Natuurlijke elementen liggen aan de basis van de schoonste energie die we kunnen opwekken: zon, wind en aardwarmte. De oceaan maakt ook deel uit van deze club. Hoewel de toepassing momenteel beperkt is, kunnen golf- en getijdenenergie een rol spelen in de energiemix van morgen.
In het Marine Renewable Energies Lab (MREL) van de Technische Universiteit Delft (TU Delft) onderzoeken wetenschappers de mogelijkheden om hernieuwbare energie te produceren uit zeewater. Het instituut, geleid door George Lavidas, kan rekenen op een multidisciplinair team dat onderzoek doet naar golfmodellen, kosten en haalbaarheid van installaties voor oceaanenergie.
Er zijn drie manieren om energie uit de oceaan te halen: golfenergie, getijdenenergie en conversie van thermische energie uit de oceaan. Hoewel de laatste efficiënter is voor de breedtegraden van de evenaar, kan golf- en getijdenenergie ook in Nederland en Europa worden benut.
Wat kunnen we leren van de zee? Welke rol kan de oceaan spelen in het opwekken van duurzame energie? En hoe kunnen innovaties ons helpen beter voor de zee te zorgen? generating renewable energy? Je leest het in ons nieuwste magazine IO Next: The Ocean.
Golf- en getijdenenergie
Waarin verschillen golf- en getijdenenergie? Golven ontstaan voornamelijk door de wind die over het water waait. Daarom kunnen golfenergieconvertoren aan de kustlijn of in de open oceaan worden geplaatst met behulp van drijvers die de golfbewegingen volgen en een generator laten draaien. Er bestaan verschillende omzetters, afhankelijk van de locatie, diepte en zeecondities van de installatie.
Getijden zijn het gevolg van de rotatie van het zon-maan-aarde systeem en de daaruit voortvloeiende variaties in de zwaartekracht op aarde. Getijdenenergie kan het best worden benut met onderwaterturbines, kleinere versies van windturbines met sterkere bladen – bedenk wel dat water ongeveer duizend keer dichter is dan lucht. Een andere manier om getijdenenergie te benutten is door middel van getijdenstuwdammen, die het verschil tussen waterniveaus op dezelfde manier benutten als hydro-elektrische stuwdammen. Terwijl waterkrachtcentrales water op en neer pompen in getijdenstuwen, zorgt de zwaartekracht op natuurlijke wijze voor het verschil.
“We hebben twee studies uitgevoerd om de golf- en getijdenenergiebronnen in Nederland te kwantificeren. Het potentieel aan golfenergie is groter en meer verspreid. Er zijn echter gevallen van lokaal gebruik van getijdenenergie in de Waddenzee en de provincie Zeeland. In welke mate hangt af van de marktmechanismen, maar we verwachten dat ze de komende jaren geïnstalleerd zullen worden,” benadrukt Lavidas.
Thermische omzetting van oceanenergie
Naast getijden- en golfenergie is er nog een manier om hernieuwbare energie op te wekken uit oceaanwater: Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC). Deze methode maakt gebruik van de natuurlijke temperatuurverschillen in oceanen om altijd schone energie te produceren. Deze technologie is echter vooral beschikbaar in equatoriale gebieden met grotere temperatuurverschillen.
OTEC gebruikt het warme oppervlaktewater van de oceaan om een vloeistof met een laag kookpunt – zoals ammoniak – te verdampen. Deze damp expandeert en drijft turbines aan die zijn gekoppeld aan generatoren die elektriciteit produceren. Vervolgens wordt de damp afgekoeld met koud zeewater uit de diepe oceaan. Op deze manier wordt de vloeistof gecondenseerd en weer bruikbaar, waardoor een continue lus voor het opwekken van elektriciteit ontstaat.
De kostenbarrière
Golf- en getijdenenergie zijn geen nieuwe energieopwekkende technologieën. De eerste golfenergieconvertoren dateren uit de 18e eeuw. De technologie is de afgelopen vijftig jaar verder ontwikkeld. Getijdenenergie wordt al eeuwenlang gebruikt om graanmolens te laten draaien. In onze tijd beperken de hoge kosten echter de inzet van installaties op zee. De contractprijs in het Verenigd Koninkrijk voor getijdenenergie ligt bijvoorbeeld rond de £178 per MWh, vergeleken met £65 voor offshore windenergie.
“De hoge kosten worden meestal geassocieerd met overengineering om onzekerheden te compenseren,” zegt Lavidas. “Deze apparaten moeten eerst betrouwbaar energie produceren en tegelijkertijd bestand zijn tegen corrosie en de barre omstandigheden van zeewater.” Daarom kozen overheden en bedrijven ervoor om te investeren in andere ‘minder veeleisende’ hernieuwbare energieprojecten, zoals zonne-energie en offshore windprojecten. Volgens een studie uitgevoerd door de MREL kunnen de kosten per kilowatt voor golfslagenergie echter oplopen tot €60 per MWh.
Volgens Lavidas heeft het geen zin om offshore windparken te vergelijken met getijden- of golfenergie-installaties, gezien de volwassenheid van de verschillende technologieën en de duizenden offshore windturbine-installaties. “Bij het vergelijken van hernieuwbare met hernieuwbare energiebronnen is het tegenargument dat er ook rekening moet worden gehouden met het tijdsbestek van de productie. Bij windenergie kan de productie in korte tijd sterk veranderen. Bij getijdenenergie daarentegen weten we zeker dat je elke 12 uur en 42 minuten – de getijdenfrequentie, gebaseerd op halve maansdagen ed. – een venster van zes uur hebt voor maximale productie. Het is geen vergelijking, maar wat zou het kosten om het elektriciteitsnet in balans te houden?”
Complementariteit
Een van de belangrijkste voordelen van getijden- en golfenergie is hun grotere voorspelbaarheid, terwijl zonne- en windenergie volatieler zijn. Zoals uitgelegd is de productie van getijdenenergie gebonden aan maan-dagen, zodat een getijperiode nauwkeurig kan worden voorspeld. Bovendien zijn golven minder veranderlijk in magnitudes en richtingveranderingen door de dichtheid van het water.
Lavidas ziet waarde in het combineren van wind- en golfenergie, waarbij het verschil in productietijd wordt benut om stabielere energie op te wekken. Lokaal waaiende wind genereert voornamelijk golven. Ze worden echter vaak vergezeld door deining, golven die ver weg ontstaan en zich honderden kilometers voortplanten. In het geval van de Noordzee kunnen de deining afkomstig zijn van de Noordelijke IJszee. De deining kan een hoogte van 8 meter bereiken en wanneer ze samensmelten met lokale golfregimes en zeebodems, verminderen ze hun hoogte. Deze interacties kunnen de piekproductietijden van wind en golven beïnvloeden.
“De piekproductietijden van golven en wind vinden niet gelijktijdig plaats. De twee pieken hebben een vertraging van drie tot zes uur, afhankelijk van de locatie, omdat golven met verschillende frequenties komen. We zijn nog een stap verder gegaan en hebben de verschillende prestatietoepassingen geanalyseerd, en een dergelijke vertraging kan de behoefte aan opslag verminderen van 30 tot 50%,” legt de wetenschapper uit. De Noordzee heeft een vertraging van drie tot vier uur tussen de piekproductie van wind- en golfenergie. Hierdoor zou het elektriciteitsnet beter in balans zijn bij het opnemen van groene stroom.
Vooruitzichten voor mariene energie
Als onderdeel van haar Green Deal heeft de Europese Unie doelen gesteld voor oceaanenergie, met ten minste 1 GW geïnstalleerde capaciteit in 2030 en 40 GW in 2050. “Andere lidstaten, zoals Ierland, Portugal en Italië, zetten zich meer in voor golfenergie en zetten financiering en mechanismen in om ontwikkelingen te stimuleren. De Nederlandse regering heeft geen specifieke doelen gesteld voor mariene energie,” voegt Lavidas toe. De onderzoeker gelooft dat mariene energie in de toekomst een bijdrage kan leveren aan 10-15% van de energiemix.
Financiering en onderzoek zullen de toekomstige ontwikkelingen in Nederland en daarbuiten bepalen. Zowel het nauwkeuriger bestuderen van golven als het ontwerpen van minder dure apparaten moet gebeuren. De MREL is actief in verschillende nationale en internationale onderzoeksinitiatieven om oceanen te bestuderen en streeft ernaar de meest geavanceerde oplossingen te bieden aan de industrie en beleidsmakers. “Mijn doel is om ervoor te zorgen dat we genoeg fundamenteel en toegepast onderzoek doen dat industrieën en belanghebbenden kunnen gebruiken. Onderzoek kijkt altijd 10 tot 15 jaar vooruit, maar we weten dat golf- en getijdenenergie nu al een impact kan hebben. En voor de energietransitie spelen alle oplossingen een rol,” besluit hij.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
