Wat is getijdenstroomgenerator of een tidal stream generator?

Een getijden stroomgenerator is een machine die wordt gebruikt om energie op te wekken uit bewegende watermassa’s waaronder de waterverplaatsing tussen eb en vloed. Een getijdenstroomgenerator is in feite een soort propeller die in beweging gebracht wordt door de druk van stromend water. Dit stromend water hoeft overigens niet beslist door eb en vloed te worden veroorzaakt wat de naam tidal energy converter (TEC) eigenlijk doet vermoeden. In feite kan deze stroomgenerator ook worden geplaatst in een rivier of andere situatie waar veel watermassa in beweging is. Hieronder is in een aantal alinea’s meer informatie weergegeven over getijdenenergie en de manier waarop deze energie kan worden opgewekt.

Getijdenstroom of getijdenenergie
De waterkrachtcentrales die worden gebruikt om energie op te wekken uit stromend water vanuit stuwmeren zijn al een oude beproefde methode om elektrische energie op te wekken uit stromend water. Het opwekken van elektrische uit getijden oftewel eb en vloed is echter vrij nieuw. In het Engels wordt dit ook wel tidal stream genoemd wat in het Nederlands vertaald kan worden met getijdenstroom of getijdenenergie. Kenmerkend voor deze manier van duurzame energie opwekken is dat de waterdruk iets in beweging brengt. Waterdruk is kracht en kracht is energie. Men kan energie omzetten in andere vormen van energie als men daarvoor de juiste werktuigen gebruikt. Een bekend werktuig hiervoor is de turbine. Er zijn verschillende soorten turbines zoals de stoomturbine die in kolencentrales aanwezig is en de windturbines die in de praktijk vaak windmolens worden genoemd.

Getijdenstroom opwekken
In feite is het opwekken van getijdenstroom vergelijkbaar met het opwekken van windenergie. Bij het opwekken van getijdenstroom wordt ook gebruik gemaakt van propellers en rotorbladen die in beweging worden gebracht. Alleen wordt deze beweging door waterdruk veroorzaakt in plaats van door windkracht. Getijdenstroomgenerators of getijdenstroomturbines kunnen net als windmolens op de bodem van de zee worden geplaatst alleen komende propellers dan als het goed is niet boven het water uit terwijl windmolens juist wel in de wind worden geplaatst boven het wateroppervlak. Een andere vorm is het bevestigen van een turbine met propeller aan een kabel. Een voorbeeld hiervan is een TidalKite.

TidalKite

Als je getijdenenergie opwekt met behulp van een turbine aan een kabel heb je als het ware een getijdenvlieger. Deze vlieger gaat met de stroom van eb en vloed mee en kan daardoor bij opgaand en afgaand water stroom opwekken. Omdat de getijdenvlieger aan een kabel vast zit zal deze niet boven het water uitkomen en altijd onder het watervlak blijven als de kabel op de juiste plaats verankerd is aan de zeebodem. Een voorbeeld van dit principe is de TidalKite. Deze getijdenvlieger wordt getest vanaf medio 2018 in het water van de Friese Waddenzee. Vanaf de TidalKite loopt er een stroomkabel naar de vaste wal waardoor elektrische stroom naar de wal kan worden getransporteerd. Op die manier kan men aan de wal gebruik maken van de elektrische energie die door de TidalKite is opgewekt.

Getijdenenergie als alternatief voor windenergie
Energie die opgewekt wordt uit eb en vloed zou in de toekomst een groter aandeel kunnen krijgen in de hernieuwbare energievoorziening van Nederland. Een belangrijk voordeel van getijdenstroom en getijdenenergie is dat deze stroming altijd aanwezig is waardoor er sprake is van een vrij constante energieopbrengst. Een ander voordeel is het feit dat deze energievoorziening in tegenstelling tot windturbines vrijwel geheel aan het oog onttrokken wordt waardoor er geen sprake is van horizonvervuiling. Deze steekhoudende argumenten en voordelen kunnen er voor zorgen dat er in de toekomst steeds vaker getijdenstroomgeneratoren worden geplaatst in de zeeën rondom ons.

Wat is een turbomachine en wat is het doel van deze machine?

Turbomachines zijn machines waarin energie wordt gewisseld of omgezet. Er is hierbij sprake van een stroming of druk van een vloeistof of gas en een schoepensysteem. Dit schoepensysteem wordt in beweging gebracht door de druk van de vloeistof of gas. De kracht van de energieoverdracht is afhankelijk van de krachten die door de stroming op de het roterend schoepensysteem worden uitgeoefend. De energiewisseling kan in een turbomachine in twee richtingen verlopen.

Turbine
De eerste richting is het in beweging brengen van schoepen door druk vanuit een stroming van gas of vloeistof. In dit geval wordt bijvoorbeeld een as aangedreven en spreekt men van een aandrijvend mechanisme. Deze systemen worden ook wel turbines genoemd, een voorbeeld hiervan is stoomturbine die op stoomdruk (verdampt water= gas) werkt.

Een omgekeerde werking is ook mogelijk. Hierbij zorgt een schoepenrad in de vorm van een rotor juist energie a en zorgt deze voor een stroming. Ook hierbij is een machine aangedreven maar de benamingen zijn verschillend. De benaming die men voor dit type machine gebruikt is afhankelijk van het gebruikte fluïdum.

Turbopompen
Een turbopomp wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het verplaatsen van vloeibare stoffen zoals water en olie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van drukverhoging van deze vloeistoffen om ze in een bepaalde richting te transporteren.

Turbocompressoren
Een turbocompressor wordt gebruikt voor het realiseren van drukverhoging voor samendrukbarre gassen zoals dampen en lucht. Deze turbocompressors worden onder andere toegepast in auto’s en andere voertuigen.

Ventilatoren
Ventilatoren worden gebruikt voor het realiseren van een snelheidsverhoging van samendrukbare fluïda. Meestal worden ventilatoren gebruikt voor het verplaatsen van lucht om bijvoorbeeld een machine of ruimte te verkoelen.

Propeller
Als men een schroef met propeller in beweging brengt dan kan er een snelheidsverhoging optreden met betrekking tot propulsie.

Wat is een stoomturbine en wat is de werking daarvan?

Stoomturbines zijn apparaten die worden gebruikt om stoomdruk om te zetten in beweging van een as. Een stoomturbine kan dus dienen als aandrijving voor een as. In 1883 is de eerste stoomturbine uitgevonden door de Zweedse ingenieur Gustav de Laval. Deze eerste stoomturbine werd ook wel de lavalturbine genoemd en bestond uit een groot aantal emmervormige schoepen. Deze schoepen kwam in beweging door de druk van stoom. Hierdoor ontstond een rotatie die hij gebruikte als aandrijving voor een melkcentrifuge. De opkomst van stoommachines was echter al eerder (1750 in Engeland) dan de ontwikkeling van de stoomturbine en zorgde voor een nieuw tijdperk in de industrie. De industriële revolutie ontstond.  Tegenwoordig wordt een stoomturbine onder andere toegepast in elektriciteitscentrales. Daarnaast worden ze ook toegepast in grote zeeschepen.

Hoe werkt een stoomturbine?
Voor de werking van een stoomturbine heeft men stoomdruk nodig. Deze stoomdruk ontstaat door het verhitten van water. Om water te kunnen verhitten zal men echter een brandstof moeten verbranden. Deze brandstof kan bijvoorbeeld steenkool zijn. Als men steenkool verbrand en daar boven een ketel heeft met water dan zal het water verdampen en in volume toenemen. Bovendien zal deze damp naar boven gedrukt worden omdat warme lucht opstijgt. Als men de stoom vervolgens gaat geleiden naar een rij rotorschoenpen dan zullen deze schoepen de stoom maximaal van richting laten veranderen. De druk van de stoom zorgt er dan voor dat de schoepen in beweging komen.

Door gebruik te maken van een rij statorschoepen wordt de stoom weer in de richting van de volgende rij rotorschoepen gebracht. Dit proces verloopt net zo lang tot de stoom maximaal is geëxpandeerd. Als de stoom is afgewerkt en dus haar totale energie heeft afgegeven zal de stoom weer waterdruppeltjes beginnen te vormen. Deze waterdruppeltjes kunnen voor erosie zorgen op de turbinebladen en daarom worden ze uit de turbine geleid. Men doet dit wanneer 20% van de watermoleculen gecondenseerd is in de stoom. Men kan dit water vervolgens weer teruggeleiden richting de stoomketel om zodoende het proces te gaan herhalen met een minimaal verlies aan water.

Wat is een turbine en waarvoor worden turbines gebruikt in de techniek?

Turbines worden op verschillende manieren toegepast in de techniek. De naam turbine is afgeleid van het Latijnse woord ‘turbinis’ dit betekend in het Nederlands wervelstroom. Claude Burdin is de persoon die de naam turbine has voorgesteld in 1828 tijdens een ingenieurswedstrijd. Er bestaan verschillende soorten turbines. Men kan turbines indelen op een aantal manieren. Zo kan men turbines indelen in gasturbines, stoomturbines, windturbines en waterturbines. Zo maken waterkrachtinstallaties bijvoorbeeld gebruik van waterturbines. Deze turbines worden door water in beweging gebracht. Windturbines komen in beweging door de kracht van de wind. Naast de onderverdeling tussen de vloeistoffen en gassen die een turbine in beweging brengen kan men turbines ook op een andere manier indelen. De onderverdeling tussen impulsturbines en reactieturbines komt in de praktijk ook voor.

Hoe werken turbines?
Turbines zijn turbomachines die stromingsenergie omzetten in mechanische energie. Deze stromingsenergie kan uit een stroom vloeistof of gas bestaan en heeft een bepaalde snelheid. Als men deze stroom richt op een schoepenrad die bevestiging is aan een rad zorgt de snelheid van de stroom vloeistof of gas er voor dat het rad gaat draaien. Het is belangrijk dat de stroming goed wordt geleid in de gewenste richting. Daarom worden meestal behuizingen aangebracht rond het schoepenrad. Dit gebeurd bijvoorbeeld bij stoomturbines, gasturbines en waterturbines. Als men de stroming van het gas of de vloeistof goed stuurt in de richting van het schoepenrad draait deze effectiever en werkt de turbine beter. Doormiddel van het  roterend schoepensysteem zet de turbine de stromingssnelheid om in mechanische energie. De mechanische energie kan vervolgens worden gebruikt voor de aandrijving van een machine of een elektrische generator.

Waarvoor worden turbines gebruikt?
Turbines worden gebruikt om stromingsenergie om te zetten in mechanische energie oftewel bewegingsenergie. Hierdoor kunnen machines direct worden aangedreven maar het is ook mogelijk om turbines te gebruiken om elektriciteit op te wekken. Hiervoor worden bijvoorbeeld stoomturbines gebruikt in elektriciteitscentrales. De stoomdruk of stoomsnelheid brengt hierbij een schoepenrad in beweging. Een generator zet vervolgens deze beweging om in elektrische energie. Ook met windmolens of windturbines kan elektriciteit worden opgewekt. Deze turbines worden doormiddel van de wind in beweging gebracht. Hierbij zorgt een generator er ook voor dat de mechanische energie wordt omgezet in elektriciteit.

Hydraulische turbines kunnen worden gebruikt voor het omzetten van de stromingsenergie van water in bijvoorbeeld elektriciteit. Deze stromingsenergie ontstaat als er een hoogte verschil tussen twee waterniveaus aanwezig is en het ene waterniveau naar het andere niveau kan stromen. Het water stroomt naar het laagste punt en creëert hierdoor stromingsenergie. De hydraulische turbine kan door deze stromingsenergie in beweging worden gebracht. Daardoor gaat de hydraulisch turbine draaien en ontstaat mechanische energie die weer in elektrische energie kan worden omgezet met behulp van een generator. Meestal zijn er in een waterkrachtcentrale meerdere hydraulische turbines aanwezig.

Turbine of compressor
In de techniek worden ook compressoren gebruikt. De werking hiervan is juist omgekeerd. Doormiddel van elektriciteit wordt een schoepenrad in beweging gebracht waardoor luchtdruk ontstaat. Deze luchtdruk kan worden gebruikt voor pneumatiek. Pneumatische systemen kunnen worden gebruikt om machines in beweging te brengen.