant kwamen de schoepen. We lieten op school

een aluminium schijf zagen van 6 mm dik. Deze schijf werd door één van de

praktijkleerkrachten voorzien van gaten zodat er 18 schoepen op gelijke afstand van

elkaar aan konden bevestigd worden. Ook werd er in het midden van de schijf 1

groot gat geboord met daar rond nog 4 gaten om de as in te bevestigen. De

tekeningen van de as en de schijf met schoepen vindt u hieronder terug ook enkele

foto’s staan hieronder.



Figuur 11.11 Tussenbalk in het binnenframe



11.1.8 Installeren van de nieuwe buizen

Aangezien de uitgang waarvan het vat al voorzien was veel te klein was en de kraan

de doorstroom van het water teveel hinderde maakten we zelf 2 uitgangen bij. Deze

uitgangen werden onderaan het vat gemaakt door 2 gaten te boren door het vat en

daar een pvc flens bevestiging aan te sluiten. Deze flens werd extra verzekerd met

silicone. De grootste uitdaging was om de moeren binnenin het vat vast te houden.

Hieronder ziet u enkele foto’s van hoe we dit gerealiseerd hebben en ook hoe het

eindresultaat eruit ziet.

Figuur 11.12: moer vasthouden binnenin het vat



Figuur 11.13: onderkant van het vat met de nieuwe uitgang

Figuur 11.14: één van de twee nieuwe uitgangen



11.1.9 Spuitmonden testen en aanpassen

Nadat we het rad getest hadden met ondermaatse spuitmonden die zeer

onnauwkeurig waren en we ook zeer smalle buizen hadden gebruikt die bovendien

gevoed werden met water door een zeer smalle doorgang kwamen de nieuwe

stukken toe. Door de stukken die we nu hadden konden we onderaan het vat gaten

boren met diameter 65 mm hierop sloten we dan een darm aan met diameter 63 mm.

We hadden ook nieuwe spuitmonden die veel nauwkeuriger waren. Door al deze

verbeteringen kregen we een toerental van 130 toeren per minuut in plaats van de 70

tr/min die we kregen met de smalle buizen. Hieronder staan enkele afbeeldingen van

de dikke buizen die we uittesten. En de verschillende standen die we al uittestten.

Figuur 11.15 Eerste test voor het debiet



Figuur 11.16Tweede test voor het debiet

Figuur 11.17 Het rad met de spuitmonden op de juiste plaats



11.1.10 Kader verstevigen

We hadden al verschillende keren het vat op het kader geplaatst maar toen we het

op een keer echt vol deden zagen we dat het kader zeer onstabiel en wankel was

onder de 1000 kg van het vat. We waren dan ook genoodzaakt het kader zwaar te

verstevigen. We deden dit door aan 3 zijden diagonale stalen kabels te spannen.

Ook de bovenkant van het kader werd verstevigd. Foto’s van de versteviging vindt u

hieronder terug.

Figuur 11.18 Eerste testen met de afgewerkte darmen



11.1.11 Overbrenging

Via meneer Gervoyse kregen we een gelijkstroommotor ter beschikking die we

konden gebruiken als generator. Het enige nadeel aan deze generator was het

toerental van 3000 tr/min die we moesten bereiken om deze generator een

noembaar vermogen te laten opwekken. Hierdoor moesten we een zeer grote

overbrenging realiseren. Omdat een enkele overbrenging bijna ondoenbaar was

hebben we een dubbele overbrenging gebouwd. We werkten met riemschijven

gemaakt uit een plastic genaamd ertalon. We lieten deze schijven draaien door een

klas uit het 5e jaar mechanica. Ook de as die we nodig hadden in deze dubbele

overbrenging werd door hen gebouwd. Het rad draaide onbelast aan een toerental

van bijna 130 tr/min en we moesten naar een toerental van zeker 3000 toeren per

minuut. We maakten de berekening rekening houdend met vrij veel belasting we

gingen ervan uit dat het rad belast nog een toerental ging halen van 80 toeren per

minuut. We wisten dat het grootste riemschijf die we konden laten maken op school

een diameter had van 220 mm. Als we dit combineerden met een klein schijfje van

35 mm dan kwamen we aan een toerental van 3160 tr/min wat eigenlijk ideaal is.

Hieronder vindt u de berekening voor dit toerental en enkele foto’s van onze

overbrenging.

80 ∙220

35= 502,9

502,9 ∙220

35= 3160 𝑡𝑟/𝑚𝑖𝑛

Figuur 11.19 De afgewerkte overbrenging



11.1.12 Waterdichtheid verzekeren

Nog een grote uitdaging was het waterdicht krijgen van het kader waar het rad in zit

dit deden we met plexiglas die aan de binnenkant van het kader werd bevestigd. De

voegen werden met silicone waterdicht gemaakt aan de bovenkant staken we er een

stuk binnenband van een fiets tussen die we dan samendrukten met enkele bouten.

Hieronder vindt u terug enkele foto’s ervan.

Figuur 11.20: het kleine kader met rad erin

Figuur 11.21: waterdichte ingang spuitmond



11.2 Elektronisch gedeelte

11.2.1 Vermogen meting

11.2.1.1 Spanningsmeting

Het doel van een waterkrachtcentrale is elektriciteit opwekken en dus was dit ook ons

doel. Hiervan wil je natuurlijk het vermogen weten. Wij doen dit aan de hand van een

elektronische schakeling en een Arduino Mega. We beginnen met de spanning te

meten maar we hebben een problemen omdat een Arduino maar tot 5 volt kan

meten. Om dit op te lossen maken we gebruik van een spanningsdeler. Hierbij plaats

je twee weerstanden in serie en meet je de spanning over 1 weerstand. Om de

verbruiker zo min mogelijk te verstoren gebruik je zeer grootte weerstanden. Als je

wilt meten tot een maximum van 15volt kan je best twee weerstanden nemen waarbij

de weerstand waar je over meet de helft zoveel weerstand heeft als de ander. Je kan

dit ook doen met meer dan 2 weerstanden als de juiste weerstanden niet voor

handen zijn.

De algemene formule voor een spanningsdeler kan bekomen worden met de wet van

ohm die zegt dat:

𝑈 = 𝐼 ∙ 𝑅

Waarin:

𝑈 = spanning (V)

𝐼 = stroom (A)

𝑅 = weerstand (Ω)

Als je weet dat de stroom in beide weerstanden even groot is als de weerstanden in

serie staan en dat de totale weerstand de som is van de twee afhankelijke

weerstanden dan is de formule:

𝐼 =𝑈

𝑅1 + 𝑅2

En als je de spanning per weerstand bekijkt krijg je:

𝐼 =𝑈1

𝑅1=

𝑈2

𝑅2

En hiermee kan je de benodigde weerstand berekenen als je 1 weerstand kiest.

11.2.1.2 Stroommeting



Om het vermogen te berekenen moet je ook de stroom weten die door je verbruiker

vloeit. Hiervoor plaats je een zeer kleine weerstand in serie met de verbruiker en

meet je de spanning hierover. Dit principe werkt ook volgens de wet van ohm, als er

een stroom door een weerstand vloeit dan staat er altijd een spanning over die

weerstand die afhankelijk is van de grootte van de stroom. Deze weerstand moet

klein zijn omdat je de verbruiker niet mag storen. Maar als de weerstand zeer klein is

dan is de spanning over de weerstand ook klein en dan zullen de meetfouten zeer

groot zijn. Daarom plaats je een OPAMP waarmee je de spanning versterkt met een

bepaalde factor.

Figuur 11.22 Principe tekening voor stroom te meten

De OPAMP moet gevoed worden met +7V en -7V. Een OPAMP heeft een

inverterende en een niet inverterende ingang, op de niet inverterende ingang sluit je

de positieve klem van de weerstand aan en op de inverterende een spanningsdeler

die tussen de uitgang van de OPAMP staat en de negatieve klem van de weerstand.

Deze spanningsdeler bepaalt hoeveel de spanning wordt versterkt.

Omdat je de versterkingsfactor kent weet je de werkelijke waarde van de spanning

en je weet ook de exacte waarde van de weerstand waardoor je met de wet van ohm

de stroom kan berekenen.

11.2.1.3 Vermogen berekenen

Als je zegt ik meet het vermogen zeg je eigenlijk iets wat niet kan, je meet de stroom

en de spanning zoals ik hierboven beschreef en dan bereken je het vermogen. De

formule hiervoor is zeer makkelijk en je kan ze laten uitvoeren door de arduino

waardoor je zelf niets moet doen.

𝑃 = 𝑈 ∙ 𝐼

Waarin:

𝑃 = vermogen (W)

𝑈 = spanning (V)

𝐼 = stroom (A)

11.2.2 Toerental meting



Wat ook handig is voor te weten is het toerental van de generator dus maakten wij

hiervoor ook een schakeling. Hiervoor plaats je een magneet aan het uiteinde van de

as van de generator, dit was bij ons al aanwezig. Als dit gebeurt is dan plaats je een

spoel dicht bij het magneetje zodat de magnetische veldlijnen de spoel kunnen

snijden. Wij maakten deze spoel zelf van zeer fijne koperdraad en een ferriet kern.

Als deze spoel gesneden wordt ontstaat er een kleine EMK voor een kort ogenblik,

deze spanning is echter te klein om in te lezen met de arduino waardoor deze

versterkt moet worden. Dit doen we weer met een OPAMP maar in dit geval is het

niet nodig om de spanning met een factor te vergroten dus versterken we de

spanning tot we de voedingsspanning bereiken.

Als we deze spanningspulsjes kunnen inlezen dan kunnen we de tijd tussen 2 pulsen

meten en deze omzetten naar een toerental omdat je weet dat er per toer 1 puls

binnenkomt.

11.2.3 Programmering van de Arduino

In de loop van het schooljaar leerden wij een Arduino programmeren waardoor we al

onze metingen kunnen uitvoeren. We schreven een programma waarmee we het

vermogen en het toerental op een lcd scherm konden zetten en ook op onze pc.

In het programma beginnen we met het vermelden van de library’s die we gebruiken

en bij ons is dit LiquidCrystal voor het lcd scherm. Dan maken we alle variabelen

aan. Hierbij heb je float en int, een float dient voor kommagetallen en een int voor

gewone getallen we vermelden ook de naam van de variabelen en waar ze gelijk aan

zijn.

Figuur 11.23 Begin van het programma

Als we dit gedaan hebben schrijven we een stuk programma dat slechts eenmaal

moet doorlopen worden dit is de setup. Hierin bepalen we de in en uitgangen en

stukken die slechts eenmaal moet doorlopen worden.



Figuur 11.24 Setup van het programma

Hierna maken we een de verschillende lussen of loops aan die het programma

overzichtelijk maken. Dit is eigenlijk het hoofdprogramma waarbij er wordt verwezen

naar subroutines

Figuur 11.25 Overzicht van de lussen

Eerst hebben we de lus waarin de analoge kanalen worden ingelezen.

Figuur 11.26 Subroutine voor het inlezen van de kanalen

Nu passen we de ingelezen waarden aan zodat deze een waarde hebben waarmee

we ze ergens kunnen aan linken. In dit gedeelte van het programma meten we ook

het toerental.

Figuur 11.27 Subroutine voor het aanpassen van de waarden

Als we deze waarden allemaal hebben berekend kunnen we ze schrijven naar het lcd

en de pc en dit doen we in de laatste lus.



Figuur 11.28 Subroutine voor het weergeven van de waarden

12 Nederlands

Lennart Vermeulen OEDELEM 2014-11-22

Wittemoerstraat 8

8730 OEDELEM

Ecrane Adegem

Koekoeklaan 53

9991 ADEGEM

Sollicitatie stageplaats

Geachte heer Bauwens

Via mijn school heb ik vernomen dat er een stageplaats beschikbaar is in uw bedrijf.

Met deze brief wil ik u vragen of ik in uw bedrijf stage zou mogen lopen. Mijn stage

zou lopen van 30 maart 2015 tot 3 april 2015.

Ik zit nu in het laatste jaar Industriële Wetenschappen in het Provinciaal Technisch

Instituut te Eeklo.

Uw bedrijf produceert grote scheepskranen, iets wat mij mateloos interesseert en

waarover ik graag veel zou bijleren. Op school zijn mijn sterkere vakken mechanica

en elektronica.

Mijn stagecoördinator is meneer Bart Magerman, hij kan u eventueel meer info

bezorgen van mij en ook van de richting die ik volg.

Met hoogachting

Lennart Vermeulen

Van: [email protected]

Aan: [email protected]

Onderwerp: Verzoek brochures met info over langere wachttijd

Geachte heer Regelbrugge

Op dinsdag 11 maart vindt in onze school het Provinciaal Technisch Instituut in Eeklo

onze afstudeermarkt plaats. Onlangs werd beslist de wachttijd langer te maken

zodat pas afgestudeerden later een wachtuitkering krijgen als ze geen werk vinden.

In verband met deze verandering heb ik volgend verzoek.

Aangezien deze info vooral van toepassing is voor de leerlingen die ervoor kiezen

niet verder te studeren, zouden wij graag wat extra informatie bekomen over die

wachttijd. Deze info kan ik dan delen met onze studenten in de vorm van brochures.

Onze school telt 300 laatstejaars waarvan zeker 200 leerlingen niet zullen verder

studeren na hun 6e of 7e jaar. Wij zouden dus graag 300 brochures willen aanvragen.

Aangezien de afstudeermarkt al binnen 3 weken is, zou ik de brochures graag al

binnen de 14 dagen ontvangen. Alvast bedankt voor uw moeite.

Hoogachtend

Lennart Vermeulen

(Hoofd administratie PTI Eeklo)

Aan: [email protected]

Van: [email protected]

Onderwerp: sollicitatie netwerk engineer

Geachte mevrouw Van den Eynde

Gisteren vond ik op de website van Jobat uw vacature terug van Netwerk Engineer.

Ik zou dan ook graag solliciteren naar deze job.

Iets wat mij direct aansprak in uw vacature zijn de uitdagende projecten en de

mogelijkheid om extra opleidingen te volgen. In uw functieomschrijving vernoemt u

het fenomeen troubleshouting, dit vind ik een zeer interessante manier van werken.

Ik vindt mezelf hier dan ook helemaal in terug.

Ik bezit een diploma secundair onderwijs Industriële Wetenschappen dat ik behaalde

in het Provinciaal Technisch Instituut in Eeklo. Ik liep al stage bij Ecrane in Adegem

waar ik geleerd heb problemen op te lossen. Thuis beheer ik ook al enkele jaren een

firewall, dit doe ik ook in het bedrijf van mijnmijn ouders. In mijn laatste jaar volgde ik

ook nog een extra cursus ICT in avondschool. Ik ben van nature zeer leergierig en

gemotiveerd, ik doe ook niets liever dan problemen oplossen en ben hier volgens

mijn ouders ook zeer goed in.

Ik zou u dan ook graag ontmoeten in een persoonlijk gesprek waarin ik mijn cv dat

ook in bijlage zit, nader kan toelichten.

Hoogachtend

Lennart Vermeulen

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

6-TSO-IW Frans 58


13 Frans

13.1 Demande de documentation

Lennart Vermeulen 2014-10-22

Wittemoerstraat 8

8730 OEDELEM

BELGIQUE

+32 7 407 31 38

[email protected]

Alstom

3 avenue André Malraux

FR-92593 LEVALLOIS PERRET

FRANCE

Demande de documentation

Madame

Monsieur

Vous serait-il possible de me faire parvenir de la documentation sur les équipements

hydroélectriques produits par votre entreprise?

Je suis élève de terminale en section sciences industrielles, dans un lycée flamand,

à Eeklo en Belgique. En ce moment, je prépare un travail de fin d’études sur le

fonctionnement d’une centrale hydroélectrique, et notamment sur les turbines et les

générateurs. Votre documentation à ce sujet me serait donc très utile.

Je vous remercie d’avance de la suite favorable que vous pourriez donner à ma

demande.

Veuillez agréer, madame, monsieur, mes sincères salutations.

Lennart Vermeulen

6-TSO-IW Frans 59


13.2 Compréhension technique

13.2.1 Texte de base en français

L’USINE MAREMOTRICE DE LA RANCE

L’usine marémotrice de la Rance, qui a été inaugurée en 1967, est un ouvrage

unique au monde. […].

Les structures en place

Architecture du complexe marémoteur

On distingue d’Est en Ouest :

L’écluse (4), permettant le passage des bateaux entre le bassin maritime et la

mer ;

L’usine proprement dite ;

La « digue morte » (10) : c’est une digue en enrochement complétant la

fermeture de l’estuaire […];

Un barrage mobile (11) : d’une longueur de 115 m, il est équipé de 6 vannes

[…];

Passant sur le barrage, une route à grande circulation […].

Les équipements internes à l’usine

L’enceinte principale, située au cœur d’une digue creuse en béton comporte une

salle des machines abritant les 24 groupes bulbe, 3 transformateurs et la salle de

commande.

6-TSO-IW Frans 60


Chaque groupe bulbe comporte une turbine hydroélectrique à 4 pales, […]reliée par

son axe à un alternateur, le tout étant enfermé dans une coque métallique immergée

dans un conduit hydraulique. Chacun mesure 5 m de diamètre et pèse près de 5

tonnes. La puissance unitaire est de 240 MW (soit 240 J/s). Ces groupes sont

particulièrement bien adaptés à un dénivelé faible (13 m au maximum) et à un débit

élevé (jusqu’à 300 m3/s). […]

La salle de commande contient un système informatique qui assure le pilotage

automatique de l’usine. Il intègre les paramètres propres à chaque marée afin

d’optimiser la production d’énergie.

De l’énergie des marées à la production d’électricité

[…]

Déroulement chronologique

Lorsque la marée monte, l’eau passe dans le bassin maritime par les vannes

ouvertes, et l’estuaire se remplit. Il est par ailleurs possible de donner un « coup de

pouce » lors de cette étape grâce à un prélèvement d’énergie électrique sur le

réseau EDF : c’est le pompage. Quand la mer est à son plus haut niveau, les vannes

sont fermées. Puis, quand la mer a suffisamment baissé, la chute d’eau (de l’estuaire

vers la mer) entraîne le turbinage, qui fournit alors [de l’]électricité au réseau […]. Ce

cycle est dit « à simple effet » et s’applique à des marées dont le coefficient est

inférieur à 105.

Les particularités de l’usine marémotrice de la Rance

Contrairement aux anciens moulins à marée, l’usine de la Rance exploite l’énergie

marine aussi bien à marée montante qu’à marée descendante. Ce cycle dit « à

double effet » concerne les marées dont le coefficient est supérieur à 105. Il repose

sur le fait que les groupes bulbes et les alternateurs peuvent tourner dans les 2 sens,

c’est-à-dire aussi bien au moment du vidage du bassin (turbinage) que de son

remplissage (turbinage inverse). La production d’électricité est ainsi optimisée.

Source : http://www.geographie.ens.fr/-L-usine-maremotrice-de-la-Rance-

.html?lang=fr

6-TSO-IW Frans 61


13.2.2 Traduction néerlandaise

De getijdencentrale van Rance

De getijdencentrale van Rance, is geopend in 1967, is uniek in de wereld.

Bestaande structuren

De architectuur van de getijdencentrale

We

onderscheiden van oost naar west:

- De sluis (4), die de doorgang van boten tussen de baai en de zee mogelijk

maakt.

- De centrale zelf.

- De ‘dode’ dam: een dam uit rotsblokken gemaakt voor het volledig afsluiten

van de riviermonding.

- Een beweegbare dam (11) met een lengte van 115 m, die is uitgerust met 6

sluizen.

- Over de dam, een drukke weg.

De interne uitrustingen van de centrale

De belangrijkste ruimte die zich in de holle betonnen dam bevindt omvat een

machinekamer , met daarin de 24 bulbturbines, 3 transformatoren en de

controlekamer.

Elke bulbturbine bevat een hydro-elektrische turbine met 4 schoepen die via haar as

met een generator is aangesloten, waarbij het geheel wordt omsloten door een

metalen omhulsel dat is ondergedompeld in een hydraulische buis. Elke bulbturbine

heeft een diameter van 5 meter en weegt bijna 5 ton. Het eenheidsvermogen

6-TSO-IW Frans 62


bedraagt 240MW. Deze bulbturbines zijn bijzonder geschikt voor een laag verval (13

m maximum) en hoog debiet(tot 300 m3 / s).

De controlekamer bevat een computersysteem dat de centrale automatisch stuurt.

Het bevat voor elke soort tij een aparte instelling om de energieproductie te

optimaliseren.

De getijdenenergie bij de productie van elektriciteit.

Chronologisch verloop

Door het stijgende getij vult het water de riviermonding via de open sluizen. Het is

ook mogelijk een “boost” te geven door water op te pompen met de energietoevoer

van het Franse elektriciteitsnet. Als de zee op zijn hoogste niveau is zijn de sluizen

gesloten. Dan, als het zeeniveau voldoende gedaald is, drijft het verval (van de

riviermonding naar de zee) de turbines aan, die zo energie leveren aan het net […] .

Deze cyclus wordt de enkelwerkende genoemd en werkt bij getijden met een

coëfficiënt die kleiner is dan 105.

De bijzondere eigenschappen van de getijdencentrale van de Rance

In tegenstelling tot oude getijdenmolens, levert de centrale van de Rance bij zowel

eb als vloed energie. Deze zogenaamde dubbelwerkende cyclus wordt toegepast bij

getijden met een coëfficiënt van meer dan 105. Het is gebaseerd op het principe dat

bulbturbines en dynamo’s in 2 richtingen kunnen draaien, dat wil zeggen zowel bij

het leeglopen ( turbineren ) als bij het vullen ( omgekeerd turbineren ). De

elektriciteitsproductie is zo geoptimaliseerd.

6-TSO-IW Frans 63


13.2.3 Lexique bilingue

6TSO-IW Frans Lennart Vermeulen

Jakob Keerman

Vocabulaire technique

Français Néerlandais

axe as

barrage mobile beweegbare dam

chute d’eau verval

conduit hydraulique hydraulische buis

coque métallique metalen omhulsel

dénivelé faible laag verval

digue creuse holle dam

écluse sluis

estuaire riviermonding

groupe bulbe bulbturbine

pilotage automatique automatische besturing

puissance unitaire eenheidsvermogen

salle de commande controlekamer

usine marémotrice getijdencentrale

vanne sluis

Industriële wetenschappen Schooljaar 2014-2015

6-TSO-IW Frans 64


13.2.4 Questionnaire

Quelles sont les caractéristiques du barrage ?

C’est un barrage mobile d’une longueur de 115 m et équipé de 6 vannes.

Où se trouve l’usine proprement dite ?

Elle est située dans une digue creuse en béton.

Qu’est-ce qu’il y a dans la salle de machines ?

La salle des machines arbrite 24 groupes bulbe et 3 transformateurs.

Que contient chaque groupe bulbe ?

Chaque groupe bulbe comporte une turbine hydroélectrique à 4 pales, reliée

par son axe à un alternateur.

Quelles sont les caractéristiques de ces groupes bulbes ?

Chaque groupe bulbe est enfermé dans une coque métallique immergée dans

un conduit hydraulique. Chacun mesure 5 m de diamètre et pèse près de 5

tonnes. La puissance unitaire est de 240 MW

Que se passe-t-il dans la salle de commande ?

La salle de commande contient un système informatique qui assure le pilotage

automatique de l’usine.

Il intègre les paramètres propres à chaque marée afin d’optimiser la

production d’énergie.

Expliquez le principe du turbinage.

Lorsque la marée monte, l’eau passe dans le bassin maritime par les vannes

ouvertes, et l’estuaire se remplit. Quand la mer est à son plus haut niveau, les

6-TSO-IW Frans 65


vannes sont fermées. Puis, quand la mer a suffisamment baissé, la chute

d’eau entraîne le turbinage, qui fournit alors électricité au réseau.

Qu’est-ce que le cycle ‘’à double effet ?

On parle de cycle ‘’ à double effet’’ quand le turbinage, donc la production

d’électricité, se fait aussi marée montante qu’à marée descendante.

Quelles sont les conditions nécessaires à son application ?

Il fout que les groupes bulbe et les alternateurs puissent tourner dans les deux

sens, c’est-à-dire aussi bien au moment du vidage du bassin que de son

remplissage.

Le coefficient de marée doit être supérieur a 105 .

6-TSO-IW Engels 66


14 Engels

14.1 Text

HOW HYDROPOWER WORKS

Hydropower plants capture the energy of falling water to generate electricity. A

turbine converts the kinetic energy of falling water into mechanical energy. Then a

generator converts the mechanical energy from the turbine into electrical energy.

Hydroplants range in size from "micro-hydros" that power only a few homes to giant

dams like Hoover Dam that provide electricity for millions of people.

The photo below shows the Alexander Hydroelectric Plant on the Wisconsin River, a

medium-sized plant that produces enough electricity to serve about 8,000 people.

PARTS OF A HYDROELECTRIC PLANT

Most conventional hydroelectric plants include four major components (see graphic

below):

6-TSO-IW Engels 67


1. Dam:

Raises the water level of the river to create falling water. Also controls the flow

of water. The reservoir that is formed is, in effect, stored energy.

2. Turbine:

The force of falling water pushing against the turbine's blades causes the

turbine to spin. A water turbine is much like a windmill, except the energy is

provided by falling water instead of wind. The turbine converts the kinetic

energy of falling water into mechanical energy.

3. Generator:

Connected to the turbine by shafts and possibly gears so when the turbine

spins it causes the generator to spin also. Converts the mechanical energy

from the turbine into electric energy. Generators in hydropower plants work

just like the generators in other types of power plants.

4. Transmission lines:

Conduct electricity from the hydropower plant to homes and business.

HOW MUCH ELECTRICITY CAN A HYDROELECTRIC POWER PLANT MAKE?

The amount of electricity a hydropower plant produces depends on two factors:

1. How Far the Water Falls:

The farther the water falls, the more power it has. Generally, the distance that

the water falls depends on the size of the dam. The higher the dam, the farther

the water falls and the more power it has. Scientists would say that the power

of falling water is "directly proportional" to the distance it falls. In other words,

water falling twice as far has twice as much energy.

2. Amount of Water Falling:

More water falling through the turbine will produce more power. The amount of

water available depends on the amount of water flowing down the river. Bigger

rivers have more flowing water and can produce more energy. Power is also

6-TSO-IW Engels 68


"directly proportional" to river flow. A river with twice the amount of flowing

water as another river can produce twice as much energy.

CAN I FIGURE OUT HOW MUCH ENERGY A DAM IN MY AREA CAN MAKE?

Sure. It's not that hard.

Let's say that there is a small dam in your area that is not used to produce electricity.

Maybe the dam is used to provide water to irrigate farmlands or maybe it was built to

make a lake for recreation. As we explained above, you need to know two things:

1. How far the water falls:

From talking to the person who operates the dam, we learn that the dam is 10

feet high, so the water falls 10 feet.

2. Amount of water flowing in the river:

We contact the United States Geological Survey, the agency in the U.S. that

measures river flow, and learn that the average amount of water flowing in our

river is 500 cubic feet per second.

Now all we need to do is a little mathematics. Engineers have found that we can

calculate the power of a dam using the following formula:

Power = (Height of Dam) x (River Flow) x (Efficiency) / 11.8

Power The electric power in kilowatts (one kilowatt equals 1,000 watts).

Height of Dam The distance the water falls measured in feet.

River Flow The amount of water flowing in the river measured in cubic feet

per second.

Efficiency How well the turbine and generator convert the power of falling

water into electric power. For older, poorly maintained

hydroplants this might be 60% (0.60) while for newer, well

operated plants this might be as high as 90% (0.90).

11.8 Converts units of feet and seconds into kilowatts.

For the dam in our area, lets say we buy a turbine and generator with an efficiency of

80%.

Then the power for our dam will be:

Power = (10 feet) x (500 cubic feet per second) x (0.80) / 11.8 = 339 kilowatts

To get an idea what 339 kilowatts means, let's see how much electric energy we can

make in a year.

6-TSO-IW Engels 69


Since electric energy is normally measured in kilowatt-hours, we multiply the power

from our dam by the number of hours in a year.

Electric Energy = (339 kilowatts) x (24 hours per day) x (365 days per year) =

2,969,000 kilowatt hours.

The average annual residential energy use in the U.S. is about 3,000 kilowatt-hours

for each person. So we can figure out how many people our dam could serve by

dividing the annual energy production by 3,000.

People Served = 2,969,000 kilowatts-hours / 3,000 kilowatt-hours per person) = 990

people.

So our local irrigation or recreation dam could provide enough renewable energy to

meet the residential needs of 990 people if we added a turbine and generator.

Note: Before you decide to add hydropower to a dam, have a hydropower engineer

review your calculations and consult with the local resource agencies to be sure you

can obtain any permits that are required.

SOURCE: http://www.wvic.com/Content/How_Hydropower_Works.cfm

http://www.wvic.com/Content/How_Hydropower_Works.cfm

6-TSO-IW Engels 70


14.2 Glossary

Nr Word Translation Context Explanation

1 average gemiddeld The average

amount of water

flowing in our river

is 500 cubic feet

per second.

The amount, level,

standard etc that is typical

of a group of people or

things.

2 convention

al

conventione

el

Most conventional

hydroelectric

plants include four

major components.

Of the usual, traditional, or

accepted type, instead of

being new and different.

3 Convert veranderen It converts units of

feet and seconds

into kilowatts.

To change from one

system, use, or method to

another, or to make

something do this.

4 divide opsplitsen So we can figure

out how many

people our dam

could serve by

dividing the annual

energy production

by 3,000.

To separate people or

things into smaller groups

or parts.

5 efficiency rendement For the dam in our

area, lets say we

buy a turbine and

generator with an

efficiency of 80%.

The ability to work well and

produce good results by

using the available time,

money, supplies etc in the

most effective way.

6 engineer ingenieur Before you decide

to add hydropower

to a dam, have a

hydropower

engineer review

your calculations.

Someone who designs or

builds things such as

roads, railways, bridges, or

machines.

7 generate genereren Hydropower plants

capture the energy

of falling water to

To produce power.

6-TSO-IW Engels 71


generate

electricity.

8 hydroplant waterkracht-

centrale

Hydroplants range

in size from "micro-

hydros" that power

only a few homes

to giant dams like

Hoover Dam that

provide electricity

for millions of

people.

Special construction that

can produce electricity by

using water power.

9 irrigate bevloeien,

irrigeren

Maybe the dam is

used to provide

water to irrigate

farmlands or

maybe it was built

to make a lake for

recreation.

To bring water to land

through a system of pipes,

ditches etc in order to

make crops grow.

10 kinetic

energy

kinetische

energie

A turbine converts

the kinetic energy

of falling water into

mechanical

energy.

The energy that an object

has as a result of moving.

11 maintain onderhoude

n

For older, poorly

maintained

hydroplants this

might be 60%.

To make something stay

the same.

12 measure meten Electric energy is

normally measured

in kilowatt-hours.

Standard measures of the

metric system such as the

litre.

13 multiply vermenig-

vuldigen

We multiply the

power from our

dam by the

number of hours in

a year.

To increase by a large

amount.

14 proportion

al

evenredig Scientists would

say that the power

Correct or suitable in size,

amount, or degree when

6-TSO-IW Engels 72


of falling water is

"directly

proportional" to the

distance it falls.

considered in relation to

something else.

15 recreation herscheppin

g

We recreate an old

hydroelectric

power plant.

To make something exist

again

16 renewable hernieuwbar

e

Renewable energy

is used more and

more.

Renewable energy and

natural materials replace

themselves by natural

processes, so that they are

never completely used up.

17 reservoir spaarbekke

n

The reservoir that

is formed is, in

effect, stored

energy.

A container, often part of a

machine, where liquid is

kept for a particular

purpose.

18 residential

energy

residentiële

energie

The average

annual residential

energy use in the

U.S. is about 3,000

kilowatt-hours for

each person.

Energy used in an average

family .

19 resource

agencies

hulpagent-

schappen

Consult with the

local resource

agencies to be

sure you can

obtain any permits

that are required.

Special agencies you can

contact for more

information or help.

20 windmill windmolen A water turbine is

much like a

windmill, except

the energy is

provided by falling

water instead of

wind.

A tall building with sails

(=long pieces of wood or

metal) that turn in the wind

and produce power to

crush grain or produce

electricity.

6-TSO-IW Engels 73


14.3 Outline

1. Introduction

- What does it do

Capture energy of falling water

Generate electricity (kinetic into mechanical energy)

2. Parts of hydroelectric power plant

- Dam

Raises water level, creates falling water

Reservoir is stored energy

- Turbine

Force of falling water, turbine spinning

Like windmill with water

Kinetic energy-> mechanical energy

- Generator

Spinning because of turbine

Mechanical energy-> electric energy

- Transmission lines

Transports energy to homes

3. How much electricity can a hydroelectric power plant make?

Depends on:

- how far the water falls

higher dam-> water falls farther-> more power-> bigger power plant

- amount of water falling

more water falling-> more power produced

depends on amount of water flowing down the river

4. can I figure out how much energy a dam in my area can make?

Two things to know:

- how far the water falls

as high as the dam

- amount of water flowing down the river

in cubic metres per second

efficiency

5. calculations

- power=height x river flow x efficiency/11.8

- electric energy

- people served

- power, electric energy, people served of a dam in your area

6-TSO-IW Engels 74


14.4 Summary

Hydropower plants capture the energy of falling water to generate electricity. In a

power plant they use several parts: a dam to raise the water level to create falling

water, a reservoir to store energy. The falling water makes the blades of a turbine

spin, to convert the kinetic energy into mechanical energy. It looks like the blades of a

windmill but with water. The generator is connected to the turbine and converts the

mechanical energy into electrical energy. The transmission lines transport the electric

energy to electrical net. The amount of electric energy a power plants makes

depends on the height of the dam and the amount of water flowing in the river. If you

have a higher dam the water falls farther and you can create more electricity, if there

is more water falling down the river you can produce more power. These are also the

numbers you need to calculate how much energy a power plants makes. The only

thing that’s unknown is the efficiency. But if you want to figure out how much power a

power plant makes you need to know the high and the amount of water flowing down

the river.

6-TSO-IW Engels 75


14.5 Letter

Wittemoerstraat 8

8730 Oedelem

Belgium

6 November 2014

Alstom

53 Rue Baudin

PARIS

FRANCE

Dear Sir

Dear Madam

I’m a last year high school student in Industrial Sciences in the PTI in Eeklo, in

Belgium. My final project is about hydroelectric power plants. Your company

produces parts for hydroelectric power plants.

Due to my final project I need a lot of documentation about these powerplants. On

the Internet I didn’t find much so I hope you could give me more information and

documentation about hydroelectric power plants.

I would be very pleased with some information about your company, too.

You can contact me by email: [email protected].

I look forward to hearing from you.

Yours faithfully

Lennart Vermeulen

6-TSO-IW Besluit 76


15 Besluit

Het hoofddoel van onze GIP was het bouwen van een miniatuurwaterkrachtcentrale.

Deze miniatuurcentrale moest oorspronkelijk in een gewoon leslokaal passen en niet

erg moeilijk te bouwen zijn. Doordat we juist dat grote debiet en het grote verval

nodig hebben waren we genoodzaakt om onze plannen toch iets uit te breiden. Iets

wat ik tijdens dit jaar heb bijgeleerd door deze GIP was hoe moeilijk het wel niet is

om iets eigenhandig te ontwerpen. We leerden ook beter en efficiënter

communiceren met leerkrachten. De leerkrachten moesten perfect doorhebben wat

we precies wouden bestellen en waarvoor we dat juist nodig hadden. Het technisch

tekenen en voorstellen van de stukken die we wouden laten maken was ook iets dat

we beter in slaagden tegen het einde van het jaar. Het technisch tekenen en

voorstellen van de stukken die we wouden laten maken was ook iets dat we beter in

slaagden tegen het einde van het jaar.

De grootste uitdaging in het starten van de bouw was het bestellen en laten

construeren van de onderdelen op school. Vooreerst waren er de 4 weken wachttijd

die volgden na iedere bestelling waardoor dat we verplicht waren ver op voorhand

alles te bestellen. Dan was er ook de communicatie met de leerkrachten die ons rad,

de as en de overbrenging die niet altijd even goed verliep waardoor we soms 3 keer

op 1 dag ons moesten melden om nog eens uit te leggen wat de bedoeling was. In

de bouw van de centrale stootten we dan ook op het probleem dat ons kader niet

stevig genoeg was om die 1000 liter water omhoog te houden. Dit probleem losten

we op door stalen kabels tussen het kader te kruisen en de bovenkant te

verstevigen. Een probleem dat we zeker niet in het ongewisse mogen laten was het

waterdicht krijgen van het kleine kader. Dat geraakte dan weer opgelost door de

binnenste voegen te siliconen, de bovenkant werd voorzien van binnen fietsbanden

om waterdichtheid te verzekeren.

Al bij al denk ik dat deze opdracht een zeer goed GIP-onderwerp is voor onze

richting. Het vraagt ons zelf iets te ontwerpen, naar de toekomst toe is dit zeker niet

slecht aangezien er velen van ons doorstromen naar Industrieel Ingenieur. Er zitten

ook verschillende vakgebieden in verwerkt. Voor elektronica maken we een arduino –

schakeling en meten we hiermee het vermogen en het toerental van de generator.

Voor mechanica bereken we de overbrenging. Voor fysica berekenen we het

theoretisch vermogen. Voor aardrijkskunde bespreken we dan weer de gevolgen

voor het milieu.

6-TSO-IW Literatuurlijst 77


16 Literatuurlijst

Informatiecentrum Duurzame-energie,Waterkrachtenergie,

http://www.engineering-online.nl/?com=content&action=hydroelectric_power

Onbekend, Waterkrachtcentrale,

http://www.encyclopex.com/waterkrachtcentrale/

Onbekend, Hydroenergie,

http://stasegem.be/wha/index.php/Hydroenergie

Onbekend, Kleine waterkracht,

http://www.ecopower.be/index.php/hernieuwbare-energie/waterkracht

Onbekend, Kleine waterkracht,

http://www2.vlaanderen.be/economie/energiesparen/doc/brochure_kleine_waterkrac

ht.pdf

Filip Doucé, Waterkracht,

http://www.joostdevree.nl/bouwkunde2/jpgg/groene_stroom_85_waterkracht_filip_do

uce_en_annick_dexters.pdf

Carey L. Biron, Hoge dammen, Lage waterkwaliteit,

http://www.ipsnews.be/artikel/hoge-dammen-lage-waterkwaliteit

Tommelein Matthias, Waterkracht,

http://technologischdenken.webklik.nl/page/waterkracht

Hugo Vanderstadt, Het autonome huis

http://www.eco-housing.be/nieuwsbrief7.pdf

www.wikipedia.org

http://www.engineering-online.nl/?com=content&action=hydroelectric_power

http://www.encyclopex.com/waterkrachtcentrale/

http://stasegem.be/wha/index.php/Hydroenergie

http://www.ecopower.be/index.php/hernieuwbare-energie/waterkracht

http://www2.vlaanderen.be/economie/energiesparen/doc/brochure_kleine_waterkracht.pdf

http://www2.vlaanderen.be/economie/energiesparen/doc/brochure_kleine_waterkracht.pdf

http://www.joostdevree.nl/bouwkunde2/jpgg/groene_stroom_85_waterkracht_filip_douce_en_annick_dexters.pdf

http://www.joostdevree.nl/bouwkunde2/jpgg/groene_stroom_85_waterkracht_filip_douce_en_annick_dexters.pdf

http://www.ipsnews.be/artikel/hoge-dammen-lage-waterkwaliteit

http://technologischdenken.webklik.nl/page/waterkracht

http://www.eco-housing.be/nieuwsbrief7.pdf

http://www.wikipedia.org/

6-TSO-IW Figurenlijst 78


17 Figurenlijst

Figuur 2.1 Waterkracht ............................................................................................... 8

Figuur 2.2 De algemene werking van een stuwdam ................................................... 9

Figuur 2.3 Valhoogte ................................................................................................ 11

Figuur 3.1 Boembekemolen voor en na restauratie .................................................. 14

Figuur 3.2 Enkele waterkrachtcentrales in België ..................................................... 16

Figuur 3.3 Luchtfoto van Coo Trois Ponts ................................................................ 17

Figuur 3.4 Luchtfoto van Lixhe ................................................................................. 17

Figuur 3.5 luchtfoto van Bütenbach .......................................................................... 17

Figuur 3.6 Luchtfoto van Monsin .............................................................................. 18

Figuur 3.7 Luchtfoto van Andene .............................................................................. 18

Figuur 3.8 Foto van de brug over de stuwdam van Route de la Plate Taille

Froidchapelle ............................................................................................................ 19

Figuur 3.9 Luchtfoto van Toute de la Plate Taille Froidchapelle ............................... 19

Figuur 3.10 Luchtfoto van Barrage de la Gileppe ..................................................... 19

Figuur 3.11 Luchtfoto van Robertville ....................................................................... 20

Figuur 3.12 Luchtfoto van Barrage de la Vesdre ...................................................... 20

Figuur 4.1 Getijdencentrale in Rupelmonde, met leeg en vol bekken ....................... 21

Figuur 6.1 schematische tekening van een bovenslagrad ........................................ 23

Figuur 6.2 schematische tekening van een onderslagrad......................................... 23

Figuur 6.3 schematische tekening van een poncelet rad .......................................... 24

Figuur 6.4 Zuppingerwiel in de praktijk en een schematische tekening .................... 24

Figuur 6.5 In volgorde: Peltonturbine, Francisturbine en Kaplanturbine ................... 26

Figuur 7.1 De 'Hydrocat' door Alex Erauw ................................................................ 27

Figuur 7.2 Nog een creatie van Alex Erauw ............................................................. 27

Figuur 9.1 Principe van een by pass ........................................................................ 32

Figuur 9.2 Principe van een rad op vlotters .............................................................. 32

Figuur 10.1 Het vervuilde stuwmeer van de Drieklovendam..................................... 33

Figuur 11.1 De eerste schetsen ................................................................................ 35

Figuur 11.2 Schetsen van de turbine ........................................................................ 36

Figuur 11.3 Eerste schetsen van het kader en de uiteindelijke tekeningen .............. 37

Figuur 11.4 De kaders voor het eerst in elkaar gemonteerd ..................................... 38

Figuur 11.5 Systeem van de montage van de kaders .............................................. 38

Figuur 11.6 Lagering van het rad .............................................................................. 39

Figuur 11.7 Eerste testen van het uiteindelijke rad ................................................... 39

Figuur 11.8 Technische tekening van de as van het rad .......................................... 40

Figuur 11.9 Tekeningen van het rad ......................................................................... 40

Figuur 11.10 Technische tekening voor de bevestiging van de lagers ..................... 41

Figuur 11.11 Tussenbalk in het binnenframe ............................................................ 42

Figuur 11.12: moer vasthouden binnenin het vat ...................................................... 43

Figuur 11.13: onderkant van het vat met de nieuwe uitgang .................................... 44

Figuur 11.14: één van de twee nieuwe uitgangen .................................................... 44

Figuur 11.15 Eerste test voor het debiet .................................................................. 45

6-TSO-IW Figurenlijst 79


Figuur 11.16Tweede test voor het debiet ................................................................. 46

Figuur 11.17 Het rad met de spuitmonden op de juiste plaats.................................. 46

Figuur 11.18 Eerste testen met de afgewerkte darmen ............................................ 47

Figuur 11.19 De afgewerkte overbrenging................................................................ 48

Figuur 11.20: het kleine kader met rad erin .............................................................. 49

Figuur 11.21: waterdichte ingang spuitmond ............................................................ 49

Figuur 11.22 Principe tekening voor stroom te meten .............................................. 51

Figuur 11.23 Begin van het programma ................................................................... 52

Figuur 11.24 Setup van het programma ................................................................... 53

Figuur 11.25 Overzicht van de lussen ...................................................................... 53

Figuur 11.26 Subroutine voor het inlezen van de kanalen ........................................ 53

Figuur 11.27 Subroutine voor het aanpassen van de waarden ................................ 53

Figuur 11.28 Subroutine voor het weergeven van de waarden ................................ 54

6-TSO-IW Bijlagen 80


18 Bijlagen

18.1 Enkele foto’s van eindproduct

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT Roze ... - lennart vermeulen · 1 Inleiding Bij het begin van dit...

Documents

Transcript of PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT Roze ... - lennart vermeulen · 1 Inleiding Bij het begin van dit...