De laatste keer dat u langs een rivier liep of in een meer zwom, stond u er waarschijnlijk niet bij stil dat het een van de oudste bronnen van elektriciteitsopwekking ter wereld is. Waterkracht – de energie die wordt opgewekt door stromend water – dateert uit de 4e eeuw voor Christus en vertegenwoordigt ’s werelds grootste aandeel in de opwekking van hernieuwbare energiebronnen.
Toch wordt waterkracht vaak buiten beschouwing gelaten in politieke gesprekken en oproepen tot actie om de afhankelijkheid van schone energiebronnen te vergroten in reactie op de klimaatverandering. We hebben gekeken naar wat waterkracht anders maakt dan andere schone energiebronnen, zoals zonne- of windenergie; naar de voor- en nadelen en naar de gangbare technologie die tegenwoordig wordt gebruikt voor het opwekken van waterkracht.
Wat is waterkrachtelektriciteit?
Zoals gezegd verwijst waterkracht naar het proces van het opvangen van de stroomafwaartse waterstroom en het omzetten daarvan in elektriciteit. Omdat de stroom wordt opgewekt uit water, bevinden waterkrachtcentrales zich meestal in de buurt van een waterbron, zoals een rivier. Hoe sneller het water stroomt en hoe groter het watervolume is, des te meer elektriciteit kan een waterkrachtcentrale produceren.
Hoewel de waterkrachtcentrales verschillen naar type, grootte en technologie, wordt de meeste waterkracht opgewekt volgens min of meer dezelfde procedure:
- De waterstroom wordt gecoördineerd in een waterturbine.
- Het volume van de waterstroom en de verandering in hoogte beïnvloeden de turbine om te draaien
- Als de turbine draait, produceert de bijbehorende generator stroom
Waterkracht valt, vanwege de zelfvernieuwende, overvloedige aard van oppervlaktewater, in de emmer van schone energiebronnen, samen met energie die wordt opgewekt uit zon of wind. In Canada is het de reden waarom de elektriciteitssystemen van het land vaak als een van de schoonste ter wereld worden bestempeld.
Echter zijn er ook nadelen aan de opwekking van hydro-elektrische energie, wat deels verklaart waarom hydro-elektriciteit een beetje controverse oplevert met betrekking tot de status van schone energiebron. Hoe groter de stuwdam, hoe meer elektriciteit hij produceert, maar daar hangt een prijskaartje aan. Het afdammen van een rivier verstoort de leefomgeving van wilde dieren, blokkeert de migratie van vissen en kan na verloop van jaren de vispopulaties doen afnemen. Als gevolg hiervan aarzelen de meeste Amerikaanse staten om waterkracht mee te tellen voor de nationale mandaten voor hernieuwbare energie, waardoor waterkracht aan de zijlijn blijft staan van de gesprekken over klimaatverandering, ondanks het feit dat waterkracht wordt geproduceerd uit een hernieuwbare bron.
Waterkracht is wereldwijd de belangrijkste hernieuwbare bron voor de opwekking van elektriciteit, en levert bijna driekwart van alle hernieuwbare elektriciteit. Alleen al in de VS is waterkracht verantwoordelijk voor 6,6% van de energieopwekking op utiliteitsschaal en de op een na hoogste duurzame energieproductie (pas onlangs ingehaald door elektriciteit uit wind).
De grootste waterkrachtcentrale van de VS staat bij de Grand Coulee Dam aan de Columbia River in Washington, een staat die ongeveer tweederde van zijn elektriciteit uit waterkracht haalt.
Waar komt de elektriciteit vandaan?
Dus laten we een beetje afstand nemen en proberen de “hernieuwbaarheidsclaim” achter de waterkrachtopwekking te begrijpen. Is het oppervlaktewater van de aarde zelfvernieuwend? Waar komt het vandaan en is er een oneindige hoeveelheid van?
Om waterkracht te begrijpen, moeten we (even) terug naar de aardrijkskundelessen van groep 5 om onszelf te herinneren aan iets dat de watercyclus wordt genoemd:
- Als de zon op het aardoppervlak schijnt, zorgt zij ervoor dat het water in rivieren, meren en oceanen verdampt.
- Het verdampte water (damp) condenseert tot wolken en valt als regen en sneeuw.
- De regendruppels en sneeuwvlokken worden opgevangen in stromen en rivieren, die uitmonden in oceanen en meren en zo begint de cyclus opnieuw
Omdat oppervlaktewater zichzelf steeds herhaalt, wordt het beschouwd als een van de hernieuwbare energiebronnen van de aarde. Hoe meer neerslag (regen en sneeuw) wordt verzameld in rivieren en beken, hoe meer water er beschikbaar is voor de opwekking van waterkracht.
Welke soorten waterkrachttechnologie bestaan er?
Het basisidee van waterkrachtopwekking is om de kracht van stromend water te gebruiken om kinetische energie te creëren, maar er is inderdaad meer dan één manier om dit effect te bereiken. De meeste waterkrachtcentrales berusten op het bouwen van dammen om water vast te houden en weer vrij te geven door de poorten te openen.
Laten we eens kijken naar de meest voorkomende soorten technologie die er vandaag de dag zijn:
Impoundment – De technologie die u hoogstwaarschijnlijk wel eens hebt gezien, is die van de opstuwingsinstallaties. Deze grote systemen maken gebruik van een dam om rivierwater op te slaan in een reservoir en het vrij te laten stromen (op basis van de energiebehoefte) om door een turbine te stromen en deze te laten draaien. De turbine is verbonden met een generator, via welke de energie vervolgens aan het elektriciteitsnet wordt toegevoerd.
Gepompte opslag – Deze technologie bestaat uit twee reservoirs, waarvan er een op een grotere hoogte ligt dan het tweede. Het water wordt naar het hoger gelegen reservoir gepompt en opgeslagen en wanneer de vraag naar elektriciteit (en de elektriciteitsprijs) hoog is, wordt het water stroomafwaarts vrijgelaten, waardoor de turbines in het lager gelegen reservoir gaan draaien.
Run-of-river-faciliteiten – De meest natuurlijke waterkrachtcentrales, de run-of-river-faciliteiten wekken elektriciteit op uit natuurlijk stromend water (zoals een rivier) zonder een dam. Het nadeel van dit systeem is de afwezigheid van opslag en de onregelmatigheid van de opgewekte energie, aangezien het systeem afhankelijk is van seizoensgebonden rivierdebieten. De voordelen zijn legio: door de afwezigheid van grote dammen zijn stroomopwekkingsinstallaties goedkoper, sneller te bouwen en milieuvriendelijker.
Voordelen & Nadelen van waterkracht
Is waterkrachtopwekking goed of slecht voor het milieu? Het filosofische antwoord is dat het ervan afhangt. Hoewel waterkracht alom wordt beschouwd als een hernieuwbare energiebron die de wereld voorziet van goedkope, betrouwbare stroom en opslag, zijn er misschien niet veel redenen om te juichen over waterkrachtsystemen, als het gaat om het behoud van het milieu. Laten we dit eens uit de doeken doen.
Voordelen van Hydro-elektrische energieopwekking
 |
Schone energiebron. Ondanks de controverse, is het een onbetwistbaar feit dat water een hernieuwbare energiebron is (dankzij de hierboven beschreven watercyclus). Bij de opwekking van waterkracht worden geen brandstoffen verbrand en komen er geen directe koolstofemissies in de atmosfeer terecht, waardoor het een veel milieuvriendelijker alternatief is dan steenkool of aardgas. |
 |
Lokaal beheer/controle – Het vaak vergeten voordeel van waterkrachtopwekking is dat, aangezien water het meestal niet goed doet als het zeer lange afstanden aflegt, wordt waterkracht vaak verbruikt in de staat/het gebied waar het wordt geproduceerd. De afhankelijkheid van internationale brandstofbronnen wordt verminderd en vervangen door meer controle op lokaal niveau. |
 |
Flexibiliteit – Een groot voordeel dat waterkracht heeft ten opzichte van zonne-energie is de flexibiliteit – als er een overschot aan stroom in het net is, kan water gemakkelijk worden opgevangen en opgeslagen voor later gebruik. Het is ook op elk moment beschikbaar en wordt vaak gebruikt om het gat in de vraag naar duurzame energie te dichten wanneer de zon niet schijnt of de wind niet waait. |
Voordelen van Hydro-elektrische energieopwekking
 |
Gevolgen voor lokale gemeenschappen & natuurlijke habitat -. Grootschalige waterkrachtdammen blokkeren de doorgang van migrerende vissen en kunnen permanente schade toebrengen aan de vissen en andere wilde dieren, verstoren de ecosystemen van rivieren en omliggende gemeenschappen en verdrijven de bewoners. |
 |
Waterkracht is niet emissievrij – Zelfs de belofte van koolstofvrije elektriciteit uit waterkracht is ondermijnd. Rottende vegetatie in kunstmatige reservoirs veroorzaakt het vrijkomen van methaanbellen, die ongeveer 1,3% van de door de mens veroorzaakte mondiale emissies vertegenwoordigen. Methaan blijft veel korter in de atmosfeer dan kooldioxide, maar de bijdrage ervan aan de opwarming van de aarde is drie keer zo groot als die van CO2. |
Don’t Dam It Yet – The Future of Hydropower
Ondanks de nadelen voor het milieu wordt verwacht dat waterkracht een cruciale rol zal blijven spelen bij het koolstofvrij maken van het energiesysteem. Immers, alleen al in de VS is de technologie verantwoordelijk voor:
- 7% van de elektriciteitsopwekking van de natie
- 97% van alle energieopslag
- Ongeveer 300.000 Amerikaanse banen
In 2016 bracht het Amerikaanse ministerie van Energie een rapport uit dat de toekomst van waterkrachtopwekking schildert als meer dan verdubbeld tegen 2050. Omdat de technologie duidelijk niet verdwijnt, wordt er veel moeite gedaan om deze slimmer, veiliger en efficiënter te maken. Dit omvat de bouw van nieuwe visvriendelijke dammen, de toepassing van strengere milieunormen en de verbetering van bestaande centrales, zodat er geen nieuwe dammen hoeven te worden gebouwd.
Net als veel andere industrieën zal ook de hydro-industrie profiteren van nieuwe opkomende technologieën, zoals het Internet of Things (IoT) of machine learning. Een voorbeeld is het Wireless Sensors for Hydro Monitoring (WISY)-project dat door een Italiaans bedrijf, Enel Green Power (EGP), wordt getest. Deze draadloze sensoren zijn in staat om alle informatie over de toestand van een waterkrachtcentrale in realtime te verzamelen, te analyseren en door te sturen, waardoor de prestaties aanzienlijk worden verbeterd. Andere bedrijven, zoals Smart Hydro Power in Duitsland, pionieren met nieuwe turbinetechnologieën die elektriciteit opwekken zonder de stroming van de rivier te verstoren. Hopelijk zijn er nog veel meer op komst.
Tot slot, is waterkracht nu hernieuwbare of niet-hernieuwbare energie? Hoewel water een zichzelf vernieuwende hulpbron is, is de technologie die verantwoordelijk is voor de omzetting ervan in energie niet zonder gevolgen voor het milieu – verstoring van de habitat van vissen en methaanemissies behoren tot de ernstigste. Maar net zoals het schrijven van brieven evolueerde tot typemachines en uiteindelijk tot de almachtige digitale computer, is er hoop dat de eeuwenoude waterkrachttechnologie uiteindelijk ook zal evolueren – en een sleutelrol zal blijven spelen in de overgang naar een volledig hernieuwbare wereld.
Opgewerkt op 06-12-20