Meteen naar de inhoud

Getijde-energie met Archimedes


  • inleiding
    De Wet van Archimedes is zo ongeveer de eerste echte natuurwet die is geformuleerd, en trouwens ook de eerste die je op de middelbare school onderwezen krijgt. Als je goed kijkt zit de halve Newtoniaanse Mechanica er al in. De wet luidt, in woorden:

    Elk lichaam dat geheel of gedeeltelijk is ondergedompeld in een vloeistof ervaart een opwaartse kracht die gelijk is aan, maar tegengesteld, aan het gewicht van de verplaatste vloeistof.


    Samen met het gegeven dat grote open wateren als zeeën en oceanen getijdewerking hebben, is op basis van deze wet energie te winnen.

  • het principe
    Ga uit van een drijvend vat, gevuld met lucht. Anker een kabel vast aan de zeebodem. Leidt de kabel via een katrol naar het vat, en hang aan het overhangende deel een contragewicht, zodanig dat het vat grotendeels onder water wordt getrokken. Als nu het water stijgt wordt het contragewicht omhoog getrokken. Daarbij wordt de as waarover de kabel van het contra-gewicht loopt in beweging gebracht.
ponton1
illustratie getijden energie
  • hoeveelheid energie
    Gegeven: 1 m3 voor het vat met lucht;
    vereist: een contra-gewicht van 1000 kg; [zeewater gesteld om 1 kg/l];
    gegeven: 1 meter hoogteverschil tussen eb en vloed;
    F = m*g*h = 1000 * 10 * 1 = 104 (N);
    E = F*Δs = 104 * 1 = 104 (J)
    In 24 uur gaat het vat 2x omhoog en 2x omlaag. Bij omlaag gaan wordt exact dezelfde hoeveelheid potentiële energie die bij stijging is gegenereerd weer vrijgemaakt. Per etmaal heb ik dus 4 * 104 J; in een etmaal zitten 86.400 seconden. Dit komt neer op 0,463 J/s = Watt. (per m3 vat, per m hoogteverschil)

    Dit is geen indrukwekkend getal, maar het laat zich makkelijk opschalen.
    Ik denk aan een ponton van bijvoorbeeld 1 km lang bij 200 meter breed bij 10 meter diep, met een verschil tussen eb- en vloedpeil van 2 meter. Dan heb ik (10^3) * (2* 10^2) * (10) * (2) * 0,436 = 1,74 Mw. Dat begint te lijken op een kleine energie-centrale. [ter vergelijking: de Nederlandse windmolenparken leveren tussen de 100 en 600 MW.]
    Behalve ons technisch vermogen om zo'n platform te bouwen staat niets in de weg aan een veel verdere schaalvergroting. Bij een ponton van 2 km x 1 km x 20 m is de (maximale) opbrengst al 34,8 Mw.

  • praktisch
  • Het gaat mij om het principe. Dit is niet de plaats om uit te werken hoe de energie van een langzaam draaiende as moet worden omgezet in electriciteit - de mogelijkheden zijn legio. Ook zal ik me niet wagen aan een concreet ontwerp: ongetwijfeld zullen er vele kabels en contragewichten nodig zijn om de energie effectief uit te kunnen winnen, en waarschijnlijk is het verstandig om niet te mikken op een grote, rigide constructie, maar juist op een gecompartimenteerde constructie.

    Ook de keuze van materialen voor gebruik in zee zal -met het ook op onderhoud- nog niet eenvoudig zijn.

    Het lastigste punt lijkt me de stroming op zee - het is niet de bedoeling dat een dergelijk ponton wegdrijft. De meest eenvoudige oplossing lijkt het me om e.e.a. aan te leggen in een kunstmatige baai (of in een fjord), waarbij de richting van de in- en uitstroom kan worden gereguleerd. Mogelijk kan daarbij ook nog de energie van de stroming van het water worden gewonnen.
baai
  • fantasierijke toepassingen
    De oppervlakte van het ponton is in het bovenstaande idee nog niet in praktisch gebruik. Mogelijk is de energiewinning goeddeels mogelijk binnen in het bouwwerk. (door de keuze van de contragewichten kan immers altijd worden gegarandeerd dat de oppervlakte boven water blijft).
    Interessant zou niet alleen zijn een industriële toepassing om ter plekke de energie te gebruiken om bijvoorbeeld water te splitsen en zuursof en waterstof. Energietechnisch zou de bovenkant bekleed kunnen worden met zonne-panelen. (tot 175 W/m2).
    Mogelijk is het terrein ook te gebruiken voor sommige landbouw-doeleinden (niet anders dan biologische zonne-energie) of kassen.
    Een kennis van mij opteerde echter voor een vakantiehuisje met zicht op een zee van gelijkblijvende hoogte. Ongetwijfeld zijn er meer commerciële toepassingen denkbaar die de bouw en exploitatie van een groot ponton rendabel kunnen maken - misschien zien we ooit nog een complete drijvende stad van verschillende vierkante kilometers, die al zijn energie wint uit de getijden. (En dan hoeven we ook niet meer bang te zijn voor een zeespiegelstijging).