Eindrapport  vervolgstudie
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Like this? Share it with your network

Share

Eindrapport vervolgstudie

on

  • 821 views

 

Statistics

Views

Total Views
821
Views on SlideShare
821
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
19
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Eindrapport vervolgstudie Document Transcript

  • 1. GETIJCENTRALE IN DE BROUWERSDAM DE PROEFCENTRALE BROUWERSSLUIS Eindrapport oktober 2008 Prof. drs. ir. J. K. Vrijling Ir. J. van Duivendijk Leslie F. Mooyaart BSc
  • 2. ii
  • 3. GETIJCENTRALE IN DE BROUWERSDAM DE PROEFCENTRALE BROUWERSSLUIS Eindrapport oktober 2008 Prof. drs. ir. J. K. Vrijling Ir. J. van Duivendijk Leslie F. Mooyaart BSc iii
  • 4. INHOUDSOPGAVESAMENVATTING........................................................................................................32 Ontwerp- en uitvoeringsaspecten bij een proefopstelling in de Brouwerssluis ......7 2.1 De huidige situatie ............................................................................................7 2.2 De in te bouwen proefinstallatie.......................................................................8 2.3 De turbine en de randvoorwaarden...................................................................83. Energieopbrengst van een turbine in de Brouwerssluis ........................................13 3.1 Inleiding..........................................................................................................13 3.2 Gegevens ........................................................................................................13 3.3 Energie............................................................................................................14 3.4 Model..............................................................................................................15 3.5 Resultaten .......................................................................................................15 (a) Methode 1..................................................................................................15 (b) Methode 2..................................................................................................17 (c) Methoden 3, 4 en 5 ..................................................................................184. Kenmerken van de te installeren turbine...............................................................235. Kosten-baten analyse.............................................................................................25 5.1 Uitgangspunten...............................................................................................25 5.2 De kosten van de civiele en electro-mechanische werken .............................25 5.3 De economische berekeningen .......................................................................266. Het vervolgtraject..................................................................................................27 6.1 De te ondernemen stappen..............................................................................27 6.2 Stap Twee .......................................................................................................27 6.3 Stap Drie .........................................................................................................287. Conclusies en Aanbevelingen ...............................................................................29 7.1 Conclusies.......................................................................................................29 7.2 Aanbevelingen ................................................................................................30BIJLAGE A .................................................................................................................31 Afspraken DELTA-RWS-TU Delft over Pilot getijde-energie in Brouwerssluis ....31BIJLAGE B..................................................................................................................35 Voorlopig ontwerp van caisson voor proefinstallatie...............................................35 B-1 Basis voor ontwerp...................................................................................35 B-2 Verticale Langsdoorsnede (Figuur B.2) ................................................35 B-3 Horizontale Langsdoorsnede (Figuur B.3 en B.4)...............................36 B-4 Vormgeving ontwerp versus uitvoering.................................................38 B-5 Stabiliteit van de geplaatste caisson .....................................................40BIJLAGE C..................................................................................................................43 Gegevens over stroomturbines .................................................................................43 C-1 Inleiding......................................................................................................43 C-2 De SeaGen................................................................................................44 C-3 De Neptune Proteus Tidal Power Pontoon ..........................................44 C-4 De Tocardo in Nederland ........................................................................44 1
  • 5. 2
  • 6. SAMENVATTINGDELTA NV heeft in december 2007 opdracht gegeven aan de TU Delft, FaculteitCiviele Techniek en Geowetenschappen, voor het verrichten van een verkennendestudie naar de mogelijkheden van energiewinning bij introductie van een (gedempt)getij op het Grevelingenmeer.In het Eindrapport betreffende deze studie (dat in juni 2008 werd uitgebracht) wordtgesteld dat het mogelijk is om bij de Brouwersdam energie uit het getij te winnen meteen jaarlijkse opbrengst van 143 to 392 GWh. De hoogte van de mogelijke opbrengstis direct afhankelijk van de maximaal toegestane peilvariatie op het Grevelingenmeer.Kort daarop is, vooruitlopend op een besluit t.a.v. een getijcentrale in deBrouwersdam, besloten op korte termijn stappen te ondernemen voor het plaatsen vaneen proefinstallatie in één van de kokers van de Brouwerssluis in de Brouwersdam.Vervolgens zijn er tijdens een bespreking in Middelburg afspraken gemaakt tussenRijkswaterstaat, DELTA NV en de TU-Delft t.a.v een ‘Pilot getijde-energie in deBrouwerssluis’.In dit rapport presenteert de TU Delft zijn bevindingen t.a.v deze pilot.Omdat Rijkswaterstaat de Brouwerssluis zoveel tijd als mogelijk open wil laten staanheeft men de gedachte laten varen om de proefinstallatie in een bestaande koker tebouwen. Immers voor een dergelijke inbouw zou de betreffende sluiskoker zesmaanden tot een jaar zijn afgesloten. Deze beperking leidt er toe om een turbine-generator voor te stellen die kan worden ingebouwd in een caisson. De caisson wordtdrijvend aangevoerd, vervolgens gepositioneerd en afgezonken tegen een kokerinlaataan de meerzijde van de Brouwerssluis. Indien gewenst kan een dergelijke caisson naafloop van de proefperiode eventueel weer worden opgedreven en verwijderd.Een andere mogelijkheid zou zijn geweest om een z.g.n stroomturbine op te hangen inde inlaatopening van een koker aan de meerzijde. Met een dergelijke stroomturbinewordt echter niet voldaan aan de eis van DELTA NV ‘dat een dergelijk demonstratie-projekt alleen zinvol is als er ervaring mee kan worden opgedaan voor eentoekomstige centrale als beschreven in het eerder genoemde rapport.Modelonderzoek heeft uitgewezen dat de netto jaarlijkse energieopbrengst van deproefinstallatie bij een dubbelzijdig werkende bulb-turbine met een diameter van 3,5m omstreeks 2,0 GWh kan zijn. De proefinstallatie kan hiermee de electriciteitleveren voor 550 tot 600 huishoudens.Het vermogen van de turbine zal 570 á 600 kW zijn.De kosten voor het bouwen van de caisson ( 33,6 (l) x 8,3(b) x 15 (h) m3), hetvervoeren, plaatsen en afzinken, het leveren en inbouwen van de turbine-generator,enz. zal zo’n € 12 miljoen bedragen. Hoewel een afzonderlijke economischebenadering voor een proefinstallatie hier in feite niet op zijn plaats is, zij vermeld datmen bij een bedrijfsperiode van 20 jaar uitkomt op een kWh-prijs van 52 eurocent, bij40 jaar wordt dit 38 eurocent.Als men rekent met een voorbereidingstijd van een jaar en een bouwtijd van 1,5 jaarzou de proefinstallatie medio 2011 in bedrijf kunnen zijn. 3
  • 7. 4
  • 8. 1. InleidingGedurende het eerste halfjaar van 2008 heeft de Technische Universiteit Delft,Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen, op verzoek van DELTA NV eenverkennende studie uitgevoerd naar de mogelijkheid van een getijcentrale in deBrouwersdam.Het rapport betreffende deze studie1 werd uitgebracht in juni 2008. De resultatenwerden gepresenteerd tijdens de kennisdag ‘Grevelingen in uitvoering ‘ die werdgehouden op 26 juni te Ouddorp.Naar aanleiding hiervan is er op 8 juli een bespreking geweest waar o.a bij aanwezigwaren vertegenwoordigers van Rijkswaterstaat en DELTA NV. Tijdens dezebespreking is de wens naar voren gekomen om, vooruitlopend op een besluit t.a.v. eengetijcentrale in de Brouwersdam, op korte termijn stappen te ondernemen voor hetplaatsen van een proefinstallatie in één van de kokers van de doorlaatsluis (hierna ookgenoemd Brouwerssluis) in de Brouwersdam. DELTA NV heeft naar aanleidinghiervan gesteld dat een dergelijk demonstratie-projekt alleen zinvol is als er ervaringmee kan worden opgedaan voor een toekomstige centrale als beschreven in het eerdergenoemde rapport.Op 25 augustus zijn er tijdens een bespreking in Middelburg afspraken gemaakttussen Rijkswaterstaat, DELTA NV en de TU-Delft t.a.v een ‘Pilot getijde-energie inde Brouwerssluis’. Naar het Verslag van deze bijeenkomst wordt volledigheidshalveverwezen (Bijlage A).Op verzoek van DELTA NV heeft de TU Delft bij brief van 27 augustus een offerteuitgebracht voor een: ‘vervolgstudie naar de technische mogelijkheden vanopwekking van getij-energie in de Brouwersdam d.m.v een proefopstelling bij dedoorlaatsluis’.Aan de volgende aspecten zou tijdens de Vervolgstudie aandacht worden besteed:- De energie die met de proefopstelling uit het getij op de Noordzee kan worden opgewekt..- De mogelijkheden die er reëel bestaan om een proefopstelling te realiseren op of bij de doorlaatsluis en het karakter van een dergelijke proefopstelling.- De hoofdmaten van de proefopstelling, d.w.z. de afmetingen van turbine en bouwkundige ombouw.- Een zeer globale kostenraming.- Een voorlopige economische berekening.- Een beschouwing over de stappen die zullen moeten worden genomen tijdens het vervolgtraject om tot realisatie van de proefopstelling te komen. In deze1 ‘Getijcentrale in de Brouwersdam, een Verkennende Studie’, Eindrapport, juni 2008. 5
  • 9. beschouwing worden de procedures die nodig zijn om de verschillende vergunningen te verkrijgen echter niet behandeld.De opdracht voor deze korte studie werd informeel ontvangen per email op 2september j.l.Voor wat betreft het kader van de opdracht en de aanpak van de vervolgstudie wordtverwezen naar de hoofdstukken 2 en 3 van het Rapport van juni 2008.Op 24 september vond een bijeenkomst plaats in het bedieningsgebouw van deBrouwerssluis, hierbij werd informatie gegeven over de bediening van de schuivendoor personeel van Rijkswaterstaat en werden tevens een aantal van de bevindingen,zoals die zijn gepresenteerd in dit rapport, nader toegelicht in het bijzijn van stafledenBuis en Maas van DELTA NV.Een concept eindrapport werd per email verzonden aan de opdrachtgever op 3 oktober2008.Omstreeks midden-oktober werden van Rijkswaterstaat een twintigtal tekeningenbetreffende het ontwerp en de bouw van doorlaatsluis en toegangsgeulen metstortebedden ontvangen.Figuur 1.1 Aanzicht Brouwerssluis vanaf het Grevelingenmeer, sept. 2008 6
  • 10. 2 Ontwerp- en uitvoeringsaspecten bij een proefopstelling in de Brouwerssluis2.1 De huidige situatie2De doorlaatsluis in de Brouwersdam is gebouwd in de jaren 1974 t/m 1977. Hijbestaat uit twee diepgelegen afsluitbare kokers (Figuur 2.2) die zowel voor het inlatenals het spuien van zout water worden gebruikt. Zoals hierboven reeds werd gesteldzou één van deze twee kokers ter beschikking komen voor een proefinstallatie voorhet opwekken van getijenergie.Elke koker is uitgevoerd in venturi-vorm met de keel in het centrum. In de keel vanelke koker bevinden zich twee schuiven en voorts schotbalksponningen aan zee- enmeerzijde. De afmetingen van het doorstroomprofiel zijn hier: breedte 6 m en hoogte4,5 m ( bodem op NAP – 11 m tot onderzijde plafond NAP – 6,50 m). Het totaledoorstroomprofiel van de spuisluis in de keel is dan 2 x 27 m2 = 54 m2. Deafvoercoefficient is door de venturivorm in de keel µ = 1,35 3.Volgens ‘Zicht op de Grevelingen’, blz 82 is het doorvoerdebiet gemiddeld over hetetmaal bij inlaten 140 m3/s en bij spuien 120 m3/s. Dit wordt afgeleid uitwaterstandsmetingen, debietmeting vindt niet plaats. De peilvariatie op het Greve-lingenmeer is bij openstaande sluis en gemiddeld getij 5 à 6 cm 4. Omdat het streefpeilvan het Grevelingenmeer op NAP –0,20 m is gesteld en het gemiddelde zeeniveau(MSL) volgens eerdere berekeningen ter plaatse NAP + 0,025 m 5 bedraagt, moetende schuiven regelmatig tijdens vloed worden gesloten om het streefpeil te kunnenhandhaven. Op 24 september werd in dit verband medegedeeld dat de sluizen daaromongeveer 15 % van de tijd gesloten zijn. De schuiven worden bij storm niet gesloten.De vloer van de kokers ligt horizontaal op NAP – 11 m. Vanaf het centrum (de keel)verwijden de kokers zich naar beide zijden en het plafond is hellend. Het doorstroom-profiel van de opening aan zee- en meerzijde is hierdoor voor elke koker b = 12,85 men h = 8,0 m (van NAP – 11 m naar onderzijde plafond NAP – 3,00 m). De tussen-wand van de kokers heeft bij de opening een dikte van 1,20 m. De buitenwanden zijn1,50 m dik.De lengte van een koker is 194,50 m. De stortebedden aan weerszijden strekken zichuit (op een niveau van NAP – 11 m) over een lengte van 121 m aan zeezijde en 115 maan meerzijde (zie Figuur 2.2).2 De huidige situatie is beschreven op basis van het ontwerp zoals besproken in diverse nummers vanhet Driemaandelijks Bericht Deltawerken (hierna steeds aangeduid met DMB-DW); voor peilen enmaten zijn de gegevens aangehouden zoals gevonden op de tekeningen ontvangenvan Rijkswaterstaat.3 De vroegere detailproeven in het Waterloopkundig Laboratorium suggereerden ‘ongeveer µ = 1,50’.Zie DMB-DW) nr 71, febr. 1975, blz. 24 e.v.4 NB: In ‘Zicht op de Grevelingen’ wordt gesteld dat een peilvariatie van 1 m een spuiopening van1850 m2 zou vereisen bij een afvoercoefficient van µ = 0,8. De juistheid van deze cijfers is nietgeverifieerd.5 Andere berekeningen leiden tot een MSL van NAP (zie Tabel 2.1) 7
  • 11. 2.2 De in te bouwen proefinstallatieIn principe zijn er twee locaties voor een proefinstallatie: in en buiten een koker.Het lijkt echter weinig zinvol om een (tijdelijke!) proefinstallatie te bouwen in eenkoker die daarvoor zou moeten worden drooggezet. In dit verband wordt er ook opgewezen dat schotbalksponningen nabij de openingen ontbreken. Wellicht kan menzelfs de kokers niet in zijn geheel droogzetten maar alleen in de keel i.v.m het gevaarvan opdrijven. Maar de ruimte in de keel is te beperkt voor een turbine met eendiameter van 3,5 m. en de turbine zal, tenzij men uitgebreid gaat breken, ook slechtbereikbaar zijn.Stel dat men toch zou besluiten om een turbine in te bouwen in het deel van eensluiskoker direkt achter de inlaat aan de meerzijde.. Dat is dus onder het huidigeplateau tussen inlaat meerzijde van de kokers en het talud van de binnenberm waaropde verkeersweg ligt. De bovenplaat van de koker ligt hier enkele meters onder NAP.Men kan die bovenplaat plaatselijk alleen verwijderen en een turbine inbouwen alsmen de betreffende koker (voor een gedeelte) droogzet maar dat vergt (o.a.) afsluitingvan de koker aan de meerzijde met een damwand (te heien door de bestorting!). Hetdebiet door de Brouwerssluis wordt dan voor vele maanden gehalveerd en men graaftin de zeewering. Tenslotte zal het moeilijk en kostbaar zijn om een dergelijkeproefinstallatie te verwijderen. In dit verband wordt er op gewezen dat DELTA NVmomenteel denkt aan een bedrijfsperiode van de installatie van 10 tot 15 jaar (zieBijlage A).Het zou wel goed mogelijk zijn om een turbinecaisson te bouwen, in te varen envervolgens af te zinken aan de meerzijde tegen de opening van een koker. Het waterstroomt dan door de turbine en vervolgens aansluitend door de betrokken koker (enomgekeerd). Zie Figuur 2.1. Na afloop van de proefperiode kan de caisson dan weerworden opgedreven en uitgevaren. De bodembescherming op NAP – 11 m (Figuur2.2) blijft intact. Om de caisson in te varen, te positioneren, af te zinken en vervolgensde schuiven aan beide zijden in de caisson te openen en te verwijderen zullenvermoedelijk maar enkele dagen tot een week ter beschikking zijn. Gedurende dieperiode moet de koker kunnen worden afgesloten m.b.v. de schuiven in de keel.In Bijlage B is een voorlopig ontwerp van de caisson voor de proefinstallatieopgenomen en zijn ook opmerkingen gemaakt t.a.v. de uitvoering.2.3 De turbine en de randvoorwaardenIn principe kun men in een proefinstallatie in de Brouwersdam elke laagverval- ofstroomturbine beproeven. Maar wat de laatste (ook wel ‘vrije stroomturbine’genoemd ) betreft zal de energieopbrengst altijd lager zijn dan bij een laagvervalturbine6.Als men een proefinstallatie wil realiseren als voorbereiding op het eigenlijke projekt‘Getijcentrale Brouwersdam’ ligt het voor de hand om dit te doen met een turbine die6 Dergelijke turbines zijn en worden beproefd in het Verenigd Koninkrijk (SeaGen en Neptune ProteusTidal Power Pontoon) en sinds kort ook in Nederland (uitwateringssluizen Afsluitdijk, Tocardo, 45kW). Voorts denkt men eind 2008 de ‘Wave Rotor’ te installeren in de Westerschelde met eenpiekvermogen van 30 kW. Zie verder Bijlage C voor verdere bijzonderheden van dergelijke turbines 8
  • 12. min of meer in het ontwerp van een dergelijke getijcentrale zou passen. Die turbine isde laagvervalturbine gedefinieerd7 in het Rapport van juni 2008.Figuur 2.1 Doorsneden en Bovenaanzicht Turbine – caissonDergelijke laagverval- turbines staan bekend als overdruk- of reactie-turbines. Deandere groep is die van de gelijkdruk- of impuls-turbines. Tot de laatste groep behoorthet Pelton-rad en ook een stroom-turbine zoals de Tocardo.7 Gedefinieerd met dien verstande dat de waaier diameter wellicht nog groter kan zijn (tot maximaal 5m). 9
  • 13. Bij de eerder voorgestelde laagverval-turbine gaat het, in het kort samengevat, om eenturbine van het type ‘bulb’ met een waaier-diameter van 3,5 m die energie kanopwekken bij vervallen tussen 0,5 en 2,5 m. In principe kan zo’n turbine werken inFiguur 2.2 Doorsneden Brouwerssluis (bron: Driemaandelijks Bericht Deltawerken)zes verschillende configuraties (‘modes’) 8. Of dit zinvol is en of er, gezien debetrekkelijk bescheiden getijverschillen, misschien één of meerdere configuratiesbeter kan worden geschrapt is wat onderzocht zou moeten worden. Ook zou moetenblijken wat de inlaat- en spui-capaciteit (loopschoepen van de waaier in vaanstanden/of waaier draait mee in onbelaste toestand) daadwerkelijk is bij verschillendevervallen. Tenslotte zou d.m.v een regelbaar toerental ge-experimenteerd kunnenworden met lage startvervallen.Daarnaast is er in de literatuur sprake van:- turbines van het type ‘straflo’ (met de rotor gemonteerd op het uiteinde van de loopschoepen);- turbines met regelbare lei- en loopschoepen;- turbines met vaste leischoepen en regelbare loopschoepen;- turbines met regelbare leischoepen en vaste loopschoepen;- directe koppeling van de generator aan de bulb dan wel regeling van het toerental van de generator d.mv. ‘step-up gear9;- shaft-type turbines met drie i.pl.v. vier loopschoepen108 Deze configuraties zijn: turbineren bij stroming richting meer (FT), pompen richting zee (FP),turbineren bij stroming richting zee (RT), pompen richting meer (RP), water inlaten (FS), water spuien(RS)9 Zie L.B. Bernshtein ‘Tidal Power Plants’, blz 354 (Korea Ocean Research and Development Institute,1996)10 Mersey barrage, zie Bernshtein , blz. 158 10
  • 14. In de situatie met één openstaande koker van de doorlaatsluis en één koker metproefinstallatie zal de waterstandsvariatie op het Grevelingenmeer, afhankelijk vanhet getij op zee, niet meer dan enkele cm’s bedragen (dus peil Grevelingenmeer blijftongeveer op NAP – 0,20 m). Het verval over de turbines zal dan maximum zijn bijeen vloedcentrale. Een hoogwaterstand op zee bij springtij van NAP + 1,80 m 11betekent in dat geval een verval van circa 2 m. Een overeenkomstige laagwaterstandbij springtij is NAP – 1,30 m; het maximale verval over een ebcentrale is dan echterslechts 1,10 m.Bij een dubbelzijdig werkende centrale is voor de proefinstallatie het gemiddeldeverval van dezelfde orde als is gevonden in de modellen voor de complete centrale12.Een en ander is een gevolg van het kleine watervolume dat het Grevelingenmeer kanin- en uitstromen: de peilvariatie op het meer is miniem en die beïnvloedt daardoornauwelijks het verval tijdens het turbineren.Men kan uit het bovenstaande concluderen dat de randvoorwaarden aanwezig zijn ommet een proefinstallatie de werkelijke situatie bij een getijcentrale (t.a.v. het gebruikvan de verschillende configuraties en de op te wekken energie per turbine) tesimuleren. In Hoofdstuk 4 wordt verder ingegaan op de gewenste kenmerken van deturbine.In Tabel 2.1 zijn een aantal kengetallen voor het getij gegeven die door derden zijnberekend.11 In de getijtafel voor het jaar 2007 werd voorspeld dat deze stand bij springtij negenmaal bij de 25voorkomende sprintijen zou worden overschreden.12 Zie bijvoorbeeld Figuur 6.2a in het Rapport van juni 2008 11
  • 15. Tabel 2.1 Kengetallen van het getij bij peilschaal Brouwershavensche Gat 08 op basis van de gegevens over de periode 1981 – 1990Algemene gegevens1979 Aanvang waarnemingenGemiddelde waterstandentype tij HW-stand LW-stand tijverschil cm cm cm + NAP + NAPgemiddeld tij 144 -106 250springtij 173 -115 288doodtij 109 -92 201gem. waterstand 0Gemiddelde havengetallenwaarden maansverlooptype tij cq grootheid HW-tijd tijd LW-tijd u:min u:min u:mingemiddeld tij 0:58 7:07springtij 0:53 6:50doodtij 1:04 7:30duur rijzing 6:16duur daling 6:09Gemiddelde over- en onderschrijdings frequentie per jaaroverschrijding hoogwaterstanden onderschrijding waterstanden stand standfrequentie in cm frequentie in cm + NAP + NAP1x per 10.000 jaar 525 1x per 10 jaar -2351x per 4.000 jaar 500 1 x per jaar -2051x per 1.000 jaar 4651x per 100 jaar 400 LLWS 1985.0 -1401x per 10 jaar 3401x per 2 jaar (grenspeil) 2951x per jaar 280basispeil 525ontwerppeil 500Bijzonderheden: standDatum cm kenmerkende waarden periode + NAP27 feb 1990 330 hoogst bekende waarde (periode 1981...1990)22 jan 1984 -242 laagst bekende waarde (periode 1981...1990)2 mrt 1987 439 maximale rijzing (periode 1981...1990)19 mrt 1988 308 maximale daling (periode 1981...1990) 12
  • 16. 3. Energieopbrengst van een turbine in de Brouwerssluis3.1 InleidingDe sluis in de Brouwersdam, die het water van het Grevelingenmeer verbindt met datvan de Noordzee staat meestal open. Doordat het peil van de Noordzee varieert en hetpeil van het Grevelingenmeer nagenoeg constant is, zijn de peilen slechts op 3 of 4momenten van de dag gelijk. De rest van de tijd is er een verval over de lengte (194,5m in stroomrichting) van de sluiskokers. 2 Waterstand op zee Waterstand op Grevelingenmeer 1.5 1 h [m+NAP] 0.5 0 -0.5 -1 -1.5 0 5 10 15 20 t [uur]Figuur 3.1 Waterstanden op eerste dag van 2003Uit het verval kan men energie opwekken. In dit hoofdstuk wordt onderzocht welkeenergieopbrengst mogelijk is, wanneer er een turbine in één van de twee kokers vande Brouwerssluis geplaatst wordt.In verband met de gewenste peilbeheersing van het Grevelingenmeer wordt deBrouwerssluis van tijd tot tijd gesloten. Hierdoor is er wellicht minder tijd terbeschikking om te turbineren en wordt er dus minder energie gewonnen. Hier wordtin par 3.5 (c) van dit hoofdstuk nader aandacht aan besteed..3.2 GegevensMet behulp van www.waterbase.nl zijn waterstandsgegevens op te vragen per tienminuten voor verschillende jaren en verschillende locaties. Het dichtstbijzijnde 13
  • 17. meetstation is Brouwershavensche Gat 08. Er is in deze rapportage voor gekozen omte gegevens over het jaar 2004 te gebruiken.De turbine die in de Brouwerssluis geplaatst wordt krijgt een diameter van 3.5 meter.3.3 EnergieDe energieopbrengst van een turbine is op de volgende wijze te berekenen.E = P ⋅t =η ⋅ ρ ⋅ g ⋅Q ⋅ H ⋅tWaarin:E = energie [J]P = vermogen [W]t = periode van turbineren [s]η = rendement [-]ρ = dichtheid van het zoute water [kg/m3]g = zwaartekrachtsversnelling [m/s2]Q = debiet [m3/s]H = verval [m]Het rendement, de dichtheid en de zwaartekrachtsversnelling worden constant geachten krijgen de volgende waarden:Symbool Benaming Waarde Dimensieη Rendement 0.75 -ρ Dichtheid 1025 kg/m3g Zwaartekrachtsversnelling 9.81 m2/sHet debiet hangt af van het verval. De volgende formule wordt gebruikt voor deverhouding tussen debiet en verval:Q = m ⋅ A⋅ 2⋅ g ⋅ HWaarin:Q = debiet [m3/s]m = afvoercoëfficiënt [-]A = oppervlak van de turbine koker [m2]g = zwaartekrachtsversnelling [m2/s]H = verval [m]In verband met de venturi-werking in de turbine-buis kan men de waarde voor deafvoercoëfficiënt m gelijk stellen 1.20. Het oppervlak A is vervolgens te berekenen opde volgende wijze. 1 1A= ⋅ π ⋅ D 2 = ⋅ π ⋅ 3.52 = 9.62m2 4 4 14
  • 18. Om de energieopbrengst te bepalen, is het nodig om te weten welk verval er op welktijdstip ter beschikking is. De gegevens hieromtrent worden verkregen met behulpvan het model, dit wordt in de volgende paragraaf toegelicht.3.4 ModelOp basis van gegevens verstrekt door Rijkswaterstaat is bepaald dat de gemiddeldewaterstand op het Grevelingenmeer 20 cm onder NAP ligt en varieert met ongeveer10 cm naar boven en beneden.In Figuur 3.1 is te zien dat de variatie van het peil op het Grevelingenmeer klein is tenopzichte van dat op zee. Daarom wordt in het model gerekend met een constant peildat ligt op NAP – 0,20 m.Met de waterstandsgegevens van de Noordzee en die van het Grevelingenmeer is hetverval te bepalen over de Brouwerssluis.Energieopwekking met turbines is echter niet bij elk verval mogelijk. Dit hangt af vande eigenschappen van de turbine. In het model zijn vijf methoden gebruikt om deenergieopbrengst te berekenen. Bij elke methode zijn voorwaarden gesteld t.a.v hetverval en (bij methode 5) t.a.v. het maximale vermogen. 1. Alle vervallen die kleiner zijn dan Hmin vallen af 2. Alle vervallen die kleiner zijn dan Hmin en groter dan 2 x Hmin vallen af 3. Men turbineert als 0,50 m < H < 1,50 m. 4. Men turbineert als 0,50 m < H < 2,0 m. 5. Men turbineert als 0,50 m < H < 2,50 m met dien verstande P rated = 595 kW13Hierbij is onderscheid gemaakt tussen een vloedgenererend deel en een ebgenererenddeel. In het model zijn vervolgens resultaten berekend voor beide delen apart en beidedelen samen. Dit laatste wordt tweezijdig turbineren genoemd (TT).Met deze gegevens is tenslotte de energieopbrengst te berekenen.3.5 Resultaten(a) Methode 1Bij methode 1 vallen alle vervallen af die kleiner zijn dan Hmin. Volgens dezemethode is het daarom gunstiger om Hmin zo laag mogelijk te kiezen. In de Figuren3.2 t/m 3.4 is de energieopbrengst voor het jaar 2004 uitgezet tegen Hmin voor de drieverschillende centrales (eb-genererend, vloed-genererend, tweezijdig turbinerend).13 In de praktijk houdt dit in dat bij 1,40 < H < 2,50 de effektieve doorsnede van de turbine door middelvan de leischoepen (guide vanes) wordt verminderd opdat het maximale vermogen van de turbine (dez.g.n rated power) niet wordt overschreden. 15
  • 19. 2 1.8 1.6 1.4 1.2 E [GWh/jaar] 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Hm in [m]Figuur 3.2 Energieopbrengst in 2004 voor turbineren tijdens vloed met methode 1 1 0.9 0.8 0.7 0.6 E [GWh/jaar] 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 H [m] m inFiguur 3.3 Energieopbrengst in 2004 voor turbineren tijdens eb met methode 1 3 2.5 2 E [GWh/jaar] 1.5 1 0.5 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Hm in [m]Figuur 3.4 Energieopbrengst in 2004 voor tweezijdig turbineren met methode 1 16
  • 20. Tabel 3.1 Energie opbrengsten bij Methode 1Periode dat men Energieopbrengst voor Energieopbrengst voorturbineert Hmin = 0.5 m [GWh/jaar] Hmin = 1.0 m [GWh/jaar]Vloed 1.83 1.53Eb 0.65 0.16Beide (TT) 2.47 1.70(b) Methode 2Turbines werken het meest efficiënt als de minimale en maximale vervallen niet teveel van elkaar verschillen. In deze methode wordt daarom met een verval dat meerdan twee keer zo groot is als het minimale verval geen energie meer opgewekt.In de Figuren 3.5 t/m 3.7 zijn bij deze methode voor de verschillende typen centralesde energieopbrengsten uitgezet tegen het minimale verval. 2 1.8 1.6 1.4 1.2 E [GWh/jaar] 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Hm in [m]Figuur 3.5 Energieopbrengst voor 2004 voor turbineren tijdens vloed met methode 2 1 0.9 0.8 0.7 0.6 E [GWh/jaar] 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Hm in [m]Figuur 3.6 Energieopbrengst voor 2004 voor turbineren tijdens eb met methode 2 17
  • 21. 2 1.8 1.6 1.4 1.2 E [GWh/jaar] 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Hm in [m]Figuur 3.7 Energieopbrengst voor 2004 voor tweezijdig turbineren met methode 2Tabel 3.2 Energie opbrengsten bij Methode 2Periode dat men Energieopbrengst voor Energieopbrengst voorturbineert Hmin = 0.5 m [GWh/jaar] Hmin = 1.0 m [GWh/jaar]Vloed 0.30 1.38Eb 0.49 0.16Beide (TT) 0.79 1.54(c) Methoden 3, 4 en 5Na de oefeningen met behulp van de methoden 1 en 2 zijn de berekeningen herhaaldop basis van de eerder vermelde criteria: 3 Men turbineert als 0,50 m < H < 1,50 m. 4 Men turbineert als 0,50 m < H < 2,0 m. 5 Men turbineert als 0,50 m < H < 2,50 m met dien verstande P rated = 595 kWDe resultaten vindt men in Tabel 3.3.Tabel 3.3 Energie opbrengsten op basis van de methoden 3, 4 en 5Methode Type Hmin Hmax Pmin [kW] Pgem [kW] Pmax [kW] E centrale [m] [m] [GWh/jr] Vloed 0.5 1.5 136 409 709 1.03 3 Eb 0.5 1.5 136 270 709 0.64 TT 0.5 1.5 136 341 709 1.67 Vloed 0.5 2.0 136 514 1091 1.67 4 Eb 0.5 2.0 136 271 840 0.65 TT 0.5 2.0 136 411 1091 2.32 Vloed 0.5 2.5 136 450 595 1.51 5 Eb 0.5 2.5 136 270 595 0.65 TT 0.5 2.5 136 375 595 2.16 18
  • 22. Uit de getallen in de tabel blijkt dat de beperking die wordt geïntroduceerd door derated power de energieopbrengst nauwelijks nadelig beïnvloedt.Een tweezijdig werkende turbine met een vermogen van 595 kW heeft, op basis vande waterstanden van het jaar 2004 een jaarlijkse energie-opbrengst van 2,16 GWh.Er werd reeds eerder gesteld dat geen rekening is gehouden met een eventueelperiodiek stopzetten van de energie-produktie om het peil van het Grevelingenmeer tekunnen bijstellen. In feite lijkt dit ook niet nodig Bij benadering kan men stellen datde debieten van één open sluiskoker en één open sluiskoker met aangebouwde turbineevenredig zijn met de respectivelijke doorsneden in de keel van koker en turbine. Diedoorsneden zijn respectivelijk 27 m2 en 9,62 m2. De turbine is dan verantwoordelijkvoor ruwweg een kwart van de totale doorvoer. Als het peil op het Grevelingenmeerte hoog wordt kan men daarom door blijven gaan met turbineren en de bijstelling vanhet peil uitvoeren door het sluiten van de vrije sluiskoker voor kortere of langere tijdgedurende de vloedperiode.Er dient wel rekening te worden gehouden met de hydraulische verliezen in desluiskoker waar de turbine-caisson aan wordt gekoppeld. Deze verliezen wordenveroorzaakt door contractie (ter plaatse van de inlaat), wrijving en verwijding. Hetmaximale debiet door de turbine wordt bepaald door de rated power en zal omstreeks68 m3/s bedragen. Dit debiet bepaalt op zijn beurt de maximale snelheid en daarmeede snelheidshoogte v2/2g. Omdat de doorsnede van de sluiskoker gemiddeld veelgroter is dan dat van de turbine is de maximale snelheid beperkt (gemiddeld 1,62 m/sover de lengte van de koker). De hydraulische verliezen zullen dan maximaal zo’n 12cm zijn. Dat is bij een verval van 1,4 m. Bij een verval over de turbine van 0,8 m (datbij 50 % van de getijden wordt overschreden, zie Figuur 3.10) moet men dus rekenenmet minder dan 10 % aan hydraulische verliezen. In de volgende hoofdstukken wordtdaarom rekening gehouden met een jaarlijkse energie-opbrengst van 2,0 GWh (i.pl.v.2,16 GWh).De vervallen waar men tijdens de 70814 getijcycli in 2004 mee te maken heeft zijn inFiguren 3.8 t/m en 3.10 voor de methoden 3, 4 en 5 afgebeeld voor elk van de drietypen centrales. Vloed Eb TTFiguur 3.8 Klassificatie van de hoogte van de voorkomende vervallen in 2004 voor de verschillende typen centrales als verval 0,50m < H < 1,50m14 Het aantal getijden per jaar is gemiddeld 705 maar in het schrikkeljaar 2004 kan men met 708getijden rekenen. 19
  • 23. Vloed Eb TTFiguur 3.9 Klassificatie van de hoogte van de voorkomende vervallen in 2004 voor de verschillende typen centrales als verval 0,50m < H < 2,0 m Vloed Eb TTFiguur 3.10 Klassificatie van de hoogte van de voorkomende vervallen in 2004 voor de verschillende typen centrales als verval 0,50m < H < 1,4 m en Prated = 595 kW voor 1,4 m < H < 2,5 m 20
  • 24. Tenslotte zijn de vervallen die optreden tijdens de gtijcycli in 2004 weergegeven inhistogrammen. In de Figuur 3.11 zijn de maximale vervallen weergegeven en inFiguur 3.12 de gemiddelde vervallen per getijcyclus voor respectivelijk een vloed-,eb- en TT-centrale. Een staaf bij een nul-verval betekent dat er tijdens eb geenwaterstand voorkomt die lager is dan –NAP - 0.20 m minus 0.5 (minimaal verval) =NAP - 0.70 m.Vloed Eb Tweezijdig 120 100 80 aantal getijden 60 40 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 maximaal verval [m]Figuur 3.11 Rangschikking van de maximale vervallen per halve (vloed of eb) of hele getijcyclus. Bij de laatste gaat het dus om 2 x 708 = 1416 waarden in het jaar 2004 21
  • 25. Vloed 160 140 120 100 aantal getijden 80 60 40 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 gemiddeld verval [m]Eb 160 140 120 100 aantal getijden 80 60 40 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 gemiddeld verval [m]Tweezijdig 220 200 180 160 140 aantal getijden 120 100 80 60 40 20 0 0 0.5 1 1.5 2 2.5 gemiddeld verval [m]Figuur 3.12 Rangschikking van de gemiddelde vervallen per halve (vloed of eb) of hele getijcyclus. Bij de laatste gaat het dus om 2 x 708 = 1416 waarden in het jaar 2004 22
  • 26. 4. Kenmerken van de te installeren turbineOp basis van het gestelde in par. 2.3 en Hoofstuk 3 is het nu mogelijk om bijbenadering de gewenste kenmerken van de turbine in de proefinstallatie te bepalen.Er is in de literatuur in feite maar één voorbeeld te vinden van een turbine die voorsoortgelijke omstandigheden als voorkomen bij de Brouwersdam is ontworpen engebouwd. Dat is de turbine15 die in de voormalige USSR is geplaatst in het Noordenvan Rusland en bekend staat als ‘Kislaya Guba Pilot TPP16 (±1970). De turbine isontworpen en geleverd door de Franse turbine-leverancier Neyrpic-Alsthom.In Tabel 4.1 zijn een aantal randvoorwaarden en kenmerken, die gelden voor dezeturbine en de bijbehorende caisson-unit (waarin hij is opgenomen), vergeleken metdie van de ‘proefinstallatie Brouwerssluis’. Hierbij wordt er met nadruk op gewezendat dit, voor wat betreft de waarden gegeven voor de turbine en caisson van deproefinstallatie, voorlopige cijfers zijn. In een volgende fase (zie Hst. 6).zal eeningenieursbureau in samenwerking met een turbine-specialist meer definitievewaarden moeten vaststellen.Op het eerste gezicht lijkt het wonderlijk dat men bij de proefinstallatie Brouwerssluisop een hoger geïnstalleerd vermogen en een hogere energieopbrengst uitkomt dan bijKislaya Guba Pilot. De situatie is echter niet dezelfde in beide gevallen.Tabel 4.1 Vergelijking tussen de kenmerken van Kislaya Guba Pilot TPP en de (voorlopige) kenmerken van de proefinstallatie BrouwerssluisRandvoorwaarde of Kenmerk Waarde(n) behorend bij: Kislaya Guba Pilot Proefinstallatie TPP17 Brouwersluis (voorl.)Getij: gemiddeld springtij 3,23 m 2,88 m gemiddeld getij 2,27 m 2,50 m gemiddeld doodtij 1,61 m 2,01 mTurbine: type Bulb Bulb diameter 3,3 m 3,5 m toerental 72 rpm (niet bepaald) aantal ‘modes’ zes zes vermogen (Prated) 400 kW 595 kW Hmin 0,50 m 0,50 m Hdesign 2,10 (niet bepaald) Hmax. 2,50 m 2,50 m Hrated 1,28 m 1,40 mCaisson lengte 36 m 33,60 m breedte 18,3 m (NB: 2 eenheden) 8,30 m hoogte turbine-eenh. 9,35 m 9m hoogte totaal 16 m 15 mJaarlijkse energieopbrengst 1,2 GWh 2,16 GWh15 Er is uiteindelijk slechts één turbine in deze centrale geïnstalleerd hoewel er plaats was voor 2 stuks.16 TPP staat voor tidal power plant17 De gegevens voor Kislaya Guba zijn ontleend aan Bernshtein, blz. 59 – 63 en blz. 346 – 355 23
  • 27. Naast de kleinere diameter van de turbine (doorsnede 12,5 % minder dan bij deBrouwerssluis) is er bij Kislaya Guba sprake van een klein bekken (variatie inoppervlak tussen 1 en 1,5 km2) en bij turbineren, inlaten of spuien volgt het peildaarvan dus vrij snel het getij op zee. En dit beperkt op zijn beurt het gemiddeldeverval over de turbine en doorvoersluis. Bij de proefinstallatie Brouwerssluis is sprakevan een groot bekken (117 km2) waarvan het peil tijdens turbineren en inlaten/spuiennauwelijks verandert en daardoor wordt het verval practisch alleen bepaald door hetgetij op zee. Dit betekent in dit geval een groter gemiddeld verval dan bij KislayaGuba Pilot. En daarom ook een hogere Hrated en een hoger geïnstalleerd vermogen (=Prated).Bij een doodtij zijn bijvoorbeeld de hoog- en laagwaterstanden buitengaats NAP +0,84 en – 0,59 m terwijl een week later bij springtij die peilen NAP +2,05 en – 1,34 mzijn18. De bijbehorende maximale vervallen zijn dan respectivelijk (t.o.v. het vastestreefpeil op het Grevelingenmeer van NAP - 0,20 m) 104, 39, 225 en 114 cm.Er zijn blijkens de tabel slechts kleine verschillen in de afmetingen van de caissons.Overigens zal dit in een later stadium nog nader moeten worden bestudeerd.Een meer gedetailleerde bespreking van het caisson-ontwerp vindt men in Bijlage B.18 Zie de Getijtafel voor 2007 voor 21 en 27 oktober. Let wel dat dit geen extreme waarden zijn. Zievoor het laatste Tabel 2.1. 24
  • 28. 5. Kosten-baten analyse5.1 UitgangspuntenIn het algemeen kan men stellen dat de proefinstallatie een voor-investering is t.b.v detoekomstige grote getijcentrale. Een kosten-baten analyse is daarom in feite niet aande orde, Men kan eenvoudig weg niet verwachten dat een dergelijke installatie opzichzelf een economisch aantrekkelijke investering is. Met de proefinstalatie hooptmen juist te bereiken dat de technische en economische haalbaarheid van de grotecentrale gemakkelijker zal zijn aan te tonen. En bij die berekening van deeconomische haalbaarheid kan men dan de reeds verrichte investeringen, zoals diegedaan voor de proefinstallatie, meetellen.Toch is, overeenkomstig het verzoek van DELTA NV, een kosten-baten analyseuitgevoerd.Voor de opzet hiervan wordt verwezen naar het Rapport van juni 2008(par. 6.3.1). Omdat echter de proefinstallatie, naar verwacht, maar 10 – 20 jaaroperationeel zal zijn, is geen rekening gehouden met groot onderhoud (rehabilitatie).Alleen de reguliere kosten van onderhoud en exploitatie (geschat op 1 % per jaar vande investeringskosten) zijn in rekening gebracht.Ook is geen rekening gehouden met de kosten van het eventueel verwijderen van deinstallatie aan het eind van de exploitatie-periode. De volgende redenering ligt hieraanten grondslag: Als de grote getijcentrale wordt gebouwd kan men vermoedelijk zonder grote extra kosten het verwijderen van de proefinstallatie in het bouwcontract opnemen. Wellicht kan men zelfs de turbine-generator in een eenheid van de grote centrale her-installeren. Wordt die centrale niet gebouwd dan zal men de proefinstallatie langer in bedrijf willen houden en ontstaat een geheel nieuwe situatie.De waarden van de kengetallen zijn als volgt: Kengetallen bouwduur 1,5 jaar Onderhoud en exploitatie 1,00% van de investeringskosten per jaar Transmissie verliezen19 3,00% Interest percentage 4,00% Periode van analyse 10, 15, 20 en 40 jaar Onvoorzien 15,00 % van de ‘netto’ bouwkosten Planning en Administratie 10,00 % van de ‘netto’ bouwkosten Financiering 0,00 % van de investeringskosten5.2 De kosten van de civiele en electro-mechanische werkenEr is een raming gemaakt van de kosten die gemoeid zullen zijn met de bouw van deproefinstallatie. Die kosten zullen omstreeks € 12 miljoen bedragen. De raming isinclusief een bedrag van 10 % voor de kosten van het voortraject (ontwerp,aanbesteding) en het toezicht op de uitvoering. De raming is exlusief BTW.19 Transmissieverliezen komen niet ten laste van de kWh-prijs ‘af-centrale’ 25
  • 29. Deze raming wordt met het nodige voorbehoud gegeven. De gepresenteerde schetsenlenen zich nauwelijks of niet voor het maken van begrotingen. Daarnaast gaat het hierom een uniek project, dat wil zeggen uniek in twee betekenissen:- Eerstens is het inbouwen van een turbine in een caisson die vervolgens wordt versleept en daarna afgezonken tegen een bestaande constructie in deze vorm nog niet in Nederland toegepast. Wel zijn en worden tunnelstukken versleept en afgezonken maar die blijven inwendig wel droog en bevatten ook geen uitgebreide apparatuur. Het afzinken van tunnelstukken is in Nederland overigens al tientallen jaren een gebruikelijke methode. Het zijn echter de doorlaatcaissons, gebruikt bij de Deltawerken, die de grootste overeenkomst met de caisson voor de proefinstallatie hebben maar de laatsten hiervan werden inmiddels ruim 35 jaar geleden gebouwd en geplaatst (1971, Brouwersdam).- Tweedens is het projekt uniek omdat het een eenmalige operatie20 betreft waarbij men niet kan leren van gemaakte fouten: het moet ineens goed zijn. Dat is dus voor een aannemer riskant. Het gezegde ‘al doende leert men’ gaat hier dus niet op.5.3 De economische berekeningenDe economische berekeningen zijn op dezelfde wijze gedaan als de berekeningen diezijn gepresenteerd in het Rapport van juni 2008. Er wordt in dit verband verwezennaar par. 6.3.2 van dat rapport. De berekeningen zijn gedaan voor analyse-periodenvan 10, 15, 20 en 40 jaar. De laatste periode is genomen om vergelijking met deresultaten uit het juni rapport te vergemakkelijken. Maar overigens gaat zo’nvergelijking in feite volledig mank want in het juni rapport is er van uitgegaan datvele kosten ten laste komen van derden die de kwaliteit van het water in hetGrevelingenmeer willen verbeteren. Dat is hier niet het geval t.a.v de bouwkosten(behoudens het feit dat de zeewering er al is, alsmede het stortebed).Zoals reeds bij de Uitgangspunten werd gesteld is het niet juist om conclusies tetrekken t.a.v. de economische haalbaarheid van dit projekt door slechts naar de NCW-waarden en break-even kWh-prijs te kijken.Zie verder Tabel 5.1.Tabel 5.1 NCW-waarden voor verschillende analyse-perioden en verschillende kWh- prijzen voor proefinstallatie BrouwerssluisAnlyse- Bouw- NCW van NCW bij NCW bij NCW bij Energieprijsperiode kosten21 bouwkosten 4 cent/kWh 6 cent/kWh 8 cent/kWh voor NCW=0[jaren] [106 €] [106 €] [106 €] [106 €] [106 €] [cent/kWh] 10 11,8 -13,32 - 12,74 - 12,45 -12,16 92,3 15 11.8 -13,32 -12,50 -12,09 -11,68 65,0 20 11,8 -13,32 - 12,30 - 11,79 - 11,28 52,3 40 11,8 -14,35 - 12,83 - 12,07 - 11,31 37,820 Zowel bij het afzinken van tunnelstukken als het plaatsen van doorlaatcaissons ging het bij elkprojekt altijd om meerdere eenheden. Bovendien waren er meerdere min of meer gelijkwaardigeprojekten.21 Dit zijn de bouwkosten inclusief opslagen voor onvoorzien (15%), planning en administratie (10%). 26
  • 30. 6. Het vervolgtraject6.1 De te ondernemen stappenNadat DELTA heeft besloten om de voorgestelde proefinstallatie te realiseren, dienende volgende stappen te worden ondernomen:1. het aanvragen en verkrijgen van de benodigde vergunningen die nodig zijn voor het bouwen en exploiteren van de proefinstallatie;2. opdracht aan een ingenieursbureau voor het ontwerpen, besteksgereed maken en aanbesteden van het projekt;3. realisatie van het projekt met in bedrijfstelling en beproeven van de electro – mechanische installatie;4. meerjarig testprogramma ter voorbereiding op het bouwen van de eigenlijke getijdencentrale Brouwersdam.De bijzonderheden van stap 1 worden hier niet besproken. Die zijn een zaak vanDELTA, Rijkswaterstaat en andere overheidsinstanties. Voorts kunnen de details vanstap 4 in een later stadium worden vastgesteld. Hieronder volgen daarom alleen eenaantal opmerkingen over de stappen 2 en 3.6.2 Stap TweeVoor wat betreft stap 2 wordt aanbevolen deze opdracht te geven aan TEC ‘TunnelEngineering Consultants’ 22. Hiervoor zijn twee redenen:- Binnen Nederland heeft TEC de meeste ervaring met het ontwerp en de bouwbegeleiding van gezonken tunnels; zij heeft indertijd deze ervaring kunnen overnemen van Rijkswaterstaat die zijn eigen afdeling tunnelbouw heeft geliquideerd.- TEC is een permanente samenwerking van de drie grote ingenieursbureaus DHV, Royal Haskoning en Witteveen en Bos. Zij heeft dus gemakkelijk toegang tot de waterbouwkundige, constructieve en centrale-bouw expertise van deze bureaus.Bij de opdracht aan TEC zou het moeten gaan om een ontwerp dat zodanig isgedetailleerd dat het turn-key kan worden aanbesteed. De noodzakelijke expertisebetreffende turbine-generators zou TEC uit het buitenland moeten betrekken.Met ontwerpen, besteksgereed maken, overleg, aanbesteding en gunning zalomstreeks een jaar gemoeid zijn. Bij voorkeur worden voor de aanbesteding eenbeperkt aantal aannemers gepreselecteerd. Het is niet duidelijk in dit stadium of deaanbesteding ‘Europees’ moet zijn.22 Managing Director ir W.P.S. Janssen, adres: Postbus 108, 6500 AC Nijmegen, tel 024 38 20 430;email w.janssen@TEC-tunnel.com; URL www.TEC-tunnel.com 27
  • 31. 6.3 Stap DrieVoor wat betreft stap 3 gaat het om één contract tussen DELTA en een groteaannemer die bereid is het projekt te detailleren en uit te voeren in samenwerking meteen door hem te kiezen onderaannemer voor de turbine en generator met alletoebehoren. De totale bouwtijd (inclusief beproeven van de installatie) wordtvoorshands op 1,5 jaar geschat. 28
  • 32. 7. Conclusies en Aanbevelingen7.1 Conclusies1. Bij het realiseren van een proefinstallatie in de Brouwerssluis zal men, als men een koker niet voor langere tijd mag afsluiten, de installatie moeten positioneren buiten de eigenlijke sluiskokers en wel tegen een koker aan de meerzijde.2. Omdat de proefinstallatie t.z.t. moet kunnen worden verwijderd zal men de turbine-generator moeten inbouwen in een caisson die elders wordt gebouwd en drijvend moet kunnen worden gepositioneerd en daarna afgezonken.3. Om ervaring op te kunnen doen t.g.v de toekomstige bouw van een grote getijcentrale ligt het voor de hand om te kiezen voor een overdrukturbine van het type Bulb met een diameter van 3,5 m en met de mogelijkheid de turbine te kunnen gebruiken zowel voor turbineren, pompen en spuien en dat in beide stroomrichtingen (totaal dus zes modes).4. Uitgaande van een min of meer constant peil op het Grevelingenmeer van NAP – 0,20 m kan met behulp van een model de jaarlijkse energieopbrengst worden berekend. Deze bedraagt bij turbineren tijdens vloed 1,51 GWh en tijdens eb 0,65 GWh. Daarom kan, bij dubbelzijdig turbineren, en rekening houdend met wrijvingsverliezen in de sluiskoker, de totale jaarlijkse energieopbrengst op omstreeks 2,0 GWh worden gesteld. Deze energieopbrengst kan voorzien in de electriciteitsbehoefte van 550 á 600 huishoudens. De bijbehorende turbine heeft een vermogen (rated capacity) van 595 kW.5. De turbine-caisson met opbouw heeft als afmetingen: lengte 33,60 m, breedte 8,30/14,00 m en hoogte 15 m. Deze maten zijn voorlopig. In een volgend stadium moeten de afmetingen definitief worden bepaald.6. De bouwkosten worden voorshands geraamd op € 12 miljoen. Aangezien deze raming is gebaseerd op een summier ontwerp en het hier een uniek projekt betreft met grote risico’s voor de bouwer heeft het gegeven bedrag slechts indicatieve waarde.7. Op basis van genoemde bouwkosten, een jaarlijks bedrag aan exploitatie- kosten van 1 % van de bouwsom en een bedrijfsperiode van 10 á 20 jaar kan de break-even kostprijs van de energie worden berekend. Deze bedraagt respectivelijk 92 en 52 eurocent/kWh. Bij een bedrijfsperiode van 40 jaar zou dat 38 eurocent/kWh zijn. Overigens is de waarde van een dergelijke berekening gering aangezien het hier gaat om een proefinstallatie waarmee men ervaringen hoopt te kunnen opdoen en conclusies hoopt te kunnen trekken t.b.v. een toekomstige grote getijcentrale die daardoor optimaler kan worden ontworpen, goedkoper zal worden en daarmee meer rendabel. 29
  • 33. 8. In de volgende fase zal een ontwerp en bestek moeten worden gemaakt dat bij aanbesteding zou moeten leiden tot een turn-key opdracht waarbij levering, montage en beproeving van de turbine-generator is inbegrepen. Genoemde volgende fase van voorbereiding zou binnen een jaar voltooid kunnen zijn. Voor de bouw e.d, wordt een periode van anderhalf jaar geraamd.7.2 Aanbevelingen1. Het wordt aanbevolen om, indien wordt besloten om door te gaan met dit projekt, een ingenieursbureau in te schakelen dat, in nauwe samenwerking met een consultant voor turbine en generator, het projekt besteksklaar maakt voor aanbesteding als turn-key opdracht.2. Gezien de hoogte van de bouwkosten op basis van het huidige voor-ontwerp met turbine-caisson wordt aanbevolen om alsnog te onderzoeken of een meer permanente installatie in een bestaande koker van de Brouwerssluis mogelijk is uit technisch, economisch en ecologisch oogpunt.3. Bij een uitvoering met turbine-caisson aan de meerzijde van de Brouwerssluis zal men in een vroeg stadium moeten nagaan of (a) het bestaande stortebed moet worden geëgaliseerd en/of bijgestort en (b) hoe de aansluiting op de bestaande betonconstructie van de sluis het beste kan worden gerealiseerd. Hierbij moet worden aangetekend dat, blijkens de in oktober 2008 van Rijkswaterstaat ontvangen tekeningen, er sprake zou zijn van een drempel met kruin op NAP – 5,50 m op ± 60 m afstand van de kokerinlaten die later op het storte bed is geplaatst. 30
  • 34. BIJLAGE AAfspraken DELTA-RWS-TU Delft over Pilot getijde-energie inBrouwerssluisDatum: 25 augustus 2008Aanwezig: DELTA : P.J. Buijs, J.H. Maas RWS : J.W. Slager, P. Paulus TU Delft : J. van DuivendijkDit overleg is een vervolg op het bestuurlijk overleg van 8 juli j.l. tussen Provincie,DELTA en RWS o.l.v. oud-CvdK Wim van Gelder over de voortgang van deontwikkeling van getijde-energie in de Grevelingen.In dat bestuurlijk overleg is afgesproken dat DELTA en RWS, vooruitlopend op deplanstudie die kan resulteren in een grotere getijdecentrale in de Brouwersdam,gezamenlijk de uitgangspunten zouden bepalen voor een proefprojekt met getijde-energie , waarna DELTA aan TU Delft opdracht geeft om daar een rapport over uit tebrengen. Omdat de Flakkeese spuisluis voorlopig nog niet operationeel is, is beslotenom eerst te kijken naar de Brouwerssluis, die in bedrijf is en waar de stroomsnelhedenzelfs twee maal zo groot zijn.De bevindingen van TU Delft zullen besproken worden in het volgende bestuurlijkeoverleg op 6 oktober a.s. De tijd voor TU Delft om rapport uit te brengen is dus kort,en dat betekent dat hier niet teveel detail in kan worden meegenomen.Vergunningsaspecten, visgeleiding en mogelijke subsidies zijn zaken die bij deProvincie liggen.RWS geeft aan dat het peil van het Grevelingenmeer voorlopig nog gehandhaafd blijftop NAP – 20 cm met maximale variatie van 10 cm naar boven en naar beneden. Metde schuiven in de Brouwerssluis wordt dit peil nu geregeld waarbij de normalevariaties in de praktijk niet meer bedragen dan 5 à 6 cm. Maximaal mag het peilvariëren tussen NAP -10 cm en NAP – 30 cm.Getijvariaties van 30-100 cm. zijn nog niet aan de orde: dit is onderwerp van deplanstudie.Getijdeturbines in de Brouwerssluis moeten dus gebruik maken van dewaterstandsverschillen tussen de Noordzee en het Grevelingenmeer, d.w.z. tussen deeb- en vloed-niveau’s op de Noordzee en het vaste peil van – 20 cm.Een tweede randvoorwaarde van RWS is dat het uitwisselingsdebiet door de beidekokers niet teveel mag afnemen ten gevolge van de extra weerstand veroorzaakt doorde turbines. Dit is volgens TU Delft niet aan de orde: de turbines hebben een venturi-werking waardoor het water door een vernauwing getrokken wordt en sneller gaatstromen. Het debiet neemt hierdoor niet veel af. Zie naschrift HvD.DELTA heeft als doel ervaring op te doen met getijde-energie in het algemeen enspecifiek met het type turbine dat straks ook in een grotere getijde-centrale in deBrouwersdam toegepast zal worden. Door een proefprojekt in de Brouwerssluis uit tevoeren worden deze turbines onder dezelfde omstandigheden beproefd als de turbinesin een grotere centrale, met uitzondering van het getij op de Grevelingen zelf. DELTA 31
  • 35. denkt hierbij wel aan een permanente opstelling (10-15 jaar) en aan een projekt meteen redelijke rentabiliteit, al of niet met subsidies.Hans van Duivendijk van TU Delft heeft al van tevoren nagedacht over een mogelijkontwerp. Het ‘’ophangen’’ van turbines in de spuisluizen heeft volgens hem weinigzin omdat je hier niet meer mee aantoont dan bijv. TOCARDO in de Afsluitdijk.Dan ben je dus eigenlijk bezig met ‘’vrije stroom’’ turbines i.p.v. met ‘’geleidestroom’’ turbines. Zijn idee is om aansluitend aan één van beide kokers aan de meer-zijde een caisson te plaatsen met daarin geïntegreerd een bulb-turbine die tweezijdigkan turbineren. Hiermee wordt een situatie gecreëerd die vergelijkbaar is met turbinesdie in een toekomstige waterkering worden geïntegreerd, en waarbij tevens devolledige waterstroom door de turbine ‘’gedwongen’’ wordt (mits de afsluiting tussenkoker en caisson waterdicht is). Voordeel is bovendien dat de hele installatie elderskan worden opgebouwd en alleen maar ‘’ingevaren’’ hoeft te worden, en afgezonkenen aangesloten. Daarvoor hoeft één koker slechts enkele dagen afgesloten te worden.Het is geen probleem om dit idee verder uit te werken en m.b.v. het model de kWh-opbrengsten te bepalen. Een groter probleem is om op zo’n korte termijn aanbudgetprijzen te komen voor turbine en caisson.TEC (Tunnel Engineering Consultants waarin DHV, Haskoning en Witteveen&Bossamenwerken) zou een caisson kunnen ontwerpen en begroten. Hans zal bij hennavragen of zij op korte termijn een budgetprijs kunnen afgeven.Verder is het heel moeilijk om aan budgetprijzen van bulb-turbines te komen. Er zijnwereldwijd 4 leveranciers en die komen alleen in beweging als er wat meer zekerheidis dat een projekt ook daadwerkelijk gerealiseerd wordt.Hans zal ook nog bij Delta Marine Consultants navragen of het mogelijk is om eenbudgetprijs voor het geheel (turn-key) te krijgen.TUD zal een voorstel doen voor deze korte studie en zal daarin ook aangeven hoehet vervolgtraject eruit zou kunnen zien om tot realisatie in 2010 te komen.RWS zal z.s.m. gereviseerde ‘’as-built’’ tekeningen sturen van de doorlaatsluis,inclusief stortebedden.De studie van TU Delft zal niet ingaan op ecologie, visstandsonderzoek envergunningsvoorwaarden. Dit ligt meer op het bordje van de Provincie. RWS geeftaan dat de Visstandsbeheerscommissie (VBC) bij die onderzoeken betrokken moetworden. Contactpersoon bij RWS hiervoor is Frank Gijzel.Frank zorgt overigens ook voor de tekeningen die TU Delft nodig heeft.RWS vraagt of resultaten van dit proefprojekt meegenomen kunnen worden in deplanstudie. DELTA geeft aan dat de planstudie dan mogelijk wel heel lang kan gaanduren ervan uitgaande dat de getijdeturbine in de Brouwerssluis op zijn vroegst in2010 in bedrijf gaat.Uiteraard kunnen wel de resultaten van de studies getijde-energie Brouwersdam enBrouwerssluis in de planstudie worden meegenomen.Omdat DELTA deze studies niet zomaar af wil geven aan Witteveen&Bos, zal erdoor RWS een gesprek geregeld worden waarin W&B zal aangeven welkeinformatie uit deze studies nodig is voor verkenning en planstudie.Voordat DELTA de planstudie in gaat, moet er wel iets geregeld zijn m.b.t.exclusiviteit voor DELTA bij de verdere ontwikkeling van een getijdecentrale,zodatzij niet links of rechts kan worden ingehaald door concurrerende partijen. 32
  • 36. Dit zal besproken worden in het bestuurlijk overleg en gestreefd zal worden omdit najaar te komen tot een LOI tussen DELTA, RWS en Domeinen t.a.v.ontwikkeling van getijde-energie op de Brouwersdam met een positiebepalingvan de betrokken partijen.In eerste instantie betreft dit de realisatie van het proefprojekt in de Brouwerssluis.Een dergelijke LOI helpt RWS ook om getijde-energie nadrukkelijker op de kaart tekrijgen bij het uitwerken van de planstudie.Tot slot biedt RWS nog aan om een bezoek te regelen aan de Brouwerssluis om desituatie ter plekke nog eens goed te bekijken.Dit bezoek is inmiddels geregeld en vastgesteld op woensdag 24 september tussen10.00 en 12.00 uur.Naschrift Hans van Duivendijk over invloed turbines op debiet.Je zou in eerste instantie kunnen aannemen dat het debiet afneemt in de verhoudingvan de doorsneden. In de keel heeft een koker een doorsnede van 27 m2. De turbineheeft een diameter van 3,5 m en de doorsnede is dan circa 10 m2. Een verhouding27/10 is echter te pessimistisch. In werkelijkheid gaat het om de totale weerstand overde volle lengte van de koker. enerzijds en de koker plus caisson anderzijds.. Hier bijmoet worden aangetekend dat het debiet nu, onder invloed van de wisselende getijdenop zee ook enorm varieert van etmaal tot etmaal en daarmee het totale doorvoerdebiet.Bij een doodtij zijn bijvoorbeeld de hoog- en laagwaterstanden buitengaats NAP +0,84 en – 0,59 terwijl een week later bij springtij die peilen NAP +2,05 en – 1,34zijn23. De door- voer is evenredig met de wortel uit het het verval. Die maximale danwel minimale vervallen zijn respectivelijk (t.o.v. het vaste streefpeil op hetGrevelingenmeer) 104, 39, 225 en 114 cm. Het debiet kan dus √39 tot √225 of welmeer dan een factor zes in grootte verschillen. Daarnaast is er natuurlijk nog denoodzakelijke sturing met behulp van de schuiven (en later ook de turbine) om hetpeil op NAP – 0,20 m te handhaven.Jan Maas5 september 200823 Zie de Getijtafel voor 2007 voor 21 en 27 oktober. 33
  • 37. 34
  • 38. BIJLAGE BVoorlopig ontwerp van caisson voor proefinstallatieB-1 Basis voor ontwerpDe Bulb turbine krijgt een waaier-diameter van 3,5 m.Er blijken verschillende richtlijnen in omloop te zijn om op basis van de waaier-diameter de overige afmetingen te bepalen.Voor dit ontwerp is de richtlijn gekozen zoals die volgt uit Miller24 en Raabe25(Figuur B.1). Voor de diktematen van betonconstructies (bodemplaat, plafonds,zijwanden) zijn voorlopige aannamen gedaan.Figuur B.1 Afmetingen van de turbinebuis bij bulb-turbine als functie van de waaier-diameter DB-2 Verticale Langsdoorsnede (Figuur B.2)Inlaat aan voorzijde caisson (de voorzijde is de zijde geplaatst tegen de sluiskoker)krijgt als hoogte (inwendig) 2,25 D = 7,80 m (afgerond). Bodem- en bovenplaat zijn0,60 m dik. De hoogte van de inlaat (uitwendig) is dan 9,00 m. Aangezien desluiskoker een hoogte heeft van 8,00 m rust de bovenplaat tegen de schuinebovenzijde van de sluiskoker.Er moet plaats worden gereserveerd voor een schuif die de caisson tijdens transportafsluit (sponning 0,40 m plus 2 x 1,00 m = 2,40 m). De afstand van voorzijde tot asvan de waaier wordt daardoor niet 3,0 D = 10,50 m(zoals in Figuur B.1)) maar 8,80 m24 Miller H, ‘Choice of hydro-electric equipment for tidal energy’ (Proceedings Korea Tidal PowerSymposium, Sulzer-Esher Wyss, Oct-Nov. 1978)25 Raabe J, Hydropower: ‘The design, use and function of hydromechanical, hydraulic and electricalequipment’, (VDI-Verlag, Duesseldorf, 1985) 35
  • 39. plus 2,32D (=7,90 m) = 16,70 m. Aan de voorzijde heeft de turbine koker eenrechthoekige doorsnede maar na de schuifsponning wordt de doorsnede geleidelijkrond tot bij de maximale diameter van de bulb waar hij volmaakt rond is.Na de vernauwing bij de waaier (rond, 3,5 m) verwijdt de turbinebuis zich weer inde richting achterzijde caisson (afgeknotte kegel) over een lengte van 2,41D = 8,45 m(afgerond). Daarna gaat de buis over een zelfde afstand over van rond naarrechthoekig. De hoogte is bij de uitlaat achterzijde 1,5D = 5,20 m (afgerond). In hetlaatste gedeelte is ruimte gereserveerd voor een schuif.De totale lengte van de caisson wordt hiermee 33,60 m.De as van de turbine-generator ligt op een peil van NAP – 6.50 m (namelijk –11,00 +0,60 + 0,5 x 7,80).In afgezonken positie ligt de onderzijde van de caisson op het bestaande stortebed opNAP – 11,00 m. De bovenzijde van de caisson heeft dan als peil NAP + 4,00m. Dit isFiguur B.2 Verticale doorsnede turbine-caissonook het peil van de bovenzijde van de inlaat doorlaatsluis en van de binnenberm(plateau) van de Brouwersdam. Er is ruimte boven de turbinebuis voor diversebedieningsruimten. De afmetingen moeten t.z.t definitief worden vastgesteld inoverleg tussen architect, constructeur en turbine-leverancier.B-3 Horizontale Langsdoorsnede (Figuur B.3 en B.4)Bij de voorzijde van de caisson is de breedte inwendig 2,08D = 7,30 m (afgerond).Dezijwanden zijn elk 0,50 m dik. Totale breedte caisson is dan 7,30 + 2 x 0,50 m = 8,30m. 36
  • 40. Figuur B.3 Horizontale doorsnede turbine-caisson met aansluiting op sluiskokerFiguur B.4 Bovenaanzicht turbine-caisson met flenzen en schuifkokersBlijkens Figuur B.1 is het verloop van rechthoekig naar rond (ter plaatse van bulb enwaaier) eenvoudiger in het horizontale dan in het verticale vlak. De gebruikteafmetingen volgen verder uit die voor de verticale langsdoorsnede. 37
  • 41. Een bijzonder punt is nog de aansluiting van de turbinebuis aan de sluiskoker. Decaisson heeft uitwendig een breedte van 8,30 en hoogte van 9 m (zonder de opbouw)terwijl de dagwijdte van de sluiskoker aan de meerzijde 12,85 m bedraagt en dehoogte bij overgang schuine wand in verticale wand 13 m (NAP – 11,00 m tot NAP +2,00 m). Dit betekent dat de caisson minder breed en hoog is dan de de sluiskoker terplaatse van de inlaatopening. In deze situatie is voorzien door het introduceren vaneen ‘flens’ aan de caisson aan de zijkanten en de bovenzijde26. De totale breedte vande caisson ter plaatse van de flens wordt hierdoor 12,85 + 0,95 = 13,80 m.27 en deflens krijgt over deze gehele breedte een bovenpeil van NAP + 3,00 m. De hoogte vande flens op de caisson is dan 4 m. Aan de zijkanten is de hoogte van de flens 14 m(NAP – 11,00 tot NAP + 3,00 m). De aansluiting van de flenzen op de verticale wanden van de sluiskoker moet nognader worden bestudeerd gezien de, uit recente foto’s blijkende, afronding van detussenmuur en de aansluiting van de damwand op de eindwand. (Figuur B.5)Figuur B.5 Aanzicht tussenmuur en aansluiting damwand op eindwandB-4 Vormgeving ontwerp versus uitvoeringBij het hierboven beschreven ontwerp moet de caisson bij het afzinken tegelijkertijdrichting sluiskoker schuiven. De bovenvoorzijde van de caisson schuift hierbij naarbeneden langs de schuine eindwand van de sluiskoker en de onderplaat van de caissonbeweegt zich over de vloer van de sluiskoker. Dit kan problematisch blijken te zijn: de caisson kan vast komen te zitten op hetstortebed28 voordat hij volledig met flens en bovenplaat tegen de sluiskoker rust. Eenmogelijke oplossing zou zijn om het gedeelte van de caisson voor de flens weg telaten. Maar er moet dan een oplossing worden gezocht voor de aansluiting van debodemplaat van de caisson op de sluisvloer en ook voor de consequenties van dedriehoekige ruimte die ontstaat tussen schuine eindwand van de sluiskoker en deflens. Wervelingen en eventueel luchtaanzuiging zijn dan niet uitgesloten.26 Aan de bovenzijde is die ook nodig om de schuif te kunnen heffen.27 Er zij hier vermeld dat de dagwijdte van de schutsluis in de Grevelingendam 16 m bedraagt.28 Volgens DMB-DW nr 79 (febr. 1977) is de bestorting aan de meerzijde aangebracht ‘in den natte’(50 cm grint waarop een 1m dikke laag van zware stortsteen -, sortering 10/300 kg). Dit houdt in dat ergrote oneffenheden in de bestorting kunnen zijn. Wellicht is er ook sprake van aanzanding tussenkokerinlaten en de drempel. Het zal dan ook nodig zijn om die eventuele oneffenheden door duikers telaten egaliseren voordat een caisson kan worden geplaatst. 38
  • 42. Er is ook gesuggereerd om het gedeelte voor de flens apart in staal te prefabriceren enin de inlaat van de koker te plaatsen met een kraan en vast te zetten met behulp vanduikers. De caisson kan in dat geval verticaal worden afgezonken.Volledigheidshalve wordt hier ook verwezen naar tekening SDZL –P0240408100612550 –0012 die in oktober 2008 van Rijkswaterstaat werd ontvangen.De tekening is onderdeel van de ‘Complementeringswerken’ en toont eenstorsteendrempel met kruin op NAP – 5,50 m die later op ± 60 m afstand van dekokerinlaten aan de meerzijde op het stortebed is aangebracht.Een ander aspect dat aandacht verdient bij verdere detaillering is de hoogte van deturbinebuis (7,80 m inwendig) nabij de voorzijde . Gezien de hoogte van desluiskoker ter plaatse (8,0 m) verdient het aanbeveling ook de inwendige hoogte vande turbinebuis hieraan aan te passen. De bovenzijde van de caisson (zonder opbouw)komt dan 40 cm lager, d.w.z. op NAP – 2,40 m te liggen terwijl de as van de turbine-generator ook lager komt te liggen. De turbine-leverancier moet aangeven of er dannog genoeg ruimte overblijft tussen bodemplaat en de onderzijde van de turbine-mantel voor het aanbrengen van mechanisch-electrische onderdelen zoals hetbewegingsmechanisme voor de leischoepen (guide vanes). Ook vermindert wellichthet venturi-effekt van de turbinebuis.De caisson zal op een scheepswerf of in een droogdok moeten worden gebouwd. Datzal vermoedelijk buiten het Grevelingenmeer gebeuren. Op het eerste gezicht ligt hetvoor de hand om voor een uitvoering in gewapend beton te kiezen maar het zou ookeen uitvoering in staal kunnen zijn. De caisson zal vervolgens in drijvende toestandnaar de plaats van bestemming moeten worden gesleept. Hij zal dan, onder anderen,de schutsluis in de Grevelingendam moeten passeren. Deze schutsluis met vrijedoorvaarthoogte, heeft, zoals wij reeds zagen, een dagwijdte van 16 m terwijl delengte 125 m bedraagt en de bodem op NAP – 5,50 m ligt. Vermoedelijk zal decaisson, in verband met de beschikbare vaardiepte in de sluis en elders op het trajecttussen werf en Brouwerssluis, in eerste instantie slechts gedeeltelijk wordenafgebouwd om zodoende de diepgang te verminderen. Daartoe zullen wellicht ookdrijflichamen moeten worden toegepast. Zo zal de turbinebuis met in te stortenonderdelen op de werf gereed worden gemaakt maar kan wellicht de eigenlijke bulbmet rotor en stator en ook de waaier later worden geplaatst. Ook de opbouw boven opde eigenlijke caisson kan voor een deel later ter plaatse voor en na afzinken wordenaangebracht waarna de installatie van diverse mechanisch –electrische apparatuur kanplaatsvinden. Overigens zal de periode tussen afzinken en in bedrijfstellen (het laatstebetekent hier dat de waterstroom door de turbinebuis kan vloeien) vermoedelijk nietlanger mogen zijn dan drie tot zeven dagen. Dit beperkt dus aanzienlijk de tijd die naafzinken ter beschikking zal zijn om nog onderdelen in het met water te vullengedeelte van de turbinecaisson te plaatsen.Bij het maken van het definitieve ontwerp zal ook aandacht moeten worden besteedaan de schuiven aan voor- en achterzijde van de caisson. Deze schuiven dienen erallereerst voor om de caisson voldoende drijfvermogen te geven tijdens het transport.Nadat de caisson is afgezonken kunnen ze worden verwijderd bij gelijke waterstandaan beide zijden. Omdat de schuiven in principe maar eenmaal of tweemaal dienstmoeten doen kan men ze ook vervangen door schotbalken of (aan de meerzijde) dooreen tijdelijk ‘eindschot’. 39
  • 43. Het dient te worden overwogen om vervolgens grofmazige hekwerken(‘krooshekken’) neer te laten in de sponningen om te voorkomen dat grote vissen ofonder water zwevende wrakstukken door de turbine worden gezogen. Hoe grofmazigdergelijke hekwerken moeten zijn is een punt van verdere studie (als de mazen kleinzijn is het verlies aan verval niet te verwaarlozen, als ze groot zijn houden ze teweinig tegen). Het heffen en neerlaten van de schuiven en hekwerken kan het bestemet een grote mobiele kraan vanaf de vaste wal gebeuren. Het lijkt niet zinvol omvoor deze proefinstallatie permanent een speciale kraan op de caisson te installeren.Als in een later stadium de proefinstallatie moet worden ververwijderd zullenbovenstaande werkzaamheden in omgekeerde volgorde moeten kunnen plaatsvinden.B-5 Stabiliteit van de geplaatste caissonBij het definitieve ontwerp dient men na te gaan of de stabiliteit van de caisson,rustend op het aanwezige stortebed, ten allen tijde is gewaarborgd. Dit betreft metname de stabiliteit als, om wat voor reden dan ook, de turbine stil staat met geslotenleischoepen (guide vanes) en de waterstand op zee hoog is. Stel bijvoorbeeld dat diewaterstand de extreme waarde (frequentie 1x per 1000 jaar, zie Tabel 2.1) van NAP +4,65 m bereikt. Op de turbine caisson wordt dan vanaf de zeezijde (zz)een horizontalekracht uitgeoefend in langrichting van: Pzz = ρ x g x h1 x Finlaatwaarbij:- ρ en g bekend zijn (zie par 3.3): ρ = 1025 kg/m3 en g = 9,81 m/s2;- h1 de verticale afstand is tussen de waterstand (+ 4,65) en het midden van de 13 m hoge opening van de inlaatopening meerzijde van de sluis (- 11 tot + 2) dat midden ligt op – 4,50; dus h1 = 9,15 m;- Finlaat het oppervlak is waarop de kracht Pzz werkt, dit is het oppervlak van genoemde inlaat: Finlaat = 12,85 m x 13 m = 167,05 m2.Dus Pzz = 1025 x 9,81 x 9,15 x 167,05 = 15369525 N = 15.370 kN.Vanaf de meerzijde (mz) (peil NAP – 0,20 m) is de horizontale kracht op de caissonin langsrichting; Pmz = ρ x g x ½ x h2 x Fcaissonwaarbij:- h2 is afstand wateroppervlak tot bodem (NAP – 11 m) = 10,80; dus ½ x h2 = 5,40 m;- Fcaisson is oppervlak ondergedompeld deel van de achterzijde van de caisson, dus 10,80 x 8,30 m = 89,64 m2.Dus Pmz = 1025 x 9,81 x 5,40 x 89,64 = 4867304 N = 4.867 kN 40
  • 44. Het verschil in waarde tussen Pzz en Pmz zal moeten worden opgevangen door dewrijving tussen onderzijde caisson en het stortebed. Het oppervlak van de onderzijdevan de caisson (Figuur B.3) is 8,30 x 33,60 = 279 m2. De hor. kracht Ph-bodem hierop isPzz - Pmz = 10.503 kN, dat is 37,7 kN/m2.De wrijving tussen caisson en stortebed wordt veroorzaakt door een wrijvingsfactor fmaal een verticale kracht Pvert. Er zijn proeven gedaan tijdens de uitvoering van deDeltawerken29 om die wrijvingsfactor f te bepalen. Men constateerde dat ‘een vlakke plaat op op een ongepenetreerd steenbed (die een voorstelling geeft van een caisson met vlakke bodem op een drempel van niet met asfaltpenetratie vastgelegde stortsteen) verschoof…wanneer men de belasting varieerde tussen f = 0,4 en f = 0,5 na een statische belasting tot f = 0,4. Bij een wrijvingscoefficiënt van f = 0,5 kwam de plaat tot rust. Doorgaande verschuiving trad op bij f = 0,7’.Als het drooggewicht van de turbine-caisson wordt gesteld op 5 kN/m3, dan is datover de volle hoogte van de caisson 5 x 15 = 75 kN /m2. Hier gaat vanaf 10,8 x 1.025= 11,1 kN/ m2 voor het deel onder water. De verticale druk Pvert is dus 75 –11 = 64kN/m2. Dan is de verhouding Ph-bodem/ Pvert = 0,59.Gezien deze waarde, de voorlopige aanname van het drooggewicht en het feit dat uitde genoemde proeven geen algemeen geldende conclusies konden worden getrokken,kan in elk geval worden geconcludeerd dat de stabiliteit in deze situatie t.z.t. met denodige nauwkeurigheid moet worden berekend. Als die stabiliteit namelijk niet kanworden gegarandeerd in deze extreme omstandigheden bestaat het gevaar dat decaisson bij gesloten leischoepen tijdens hoge waterstanden op zee en/of zwaregolfslag gaat schuiven over het stortebed. Wellicht is het daarom nodig om de caissonmet staaldraden of anderzijds vast te zetten aan de doorvoersluis.29 Zie DDW-DW nrs. 34 (nov. 1965) en 53 (aug. 1970) 41
  • 45. 42
  • 46. BIJLAGE CGegevens over stroomturbinesC-1 InleidingOmdat er recent veel belangstelling bestaat voor zogenaamde stroomturbines en menzich wellicht zal afvragen waarom dit type minder geschikt wordt geacht voor deBrouwersdam volgt hieronder wat informatie over deze stroomturbines..Stroomturbines maken gebruik van de stroomsnelheid van water zoals windturbinesgebruik maken van de stroomsnelheid van wind. Het vermogen dat kan wordenopgewekt wordt berekend met de volgende formule: P = ½ . η . ρ . A . v3waarin: P is vermogen van de turbine in watt η = rendement, ρ = dichtheid van zeewater, zeg 1025 kg/m3, A = oppervlak van de rotorschijf in m2, v = stroomsnelheid van water in m/s.Omdat de snelheid in de formule voorkomt tot de derde macht zal men bij voorkeurplaatsen opzoeken waar die snelheid hoog is. Dat is op plaatsen waar zeestromingenof getijdenstroom zich door een relatief nauwe opening moet wringen dan wel bijspuisluizen. Stroomsnelheden van 1 tot 1,5 m/s zijn in feite niet interessant.Het voordeel van stroomturbines is dat zij vrij gemakkelijk en zonder hoge kostenkunnen worden geïnstalleerd in een bestaande spuiopening. Voorbeelden van zulkespuiopeningen in Nederland zijn de uitwateringssluizen in de Afsluitdijk en dedoorlaatopeningen in de Stormvloedkering Oosterschelde.Het nadeel van stroomturbine is de lagere energieopbrengst per m2 waaier (rotor)oppervlak. Als men bijvoorbeeld naast elkaar twee turbines, ieder met met eenwaaierdiameter van 5,5 m, zou installeren in de inlaat van een koker van deBrouwerssluis (afmetingen ter plaatse breedt e b = 12,8 m en hoogte h = 8,0 m) en desnelheid ter plaatse30 is circa vinl = 2,41 m/s, dan is het opgewekte vermogen bij eenrendement van η = 0,47 (zie par. C-4): P = ½ . η . ρ . A . v3 = 0,5 x 0,47 x 1025 x 2 x (5,5)2 x π/4 x (2,41)3 = 160242 watt = 160 kWEen bulb turbine met een diameter van 3,5 m zal bij een zelfde verval een vermogenopwekken van: P = η . ρ . g . H .Q30 Die sneheid berekent men als volgt: Stel er is sprake van een netto verval over de sluis van 2 m. Deafvoer, gemeten in de keel is dan: Q = m x Ak x √(2gh) = 1,35 x 27 x √(2 x 9,81 x 2) = 228 m3/s. Bij deinlaat zal de snelheid vinl dan zijn: Q/Ainl = 228/(12,8 x 7,4) = 2,41 m/s 43
  • 47. In dit geval kan worden gerekend met een gemiddeld rendement η = 0,75, verval H= 2 m terwijl Q = 1,2 x (3,5)2 x π/4 x √(2gh) = 72,28 m3/s.Dan P = 0,75 x 1025 x 9,81 x 2 x 72,28 = 1090274 watt = 1090 kWHieronder volgen een aantal voorbeelden van stroomturbines en hun toepassing totdusver. Er zijn nog vele andere in ontwikkeling zoals blijkt uit Figuur C.1C-2 De SeaGenDe SeaGen is ongetwijfeld tot op heden de meest succesvolle stroomturbine. Eerstwas hij bekend als de Seaflow en een 300 kW prototype werd enkele jaren geledengeïnstalleerd met één rotor op een verticale pyloon in een stroomsnelheid van 2,5 m/sin het Kanaal van Bristol. Na dit eerste succes is recent een pyloon geplaatst op dezeebodem op 23 m diepte met twee 16 meter diameter rotorbladen nabij de kust vanNoord-Ierland. Het vermogen hiervan is 1,2 MW. Als kosten wordt een bedraggenoemd van 12 millioen pond (circa € 15 miljoen). Hoewel men in de persberichtenspreekt over fast tidal currents zegt men niet hoe groot de stroomsnelheid eigenlijk is.Als men een stroomsnelheid van 2,5 m/s aanneemt komt men op een η = 0,37. Als destroomsnelheid hoger is zal het rendement nog lager zijn.Zie verder www.marineturbines.comC-3 De Neptune Proteus Tidal Power PontoonIn dit geval gaat het om een ponton waarin een 6 x 6 crossflow turbine met verticaleas is gemonteerd. De turbine zou 0,5 MW kunnen genereren tijdens peak flows. Menclaimt dat het rendement 45 % zou kunnen zijn. Tot nu toe zijn er echter alleen maarlaboratoriumproeven verricht. De turbine zou in september 2008 in prototype wordenbeproefd in het estuarium van de Humber (UK) maar die mededeling ontbreekt nuweer in latest news op de web site. Zie www.neptunerenewableenergy.comC-4 De Tocardo in NederlandEen Tocardo turbine is op proef in juli 2008 geïnstalleerd in één van de sluiskokersvan de Afwateringssluizen bij Den Oever in de Afsluitdijk. De diameter bedraagtomstreeks 3 m. Bij een stroomsnelheid van 3 m/s en een vermogen P = 45 kW zou diteen rendement η = 0,47 betekenen. De investering voor deze turbine is ‘ongeveer eenhalf miljoen gulden geweest. De kosten per kWh komen dan op 45 cent’ (TechnischWeekblad, 19 juli 2008). Men claimt dat, als men drie turbines per sluiskoker (12 mbreed) zou mogen installeren in totaal 60 MW vermogen in alle sluiskokers samenzou kunnen worden opgewekt.Men stelt dat een zelfde benadering bij de Stormvloedkering Oosterschelde peropening 1 MW zou kunnen leveren. Bij 62 openingen is dat 62 MW. (TechnischWeekblad, 20 september 2008).De artikelen vermelden niet welke gevolgen één en ander heeft voor de spuicapaciteitin de Afsluitdijk en voor het gewenste minimale getijverschil op de Oosterschelde.Zie verder www.energieraad.nl/newsitem.asp?pageid=4624 44
  • 48. Figuur C.1 Diverse stroomturbines die momenteel worden ontwikkeld 45