Embed Size (px)
Citation preview
De toekomst van golfenergie
Reinier Goudswaard & Martijn van Wijk
KSG de Breul
VWO 6
Begeleider: Dhr. Staring, docent Natuurkunde
K.S.G. de Breul
2013-2014
2
SAMENVATTING
In dit profielwerkstuk is onderzoek gedaan naar de toekomst van golfenergie. Met golfenergie
wordt de energie bedoeld die is opgeslagen in oppervlakte golven in zee. Doordat de zee
constant in beweging is, bevat de zee een ongelofelijk grote hoeveelheid energie. Om deze
energie uit golven om te zetten in stroom is een apparaat nodig. Heden ten dage bestaan er
verschillende van deze apparaten die gebruik maken van verschillende technieken.
In dit onderzoek werden de verschillende technieken om energie te halen uit golven met elkaar
vergeleken om vervolgens een geschikte techniek over te houden die verder onderzocht kon
worden. De techniek die verder onderzocht werd is de techniek van de zogenaamde Oscillating
water column, waarbij gebruik wordt gemaakt van een luchtverplaatsing als gevolg van
wisselingen van het wateroppervlak (golven). Door middel van turbines wordt de energie die
opgeslagen is in deze luchtverplaatsing omgezet in elektrische energie.
Nadat de techniek van de Oscillating water column bestudeerd en beschreven was, werd er een
prototype ontworpen, waarmee de techniek getest kon worden op zijn werking. Hierbij dienden
verschillende aanpassingen gedaan te worden aan de techniek, om de werking te optimaliseren.
Met dit prototype werd direct de werking van het systeem verklaard, waardoor een definitief
ontwerp gemaakt kon worden, gebaseerd op de methodes gehanteerd in het prototype. Aan de
hand van een programma van eisen waarin bepaalde eisen worden gesteld aan het ontwerp,
werd het ontwerp bekritiseerd op verscheidene punten.
Dit definitieve ontwerp is getest in water en heeft aantoonbaar energie opgewekt.
Uiteindelijk werd er ook nog beschreven hoe de productie van golfenergie efficiënter kan.
Hierbij werd er gekeken naar verschillende aspecten om het rendement van de
energieomzetting die plaatsvindt te verhogen.
Daarnaast is er ook ingegaan op de theorie achter golfenergie en de argumenten voor
golfenergie.
De hoofdvraag van dit onderzoek was: “Heeft golfenergie een toekomst”. Op basis van alle
bevindingen en conclusies van het literatuuronderzoek, de berekeningen en het resultaat van
het eigen ontwerp kon deze hoofdvraag goed beantwoord worden. Het uiteindelijke antwoord
was dat golfenergie een toekomst heeft, omdat er een vraag is naar duurzame energiebronnen
en golfenergie een geschikte vorm van duurzame energie is.
3
INHOUDSOPGAVE
1. Introductie ..................................................................................................................................................... 5
1.1 Inleiding ............................................................................................................................................................................... 5
1.2 Werkplan ............................................................................................................................................................................. 6
1.2.1Hoofdvraag ......................................................................................................................................................... 6
1.2.2 Plan van aanpak .............................................................................................................................................. 6
2.Theorie ............................................................................................................................................................. 8
2.1Golven .................................................................................................................................................................................... 8
2.1.1 Ontstaan ............................................................................................................................................................ 8
2.1.2 Eigenschappen ............................................................................................................................................... 8
2.2 Kinetische energie ........................................................................................................................................................... 9
2.2.1golfenergie vs windenergie ......................................................................................................................... 9
2.2.2 Conclusie ......................................................................................................................................................... 12
2.3 Opwekken van elektrische energie ........................................................................................................................ 13
2.3.1 Energieomzetting ........................................................................................................................................ 13
2.3.2 Werking dynamo ......................................................................................................................................... 13
2.3.3 Werking Turbine ......................................................................................................................................... 16
3.Waarom golfenergie? ............................................................................................................................... 17
4. Verschillende methoden voor golfenergie ...................................................................................... 19
4.1 Pointabsorber (Boei vastgemonteerd aan platform) ................................................................................... 19
4.1.1Wavestar .......................................................................................................................................................... 19
4.2 Attenuator (drijvende slang) ................................................................................................................................... 19
4.2.2 Pelamis ............................................................................................................................................................ 20
4.3 Oscillating wave surge (bewegende klep op zeebodem) ............................................................................. 20
4.3.1 Oyster ............................................................................................................................................................... 21
4.4 Oscillating water column (Luchtturbine) .......................................................................................................... 21
4.4.1OE Buoy ............................................................................................................................................................ 21
4.4.2 Limpet .............................................................................................................................................................. 22
4.5 Overtopping device: (overslaande golven opvangen) .................................................................................. 22
4.5.1 Wave dragon ................................................................................................................................................. 22
5.Meest geschikte methode ....................................................................................................................... 23
5.1 Locatie ................................................................................................................................................................................ 23
5.1.1 Shoreline ......................................................................................................................................................... 23
5.1.2 Nearshore ....................................................................................................................................................... 24
5.1.3 Offshore ........................................................................................................................................................... 24
5.2 Voor- en nadelen per techniek ................................................................................................................................ 25
5.2.1 Pointabsorber (drijvende boei)............................................................................................................. 25
5.2.2 Attenuator (drijvende slang) .................................................................................................................. 25
5.2.3 Oscillating wave surge (bewegende klep op zeebodem) ............................................................ 26
5.2.4 Oscillating water column (Luchtturbine) .......................................................................................... 27
5.2.5 Overtopping system ................................................................................................................................... 28
5.3 Overzicht schema’s verschillende technieken .................................................................................................. 29
5.3.1 Pointabsorber (drijvende boei)............................................................................................................. 31
5.3.2 Attenuator (drijvende slang) .................................................................................................................. 31
4
5.3.3 Oscillating wave surge (bewegende klep op zeebodem) ............................................................ 32
5.3.4 Oscillating water column (Luchtturbine) .......................................................................................... 32
5.3.5 Overtopping system ................................................................................................................................... 33
5.3.6 Overzicht eindscores ................................................................................................................................. 33
6. Ontwerpfase ............................................................................................................................................... 34
6.1 Basis van ons ontwerp ................................................................................................................................................ 34
6.1.1 WellsTurbine ................................................................................................................................................. 37
6.1.2 Terugslagventielsysteem ......................................................................................................................... 40
6.2 Prototype ........................................................................................................................................................................... 41
6.2.1 Bouwtekeningen .......................................................................................................................................... 43
6.2.2 Materiaalkeuze ............................................................................................................................................. 44
6.2.3 Resultaat prototype .................................................................................................................................... 46
6.3 Definitief ontwerp ......................................................................................................................................................... 48
6.3.1 Programma van eisen ................................................................................................................................ 48
6.3.2 offshore of Onshore .................................................................................................................................... 50
6.3.3 Luchtreservoir .............................................................................................................................................. 52
6.3.4 Terugslagventiel-systeem ........................................................................................................................ 53
6.3.5 Turbines .......................................................................................................................................................... 54
6.3.6 Benodigde materialen ............................................................................................................................... 56
6.3.7 Resultaten & verwerking ......................................................................................................................... 59
6.3.8 Conclusie Definitief ontwerp .................................................................................................................. 68
7. Conclusie ...................................................................................................................................................... 71
7.1 Antwoord deelvraag 1 ................................................................................................................................................ 71
7.2 Antwoord deelvraag 2 ................................................................................................................................................ 72
7.3 Antwoord deelvraag 3 ................................................................................................................................................ 72
7.4 Antwoord deelvraag 4 ................................................................................................................................................ 74
7.5 Antwoord hoofdvraag ................................................................................................................................................. 75
8. Discussie ...................................................................................................................................................... 77
8.1 Evaluatie van conclusie ................................................................................................................................ 77
8.2 Foutendiscussie ............................................................................................................................................... 78
8.3 Suggesties Voor verbetering ...................................................................................................................... 80
9. Proces ........................................................................................................................................................... 81
9.1 Logboek .............................................................................................................................................................................. 81
9.2 Meningen over proces en samenwerking ........................................................................................................... 84
9.2.1 Martijn ............................................................................................................................................................. 84
9.2.2 Reinier .............................................................................................................................................................. 84
10. Bronnen ..................................................................................................................................................... 86
10.1 Bronnen Theorie .......................................................................................................................................... 86
10.2 Bronnen Waarom golfenergie ................................................................................................................. 86
10.3 Bronnen Verschillende methodes ......................................................................................................... 86
10.4 Bronnen ontwerpfase ................................................................................................................................. 88
11. Bijlagen ...................................................................................................................................................... 89
11.1 Bijlagen 1 ........................................................................................................................................................................ 89
5
1. INTRODUCTIE
1.1 INLEIDING
Bij alles wat we in ons dagelijks leven doen speelt energie een grote rol. Energie is nodig om een
beweging te veroorzaken. Om aan die energie te komen, zijn energiebronnen nodig. Voor de
mens is voedsel een energiebron, voor een auto benzine en voor apparaten elektriciteit. Veel
energie wordt verkregen uit fossiele brandstoffen. Fossiele brandstoffen zijn organische
verbindingen die te vinden zijn in de aardkorst. Fossiele brandstof is een erg belangrijke
energiebron, omdat het winnen van fossiele brandstoffen relatief eenvoudig is en er geen
hoogstaande technieken voor nodig zijn. Traditioneel werd er daarom veel gebruik gemaakt van
deze grote energiebron. Pas ten tijde van de industriële revolutie ontdekte men, dat de
grootschalige verbranding van fossiele brandstoffen een enorme invloed heeft op het milieu.
Tevens werd de wereld zich ervan bewust dat fossiele brandstoffen eindig zijn. Dit betekent dat
er niet oneindig veel fossiele brandstoffen op de wereld aanwezig zijn en dat deze energiebron
in de toekomst –wanneer het verbruik van fossiele brandstoffen in het huidige tempo doorgaat-
uitgeput wordt. Momenteel wordt namelijk 86,4 procent van alle energie gewonnen uit fossiele
brandstoffen.
Noodzaak is dus dat we alternatieve energiebronnen moeten gaan gebruiken. Reeds is de mens
in staat om energie te winnen uit oneindige energiebronnen. Neem bijvoorbeeld windenergie.
Sinds enkele tientallen jaren kan men energie winnen uit de oneindige beweging van lucht
(wind). Een ander voorbeeld van een eeuwige energiebron is de zon. Met behulp van
zonnepanelen en zonneboilers kan de energie van de zon die de aarde bereikt in de vorm van
licht en warmte, worden omgezet in elektriciteit. Nu kent de wereld nog een derde en misschien
wel grootste energiebron: het water. Deze energie vormt samen met windenergie, zonne-energie
en biomassa meer dan 99,9 procent van alle duurzame energie op aarde.
In dit onderzoek zal er vooral worden gekeken naar de mogelijkheden om energie te winnen uit
oceaangolven. Doordat de oceaan constant in beweging is, is er dus veel energie in opgeslagen.
Slechts een klein deel van deze grote energiebron wordt reeds gebruikt. Dit komt doordat
technieken die bestaan om energie te winnen uit golven in ontwikkeling zijn. De groep
apparaten die in staat is energie te winnen uit golven, wordt over het algemeen Wave Energy
Converter (WEC) genoemd. Op dit moment bestaan er verschillende technologieën om energie
op te vangen uit golven. Zoals gezegd is ieder van deze technologieën in een te vroege staat om
echt te kunnen zien welke technologie of mix van technologieën in de toekomst het belangrijkste
zal zijn.
In dit onderzoek zullen deze verschillende technieken met elkaar vergeleken worden. Voor- en
nadelen van de verschillende methodes zullen tegen elkaar afgewogen worden om vervolgens
de meest geschikte techniek voor in de toekomst te vinden. Hierbij zullen verschillende eisen
gevraagd worden waar de methode geacht wordt aan te voldoen. Uiteindelijk zal er een
prototype ontworpen worden van deze methode en zal deze methode in het verdere onderzoek
bekritiseerd en verbeterd worden. Uiteindelijk wordt gekeken of golfenergie en dan vooral de
gekozen techniek een toekomst heeft als belangrijke energiebron.
6
1.2 WERKPLAN
1.2.1HOOFDVRAAG
In dit PWS zijn gaan we ons verdiepen in de toekomst en mogelijkheden van golfenergie. De
hoofdvraag luidt daarom als volgt:
Hoofdvraag: Heeft golfenergie een toekomst?
1.2.2 PLAN VAN AANPAK
We zullen in dit PWS ingaan op de verschillende manieren waarop energie uit golven opgewekt
kan worden. Uiteindelijk zullen we met deze informatie zelf een machine ontwerpen en bouwen
die energie uit golven kan opwekken. Deze machine zullen we zoveel mogelijk perfectioneren
waarbij we dus ingaan op de efficiëntie van het opwekken van golfenergie. De bouw van deze
machine is het hoofdonderdeel van dit PWS, omdat daarbij al onze gewonnen kennis wordt
samengevoegd.
Het doel van dit PWS is dus om een werkende machine te ontwerpen en maken die energie uit
golven kan opwekken. Voordat we een ontwerp maken, moeten we ons eerst verdiepen in de
verschillende mogelijkheden om energie uit golven op te wekken. Er bestaan namelijk al veel
verschillende methodes om dit te doen. Dit onderdeel is onze eerste deelvraag:
Deelvraag 1: Welke methoden zijn er om energie uit golven op te wekken?
Vervolgens zullen we een keuze moeten maken welke methode ons het beste lijkt om te gaan
ontwerpen en bouwen. De methode die we kiezen moet aan bepaalde eisen voldoen:
-De gekozen methode mag niet te ingewikkeld zijn om te ontwerpen en bouwen.
-De gekozen methode moet de potentie hebben met een hoog rendement stroom op te wekken.
-De gekozen methode moet financieel haalbaar zijn voor ons.
Dit onderdeel is onze tweede deelvraag:
Deelvraag 2: Welke methode om energie uit golven op te wekken is het meest geschikt voor ons?
Als we een methode hebben gekozen moeten we een ontwerp maken voor de machine waarmee
we energie uit golven willen opwekken. Bij het maken van ons ontwerp stellen we een aantal
eisen waaraan onze machine uiteindelijk moet voldoen:
-De machine moet duurzaam zijn: hij mag niet snel kapot gaan
-De machine moet zo veel mogelijk elektrische energie leveren
-De machine moet bij een constante hoeveelheid golven constant stroom opleveren
We zullen van dit ontwerp eerst een prototype maken van hout om te kijken of het ontwerp
goed genoeg is. Als we niet tevreden zijn, zullen we het ontwerp en het prototype aanpassen. Pas
als we tevreden zijn over ons prototype zullen we het definitieve ontwerp maken. Deze zal
groter zijn en van het juiste materiaal gemaakt worden. Dit ontwerp zullen we aanpassen en
perfectioneren, om fouten te verbeteren en het rendement te verhogen. Als we klaar zijn met het
ontwerpen en bouwen zullen we onze derde deelvraag beantwoorden:
Deelvraag 3: Is het voor ons mogelijk om een goede machine te maken die energie uit golven
opwekt?
7
Als we de eerste drie deelvragen beantwoordt hebben en onze machine gebouwd hebben zullen
we onze bevindingen en conclusies reflecteren op golfenergie in het algemeen. De machine die
we gebouwd hebben, hebben we steeds verbeterd en geperfectioneerd. Zo hebben we dus een
beeld gekregen hoe de productie van golfenergie beter kan. Voor de laatste deelvraag zullen we
met deze informatie ingaan op de efficiëntie van de productie van golfenergie. Hiermee zullen
we de vierde en laatste deelvraag beantwoorden:
Deelvraag 4: Hoe kan de productie van golfenergie efficiënter?
8
2.THEORIE
2.1GOLVEN
Voor dit onderzoek naar golfenergie moet er informatie worden verkregen over golven. Hoe
ontstaan golven en wat voor een eigenschappen hebben golven.
2.1.1 ONTSTAAN
Oppervlaktegolven1 op zee worden met name veroorzaakt door de wind, maar ze kunnen ook
worden veroorzaakt door zeebevingen, vulkaanuitbarstingen en het getij. Wanneer een golf de
kust nadert neemt de waterdiepte onder de golf af. Dit afnemen van de waterdiepte kan op twee
manieren gebeuren. De waterdiepte kan abrupt minder worden doordat de golf tegen een klip of
rif oploopt. Tevens kan de waterdiepte geleidelijk afnemen.
Zodra een golf een ondiepe kustzone nadert, begint het zogenaamde grondeffect op te treden. De
voorkant van de golf wordt door de weerstand die hij van de oplopende bodem ondervindt
geremd, terwijl de achterkant van de golf nog de volledige snelheid heeft. Hierdoor wordt de golf
in elkaar gedrukt, waardoor de achterkant over de voorkant van de golf heen gaat lopen. De golf
verandert in een in kracht toenemende rolgolf. De oplopende kustlijn zorgt ervoor dat de rolgolf
verder in hoogte toeneemt. De weerstand die het
water van de bodem ondervindt drukt de golf in
elkaar, met als gevolg dat die meer energie krijgt.
Op een gegeven moment loopt de achterkant van
de golf als het ware tegen de voorkant op,
waardoor de golf verder in hoogte toeneemt totdat
ze uiteindelijk enkele meters van de kust omslaan,
wanneer de waterdiepte te klein is.
2.1.2 EIGENSCHAPPEN
Zeegolven kunnen worden gezien als een lopende harmonische golf. Dit is een serie evenwijdige
gladde golfruggen die met een constante snelheid voortlopen. De golfruggen staan loodrecht op
de richting van de kammen en hebben een gelijke hoogte en hebben onderling een even afstand
van elkaar, daarbij hun vorm bewarend.
Het hoogste deel van een golf wordt de golftop genoemd, het laagste deel het golfdal. De hoogte
van de golf, de zogenaamde golfhoogte, is de verticale afstand tussen het golfdal en de golftop.
Het zeeniveau, de gemiddelde hoogte van de zeespiegel, ligt iets onder het midden van de
golfhoogte. Dit komt doordat de toppen smaller zijn en steiler lopen dan de dalen. De
horizontale afstand tussen de toppen van de golf in de richting waar de golf heenloopt, wordt
beschreven als de golflengte. De tijd waarin een vast punt wordt gepasseerd door twee toppen,
is de periode. De bovenstaande eigenschappen worden beïnvloed door verschillende factoren, te
weten: de windsnelheid, de windduur en windbaan (de lengte waarover de wind waait).
1 Bron 5: ‘Oppervlaktegolf’, www.wikipedia.nl.
9
2.2 KINETISCHE ENERGIE
In elk voorwerp dat beweegt is een bepaalde hoeveelheid energie opgeslagen; de kinetische
energie2. Het voorwerp is in beweging gebracht door een positieve netto kracht. Het heeft
energie gekost om deze netto kracht uit te oefenen, en deze energie is opgeslagen in de
bewegingssnelheid van het voorwerp.
Bij een beweging in een richting (een translatie) geldt de volgende formule voor de kinetische
energie:
Hierbij geldt dat:
=Kinetische energie in joule (J)
= Massa in kilogram (kg)
=snelheid in meter per seconde (m/s)
Bij een roterende beweging (een rotatie) geldt de volgende formule voor de kinetische energie:
Hierbij geldt dat: =Kinetische energie in Joule (J) =Traagheidsmoment in Kilogram per m2 (kg/m2) =Hoeksnelheid in radialen per seconde (rad/s)
2.2.1GOLFENERGIE VS WINDENERGIE
Uit de formule blijkt dat in de golven van de zee een enorm grote hoeveelheid
energie is opgeslagen. De massa van een kubieke meter water3 is namelijk vele malen groter dan
de massa van een kubieke meter lucht4. Aangezien in de formule voor de kinetische energie de
massa vermenigvuldigt wordt, is de kinetische energie van een kubieke meter water veel groter
dan de kinetische energie van een kubieke meter lucht (als de snelheid gelijk is).
Ter vergelijking van de kinetische energie van kubieke meter water en lucht doen we een
voorbeeld berekening: We nemen voor zowel de lucht als het water een voortplantingssnelheid
van 1 m/s.
1) water:
2 Bron 4: ´Kinetische energie´, www.wikipedia.nl. 3 Bron 7: ´Windenergie´, www.wikipedia.nl. 4 Bron 6: ´Theorie energie´, www.wikipedia.nl.
10
2) lucht:
Conclusie: In één m3 water met een snelheid van 1 m/s is 772 keer zo veel
energie opgeslagen als in één m3 lucht met een snelheid van 1 m/s.
De vorige berekening laat zien dat water veel meer energie bezit dan lucht, als het volume en de
voortplantingssnelheid aan elkaar gelijk zijn. In werkelijkheid zijn deze cijfers bij golfenergie en
windenergie echter totaal verschillend, aangezien de grootte van windmolens en
golfenergiecentrales verschillend is, en ook de snelheid van golven en wind verschillend is.
Daarom is een nauwkeurigere berekening nodig om een uitspraak te doen over de
mogelijkheden van golfenergie en windenergie. Bij al deze berekeningen gaan we enkel in op de
totale hoeveelheid kinetische energie die per seconde geabsorbeerd kan worden door de
energiecentrale/windmolen. We gaan niet in op het rendement van de
energiecentrale/windmolen en bekijken dus niet hoeveel stroom er in werkelijkheid gewonnen
kan worden. Dit onderdeel gaat namelijk over de mogelijkheden van golfenergie en windenergie,
en daarom nemen we in deze theorie de energieomzetting en het rendement niet mee.
KINETISCHE ENERGIE VAN ZEEGOLVEN
Golven bestaan uit zeewater. De dichtheid hiervan staat in Binas 12:
In 1976 heeft de KNMI een zeer uitgebreid natuurkundig onderzoeksverslag over zeegolven
geschreven, waarin diep ingegaan wordt op het gedrag en de energie van golven. M.b.v.
onderzoeksresultaten heeft men een formule opgesteld
voor de hoeveelheid energie per m2 deinende zee.
De totale hoeveelheid energie in een golf bestaat uit
kinetische energie en potentiële energie.
We kijken naar de volgende momentopname van een
golf: (de rode lijn stelt de waterspiegel voor)
Bij een periode van 0, ½, 1 en veelvouden hiervan is de
amplitude nul. Op deze plaatsen is de potentiële energie
minimaal (nul) omdat de golf hier in evenwichtsstand is en de kinetische energie maximaal,
omdat de golf hier de hoogste snelheid heeft.
Bij een periode van ¼,¾ en veelvouden hiervan is de amplitude maximaal. Op deze plaatsen is
de potentiële energie maximaal omdat de golf hier terug wil naar de evenwichtsstand, en de
kinetische energie minimaal (nul) omdat de golf hier geen snelheid heeft.
11
De potentiële energie van een zeegolf is dus gelijk aan de kinetische energie van een zeegolf als
deze een vorm heeft van een sinusfunctie. De formule voor de potentiële, en dus ook de
kinetische energie van een golf per lengte-eenheid is:
Hierbij geldt dat:
g=valversnelling= (9,81 m/s)
ρ=dichtheid=
H=deining (hoogte van golf) in meter
L=golflengte in meter
De formule voor de totale energie van een golf per oppervlakte eenheid is daarom:
Om tot de gemiddelde hoeveelheid energie die op de oceanen beschikbaar is te komen, moet dus
bepaald worden hoe hoog de golven gemiddeld zijn. Dit is niet goed te bepalen, omdat de zeeën
ongelofelijk groot zijn en de golfhoogte veel varieert. Wel is het mogelijk om ongeveer te bepalen
hoe groot de gemiddelde deining is aan de hand van een kleine hoeveelheid meetgegevens. In
hetzelfde verslag van de KNMI is uitgebreid onderzoek gedaan naar de hoogte van golven. Op
open oceanen is de golfhoogte vrijwel altijd 4,0 meter hoog.
2,0∙104 J/m2
Het feit dat er golven zijn, betekent dat water zich voortbeweegt (dat is
het principe van zeegolven). Als men de snelheid van het zeewater weet,
is het mogelijk om te berekenen hoeveel energie aan zeewater de kust
nadert (per meter kust) per seconde. Er bestaat een duidelijk verband
tussen de golflengte L en de voortplantingssnelheid C, weergeven in de
nevenstaande tabel (uit het rapport van de KNMI):
In het onderzoeksrapport van de KNMI staat ook beschreven dat de
gemiddelde golflengte van oceanische golven 100 meter is, oftewel de
gemiddelde voortplantingssnelheid is 12,5 m/s.
De formule die beschrijft hoeveel energie de kust nadert per meter per
seconde is als volgt:
Hierbij is P het vermogen in Watt, E de eerder beschreven totale hoeveelheid energie in
Joule/m2, en V de energiesnelheid in m/s. De energiesnelheid is gelijk aan de helft van de
voortplantingssnelheid C, oftewel 6,25 m/s.
Uit al deze gegevens blijkt dus dat hoeveelheid energie die een lijn van een meter evenwijdig aan
de kust passeert, 1,3∙105 Watt is. Het is wel zo dat in eerste instantie slechts de helft hiervan
bruikbare kinetische energie is en de andere helft potentiële energie, maar zodra de golven
worden geabsorbeerd zal ook de potentiële energie veranderen in kinetische energie, omdat de
potentiële energie ervoor zorgt dat de golf terug naar de evenwichtsstand wil. Dit is ook logisch,
aangezien de potentiële energie niet zomaar kan verdwijnen.
Een enkele machine van een golfenergiecentrale zou gemakkelijk 15 meter lang kunnen zijn.
Een golfenergiecentrale zou dus per seconde ongeveer 1,9∙106 Joule aan kinetische energie
kunnen absorberen.
12
KINETISCHE ENERGIE VAN WIND
Uit wind (een continue voortbewegende luchtstroom) kan energie gewonnen worden met
behulp van een turbine (een windmolen). De meeste windmolens zijn tegenwoordig erg groot,
en de turbine heeft vaak een diameter van wel 40 meter.
De gemiddelde windsnelheid5 in Nederland is op de beste locaties 6,0 m/s. De dichtheid van
lucht is .
Met deze gegevens kan berekend worden hoeveel kinetische energie per seconde de turbine
passeert.
Eerder is de volgende formule al genoemd:
1)De snelheid v is al duidelijk: 6,0 m/s.
2)De massa m is afhankelijk van het volume V en de dichtheid:
>De dichtheid is ook duidelijk:
>Het volume is een lastiger verhaal, aangezien de turbine een oppervlakte vertegenwoordigd
en geen volume. Het volume is gelijk aan de oppervlakte A van de luchtkolom maal de lengte l
van de luchtkolom: . Het oppervlakte is gelijk aan . De luchtkolom
heeft geen lengte, van een windvlaag is eigenlijk oneindig lang. De snelheid waarmee de
luchtkolom zich voortbeweegt (de windsnelheid) in m/s kan gebruikt worden als lengte van de
luchtkolom, dus: . Omdat we voor de lengte van de
luchtkolom de snelheid gebruiken, berekenen we het volume wat de turbine per seconde
passeert.
3)Aangezien we de massa per seconde hebben spreken we ook van de hoeveelheid kinetische
energie per seconde, oftewel het vermogen:
2.2.2 CONCLUSIE
Langs een lijnstuk van 15 meter evenwijdig aan de kust zou per seconde 1,9∙106 Joule kinetische
energie aan golven passeren.
In een oppervlakte van 1257 m2 zou per seconde Joule aan kinetische energie van de
wind passeren.
Uit deze berekende vergelijking tussen de kinetische energie van wind en golven, blijkt dat de
hoeveelheid kinetische energie (van de golven) die per seconde een golfenergiecentrale van 15
meter lang passeert, veel groter is dan de hoeveelheid kinetische energie (van de wind) die per
5 Bron 2: ´Gemiddelde windsnelheid´, www.klimaatatlas.nl.
13
seconde een turbine van een windmolen passeert. Hierbij hebben we het over de hoeveelheid
kinetische energie die per seconde passeert en niet over de hoeveelheid elektrische energie die
opgewekt wordt (dus energieomzettingen en rendement worden hierbij niet betrokken).
Als er dus een handige energieomzetting van golfenergie naar stroom bedacht wordt, kan
golfenergie veel meer opleveren dan windenergie.
2.3 OPWEKKEN VAN ELEKTRISCHE ENERGIE
2.3.1 ENERGIEOMZETTING
Zoals vermeldt bevat elk bewegend voorwerp een bepaalde hoeveelheid energie, zo ook golven.
Deze energie wordt de kinetische energie genoemd en kan worden omgezet in elektrische
energie6. De kinetische energie, ook wel bewegingsenergie genoemd, kan door middel van een
dynamo worden omgezet in elektrische energie.
2.3.2 WERKING DYNAMO
Een dynamo7 bestaat uit de volgende drie onderdelen: de rotor, de stator en de collector. De
rotor is het draaiende gedeelte van de dynamo. Deze rotor bestaat uit een as en een spoel met
een bepaald aantal windingen. De stator is het stilstaande gedeelte en bestaat uit een
permanente magneet of elektromagneet. De stator levert het magnetische veld dat nodig is voor
het opwekken van een inductiespanning (elektriciteit) over de rotorspoel. De collector tenslotte
zorgt voor het contact tussen de rotorspoel en een stroomkring.
We gaan er vanuit dat de spoel één winding bevat (in werkelijkheid veel meer). Tijdens het
draaien van de winding in een magnetisch veld verandert de magnetische flux volgens een
cosinusfunctie. De magnetische flux is de maat voor het aantal magnetische veldlijnen dat door
de dwarsdoorsnede van een spoel gaat. Een verandering van de magnetische flux binnen een
spoel veroorzaakt een inductiespanning over die spoel. Deze inductiespanning kan ontstaan
door een magneet naar een spoel toe te bewegen of er vanaf te bewegen of door een magneet te
draaien. Deze twee manieren zijn te zien in de onderstaande afbeelding.
6 Bron 1: ´Elektrische energie´, www.wikipedia.nl. 7 Bron 9: ´Newton informatieboek 2´ pag. 53-54.
14
De grootte van de inductiespanning die wordt veroorzaakt door een verandering van de
magnetische flux kan wordt gegeven door de formule:
Und= N∙
In deze formule geldt:
Uind de inductiespanning (in V) N het aantal windingen van de spoel ΔΦ de fluxverandering (in Wb) Δt de tijdsduur ( in s) van die fluxverandering
In een homogeen magnetisch veld is de magnetische flux te binnen een spoel te berekenen met
de formule:
Φ=B∙A∙cos α
In deze formule geldt:
Φ de magnetische flux (in Wb of Tm²) B de magnetische inductie (in T) A de dwarsdoorsnede (in m²) α de hoek tussen de magnetische inductie en de lengteas van de spoel
15
In de onderstaande afbeelding is een winding in een magnetisch veld weergegeven. In de
grafieken zijn de magnetische flux en de inductiespanning weergegeven als functie van de tijd.
Wanneer de magneet niet beweegt is de inductiespanning nul. In stand E is de flux Φ nul, de
verandering van de flux ΔΦ in de tijd is echter maximaal. De inductiespanning is dan ook
maximaal. In stand D is de flux Φ maximaal, de verandering van de flux ΔΦ in de tijd is echter
even nul, de inductiespanning Uind is dan ook nul. Als de flux Φ een cosinusfunctie van de tijd is,
is de Uind een sinusfunctie. De hoek van de winding wordt aangegeven met α. Deze hoek is nul
graden wanneer de winding loodrecht op de magnetische inductie staat.
16
In een dynamo kunnen de functies van de rotor en
de stator ook worden verwisseld. In dat geval
bestaat de rotor uit een draaiende permanente
magneet en de stator uit één of meerdere spoelen. In
de nevenstaande afbeelding is een voorbeeld te zien
van zo’n soort dynamo. De magneet die aan de as is
bevestigd, bevindt zich in een spoel. Aan deze as kan
bijvoorbeeld een windturbine bevestigd worden die
in beweging kan worden gebracht.
2.3.3 WERKING TURBINE
Om de as van een dynamo in beweging te brengen kan een windturbine8 worden gebruikt. Een
windturbine zet energie van de beweging van een gas of een vloeistof om in een draaiende
beweging. Een turbine bestaat uit een aantal bladen die op een as zijn gemonteerd. Doordat deze
bladen in een bepaalde hoek zijn gedraaid kan de turbine in beweging komen, de zogenaamde
invalshoek9. Deze hoek is de hoek tussen de koorde van een vleugelprofiel en de hierlangs
stromende gas of vloeistof.
In de afbeelding hiernaast is één van de bladen van een
turbine weergegeven met een lucht- of vloeistofstroom.
De invalshoek is weergegeven met α.
8 Bron 8: ´Windturbine´, www.wikipedia.nl. 9 Bron 3: ´Invalshoek´, www.wikipedia.nl.
17
3.WAAROM GOLFENERGIE?
Oceaangolven representeren de laatste, nog niet gebruikte natuurlijke energiebronnen10,11 op
onze aarde. Meer dan 70 procent van het aardoppervlak wordt ingenomen door water. De
energie die de golven bevatten heeft het potentieel om tot 80.000 Terawattuur12 elektriciteit per
jaar te produceren. Deze hoeveelheid is vijf keer de totale energiebehoefte op de wereld in een
jaar. De mogelijkheid om energie op te vangen uit de zee, biedt een enorme, zelfs oneindige bron
van schone duurzame energie. Wat zijn de verdere voordelen van golfenergie?13 En waarom
zouden we golfenergie boven wind- en zonne-energie verkiezen14?
VOORSPELBAAR
Golven worden gecreëerd door de wind die over het oppervlak van de zee beweegt –een proces
dat meestal honderden kilometers van de kust begint. Omdat golven ver weg van de kust
ontstaan, zijn wij in staat om nauwkeurig golven te voorspellen door middel van
computermodellen. In vergelijking met windenergie, is het makkelijker om te voorspellen
hoeveel en wanneer er energie wordt gegenereerd door golven dan door de wind. Bovendien
vallen de pieken en dalen van golf- en windenergie niet altijd samen. Dit betekend dat er
momenten zijn wanneer er veel golfenergie is en weinig windenergie. Deze diversiteit helpt zelfs
mee aan de wisselde aard van sommige duurzame energiebronnen. Wanneer gecombineerd met
andere duurzame energiebronnen, zoals waterkracht, kan dit zorgen voor een beter
voorspelbare en stabiele duurzame energiemix.
MINIMALE MILIEU-IMPACT
Golfenergie is een schone energiebron. Afgezien van de energie die nodig is voor de productie en
installatie van apparaten om de energie uit golven te halen, komt er bij de winning van energie
geen uitstoot van koolstof vrij. Verder worden de apparaten vanzelfsprekend in de zee geplaatst.
Zoals eerder is vermeld, bestaat de aarde voor meer dan 70 procent uit water. Er is dus genoeg
ruimte om de apparaten te plaatsen, ook zonder dat de mens er last van heeft. Dit in
tegenstelling tot grote windmolens of zonnepanelenparken die zich op het land bevinden en zo
zorgen voor ruimte-inname, visuele impact en eventueel geluidsoverlast.
CONTINUITEIT
Wind en zonne-energie zijn geen continue energiebron15. De wind is namelijk niet altijd sterk
genoeg om energie op te wekken en zonne-energie kan enkel overdag gewonnen worden.
Golfenergie daarentegen heeft een continue energieproductie. Er zijn altijd golven op zee, zowel
in kleine als grote maten. Bovendien kunnen golven grote afstanden afleggen zonder dat ze veel
energie verliezen. Stormen die bijvoorbeeld ontstaan aan de westkant van de Atlantische Oceaan
kunnen de westkust van Europa bereiken.
10 Bron 10: ´Fossiele brandstof´, www.wikipedia.nl. 11 Bron 11: ´Fossil Fuel´, www.wikipedia.en. 12 Bron 15: ´Waarom golfenergie´, www.aquamarinepower.com . 13 Bron 13: ´Voor- en nadelen golfenergie´, www.renewableenergyindex.com. 14 Bron 14:’Voor- en nadelen golfenergie´, www.conserve-energy-future.com . 15 Bron 12: Energie´, www.sagepub.com .
18
VESCHEIDENE TECHNIEKEN
Er zijn verschillende manieren om energie die opgeslagen is in golven om te zetten in elektrische
energie. Huidige methoden variëren van vaste centrales met waterturbines tot zeevarende
schepen uitgerust met massieve structuren om energie te winnen. In tegenstelling tot
golfenergie, kennen wind- en zonne-energie slechts enkele methoden om energie op te slaan uit
de desbetreffende bron.
19
4. VERSCHILLENDE METHODEN VOOR GOLFENERGIE
Als eerste is het belangrijk om te onderzoeken welke methoden er zijn om golfenergie op te
wekken. In dit hoofdstuk zullen we de verschillende methoden samenvatten zodat er een goed
beeld ontstaat van de mogelijkheden voor ons eigen ontwerp. In dit hoofdstuk zullen we onze
eerste deelvraag beantwoorden: Welke methoden zijn er om energie uit golven op te wekken?
4.1 POINTABSORBER (BOEI VASTGEMONTEERD AAN PLATFORM)
De pointabsorber16 is een methode waarbij gebruik wordt gemaakt van een drijvende boei.
Doordat een boei een lagere gemiddelde dichtheid heeft dan water, heeft een boei een drijvend
vermogen. Als er golven zijn, verandert het waterniveau op een bepaald punt continu, waardoor
de drijvende boei op en neer zal bewegen. Als er een arm aan deze bewegende boei bevestigd is,
is het mogelijk om een magneet op en neer te laten gaan in een spoel. De fluxverandering die
deze magneet veroorzaakt wekt een stroom op in de spoel en op die manier is het mogelijk om
energie uit golven op te wekken.
Er zijn meerdere voorbeelden van pointabsorbers die al gerealiseerd zijn of in ontwikkeling zijn.
Voorbeelden hiervan zijn:
4.1.1WAVESTAR
De wavestar17 is een machine die al erg ver ontwikkeld is. Er zijn al erg veel prototypes gemaakt,
en inmiddels staan er in Europa ook meerdere centrales die serieuze hoeveelheden stroom
opwekken. Op het moment worden deze machines geoptimaliseerd.
4.2 ATTENUATOR (DRIJVENDE SLANG)
De attenuator18 is een vergelijkbare methode als de pointabsorber. Net zoals bij de pointabsorber
wordt er gebruik gemaakt van een object dat een drijvend vermogen heeft omdat het een lagere
gemiddelde dichtheid heeft dan water. Het verschil is dat de gehele installatie van de attenuator,
in tegenstelling tot de pointabsorber, drijft. De installatie van de pointabsorber staat net zoals een
boorplatform met palen op de zeebodem. De attenuator is een langwerpige, slangvormige boei
16 Bron 19:Pointabsorber energie´, www.lib.ugent.be. 17 Bron 20:Wavestar´, www.wavestarenergy.com . 18 Bron 22:’Golfenergiesystemen´, www.teeic.an.com .
20
die enkel met een anker op zijn plaats gehouden wordt. De slang bestaat uit meerdere elementen
die met een scharnier aan elkaar gekoppeld zijn. Door de golven bewegen de elementen ten
opzichte van elkaar, waardoor de scharnier zal bewegen. In deze scharnier zit een mechanisme
om stroom op te wekken.
Er zijn meerdere voorbeelden van attenuator die al gerealiseerd zijn of in ontwikkeling zijn. Een
voorbeeld hiervan is de Pelamis.
4.2.2 PELAMIS
De Pelamis19 is een voorbeeld van een attenuator die al erg ver in de ontwikkeling is. Door
verschillende overheden zijn er al miljoenen geïnvesteerd in de ontwikkeling van dit apparaat.
In de toekomst moeten meerdere Pelamis’ en constante hoeveelheid stroom opwekken.
4.3 OSCILLATING WAVE SURGE (BEWEGENDE KLEP OP ZEEBODEM)
De oscillating wave surge20 is een methode waarbij de installatie in tegenstelling tot de
pointabsorber en de attenuator op de zeebodem staat. De oscillating wave surge bestaat uit een
klep die op de zeebodem staat. Net zoals bodemplanten kan deze klep heen en weer bewegen
door de kracht van de golven. Deze bewegende klep is met een scharnier bevestigd aan een
voetstuk. Zodra de klep beweegt ten opzichte van het voetstuk, beweegt dit scharnier. In de
scharnier zit een mechanisme om stroom op te wekken. Bij sommige versies van de oscillating
wave surge21 zijn de kleppen zo hoog gemaakt dat ze boven de waterspiegel uitsteken, omdat in
de bovenste laag van het zeewater de grootste golven aanwezig zijn.
19 Bron 23:’Pelamis´, www.pelamiswave.com . 20 Bron 25:’How oyster works´, www.aquamarinepower.com . 21 Bron 26: ´Oyster wave energyconverter´, www.wikipedia.com .
21
Er zijn meerdere voorbeelden van de oscillating wave surge die al gerealiseerd zijn of in
ontwikkeling zijn. Een voorbeeld hiervan is de Oyster.
4.3.1 OYSTER
4.4 OSCILLATING WATER COLUMN (LUCHTTURBINE)
De oscillating water column22 (Nederlands: luchtturbine) levert, in tegenstelling tot de eerder
genoemde technieken, energie op door een luchtverplaatsing. Er zijn twee manieren waar de
luchtturbine geplaatst kan worden. De eerste manier is om een drijvend platform met kabels aan
de zeebodem te bevestigen. Een andere manier is om de luchtturbine aan het de kust te
bevestigen. Zoals eerder geschreven, levert deze techniek stroom op door middel van
luchtverplaatsing. Deze luchtverplaatsing ontstaat door het op en neer bewegen van de golven.
Deze beweging van de golf vindt plaatst in een holle buis. Wanneer de golf een opwaartse
beweging maakt, zal er een luchtstroom omhoog ontstaan. Aan de bovenzijde van de holle buis is
een turbine bevestigd. Deze turbine is zo ontworpen, dat deze altijd dezelfde richting op draait.
Wanneer de golf een neerwaartse beweging maakt, zal er een zuigkracht ontstaan in de buis,
waardoor de luchtstroom in de turbine omgekeerd wordt. De draairichting van de turbine
verandert hierdoor echter niet. Deze turbine wordt de Wells turbine of Bidirectional turbine
genoemd. Op deze turbine zit een mechanisme aangesloten om stroom op te wekken.
Er zijn meerdere voorbeelden van Oscillating water column die al gerealiseerd zijn of in
ontwikkeling zijn. Voorbeelden zijn:
4.4.1OE BUOY
De OE Buoy22 is al in ontwikkeling en dobbert al enkele jaren in de Atlantische oceaan. Hij is zo
ontworpen dat hij harde stormen kan
doorstaan.
22 Bron 27: ´OE Buoy´, www.oceanenergy.ie.
22
4.4.2 LIMPET
Een ander voorbeeld is de LIMPET, die sinds 2000 getest wordt bij Schotland. De LIMPET wordt
ingezet langs de kust in tegenstelling tot de OE Buoy.
4.5 OVERTOPPING DEVICE: (OVERSLAANDE GOLVEN OPVANGEN)
Bij een overtopping device23 worden overslaande golven opgevangen boven zeeniveau. Dit water
wordt opgevangen in een groot reservoir waar het tijdelijk wordt opgeslagen. Door het niveau
verschil tussen het water in het reservoir en het zeewater, kan het water uit het reservoir terug
naar in de zee komen, terwijl het langs turbines stroomt. Deze turbines wekken stroom op. Dit
systeem is te vergelijken met een stuwmeer. Er wordt water opgevangen in een reservoir, en
met turbines wordt deze potentiële energie omgezet in stroom.
4.5.1 WAVE DRAGON
Een voorbeeld dat in de praktijk al werkt, is de Wave Dragon24.
23 Bron 31: ´Overtopping device´, www.amsacta.unibo.it. 24 Bron 32: ´Wavedragon´, www.wavedragon.net .
23
5.MEEST GESCHIKTE METHODE
We zullen nu gaan kijken welke methode voor ons het best is om te gaan ontwerpen en te
bouwen. Welke methode het meest geschikt is, hangt van bepaalde factoren af:
-De gekozen methode mag niet te ingewikkeld zijn om te ontwerpen en te bouwen.
Dit houdt in dat een persoon die (nog) geen technische opleiding heeft gevolgd, het apparaat
moet kunnen ontwerpen.
-De gekozen methode moet de potentie hebben stroom op te wekken met een hoog rendement.
Hierbij wordt op verschillende factoren gelet. Ten eerste de plaats waar het apparaat zich
bevindt. Hiermee wordt de locatie in het water bedoeld. De locatie heeft invloed op het
rendement. De volgende plaatsen zijn te onderscheiden: shoreline (aan de kust), nearshore
(dichtbij de kust) en offshore (midden op zee).
Verder wordt er bij het rendement gekeken naar de energie die er in wordt gestopt, om het
apparaat te produceren en de energie die het uiteindelijk zal leveren.
-De gekozen methode moet voor ons financieel haalbaar zijn.
Met ‘financieel haalbaar’ wordt bedoeld dat het ontwerp niet te veel geld mag kosten, omdat het
budget niet groot is. Tevens moet in de praktijk ook financieel haalbaar zijn. Wanneer een
apparaat om energie op te wekken uit zee veel geld kost, zal deze niet of weinig worden
geproduceerd.
De voor- en nadelen van elke methode wordt dus bekeken en ze worden met elkaar vergeleken.
Uiteindelijk kan de conclusie getrokken worden welke methode voor ons het meest geschikt is.
Daarmee wordt de tweede deelvraag beantwoord:
Welke methode om energie uit golven op te wekken is het meest geschikt voor ons?
5.1 LOCATIE
5.1.1 SHORELINE
Het grote voordeel van technieken die aan de kust kunnen plaatsvinden, is dat ze relatief
eenvoudig te onderhouden zijn en dat het transport van energie niet over een grote en lastige
afstand hoeft plaats te vinden. Verder zijn de golven die het apparaat bereiken redelijk verzwakt
door het ondiepe water, waardoor het apparaat minder snel beschadigd zal worden.
Het laatst genoemde voordeel van de shoreline is gelijk een nadeel. Doordat de golven minder
krachtig zijn, is er dus minder energie beschikbaar. Ook kan getijverschil een probleem vormen,
omdat golven bij eb het apparaat niet bereiken. Ook moet de plaats op de kustlijn geschikt zijn,
hierbij wordt gedacht aan de geometrie, de geologie en het behoud van het kustlandschap.
24
5.1.2 NEARSHORE
Nearshore apparaten worden gedefinieerd als apparaten die zich in relatief ondiep water
bevinden. Met relatief ondiep water wordt een diepte van ongeveer een kwart golflengte
bedoelt. Apparaten die onder nearshore apparaten vallen, zijn vaak bevestigd aan de zeebodem.
Hierdoor krijgen ze een stationaire basis, waardoor het oscillerende lichaam kan werken.
Nearshore apparaten hebben hetzelfde voordeel als shoreline apparaten en dat is dat ze goed te
onderhouden zijn. Tevens worden ze minder snel beschadigd doordat ze zich in relatief ondiep
water bevinden. Het nadeel is dat de golven door het ondiepe water minder krachtig zijn en dus
minder energie opwekken.
5.1.3 OFFSHORE
Offshore-apparaten bevinden zich in diep water. Er bestaan echter verschillende definities van
´diep water´. Met ´diep water´ kan het volgende bedoeld worden: ´tientallen meters´, of ´een
diepte groter dan veertig meter´ en tenslotte ´een diepte van meer dan een derde van een
golflengte´. Het grote voordeel van een WEC in diep water is dat de grote van de
energieopbrengst groter is dan apparaten die zich aan of dichtbij de kust bevinden. Dit komt
doordat golven in diep water een grotere energie-inhoud hebben dan golven in ondiep water.
Een ander voordeel is dat offshore apparaten een minder negatieve invloed hebben op diens
omgeving. Doordat ver van de kust staan nemen ze geen ruimte in beslag op het land en zorgen
ze niet voor overlast.
Offshore apparaten zijn echter duurder en lastiger om te maken en omdat ze zich in diep water,
vaak midden op zee bevinden, dienen ze bestendig te zijn tegen extreme weeromstandigheden.
Dit laatste brengt nog meer kosten met zich mee.
De attenuator is meestal een offshore-machine. Hij kan gemakkelijk op open zee geplaatst
worden omdat de installatie drijft en bovendien zijn voor de meeste attenuators de golven op
open zee het meest geschikt.
25
5.2 VOOR- EN NADELEN PER TECHNIEK
5.2.1 POINTABSORBER (DRIJVENDE BOEI)
De Point absorber wordt gerekend tot de offshore apparaten. De voor en nadelen hiervan zijn
hiervoor behandeld. Verdere voor- en nadelen die specifiek bij de Point absorber horen, worden
hieronder behandeld.
VOORDELEN
Een belangrijk voordeel van de Point absorber is dat de energie-output vrij continu is. Dit komt
doordat er bij de Point absorber vaak meerdere drijvers achter elkaar staan (zoals te zien in de
afbeelding van deelvraag 1, point absorber).
Verder is de golfrichting niet van belang bij dit apparaat, omdat hij op één punt op en neer
beweegt.
Een ander voordeel is dat de omzetting die nodig is om energie op te wekken relatief eenvoudig
en goedkoop is. Ook is het onderhoud van de Point absorber in verhouding met andere WEC’s
makkelijk. Dit komt doordat het apparaat is bevestigd aan een platform en een apparaat zoals de
Pelamis niet. Hierdoor is de Point absorber toegankelijker en kan er relatief eenvoudig
onderhoud plaatsvinden.
NADELEN
Het nadeel van de Point absorber is dat het apparaat bevestigt moet zijn aan een platform. Dit
brengt extra kosten met zich mee. Ook zal hij na bevestiging niet makkelijk meer te verplaatsen
zijn, door de relatief grote omvang van het platform.
Een ander nadeel is dat de Point absorber makkelijker beschadigd kan worden dan andere
WEC’s. Dit komt doordat het platform bevestigd is aan de zeebodem en hierdoor vaststaat.
Hierdoor kan het platform niet meebewegen met de golven en zullen de golven dus harder
aankomen dan bij een WEC die wel mee kan bewegen met de golven (zoals de Pelamis).
5.2.2 ATTENUATOR (DRIJVENDE SLANG)
VOORDELEN
De Attenuator drijft en wordt enkel op zijn plaats gehouden door een anker. Hierdoor is er dus
geen platform nodig wat op de zeebodem staat. Hierdoor is de Attenuator makkelijk te
construeren en (ver)plaatsen op grote schaal.
Het technisch ontwerp van de Attenuator is ook relatief simpel. Het enige wat nodig is zijn twee
onderdelen die bewegen t.o.v. elkaar en een scharnier met daarin een stroomgenerator
waarmee deze twee onderdelen aan elkaar bevestigd worden.
Verder is de slangvormige vorm van de Attenuator ook een voordeel als het gaat om de
levensduur. Bij deze slangvormige vorm is er geen sprake van uitstekende/kwetsbare
26
onderdelen die vernield of aangetast kunnen worden door de zee. Alle onderdelen bevinden zich
in de slang en het is hierdoor goed mogelijk om de buitenkant van de slang zo sterk en duurzaam
te maken dat de binnenkant goed beschermd is. De slang functioneert als het ware als een
beschermd volledig afsluitend omhulsel. Er kan aan de buitenkant bijvoorbeeld gemakkelijk een
antiroest laag aangebracht worden.
NADELEN
Een nadeel van de Attenuator is dat hij alleen werkt als de golfrichting evenwijdig is aan de
lengte van de slang. Als de golfrichting loodrecht op de lengte van de slang staat, gaan alle
componenten van de slang gelijktijdig op en neer. In dat geval is er geen beweging tussen de
verschillende componenten t.o.v. elkaar, en wordt er geen stroom opgewekt.
Uiteindelijk zal de Attenuator wel altijd bijdraaien als de golfrichting enige tijd niet evenwijdig is
aan de lengte van de slang. De punt van de drijvende slang is namelijk met een ketting bevestigd
aan een anker op de zeebodem. Vanwege de krachtenwerking van de golven op de drijvende
slang zal deze gaan draaien totdat de golfrichting wel evenwijdig aan de lengte van de slang is.
Deze draaiende beweging zal echter erg langzaam gaan, aangezien de drijvende slang erg zwaar
en groot is. Hierdoor kan de Attenuator dus eigenlijk alleen goed functioneren als de golfrichting
redelijk constant is. Als de golfrichting voortdurend verandert, heeft de Attenuator geen tijd om
zich goed te positioneren t.o.v. de golven, en functioneert hij niet goed.
Dit is ook een belangrijk aspect voor bij ons prototype. Uiteindelijk is het de bedoeling dat ons
prototype daadwerkelijk functioneert. Om een Attenuator te laten functioneren is het dus
noodzakelijk om beschikking te hebben over een golfslagbad waarin constante golven
geproduceerd kunnen worden.
De drijvende slangvormige vorm van de Attenuator is dan wel gunstig voor de levensduur en
stevigheid van de constructie, maar het bemoeilijkt wel het uitvoeren van reparaties. Als er een
defect is, als er een constructieve verbetering moet worden uitgevoerd of als er metingen
moeten worden verricht, werkt de constructie van de Attenuator in zijn nadeel. Bij constructies
met een platform kan men gewoon met een bootje naar het platform varen, daar aanleggen, op
het platform klimmen en de gewenste taak uitvoeren. Bij een drijvende slang is dit niet mogelijk,
en zal de slang eerst naar het land getransporteerd moeten worden voordat er aan gesleuteld
kan worden. Bij ons prototype zou dit in tegenstelling tot in de werkelijkheid geen probleem zijn
aangezien de slang vanwege zijn kleinere omvang gewoon op te pakken is.
5.2.3 OSCILLATING WAVE SURGE (BEWEGENDE KLEP OP ZEEBODEM)
De Oscillating wave surge is een nearshore apparaat. Voor en nadelen van een nearshore
apparaat zijn eerder behandeld.
VOORDELEN
Er zijn verschillende voordelen aan het gebruik van de Oscillating wave surge. Een voordeel als
we kijken naar overlevingskansen is dat de constructie van de Oscillating wave surge relatief
eenvoudig is. Het apparaat bestaat als het ware uit één grote bewegende arm. Hierdoor zijn er
weinig onderdelen die los kunnen raken en door dit loskomen de werking van het apparaat
kunnen beletten. Ook heeft de Oscillating wave surge weinig last van extreme
27
weersomstandigheden, doordat het apparaat zich grotendeels in het water bevindt. Hier kan hij
zich dus met slechte weersomstandigheden gewoon voortbewegen onder de golven.
Verder zijn alle elektrische componenten van de Oscillating wave surge op het land bevestigd,
waardoor de hydro- elektrische generator altijd toegankelijk is voor onderhoud. Verder bevindt
de bewegende arm van de Oscillating wave surge zich dichtbij de kust (nearshore) waardoor
deze ook goed toegankelijk maakt.
NADELEN
Een nadeel van de Oscillating wave surge is dat de productie van het apparaat lastig is. Hij
bestaat uit één grote arm, maar daarnaast moet er contact zijn tussen deze arm en de rest van
het apparaat op de kust. Hierdoor zal de Oscillating wave surge in eerste instantie niet in grote
aantalen geproduceerd worden. Tevens zorgt deze ingewikkelde constructie voor hoge kosten.
Deze factoren zorgen ervoor dat het voor ons onmogelijk is om de Oscillating wave surge te
ontwerpen en te maken.
Daarbij is het zeer lastig om de constructie van ruim 200 ton op de zeebodem te plaatsen. Dit
complexe proces omvat het gebruik van veel werknemers en het gebruik van dure apparatuur.
Dit nadeel zal niet van toepassing zijn op ons ontwerp omdat wij een apparaat op kleine schaal
maken en dus geen zware constructie zullen gebruiken.
Wanneer er wordt gekeken naar de omgeving waar het apparaat zich bevindt, komt er nog een
ander nadeel voor. De Oscillating wave surge kan namelijk geluidsoverlast veroorzaken. De
beweging van de arm produceert geluiden en trillingen onderwater. Dit geluid kan natuurlijke
geluiden maskeren en hierdoor stress veroorzaken bij zeedieren. Het ecologische systeem
onderwater kan dus worden aangetast. Dit nadeel zal bij ons prototype ook geen rol spelen,
omdat wij met dit ontwerp geen onderzoek kunnen/zullen gaan doen die te maken hebben met
de habitat van organismen.
5.2.4 OSCILLATING WATER COLUMN (LUCHTTURBINE)
VOORDELEN
De luchtturbine heeft een heel groot voordeel, namelijk dat hij niet door water maar door lucht
wordt aangedreven. Dit klinkt wellicht vreemd aangezien dit onderzoek over golfenergie gaat,
maar het is wel waar. Het grote probleem bij systemen die de kinetische energie van water
omzetten in stroom, is dat voorwerpen zoals turbines of kleppen zich erg moeizaam
voortbewegen in water. Als je de zee in rent, merk je dat je snelheid sterk afneemt als je benen
onderwater komen. Op dezelfde wijze zal een turbine onder water nooit met een hoge snelheid
rond kunnen draaien. Bij de Oscillating water column is dit probleem opgelost. Door een golf
wordt er lucht weggedrukt naar een buis met daarin een turbine. Door de kracht van de golf
heeft de bewegende luchtkolom een hoge snelheid en druk, en daardoor zal de turbine snel gaan
ronddraaien.
28
NADELEN
Een nadeel van de luchtturbine is dat de techniek relatief lastig is. Er moet namelijk een
technisch probleem worden opgelost bij het ontwerpen van een Oscillating water column: Als de
golf omhoog gaat wordt er lucht weggeduwd. Als de golf vervolgens omlaag gaat wordt er juist
lucht aangezogen. Als er gebruik wordt gemaakt van één turbine in een buis, zal om de paar
seconden de draairichting van de turbine hierdoor veranderen. Hierbij gaat energie verloren,
aangezien de turbine steeds moet worden afgeremd door de tegenovergestelde luchtstroom.
Er zijn verschillende mogelijkheden om dit probleem op te lossen, zoals een speciale turbine die
ongeacht de richting van de luchtverplaatsing altijd rechtsom draait (Wells turbine), of
bijvoorbeeld een systeem met twee turbines met een systeem van kleppen.
Kortom, er moet een ingewikkeld systeem van buizen, ingewikkelde turbines en kleppen
worden gebruikt. Bovendien is het ook lastig om te voorspellen hoe krachtig de bewegende
luchtkolom is, wat de diameter van de buizen moet zijn, hoe groot de turbine moet zijn en ga zo
maar door.
5.2.5 OVERTOPPING SYSTEM
VOORDELEN
Een voordeel van het Overtopping system is dat er in dit apparaat gebruik wordt gemaakt van
een conventionele techniek. De overslaande golven worden opgevangen en stroomt door een
hoogteverschil via een turbine terug de zee in. Deze techniek is vergelijkbaar de techniek die
reeds lange tijd gebruikt wordt in stuwdammen. Er hoeft dus geen geheel nieuwe techniek
bedacht en uitgewerkt te worden.
Een verder voordeel is dat het Overtopping system minder hinder ondervindt van een storm dan
andere methodes. Een storm kan bij deze methode zelfs voor een voordeel zorgen. Wanneer het
windstil is, zal het aantal golven en daarmee de hoeveelheid water dat overslaat, minder zijn dan
tijdens een periode met sterkere wind.
NADELEN
Het Overtopping system is een techniek die veel geld kost. Ondanks dat de gebruikte techniek om
energie op te wekken relatief eenvoudig is, blijft het gehele apparaat duur om te produceren. Dit
komt door de grote omvang van het apparaat, waardoor er veel materiaal nodig is. Doordat het
Overtopping system groot van omvang is, is het lastig om deze stabiel op zijn plaats te houden.
Bovendien gaat er bij het Overtopping system veel energie verloren. Als er een golf over de
machine heen slaat, zal een groot gedeelte van het water niet in het reservoir worden
opgevangen maar weer terug de zee in gaan. Hierdoor gaat een grote hoeveelheid potentiële
energie verloren. Het Overtopping system is alleen efficiënt als grote hoeveelheden water
worden opgevangen in het reservoir. Doordat elke golf een andere omvang, snelheid en richting
heeft is het lastig om het systeem efficiënt te laten werken.
29
5.3 OVERZICHT SCHEMA’S VERSCHILLENDE TECHNIEKEN
Om uiteindelijk de meest geschikte techniek te kiezen is het noodzakelijk om alle technieken
weer te geven in schema’s. Elke techniek wordt op verschillende onderdelen beoordeeld.
Aangezien niet elk onderdeel even belangrijk is, krijgt elk onderdeel ook een weegfactor. Deze
weegfactor wordt vermenigvuldigd met het score van het onderdeel. Bij elke techniek wordt
uiteindelijk de eindscore berekend, en de techniek met de hoogste eindscore zullen wij als basis
van ons ontwerp en bouwproject gebruiken.
Op de komende pagina’s is voor elke techniek een tabel weergeven met daarin van links naar
rechts:
>->De onderdelen waarop de techniek beoordeeld wordt:
1)Efficiëntie van energieproductie.
Hierbij gaat het erom hoe efficiënt de omzetting van kinetische energie van het water naar
elektrische energie is van de betreffende techniek. Hoe hoger de energieproductie en het
rendement is, hoe hoger de beoordeling.
2)Constantheid van energieproductie
Hierbij gaat het erom hoe constant de energieproductie is. Aangezien de golfsnelheid
golfhoogte en andere omstandigheden variëren, zal de energieproductie niet altijd
even groot zijn. Een constantere energieproductie levert een hogere beoordeling op.
3)Bouwkosten
Hierbij gaat het om de bouwkosten van ons project, dus niet om de bouwkosten in het echt
op grote schaal. Sommige technieken zijn duurder, omdat bepaald apparatuur of materiaal nodig
is. Hoe goedkoper de constructie van de techniek waarschijnlijk is, hoe hoger de beoordeling.
4)Moeilijkheidsgraad ontwerp
Bij sommige technieken zal het ontwerp simpel zijn met enkel een boei en een bewegende arm,
terwijl bij andere technieken een ingewikkeld ontwerp met allerlei buizen en turbines vereist is.
Uiteraard geldt dat hoe simpeler hoe beter, dus technieken waarbij naar verwachting het
ontwerp makkelijker is krijgen een hogere beoordeling
5)Moeilijkheidsgraad constructie
Aangezien er ook echt een constructie gebouwd zal worden is het ook belangrijk om te kijken
naar de moeilijkheidsgraad van de constructie. We zullen over een beperkt aantal materialen
en bewerkingsmachines beschikken, en de constructie moet wel gebouwd kunnen worden.
Constructies met een lagere moeilijkheidsgraad krijgen een hogere beoordeling.
6)Duurzaamheid constructie
Het is ook belangrijk hoe stevig en duurzaam een constructie is. Bij sommige technieken zullen
sneller aantasting, slijting of defecten optreden dan bij andere. Hoe duurzamer en steviger de
constructie van een techniek waarschijnlijk zal zijn, hoe hoger de beoordeling.
7)Milieu impact
Elke constructie heeft een bepaalde impact op het milieu. Natuurlijk zijn alle constructies
in dit onderzoek bedoeld om groene stroom op te wekken en zo een bijdrage te leveren
aan het milieu, maar aan de andere kant kan het construeren en plaatsen van de machines
juist een negatieve invloed hebben op het milieu en dat is waar het om gaat bij dit
onderdeel. Zo kan bijvoorbeeld het bodemleven verstoord worden door de bouw van
platformen op de zeebodem, en kost het veel olie om iets midden op de oceaan te bouwen.
Hoe minder negatief de milieu impact is die de constructie veroorzaakt, hoe beter de
beoordeling.
30
8)Mogelijkheid tot verbetering
Sommige technieken zijn zo simpel of al zo veel onderzocht dat het voor ons lastig zal zijn
iets te verbeteren aan het ontwerp of de constructie. Bij andere technieken valt er
daarentegen genoeg te verbeteren. Aangezien ons bouwproject onderdeel van een
onderzoek is, vinden wij het waardevol als we een bijdrage kunnen leveren aan de
ontwikkeling van een bepaalde techniek. Dus hoe beter de mogelijkheid tot verbetering is,
hoe hoger de beoordeling.
>->De weegfactor van alle te beoordelen onderdelen. We gebruiken weegfactor 1 (onbelangrijk)
t/m 4 (belangrijk)
>->De beoordelingen van de onderdelen. We gebruiken de cijfers 1 (slechtst) t/m 10 (best)
>->Een korte onderbouwing van de beoordelingen
>->De score voor elk onderdeel (weegfactor x beoordeling)
>->Rechts onderin staat de eindscore weergeven.
31
5.3.1 POINTABSORBER (DRIJVENDE BOEI)
Onderdeel Weegfactor Beoordeling Onderbouwing beoordeling Score
Efficiëntie van energieproductie
4 7 Werkt alleen op drijfvermogen, hierdoor minder energieomzetting
28
Constantheid van energieproductie
2 7 Redelijk constant, midden op zee bijna altijd wel golven
14
Bouwkosten 2 8 Geen dure speciale onderdelen nodig 16
Moeilijkheidsgraad ontwerp
3 8 Principe van de machine is simpel 24
Moeilijkheidsgraad constructie
3 8 Makkelijk te bouwen vanwege simpele techniek
24
Duurzaamheid constructie
1 4 Veel scharnierende en bewegende onderdelen die verslijten
4
Milieu Impact 1 6 Staat midden op zee en veroorzaakt weinig overlast. Wel veel benzine voor vervoer naar zee en onderhoud
6
Mogelijkheid tot verbetering
4 4 Zeer beperkt, ontwerp is erg simpel en al uitgewerkt
16
EINDSCORE: 132
5.3.2 ATTENUATOR (DRIJVENDE SLANG)
Onderdeel Weegfactor Beoordeling Onderbouwing beoordeling Score
Efficiëntie van energieproductie
4 7 Werkt alleen op drijfvermogen, hierdoor minder energieomzetting
28
Constantheid van energieproductie
2 5 Minder constant, want golfrichting moet evenwijdig aan lengte van slang zijn
10
Bouwkosten 2 7 Geen speciale/dure onderdelen 14
Moeilijkheidsgraad ontwerp
3 7 Principe van de machine is simpel 21
Moeilijkheidsgraad constructie
3 6 Het maken van goede drijvers en scharnieren in je juiste verhouding kan lastig zijn
18
Duurzaamheid constructie
1 9 Constructie wordt beschermd door buitenkant slang, en gaat lang mee
9
Milieu Impact 1 7 Bodemleven bij de kust niet verstoord, want de slang drijft. Veel slangen naast elkaar nemen veel wateroppervlak in
7
Mogelijkheid tot verbetering
4 5 Zeer beperkt, ontwerp is erg simpel en al uitgewerkt
20
EINDSCORE: 127
32
5.3.3 OSCILLATING WAVE SURGE (BEWEGENDE KLEP OP ZEEBODEM)
Onderdeel Weegfactor Beoordeling Onderbouwing beoordeling Score
Efficiëntie van energieproductie
4 6 Laag rendement door onregelmatige beweging van golven
24
Constantheid van energieproductie
2 8 Golven op de bodem zijn er vrijwel altijd 16
Bouwkosten 2 5 Zware waterdichte constructie nodig 10
Moeilijkheidsgraad ontwerp
3 8 Principe van ontwerp is niet lastig 24
Moeilijkheidsgraad constructie
3 6 Lastig om elektronische componenten tegen water te beschermen
18
Duurzaamheid constructie
1 6 Veel aantasting door zeewater en slijtage van bewegende onderdelen
6
Milieu Impact 1 4 Verstoord bodemleven van de zee 4
Mogelijkheid tot verbetering
4 6 Principe staat al vast, enkel kleine verbeteringen
24
EINDSCORE: 126
5.3.4 OSCILLATING WATER COLUMN (LUCHTTURBINE)
Onderdeel Weegfactor Beoordeling Onderbouwing beoordeling Score
Efficiëntie van energieproductie
4 8 Volledige kinetische energie van golf wordt gebruikt om lucht samen te persen
32
Constantheid van energieproductie
2 7 Redelijk hoge golven vereist, bij sommige kusten zijn deze er bijna altijd
14
Bouwkosten 2 5 Er zijn dure onderdelen, zoals turbines en andere materialen
10
Moeilijkheidsgraad ontwerp
3 6 Principe machine is niet erg simpel 18
Moeilijkheidsgraad constructie
3 5 Laten functioneren van machine zal lastig zijn 15
Duurzaamheid constructie
1 8 Enkel het robuuste reservoir komt in aanraking met aantastend zeewater
8
Milieu Impact 1 7 Neemt ruimte in op kust, verstoord weinig zeeleven
7
Mogelijkheid tot verbetering
4 9 Weinig gerealiseerde techniek, veel verbetering mogelijk
36
EINDSCORE: 140
33
5.3.5 OVERTOPPING SYSTEM
Onderdeel Weegfactor Beoordeling Onderbouwing beoordeling Score
Efficiëntie van energieproductie
4 4 Slechts gedeelte van golf komt in reservoir terecht
16
Constantheid van energieproductie
2 5 Niet hoog, bepaalde golfhoogte is vereist 10
Bouwkosten 2 4 Zeer grote constructie met turbines etc. Nodig 8
Moeilijkheidsgraad ontwerp
3 6 Principe ontwerp is makkelijk, maar precieze vormen zijn lastig te bepalen
18
Moeilijkheidsgraad constructie
3 5 Bouwen van grote constructie is lastig 15
Duurzaamheid constructie
1 7 Grootste gedeelte van machine is een groot onderdeel
7
Milieu Impact 1 6 Neemt erg veel ruimte in, maar wel midden in oceaan
6
Mogelijkheid tot verbetering
4 7 Nog niet erg ver in ontwikkeling, dus goede mogelijkheden
28
EINDSCORE: 108
5.3.6 OVERZICHT EINDSCORES
Techniek Eindscore
Pointabsorber (drijvende boei) 132
Attenuator (drijvende slang) 127
Oscillating wave surge (bewegende klep op zeebodem)
126
Oscillating water column (Luchtturbine) 140
Overtopping system 108
Uit deze eindscores kan geconcludeerd worden dat de techniek van de Oscillating water column
de meest geschikte techniek is voor ons om mee verder te werken, omdat deze techniek de
hoogste eindscore heeft.
34
6. ONTWERPFASE
Het doel van dit hoofdstuk is om een gedetailleerd ontwerp te maken van een machine die de
kinetische energie van zeegolven kan omzetten in elektrische energie. Uiteindelijk zullen we dit
ontwerp gaan realiseren door de constructie zelf te bouwen.
6.1 BASIS VAN ONS ONTWERP
Hieronder staat een beschrijving van hoe we tot ons basisontwerp zijn gekomen.
Op basis van literatuuronderzoek in de vorige twee hoofdstukken hebben we een techniek
gekozen die de basis moet vormen van ons ontwerp. Deze techniek heet de Oscillating water
column. Bij deze techniek wordt een holle buis verticaal geplaatst, op zo’n manier dat de
onderkant zich onder de waterspiegel bevindt:
Door de golven zal het waterniveau in de holle buis voortdurend stijgen of dalen. Bij een golftop
stijgt het waterniveau in de holle buis waardoor de lucht die zich in de buis bevindt naar buiten
wordt geduwd. Bij een golfdal daalt het waterniveau in de holle buis waardoor er juist lucht de
buis wordt ingezogen:
Bij de techniek van de Oscillating water column wordt de lucht die wordt weggeduwd en
aangezogen door golven gebruikt om een luchtturbine aan te drijven. Dit is mogelijk door de
turbine aan het bovenste uiteinde van de holle buis te plaatsen. Alle lucht die door de
verandering van het waterniveau in de holle buis wordt aangezogen of weggeduwd, zal zich dan
door de turbine heen moeten verplaatsen. Hierbij is het wel noodzakelijk dat de onderkant van
de holle buis altijd onder de waterspiegel blijft, omdat anders ook lucht via de onderkant de
turbine kan omzeilen:
35
Het is gunstig voor de omwentelingssnelheid van de turbine (en daarmee ook voor de
energieproductie) als de snelheid en druk van de lucht die zich door de turbine heen verplaatst
zo groot mogelijk is. Door een versmalling aan te brengen in een luchtpijp is het mogelijk om dit
te bereiken, omdat dezelfde hoeveelheid gasmoleculen zich dan moeten voortbewegen door een
kleiner oppervlakte. Hierdoor zullen de gasmoleculen worden samengeperst en zal hun snelheid
toenemen. Hoe groter het verschil in diameter is bij de versmalling, hoe meer de druk en
snelheid van de luchtkolom zal toenemen:
Voor het functioneren van de turbine is het dus gunstig om een heel groot reservoir (voorheen
steeds ‘Holle buis’ genoemd) te gebruiken waarin een golf op en neergaat, omdat er dan meer
lucht verplaatst wordt. Door deze lucht via een versmalling door een smalle buis te leiden met
daarin een turbine, zal zowel bij het uitademen (wegduwen van lucht uit reservoir door golftop)
als bij het inademen (aanzuigen van lucht uit buitenlucht door golfdal) de luchtkolom versneld
en samengeperst worden. Hierdoor is de bewegende luchtstroom krachtiger, waardoor de
turbine meer energie opwekt.
36
In bovenstaande afbeeldingen draait bij het uitademen de turbine rechtsom en bij het inademen
linksom. Dit is een nadelige eigenschap waarbij energie verloren gaat:
Vlak na het uitademen draait de turbine nog rechtsom. Vervolgens moet bij het inademen de
binnenstromende lucht eerst de turbine tot stilstand krijgen, voordat de turbine kan beginnen
met een linksom draaiende beweging. Hetzelfde geldt bij de verandering van inademen naar
uitademen. Er gaat energie verloren omdat de tegenovergestelde bewegingen elkaar steeds
tegenwerken.
Er zijn twee manieren om dit probleem op te lossen:
- De Wellsturbine
- Terugslagventielen systeem
37
6.1.1 WELLSTURBINE
De Wellsturbine25 is een turbine die altijd dezelfde kant op draait, ongeacht de richting van de
luchtstroom. Dit komt doordat de bladen van de turbine symmetrisch zijn. Het vlak van
symmetrie staat loodrecht op de luchtstroom. Hieronder is een schematische afbeelding van de
Wellturbine weergegeven. De draairichting en de luchtstromen zijn weergegeven met
respectievelijk een groene en blauwe kleur.
Wanneer er gekeken wordt naar de vorm van de bladen van de turbine, wordt duidelijk waarom
de richting van de luchtstroom de draairichting van de turbine niet beïnvloed. Zoals gezegd zijn
de bladen symmetrisch waarbij het symmetrievlak loodrecht staat op de luchtstromen. In de
onderstaande afbeelding is een zijaanzicht te zien van één van de bladen van de Wellsturbine. De
luchtstroomrichting is in deze situatie van onder naar boven.
In deze afbeelding is met Fr de resulterende kracht weergegeven. Zoals te zien is, is deze bij een
luchtstroomrichting van onder naar rechts gericht. De draairichting van dit blad is rechtsom. Dit
komt doordat het linkerdeel van de doorsnede van het blad (links van zwarte puntjes) zo
gevormd is dat de richting van de kracht naar recht gericht is. Aan de rechterkant van de zwarte
puntjes (met oranje aangegeven) werkt ook een kracht. Deze tegenwerkende kracht is
tegengesteld aan de kracht op het linkerdeel.
25 Bron 35: ´Wellsturbine´, www.wikipedia.org.
38
De tegenwerkende kracht is niet te vermijden, omdat
doorsnede van het blad geen driehoek vorm kan hebben,
zoals in de afbeelding hiernaast. Bij deze vorm zal er door
de niet gestroomlijnde voorkant te veel wrijving ontstaan.
Deze kracht is vele malen groter dan de tegenwerkende
kracht die ontstaat door de luchtstroomrichting op de
kromming.
Het deel onder de symmetrieas heeft dezelfde vorm als het deel boven de symmetrieas. Hieruit
volgt dat bij een luchtstroom met een richting van boven naar beneden dezelfde draairichting
ontstaat als bij de eerder genoemde situatie:
Ook hier weer zijn de resulterende krachten weergegeven. Hiermee is verklaard dat de
Wellsturbine ongeacht de stroomrichting altijd dezelfde kant opdraait.
Het grote voordeel van deze techniek is dat er bij gebruik van de Wellsturbine slechts één
turbine nodig is. Hierdoor blijft het ontwerp voor dit systeem relatief eenvoudig, doordat er
geen rekening gehouden hoeft te worden met de richting van de luchtstroom. Tevens gaat de
turbine steeds sneller gaat draaien doordat hij niet tot stilstand kan komen, mits er een
luchtverplaatsing aanwezig is. Op gegeven moment zal de turbine een constante snelheid
bereiken, wanneer er een constante luchtstroom is. Dit levert een constante stroom op.
39
Om de efficiëntie van de werking van de Wellsturbine te verhogen worden er nabij de turbine
vaak wanden geplaatst die de lucht een kant opsturen. Hierdoor heeft de luchtstroomrichting
een gunstigere hoek ten opzichte van de bladen van de turbine. Hieronder staat een afbeelding
hiervan:
Het rendement van de Wellsturbine is lager dan turbines met asymmetrische bladen. Dit lagere
rendement wordt veroorzaakt doordat de invalshoek van de luchtstroom op de bladen zeer
groot is. Er geldt hoe groter de invalshoek, des te groter is de kracht die nodig is om het blad in
beweging te krijgen. Verder wordt het lagere rendement veroorzaakt dat het symmetrische
profiel van de bladen van de Wellsturbine een groter luchtweerstandcoëfficiënt heeft dan
asymmetrische bladen van een conventionele turbine. Dit alles zorgt ervoor dat de Wellsturbine
een rendement heeft tussen de 40 en 70 procent.
Verder is het zeer lastig om een Wellsturbine te verkrijgen. Bovendien is het lastig om een
goedwerkende Wellsturbine te maken doordat hiervoor kennis vereist is over diepgaande
aerodynamica.
40
6.1.2 TERUGSLAGVENTIELSYSTEEM
Een andere oplossing is het terugslagventielen systeem. Bij dit systeem wordt er gebruik
gemaakt van twee turbines. De ene turbine wordt aangedreven bij het ‘inademen’ (als het
waterniveau daalt in het reservoir), de andere wordt aangedreven bij het ‘uitademen’ (als het
waterniveau stijgt in het reservoir). Op deze manier wordt voorkomen dat de twee
tegenovergestelde luchtstromingen elkaar tegenwerken. Door de turbines in twee aparte buizen
te plaatsen en gebruik te maken van terugslagkleppen die de luchtstroom in slechts één richting
doorlaten, is het mogelijk om de twee turbines slechts op een luchtstroom aan te sluiten:
Zoals te zien is in de twee afbeeldingen hierboven wordt er per luchtstroomrichting slechts één
van de twee turbines aangedreven, doordat een klep de andere turbine afsluit.
41
6.2 PROTOTYPE
In ons ontwerp zullen we gebruik maken van het terugslagventiel systeem. De voornaamste
reden om dit systeem boven de Wellturbine te verkiezen, is dat de Wellsturbine lastig te
verkrijgen is. Daarbij is het zeer ingewikkeld om zelf een goedwerkende Wellsturbine te
produceren.
Als eerst zullen we een prototype in het klein bouwen, om te controleren of onze techniek
überhaupt functioneert. Pas als we tevreden zijn over de werking van dit prototype, zullen we
een definitief ontwerp bouwen. Dit ontwerp zal in principe hetzelfde ontwerp hebben als het
prototype, maar er zullen wel verbeteringen doorgevoerd worden.
Het doel van de ontwikkeling van het prototype is om op kleine schaal te controleren of onze
techniek en ontwerp goed functioneert, voordat we veel geld uitgeven aan het definitieve
ontwerp. De kleine versie hoeft daarom, in tegenstelling tot het definitieve ontwerp, slechts te
voldoen aan een simpel programma van eisen:
-De door ons ontworpen techniek moet functioneren zoals bedoeld is
-De kosten moeten minimaal zijn, omdat dit slechts het prototype is
-De materialen moeten makkelijk bewerkbaar zijn zodat de bouw makkelijk blijft
-De constructie mag niet te kwetsbaar zijn, zodat deze makkelijk vastgepakt en getest kan
worden.
Dit betekent dat de turbine die erin zal worden gemonteerd zal nog geen stroom kunnen
opwekken. Voor de constructie zullen we hout, restafval van pvc-buizen en ander overige
materialen gebruiken.
Verder is het met het prototype ook goed vast te stellen hoe groot het reservoir moet zijn om de
constructie goed te laten functioneren. De grote van het reservoir is namelijk bepalend voor de
kracht en snelheid van de luchtstroom die ontstaat door het op- en neergaan van de golven in
het reservoir.
In eerste instantie zullen wij bij het prototype daarom kartonnen dozen van verschillende
grootte testen als reservoir. De golf die normaal gesproken op- en neer gaat in het reservoir
zullen we nabootsen door een plank op en neer te bewegen in de kartonnen doos. Hiermee
kunnen we gemakkelijk testen hoe groot het reservoir moet zijn bij het definitieve ontwerp,
door de schaal van de machines met elkaar te vergelijken.
42
We hebben bedacht dat het het meest handig is wanneer de terugslagkleppen en de turbines
zich in een horizontale buis bevinden. We hebben namelijk het volgende ontwerp gemaakt voor
een terugslagklep die de lucht maar in een richting doorlaat:
Om ervoor te zorgen dat de buizen horizontaal liggen, worden de twee verticale buizen uit het
eerste ontwerp vervangen door één buis met een T-splitsing. De onderkant van de buis wordt
bevestigd op het reservoir waarin de golven op en neer gaan. Op de splitsing naar links en rechts
worden horizontale buizen gemonteerd met daarin de klep en de turbine.
43
6.2.1 BOUWTEKENINGEN
De bouwtekeningen zijn te vinden in de bijlagen 1
44
6.2.2 MATERIAALKEUZE
Zoals eerder gezegd zullen we voor het prototype geen duurzame of dure materialen gebruiken.
We hebben gekeken welke materialen we tot onze beschikking hebben en hebben de volgende
keuzes gemaakt:
-Het reservoir, waarin volgens ons ontwerp de golf op en neer moet gaan, zal gemaakt worden
van karton. Karton is namelijk makkelijk te bewerken en erg goedkoop. Bij het prototype zal in
het reservoir niet daadwerkelijk een golf op en neer gaan. We zullen de golf in het kartonnen
reservoir simuleren door een kartonnen plaat op en neer te laten gaan in het reservoir. We
kunnen hierdoor gemakkelijk experimenteren met de grootte van het reservoir, zodat voor het
definitieve ontwerp duidelijk is hoe groot het reservoir ongeveer moet zijn. Om ervoor te zorgen
dat het kartonnen reservoir wel luchtdicht is, zullen we de kiertjes en randen met een kit en
plakband afdichten.
-Voor de buizen die de kastjes met de kleppen verbinden met de turbine en het reservoir, zullen
we PVC buizen gebruiken. PVC buizen zijn namelijk zeer geschikt om een luchtstroom ergens
naartoe te leiden, omdat ze luchtdicht zijn en weinig luchtweerstand hebben aan de binnenkant.
Bovendien is PVC makkelijk te bewerken met boren en zagen. We hebben enkele restjes van dit
bouwmateriaal tot onze beschikking, waardoor de kosten laag blijven. De PVC buizen zullen
verbinden met de andere onderdelen met behulp van constructielijm en kit.
-De kastjes waarin de kleppen zich bevinden zullen gemaakt worden van MDF, een geperst
houtsoort. MDF is namelijk makkelijk te bewerken met boren en zagen omdat het redelijk zacht
is, en het is de goedkoopste houtsoort in de bouwmarkt. De kastjes zullen elk bestaan uit zes
plankjes die we op maat zullen zagen. De in drie van de plankjes wordt met een boor een groot
gat in het midden gemaakt. Aan de linker en rechter kant is een gat nodig om de PVC buizen in te
steken, en aan de bovenkant maken we een gat die zal functioneren als kijkraampje. Om te
beoordelen of ons kleppensysteem wel werkt, is het namelijk van belang om de binnenkant van
de kleppenkastjes te kunnen zien terwijl de machine in werking is. Bovenop dit gat aan de
bovenkant lijmen we een stukje doorzichtig plexiglas, zodat het kastje wel luchtdicht blijft. Het
bovenste plankje met het kijkraampje zullen we in tegenstelling tot de andere plankjes niet
vastlijmen, maar bevestigen met elastieken. Op deze manier is het mogelijk om de binnenkant
van de kastjes later nog aan te passen als het niet goed werkt.
-De kleppen zullen we maken met kleine kastscharniertjes en oude bankpasjes. De scharniertjes
zijn voor een laag bedrag te koop in de bouwmarkt en de pasjes hebben we zelf tot onze
beschikking. We zullen de scharnier aan de ene kant vast lijmen aan het kastje, en aan de andere
kant aan het pasje.
-Voor de turbine zullen we gebruik maken van een oude propeller van een afstand bestuurbare
helikopter. Zoals eerder gezegd wekt deze propeller bij het prototype nog geen stroom op,
omdat dit pas zal toegepast worden bij het definitieve ontwerp. Als as waarop de propeller kan
ronddraaien zullen we een speld gebruiken. Deze speld met daarop de propeller zullen we met
lijm aan een plastic dwarsbalkje monteren. Dit dwarsbalkje wordt loodrecht op de PVC buis
gelijmd, met speciale plastic lijm die goed werkt bij het lijmen van kunststoffen.
45
We hebben dus de volgende materialen en gereedschappen nodig voor de bouw van het
prototype:
-PVC buizen: T-splitsing + lange buis
(diameter tussen de 2 en 4 centimeter)
-2x propeller van RC-helikopter
-MDF hout (1 cm dik)
-Kartonnen dozen
-2x speld
-stukje plexiglas
-2x plastic dwarsbalkje
-2x klein scharniertje
-oude bankpasjes
-Constructielijm
-Kit
-Plasticlijm
-Handzaag
-Elektrische boor
-Werkbank (om op te zagen en boren)
-Stanleymesje (om plexiglas uit te snijden)
-Liniaal
46
6.2.3 RESULTAAT PROTOTYPE
We hebben precies volgens onze ontwerpen en de beschrijvingen van de materiaalkeuze ons
prototype gebouwd. Op de volgende afbeelding is het prototype exclusief het reservoir te zien:
In het midden de T-splitsing van PVC buis die naar het reservoir leidt. Links en rechts daarvan
de kastjes van MDF met een kijkraampje van plexiglas, met daarin de terugslagkleppen. Aan het
uiteinde van deze kastjes is een recht stuk PVC buis te zien met aan het uiteinde de turbine:
Dit is een gedetailleerde afbeelding van de PVC buis met de turbine (propeller) erop
gemonteerd:
47
De bovenkant van de MDF kastjes met kleppen erin is bevestigd met elastieken zodat de kastjes
open kunnen. Het kastje is aan de bovenkant voorzien van een laag kit zodat dit dekseltje wel
volledig lucht afsluitend is. Op de volgende foto’s is de binnenkant van het kastje met de
gescharnierde klep, en het dekseltje en de laag kit gedetailleerd te zien:
Zoals eerder uitgelegd hebben we geëxperimenteerd met de grootte van het reservoir. Door de
verhouding van het prototype en definitieve ontwerp met elkaar te vergelijken, kunnen we
hierdoor berekenen hoe groot het reservoir van het definitieve ontwerp moet zijn. We gebruikte
bij het prototype een kartonnen doos, en gebruikten een kartonnen plaat om de golf te
simuleren. Aangezien de turbine van het definitieve ontwerp wel stroom zal opwekken zal deze
veel meer weerstand hebben en daarom hebben we bij het prototype een reservoir gekozen dat
ruime capaciteit over heeft. Bij de kartonnen doos op de volgende afbeelding als reservoir
functioneerde het prototype erg goed. Wanneer de plaat voor een klein deel het reservoir in
werd gestoken, kwamen de propellers direct in beweging. Door de doorzichtige deksel konden
we zien dat de terugslagkleppen heen en terug bewogen.
Op de linker foto staat de voorkant van het reservoir waar het prototype erop is aangesloten
afgebeeld. Op de rechter foto staat de achterkant van het reservoir en de kartonnen plaat
afgebeeld.
De doos heeft een oppervlakte van 0,09 m2, en heeft een hoogte van 0,4m. De oppervlakte
bepaald de hoeveelheid lucht die per seconde wordt verplaatst en de hoogte bepaald de
maximale golfhoogte.
48
6.3 DEFINITIEF ONTWERP
Na het prototype getest te hebben, gaan we verder met het ontwerpen van het definitieve
ontwerp. Op de voorgaande pagina’s is de werking van het gebruikte systeem om energie op te
wekken weergegeven. Het mechanisme dat gebruikt is voor het prototype zal vanzelfsprekend
grote overeenkomsten vertonen met het definitieve ontwerp. Waar we bij het prototype slechts
ingingen op de gebruikte techniek en of deze daadwerkelijk werkt, gaan we bij het definitieve
ontwerp meer eisen stellen. Dit doen we in het Programma van eisen.
6.3.1 PROGRAMMA VAN EISEN
Voordat een ontwerp in werkelijkheid wordt gebracht, moet deze eerst aan een programma van
eisen voldoen. Dit is ook bij ons definitieve ontwerp het geval. Bij het selecteren van de meest
geschikte techniek, zijn enkele van deze eisen reeds aan bod gekomen. Maar wanneer het
ontwerp verder uitgewerkt wordt, moet er met meerdere aspecten rekening gehouden worden.
Bij het opstellen van het programma van eisen, moet ook bedacht worden dat verschillende
'partijen' verschillende eisen zullen stellen. Denk hierbij aan: de opdrachtgever, de consument,
de fabrikant, de ondernemer en de overheid. In ons geval zullen een paar van deze ‘partijen’ niet
helemaal van toepassing zijn, zoals de consument.
In de onderstaande tabel staan een aantal eisen. Net als bij het kiezen van de te gebruiken
techniek, heeft elke eis hier ook een weegfactor. Wanneer het ontwerp gebouwd is, zullen we
kijken in hoe verre het heeft voldaan aan de eisen op een schaal van één tot tien. Als het
definitieve ontwerp dus af is, zullen we deze tabel invullen en verbeterpunten bedenken en
uitwerken op het ontwerp.
Eis Weegfactor Beoordeling Score
Efficiënte energieproductie
4
Kleine milieu impact
1
Bouwkosten 3
Product moet duurzaam zijn
3
Bouwmaterialen 3
Veiligheid 2
49
Per onderwerp (de onderwerpen uit de tabel hiervoor) staat hieronder beschreven welke eisen
we aan onze machine stellen in het kader van het betreffende onderwerp.
Efficiëntie van energieproductie
Hierbij gaat het erom hoe efficiënt de omzetting van kinetische energie van het water naar
elektrische energie is van de betreffende techniek. Een hoger rendement zorgt voor een grotere
energieopbrengst. We moeten dus proberen het rendement zo hoog mogelijk te maken. Hierbij
moet gelet worden op de soort turbines, vorm van het reservoir enz.
Kleine milieu-impact
Als we het over de milieu-impact hebben, dan kijken we naar de invloed van het ontwerp op
diens omgeving. Een apparaat van grote omvang, zal vanzelfsprekend veel ruimte innemen. In
een dichtbevolkt land als Nederland is de ruimte niet in overmaat aanwezig. Het apparaat moet
dus zo compact als mogelijk gemaakt worden, als dit tenminste voordelig is voor het doel.
Verder moet er gekeken worden naar de uitscheiding van afval. Zo moeten fabrieken heden ten
dage goed op hun uitstoot letten en terugdringen. De verwachting is dat ons ontwerp nauwelijks
tot geen schadelijke stoffen uitstoot. Ook mag het bouwwerk geen negatief zijn voor de mensen
in diens omgeving. Hierbij wordt gedacht aan vormen van overlast. Het ontwerp mag niet een
zodanige hoeveelheid geluid produceren dat dit storend is voor mensen en dieren.
Bouwkosten
De bouwkosten van een bouwwerk zijn erg belangrijk. De totale kosten mogen niet te hoog zijn
en daardoor moeten verschillende onderdelen onderzocht worden. De bouwmaterialen mogen
niet te duur zijn. Maar ook voor het bouwtraject mogen niet te hoge kosten worden gemaakt.
We stellen een maximum vast van 40 euro per persoon.
Duurzaamheid
Heden ten dage is duurzaamheid een veelvoorkomend onderwerp waar veel aandacht aan
wordt besteed. In ons geval moet er op gelet worden dat er zo veel mogelijke met duurzame
middelen wordt gewerkt. De levensduur van het bouwwerk heeft voor een deel te maken met
de stevigheid van de materialen. Verder moet de constructie van het geheel stevig genoeg zijn,
wat resulteert in een grotere duurzaamheid.
Wat ook onder de duurzaamheid valt is in hoeverre de totale energie-investering zich verhoudt
tot de energie die het op gaat leveren. Voor het produceren van de te gebruiken materialen
wordt energie verbruikt. Als de totale energie die er in wordt gestoken na bijvoorbeeld een jaar
nog niet “terugverdiend” is, is de duurzaamheid onvoldoende.
Bouwmaterialen
De bouwmaterialen moeten geschikt zijn voor het ontwerp. Het geheel mag niet te zwaar zijn,
omdat het anders niet te verplaatsen is. Dit vereist dus het gebruik van relatief lichte materialen,
zoals kunststof. Verder moeten de materialen stevig zijn. Wanneer het ontwerp zich aan de kust
bevindt, zal deze de kracht van het water en noodweer moeten kunnen weerstaan.
50
Veiligheid
De veiligheid van het bouwwerk is ook van belang. Nu zal de mens weinig in de buurt komen van
dit bouwwerk. Toch moet er op de veiligheid worden gelet, voor als er bijvoorbeeld onderhoud
plaatsvindt. Hiervoor kan er bijvoorbeeld een afsluitklep worden bevestigd in het systeem, die
het reservoir afsluit voor het water. Zo worden golven tegengehouden en komen de turbines tot
stilstand. Hierdoor kan er onderhoud plaatsvinden.
Omdat er gebruik wordt gemaakt van elektrische installaties. Wanneer deze installatie in contact
komt met zout water ontstaat er de kans op kortsluiting. Deze kans moet zo klein mogelijk
gemaakt worden.
6.3.2 OFFSHORE OF ONSHORE
Zoals eerder is geschreven, kan de Oscillating water column op twee verschillende delen van de
zee worden gebruikt. Het apparaat kan zowel op de kust als midden op zee gebruikt worden. Het
ontwerp verschilt echter wel per plaats.
Wanneer de Oscillating water column op de kust
geplaatst wordt moeten de golven geleidelijk
omhoog worden gestuurd. Dit wordt gedaan
door de bodem op te laten lopen, zoals te zien is
in de nevenstaande afbeelding. Dit zorgt ervoor
dat de golf niet plotseling wordt gebroken en
hierdoor zijn energie verliest.
Als het apparaat offshore wordt geplaatst,
speelt de bodem van het apparaat geen rol. Er
is immers geen bodem aanwezig. Er hoeft dus
niet gelet te worden op de vorm van de
luchtkolom. De vorm van de bak is rechthoekig
zoals te zien is in de afbeelding hiernaast. Aan
de bovenkant bevindt zich, net als bij de
onshore machine, de turbine.
In eerste instantie houden we het ontwerp eenvoudig en kiezen we dus voor de offshore
Oscillating water column. We testen het apparaat met de ‘sopmethode’ (zie onderstaande
afbeelding). Dit houdt in dat we het apparaat in zijn geheel op en neer bewegen in het water. Dit
water golft in eerste instantie niet en heeft dus een horizontaal oppervlak.
51
Door het apparaat naar beneden te bewegen, stijgt het waterniveau in het reservoir. Hierdoor
wordt de lucht in dit reservoir omhoog geduwd, waar deze door een persende beweging een
turbine laat draaien (zie terugslagventiel-systeem). Wanneer het apparaat opwaarts wordt
bewogen vindt een omgekeerd proces plaats: het waterniveau daalt waardoor er een zuigende
werking ontstaat en opnieuw een turbine wordt aangedreven.
Wij maken een offshore apparaat, omdat het lastig is om een goedwerkende onshore Oscillating
water column te maken en te testen wanneer er op relatief kleine schaal wordt gewerkt. Dit komt
doordat kleine golven in een korte tijd op en neer bewegen, wat een (te) kleine energieproductie
tot gevolg heeft. Wanneer wij dit apparaat in het groot willen uitwerken, zal dit zeer lastig
worden. Er moet namelijk een geschikte plek gevonden worden met grote golven. Tevens moet
er een oplopende bodem aanwezig zijn die er voor zorgt dat de golven niet plots gebroken
worden. Deze factoren zorgen ervoor dat een goedwerkende onshore Oscillating water column
haast onmogelijk is voor ons om te ontwerpen.
Ons ontwerp wordt dus een offshore Oscillating water column en zal getest worden met behulp
van de ‘sopmethode’. Voordeel van de sopmethode is dat hij in ondiep water toegepast kan
worden. Wij testen het ontwerp daarom ook in een nog niet bevroren ijsbaan met een diepte van
circa 40 centimeter.
52
Bij elk onderdeel dat wordt gebruikt in ons ontwerp moeten we proberen de eisen die we
gesteld hebben in het programma van eisen na te streven.
6.3.3 LUCHTRESERVOIR
Bij het prototype hebben we nog niet te maken gehad met water. Zoals vermeld hebben we
enkel de beweging van het water nagebootst door middel van een kartonnen doos. Het
definitieve ontwerp wordt wel getest met water. Waar we bij ons prototype gebruikt maakten
van hout, wordt het definitieve ontwerp gemaakt van vooral kunststofmaterialen. Dit omdat
kunststofmaterialen, in tegenstelling tot hout, beter bestemd zijn tegen water.
Wij hebben gekozen voor een IBC container van 1000 liter (zie afbeelding). Normaal gesproken
wordt deze container gebruikt om water in op te slaan. De container heeft een lage prijs en
hierdoor aantrekkelijk om te gebruiken voor ons ontwerp. Verder is de container een veilig
object en heeft het een lange levensduur. Door de stompe hoeken en de lichtheid van de
container zal deze niet snel iets beschadigen. Tevens zorgt deze lichtheid ervoor dat de
container makkelijk verplaatst kan worden. Door de hoogteverschillen (bobbels) in de zijkanten
zijn aangebracht (te zien als inkepingen in de afbeelding), wordt de container bovendien
verstevigd. Ook is het kunststof waterdicht en luchtdicht, normaal wordt de container tenslotte
als wateropslagplaats gebruikt. Deze luchtdichtheid is voor ons onderzoek van groot belang,
omdat er anders energie verloren kan gaan.
Wij gebruiken de container als luchtreservoir. Hierin gaat dus het water in op en neer om
vervolgens een luchtverplaatsing te veroorzaken. Hiervoor moet echter wel de gehele
onderkant verwijderd worden. Dit doen wij net
boven het kraantje dat zich onderin de container
bevindt. Hierdoor krijgen we een vlakke onderkant.
Uiteindelijk wordt er twintig centimeter van de
hoogte van de container afgezaagd, waardoor er een hoogte van tachtig centimeter overblijft. De
oppervlakte van de onderkant is 10450 vierkantencentimeter.
Bovenop deze container zit een dop bevestigd waarop wij het terugslagventiel-systeem
bevestigen. Wij bewerken de container, nadat we de onderkant hebben verwijderd, niet.
53
6.3.4 TERUGSLAGVENTIEL-SYSTEEM
Evenals bij het prototype, maken we bij het definitieve ontwerp
gebruik van het zogenaamde terugslagventiel-systeem. Hiervoor
gebruiken wij opnieuw pvc-buizen, dit keer van een andere grootte.
De buizen waar de lucht doorheen wordt verplaatst hebben een
doorsnee van 10 cm. Waar we in ons prototype gebruik maakten
van houten kastjes waarin we de kleppen bevestigden, kunnen we
nu ronde terugslagkleppen gebruiken met een doorsnee van 10 cm,
die tussen de pvc-buizen bevestigd kunnen worden. Het is
belangrijk dat deze terugslagkleppen verticaal geplaatst worden.
Wanneer dit niet gebeurt zullen de kleppen hun werking verliezen doordat ze onder invloed van
de zwaartekracht niet volledig afsluiten.
Verder gebruiken we de van het prototype bekende t-splitsing, waardoor we een turbine die
enkel draait bij een zuigende kracht en een turbine die enkel draait bij een persende kracht
kunnen scheiden.
Echter is er ook een verschil tussen het prototype en het definitieve ontwerp. Dit verschil zit
hem in de plaats van de terugslagklep en de turbine. Bij de kleine kwam de lucht die
samengeperst werd eerst een klep tegen en vervolgens, indien mogelijk, een turbine. Bij het
definitieve ontwerp zit het systeem iets anders in elkaar. De volgorde van de turbine en de
terugslagklep is anders dan bij het prototype. Dit is om de energieproductie te verhogen.
Wanneer de lucht wordt samengeperst, komt deze na de splitsing links een terugslagklep en
rechts een turbine tegen. De lucht drukt de terugslagklep aan de linkerkant dicht waardoor de
lucht niet verder kan naar links en de turbine die achter de klep zit niet kan laten draaien. De
rechter turbine reageert wel op de luchtverplaatsing. Doordat de lucht door de turbine heen
wordt geperst, gaat deze draaien en gaat de terugslagklep achter de turbine open. Bij een
zuigende kracht is de werking vanzelfsprekend omgekeerd. De linker turbine komt in beweging
en de rechter turbine blijft stilstaan.
We hebben voor een PVC buizenconstructie gekozen wegens verschillende redenen. Ten eerste
zijn de PVC buizen makkelijk op elkaar aan te sluiten, waardoor elke maat of bocht gebruikt kan
worden. Verder is het materiaal te verkrijgen tegen een lage prijs en daarbij erg stevig. Deze
stevigheid wordt vergroot
doordat de PVC buizen
een ronde vorm hebben.
Ook is PVC bestemd tegen
water waardoor de
levensduur wordt
vergroot. Verder zijn de
pvc buizen makkelijk te
verplaatsen door de kleine
massa van het kunststof.
Net als de container zijn
de buizen luchtdicht wat
een vereiste is.
In deze afbeelding zijn de turbines aangegeven met een bruine kleur. De
terugslagkleppen zijn weergegeven met een schuine streep. De rode pijlen geven de
richting van de luchtverplaatsing aan wanneer de kleppen gesloten zijn. De groene
pijlen geven de richting van de luchtverplaatsing aan wanneer de kleppen geopend
zijn.
54
6.3.5 TURBINES
De turbines zijn een belangrijk onderdeel van ons ontwerp. De beweging van het water moet
energie opleveren. In ons ontwerp wordt deze energie omgezet met behulp van turbines. Zoals
vermeldt is bij het terugslagventiel-systeem, bevinden zich twee turbines in het apparaat. Deze
twee turbines hebben een identieke vorm. Om een zo gunstig mogelijke energieomzetting te
verkrijgen, vergelijken we verschillende turbines met elkaar. We testen hiervoor turbines die
voor verschillende doeleinden worden gebruikt. De drie turbines zijn: een badkamerventilator,
een legoturbine en een zelfgemaakte turbine.
We testen de turbines ieder op dezelfde manier getest. Hiervoor hebben we de volgende
materialen nodig:
Föhn
2 meter PVC buis (ø 10 cm)
Voltmeter
Elektromotor
Badkamerventilator
Legoturbine
Turbine met pasjes als bladen
We sluiten bij elke meting de turbine aan op een voltmeter. Bij de badkamerventilator steken er
twee stroomdraden uit waaraan we de voltmeter parallel kunnen schakelen. Bij de twee andere
turbines wordt de as van de turbines verbonden aan een elektromotor die hier als dynamo
werkt. Deze elektromotor is vervolgens weer aangesloten op een voltmeter om de spanning
weer te geven. Tegelijkertijd wordt ook de stroomsterkte gemeten om de formule voor het
vermogen (Pe=UI) te kunnen invullen. Om de U en I correct te kunnen meten moeten we de volt-
en ampèremeters DC (gelijkspanning) schakelen.
Vervolgens plaatsen we de PVC buis op de grond en hielden we aan het ene uiteinde een turbine
vijf centimeter in de buis. Aan de andere kant wordt er een föhn in de buis geplaatst. De
voorkant van de föhn bevindt zich in de buis tien centimeter van de rand. Dit om alle lucht uit de
föhn door de buis naar de turbine te laten gaan, waarbij er dus geen lucht verloren gaat. We
houden de föhn in zijn laagste stand.
Badkamerventilator
De badkamerventilator kwam in beweging nadat we de föhn
hadden aangezet. Echter bleef de naald van de voltmeter –
nauwelijks zichtbare trillingen uitvoerend- op zijn plek.
Vervolgens hebben we de badkamerventilator open geschroefd
om de oorzaak hiervoor te zoeken. De badkamerventilator dient
aangesloten te worden op een voltage van 230 volt en heeft een
frequentie van 50 Hertz. Deze frequentie is enkel haalbaal
wanneer de ventilator is aangesloten op de netspanning. Uit de
tests blijkt dat de badkamerventilator enkel gebruikt kan
worden voor zijn ventilerende werking waarbij stroom
verbruikt wordt. Hij is echter niet bruikbaar wanneer hij
gebruikt wordt als windturbine om stroom op te wekken. Tevens kost deze turbine veel geld en
55
heeft het geheel een relatief grote massa. De gebruikte constructie is wel stevig en veilig door de
bijbehorende afsluitkap. Door deze kap gaat er echter wel energie verloren doordat de lucht
meer wrijving ondervindt.
Legoturbine
Na de legoturbine op de elektromotor te hebben aangesloten en de föhn te
aan te hebben gezet, kwam de legoturbine direct in beweging. De naald van
de voltmeter wees wanneer de turbine een constante draaisnelheid had
bereikt een spanning van 0,9 volt aan. Wanneer we föhn vervolgens
uitschakelden bleef de turbine nog enige secondes doordraaien. Hieruit
kunnen we concluderen dat de as van de elektromotor weinig wrijving
ondervindt. Naast de lage prijs is de constructie van de turbine erg solide. De legoturbine is
gemaakt van kunststof wat voor een langere levensduur en een grotere duurzaamheid zorgt.
Eigengemaakte turbine
Om de optimale turbine te vinden hebben we zelf een turbine ontworpen. Hiervoor hebben we
pasjes in een vorm geknipt en bevestigt aan een knop. De verknipte pasjes dienen als bladen van
de turbine. De knop waaraan de bladen zijn bevestigd dient als as van de elektromotor. We
hebben dezelfde elektromotor gebruikt als bij de legoturbine, om de turbines op een gelijke
manier te testen. Wanneer de föhn werd aangezet leverde de turbine een stroom van 0,9 volt.
Echter wanneer wij de föhn uitschakelde kwam de turbine na korte tijd weer tot stilstand. De
bladen van de turbine ondervinden dus te veel wrijving, wat energieverlies tot gevolg heeft. Het
grote voordeel van deze turbine is dat hij gratis is. Toch kost het maken van deze turbine veel
tijd. Ook heeft deze turbine een kortere levensduur omdat hij uit verschillende onderdelen
bestaat. In tegenstelling tot de uit één deel bestaande legoturbine, heeft deze eigengemaakte
turbine een kleinere duurzaamheid.
Gekozen turbine
Na de drie turbines met elkaar vergeleken te hebben, hebben wij gekozen voor de legoturbine.
De badkamertubine viel als eerste af doordat hij niet te gebruiken is als windturbine. De
legoturbine leverde samen met de eigengemaakte turbine de meeste stroom. Maar bij het
uitdraaien legde deze laatste het af tegen de legoturbine. Daarnaast is de legoturbine meer solide
dan de eigengemaakte turbine. In prijs verschillen beide turbines weinig van elkaar. Door de
turbines naast het Programma van eisen te houden, kunnen we concluderen dat de legoturbine
als beste uit de test komt.
56
6.3.6 BENODIGDE MATERIALEN
Voor het definitieve ontwerp wordt er gebruik gemaakt van vele verschillende materialen en
gereedschappen. Hieronder is de lijst met benodigdheden weergegeven.
Materialen
Terugslapventielsysteem
PVC buizen (Ø10 cm)
o T-splitsing
o 2x tussenstuk (Ø 10 cm)
o 2x terugslagklep
o 2x verbindingsstuk
2x legoturbine (Ø 8,0 cm)
2x elektromotor (afkomstig uit oude cd-speler)
4x stroomdraad (20 cm)
Isolatiestrip
2x dwarsbalk
Luchtreservoir
IBC container (110x95x80 cm)
Afsluitingsdop
Verbindingsmaterialen
Tape
Tweecomponentenlijm
Tyraps
4x schroef
Gereedschap
Decoupeerzaag
IJzerzaag
Geodriehoek
Potlood
Winkelhaak
Vijl
Boormachine
Schroevendraaier
Stanleymes
Werkbank
57
Wanneer we de legoturbine in het buizensysteem plaatsen, moeten we rekening houden met de voor- en achterkant van de turbine. De turbine is zo ontworpen dat de turbine een optimale werking heeft als de lucht de voorkant (de zijde die in de afbeelding bovenaan de pagina is te zien) als eerste tegenkomt. In de onderstaande tekening staat de voorkant van de turbine aangegeven. De pijlen kunnen ook als richting van de luchtstroom gezien worden.
De turbines wordt bevestigd op een elektromotor. Om de
turbines in het buizensysteem te kunnen plaatsen moet er een
dwarsbalk aan de elektromotor bevestigd worden, om deze
vervolgens in het buizensysteem aan te brengen. De
stroomdraden die aan de elektromotor gesoldeerd zijn,
worden door twee geboorde gaatjes buiten de buis geleid.
De legoturbines hebben een diameter van acht centimeter.
Omdat de PVC buizen een diameter van tien centimeter hebben
ontstaat er, wanneer een turbine midden in een buis wordt
geplaatst een ruimte van één centimeter tussen de rand van de
turbine en de binnenkant van de buis. Deze cirkel met een
dikte van een centimeter is 36 procent van de totale
oppervlakte van de doorsnede van de buis. Hierdoor kan er
dus veel lucht zijn weg vinden zonder dat deze de bladen van
de turbine in beweging hoeven te brengen. Uiteindelijk zal de
energieopbrengst hierdoor ook lager zijn.
Om dit energieverlies te vermijden, brengen we aan de
binnenkant van de PVC buis een isolatiestrip aan. Deze
isolatiestrip heeft een dikte van iets minder dan een
centimeter, waardoor de turbine nog steeds in de buis
bevestigd kan worden. De strip is luchtdicht en zorgt ervoor
dat er zoveel mogelijk lucht door de turbine wordt geleid.
Tape
De PVC buizen worden aan elkaar vastgemaakt met behulp van tape. Dit doen we omdat we het
systeem nog uit elkaar willen kunnen halen, wanneer er ergens een defect ontstaat of als we een
aanpassing willen doen. Bovendien zorgt de tape voor een optimale luchtdichtheid.
Elektromotor bevestigd
dwarsbalk in PVC buis
Isolatiestrip (wit) aan
binnenkant van buis
58
Hieronder is een reeks met afbeeldingen te zien. De reeks beeld stap voor stap de manier
waarop het terugslagventielsysteem in elkaar wordt gezet af.
59
6.3.7 RESULTATEN & VERWERKING
PROEF 1
We hebben het definitieve ontwerp getest bij de natuurijsbaan van Odijk, bij de Singel. Deze
locatie was uiterst geschikt voor het uitvoeren van de tests, omdat de bodem hier niet erg diep is
(op zijn diepst 40 centimeter). Deze diepte is groot genoeg om onze proef uit te voeren.
Bovendien is het bij deze diepte mogelijk om zelf in het water te staan zonder geheel nat te
worden.
Dit in het water staan is noodzakelijk, omdat we bij de proef de eerder genoemde sopmethode
zullen gebruiken, waarbij het handig is als twee personen stabiel in het water kunnen staan.
De sopmethode veroorzaakt geen onrealistische meetresultaten, omdat de werking precies
hetzelfde is als in werkelijkheid.
Terwijl we de constructie optilden, liepen we met zijn tweeën het water in en zochten het
diepste punt op. Hier bewogen we de machine met een constante snelheid op en neer in het
water, op zo’n manier dat de onderkant van het reservoir steeds net niet boven de waterspiegel
uitkwam. Hierbij viel het ons op dat het ongelofelijk veel spierkracht kost om het reservoir op en
neer te wegen, door de zuig en duw kracht van de waterspiegel. Dit bevestigt ons beeld dat de
kinetische energie van de golven erg goed geabsorbeerd en benut kan worden met ons ontwerp.
60
We hebben enkele metingen verricht en steeds leverde dit ongeveer dezelfde resultaten op.
Zoals verwacht leverde de uitadembeweging (stijgend waterniveau in reservoir) en de
inadembeweging (dalend waterniveau in reservoir) evenveel energie op. Bij elke beweging werd
zoals uitgelegd in de ontwerpfase een aparte turbine aangedreven, en beide turbines werden
aan een aparte ampère- en spanningsmeter gelegd, zodat voor elke turbine de resultaten af te
lezen waren. In de volgende tabel staan de meetresultaten weergeven. Op het tijdstip 0 en 4
seconden was de machine op zijn laagste punt. Op het tijdstip 2 en 6 seconden was de machine
op zijn hoogste punt. We waren al een tijdje bezig met de op- en neergaande beweging toen we
de stopwatch startten, dus de machine is in het tijdstip nul al in werking. We waren niet in staat
om elke seconde een meting te verrichten, omdat we zelf druk waren met het bewegen van de
machine. Daarom hebben we de stroommeters bekeken als de machine op zijn hoogst en op zijn
laagst was.
Turbine bij zuigende kracht (inademen)
Turbines bij samenpersende kracht (uitademen)
De twee turbines gecombineerd
Tijd (s)
Spanning (V)
Inductie (A)
Vermogen (W)
Spanning (V)
Inductie (A)
Vermogen (W)
Spanning (V)
Inductie (A)
Vermogen (W)
0 0,0 0,00 0,00 3,0 0,15 0,45 3,0 0,15 0,45
2 3,0 0,15 0,45 0,0 0,00 0,00 3,0 0,15 0,45
4 0,0 0,00 0,00 3,0 0,15 0,45 3,0 0,15 0,45
6 3,0 0,15 0,45 0,0 0,00 0,00 3,0 0,15 0,45
Hieronder staan de grafieken van het vermogen van de twee turbines afzonderlijk en samen
weergeven:
De groene lijn is het product van de blauwe en rode lijn samen, en weergeeft het totale
vermogen door de tijd in Watt. Hier is duidelijk af te lezen dat onze machine bij de proef een
constante stroom van 0,45 Watt produceerde. Hierbij moet wel gezegd worden dat de vorm van
de grafiek niet helemaal reëel is. Hier zullen we verder op ingaan bij de discussie.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0 2 4 6
Ve
rmo
gen
(W
)
Tijd (s)
Turbine bij zuigende kracht (inademen)
Turbines bij samenpersende kracht (uitademen)
De twee turbines gecombineerd
61
PROEF 2
Na de bovenstaande proef hebben we nog een proef uitgevoerd, waarbij we per kant twee
turbines naast elkaar plaatsten, omdat we benieuwd waren of op deze manier meer energie
opgewekt zou worden in totaal. Aangezien we maar over twee turbines beschikten, hebben we
deze twee turbines aan de samenpersende kant geplaatst en besloten de zuigende kant niet te
observeren.
We hebben de turbines in serie aan elkaar geschakeld en verbonden met een stroom- en
spanningsmeter.
Na deze montages herhaalden we de proef zoals hij eerder beschreven staat. De meetresultaten
van deze proef staan in de tabel hieronder weergeven:
De twee turbines bij samenpersende kracht (uitademen)
Tijd (s) Spanning (V) Inductie (A) Vermogen (W)
0 3,0 0,2 0,6
2 0,0 0,00 0,0
4 3,0 0,2 0,6
6 0,0 0,00 0,0
62
Uit de resultaten van de tweede proef blijkt duidelijk dat de machine meer stroom op wekt als er
bij elke kant twee turbines worden geplaatst. Op basis van de resultaten van de eerste en tweede
proef is het mogelijk om de volgende tabel en grafiek te maken:
2 turbines bij zuigende kracht (inademen)
2 turbines bij samenpersende kracht (uitademen)
De vier turbines gecombineerd
Tijd (s)
Spanning (V)
Inductie (A)
Vermogen (W)
Spanning (V)
Inductie (A)
Vermogen (W)
Spanning (V)
Inductie (A)
Vermogen (W)
0 0,0 0,0 0,0 3,0 0,2 0,6 3,0 0,2 0,6
2 3,0 0,2 0,6 0,0 0,0 0,0 3,0 0,2 0,6
4 0, 0,0 0,0 3,0 0,2 0,6 3,0 0,2 0,6
6 3,0 0,2 0,6 0,0 0,0 0,0 3,0 0,2 0,6
Ook hier is de groene lijn het product van de blauwe en rode lijn samen. De groene lijn geeft het
totale vermogen door de tijd in Watt weer. Hier is duidelijk af te lezen dat onze machine een
constant vermogen van 0,6 Watt zou produceren als er aan elke kant twee turbines gemonteerd
zouden zijn.
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0 2 4 6
Ve
rmo
gen
(W
)
Tijd (s)
2 turbines bij zuigende kracht (inademen)
2 turbines bij samenpersende kracht (uitademen)
De vier turbines gecombineerd
63
CONCLUSIE N.A.V. RESULTATEN
We kunnen de twee turbines die voor elkaar zitten bij de tweede proef ook zien als een turbine
met een grotere weerstand. Dan kunnen we dus concluderen, dat de machine meer stroom kan
opwekken als de weerstand van de turbines bij zuigende en samenpersende kracht groter is.
Dit is logisch, omdat als de turbines te weinig weerstand hebben, niet de volledige kracht
van de luchtstroom wordt benut. In dat geval heeft de luchtstroom nog steeds veel kracht als het
de turbine gepasseerd is, deze energie gaat vervolgens verloren. Als de turbine meer weerstand
heeft door een zwaardere dynamo te gebruiken of de vorm van de turbine aan te passen, kan de
volledige kracht van de luchtstroom omgezet worden in stroom.
Aan de andere kant moet een turbine ook weer niet te veel weerstand hebben. Hoe meer
weerstand de turbine heeft, hoe meer moeite het de lucht kost om uit het reservoir te
ontsnappen (bij uitademen). Als de weerstand van de turbine te hoog is, neemt de druk toe in
het reservoir omdat de lucht niet kan ontsnappen, en wordt er geen stroom opgewekt. Als de
turbine een weerstand heeft die niet te hoog is, kan de lucht wel ontsnappen door de buis
waardoor de druk in het reservoir niet toeneemt, waardoor er wel stroom wordt opgewekt.
Kortom, er is een optimale weerstand van de turbines waarmee de meeste hoeveelheid
stroom opgewekt kan worden. Als de turbines te licht zijn wordt niet alle kracht van de
luchtstroom benut, en als de turbines te zwaar zijn is de luchtstroom niet krachtig genoeg om de
turbines rond te laten draaien. Deze optimale weerstand is afhankelijk van de grootte van de
machine, de hoogte van de golven en de snelheid van de golven. Deze drie invloeden bepalen
namelijk hoe veel lucht er wordt samengeperst of aangezogen in het reservoir, en hierdoor
wordt bepaald hoe groot de optimale weerstand van de turbines is.
Bij de onze eerste proef hadden de turbines een zeer lage weerstand en werd er 0,45
Watt opgewekt. Bij de tweede proef hadden de turbines al een hogere weerstand (door er 2
achter elkaar te doen), en werd er 0,60 Watt opgewekt. We weten niet waar de optimum
weerstand van de turbines voor onze machine ligt, omdat we slechts twee weerstanden hebben
uitgeprobeerd. Het enige wat we met zekerheid kunnen concluderen is dat optimale weerstand
groter is dan de weerstand van een van de turbines die we gebruikt hebben.
Het vermogen van 0.6 Watt wordt opgewekt als de snelheid waarmee het waterniveau stijgt en
daalt 40 cm per 2 seconden, oftewel 0,2 m/s of ongeveer 0,72 km/h is. Dit is dus de snelheid
waarmee onze gesimuleerde golf op en neer ging. Bij onze methode sopte we de machine op en
neer, maar als we ons nu eens voorstellen dat het water met deze snelheid op en neer zou
bewegen in het oppervlakte van ons reservoir door een echte golf, kunnen we dus berekenen
hoeveel kinetische energie er per seconde door het oppervlakte beweegt, net zoals we dat in de
theorie bij een windturbine gedaan hebben. Het vermogen van deze waterverplaatsing is te
berekenen met de volgende formule (afgeleid van de formule van kinetische energie, zie
theorie):
4,18 Watt , want:
de dichtheid van het water (kg/m3)
= Het oppervlakte van het reservoir (m2)
v = De snelheid waarmee het water op en neer ging (m/s)
Het rendement van de energieomzetting is dus 0.6/4,18 x 100 =14%.
Als we de machine zouden optimaliseren en in het groot zouden maken, zou deze veel meer
64
stroom kunnen opwekken dan onze machine deed in de proef:
(1)In werkelijkheid gaan golven veel sneller op en neer dan 0,2 m/s. Volgens een
onderzoeksverslag van de KNMI is de gemiddelde golfhoogte van de golven 4 meter26. Als
filmpjes van golven worden geobserveerd, wordt duidelijk hoe lang een golf erover doet om op
en neer te gaan; ongeveer 1 seconde. Dit is de tijd tussen het golfdal en de golftop. De tijd tussen
de evenwichtsstand en de golftop is dus 0,5 seconden, oftewel de golf heeft een verticale
snelheid van ongeveer 8 m/s. Deze snelheid is ongeveer 28 maal zo groot als de snelheid bij
onze proef. Er wordt dus 40 maal zoveel lucht verplaatst per seconde, dus er wordt 40 maal
zoveel stroom opgewekt.
(2)Ook zou onze machine meer stroom kunnen opwekken als de machine nog groter gemaakt
zou worden, waarbij de oppervlakte van de onderkant ook groter wordt. De oppervlakte van het
reservoir is namelijk bepalend voor de hoeveelheid lucht die per seconde verplaatst wordt. Bij
een machine die werkelijk op de zee zou functioneren, is het reëel als het reservoir een
oppervlakte van 15m x 15m = 225 m2. Het oppervlakte van onze eigen machine is 1,045 m2,
oftewel 215 maal kleiner dan 225m2. Een nog grotere machine die werkelijk op de oceaan zou
werken zou dus 215 maal zoveel stroom kunnen opwekken. Echter hij moet ook weer niet te
groot zijn, omdat de oppervlakte van het reservoir nooit groter mag zijn dan een halve
golflengte. Anders is er op verschillende plaatsen in het reservoir een beweging omhoog en
omlaag, waardoor er netto geen lucht wordt verplaatst.
(3)Daarnaast zou er ook nog meer stroom kunnen worden opgewekt door de turbine te
optimaliseren. Bij onze machine gebruikten we een goedkope legoventilator die niet eens
bedoeld is om echt te functioneren. Ook de elektromotoren die we omgekeerd gebruiken door er
stroom mee op te wekken zijn eigenlijk hier eigenlijk niet voor bedoeld. M.b.v. van
wetenschappen zoals aerodynamica en elektrotechniek is het mogelijk om een nog betere
turbine te ontwikkelen, zoals in de volgende afbeelding:
26 Bron 6: ‘Theorie energie’, www.knmi.nl .
65
Daarnaast is het ook mogelijk om in de machine turbines te plaatsen met een optimale
weerstand. Bij onze machine was deze weerstand niet optimaal, waardoor het rendement lager
is. Bovendien hebben we bij onze tweede proef de weerstand verhoogt door twee turbines
achter elkaar te plaatsen, waardoor de luchtstroom erg onrustig is als het de tweede turbine
bereikt en het rendement hier lager is.
Als men een zeer goede turbine met de perfecte weerstand zou plaatsen op een machine die
werkelijk op zee zou kunnen functioneren, is het goed mogelijk dat het rendement van deze
turbines in vergelijking tot de legoventilator op elektromotor enkele malen groter is. Het is lastig
om een uitspraak te doen over hoeveel de elektriciteit productie zou verbeteren met betere
turbines, omdat er erg veel invloeden zijn. In ieder geval is het zo dat een windmolen nooit goed
zal functioneren met lego-ventilatoren en elektromotoren uit oude radio’s. Bij een normale
professionele turbine generator is het rendement ongeveer 40%27. Dit rendement is ongeveer 3
maal zo groot als het rendement van onze machine (14%). Een goede turbine zou dus ongeveer
3 maal zo veel energie kunnen opwekken.
In de vorige drie punten is per punt beschreven hoe veel keer meer energie er opgewekt zou
kunnen worden met een grotere machine die werkelijk op zee zou kunnen werken. Met de echte
golven zou al 45 maal zoveel stroom opgewekt kunnen hebben. Door de machine en het
reservoir te vergroten zou 215 maal zoveel stroom opgewekt kunnen worden. Door de turbines
27 Bron 34: ´Stoom- en gascentrale´, www.wikipedia.org .
66
te verbeteren zou 11,5 maal zoveel stroom opgewekt kunnen worden. Met deze grove aannamen
zou met een grotere machine die werkelijk op zee zou kunnen werken dus 0,6W x 40 x 215 x 3 =
1,548 ∙104 Watt opgewekt kunnen worden.
Met deze aanname en de bijbehorende denkbeeldige resultaten kunnen de volgende tabel en
grafiek gemaakt worden:
Tijd (s) Vermogen van turbine bij zuigende kracht (W)
Vermogen van turbine bij samenpersende kracht (W)
Vermogen van de twee turbines gecombineerd (W)
0 0,0 15480 15480
0,5 15480 0,0 15480
1 0,0 15480 15480
1,5 15480 0,0 15480
67
Ook hier is de groene lijn is het product van de blauwe en rode lijn samen en geeft het totale
vermogen door de tijd in Watt weer. Hier is duidelijk af te lezen dat de machine een constante
stroom van 15480 Watt zou produceren als hij de juiste grootte en turbines zou hebben en op de
echte oceaan zou werken.
15,5 Kilowatt is een enorme hoeveelheid energie, vooral als je bedenkt dat een huishouden
gemiddeld tussen de 3000 en 5000 kilowattuur verbruikt per jaar. Het is nog niet zo veel als een
windmolen, die tegenwoordig wel 2 megawatt kan produceren, maar gezien de lagere kosten
van de golfenergiecentrale (vergeleken met een windmolen) is de bouw van een dergelijke
machine zeker de moeite waard.
De echte cijfers zijn iets onnauwkeurig, omdat we veel grove aannames hebben gedaan en we de
cijfers enkel baseren op de resultaten van een machine op veel kleinere schaal.
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
18000
t = 0 s t = 0,5 s t = 1,0 s t = 1,5 s
Ve
rmo
gen
(W
)
Tijd(s)
Vermogen van turbine bij zuigende kracht (W)
Vermogen van turbine bij samenpersende kracht (W)
Vermogen van de twee turbines gecombineerd (W)
68
6.3.8 CONCLUSIE DEFINITIEF ONTWERP
Na het ontwerp getest te hebben, moet er worden gekeken naar in hoeverre de machine voldoet
aan de gestelde eisen in het Programma van Eisen. Hiervoor kijken we naar de efficiëntie van de
energieproductie, de impact die het ontwerp op het milieu heeft, de bouwkosten, de
duurzaamheid, de gebruikte bouwmaterialen en tenslotte naar de veiligheid van het ontwerp.
In de onderstaande tabel, die tevens te zien was in het Programma van Eisen staat elke eis met
daarachter de weegfactor en de beoordeling. De weegfactor geeft aan hoe belangrijk een
bepaalde eis is ten opzichte van de andere eisen op een schaal van 1 tot 4. De beoordeling geeft
aan in hoeverre het ontwerp heeft voldaan aan de gestelde eisen op een schaal van 1 tot 10. De
weegfactor wordt vermenigvuldigd met de beoordeling. Vervolgens worden de scores van alle
eisen bij elkaar opgeteld en gedeeld door de in totaal te behalen punten. Hieruit volgt een
percentage dat voor de geslaagdheid van het product staat.
Eis Weegfactor Beoordeling Score
Efficiënte energieproductie
4 8 28
Kleine milieu impact
1 9 9
Bouwkosten 3 9 27
Product moet duurzaam zijn
3 8 24
Bouwmaterialen 3 9 27
Veiligheid 2 8 16
132
Onderbouwing beoordeling van Efficiëntie van energieproductie
We hebben de efficiëntie van de energieproductie zo groot mogelijk gemaakt door verschillende
aanpassingen te doen op het gebruikte systeem. Zo hebben we kleppen in het systeem
toegevoegd waardoor de turbines niet vroegtijdig door een tegenwerkende beweging tot
stilstand worden gebracht en hierdoor hun energie verliezen. Verder hebben we een
isolatiestrip aangebracht ter hoogte van de turbines om de luchtstroom zo veel mogelijk te
benutten.
Maar de energieproductie had geen rendement van 100 procent. Zoals eerder is beschreven in
de Conclusie naar aanleiding van de resultaten komt dit door de gebruikte turbines. De turbines
hebben namelijk niet precies de goede aerodynamica om een optimale energieoverdracht te
laten plaatsvinden, maar wel goed genoeg om in beweging te komen. Verder hebben de
gebruikte elektromotoren een werking die tegengesteld is aan de werking waarvoor we hem nu
hebben gebruikt.
De uiteindelijke beoordeling wordt door deze minpunten een acht.
69
Onderbouwing beoordeling van Kleine milieu-impact
De milieu-impact van ons ontwerp is klein, waardoor deze eis een beoordeling van negen heeft.
Het apparaat heeft een kleine omvang en neemt zodoende weinig ruimte in. Verder heeft dit
onderdeel een hoge beoordeling doordat de machine geen afval uitscheidt, omdat er geen
chemische processen plaatsvinden in de machine. Dit onderdeel heeft geen tien gekregen omdat
de zuigende en duwende kracht van de lucht niet geluidloos is. Omdat dit een apparaat is van
relatief kleine omvang is de productie van geluid zeer beperkt.
Onderbouwing beoordeling van Bouwkosten
Dit onderdeel heeft een hoog cijfer gescoord doordat het proces in zijn geheel weinig geld heeft
gekost. We hebben alle materialen tegen een lage prijs ingekocht waardoor de uiteindelijke
kosten beperkt zijn gebleven. Wanneer we onderdelen wilden aanschaffen hebben we
verschillende verkopers met elkaar vergeleken, waardoor we uiteindelijk goedkoop materialen
hebben kunnen aanschaffen. We hebben veelvuldig gebruikt gemaakt van tweedehands
materialen, waardoor we de materialen soms gratis konden afhalen. Uiteindelijk waren we
ongeveer 25 euro per persoon kwijt, en dat is dus onder onze van tevoren aangegeven maximum
van 40 euro per persoon.
Onderbouwing beoordeling van Duurzaamheid
De duurzaamheid van het ontwerp is hoog. We hebben de materialen zo gekozen dat ze wanneer
ze in het water zijn geweest, ze niet gaan rotten of roesten. Het beste voorbeeld is het reservoir.
Dit reservoir was oorspronkelijk een wateropslagplaats en is dus bestendig tegen water.
Verder is het geheel redelijk solide. De losse onderdelen (reservoir en terugslagventielsysteem)
zijn stevig aan elkaar bevestigd waardoor een onderling beweging niet mogelijk is. De stevigheid
van het reservoir is iets aangetast doordat we de onderkant van de container er af hebben
moeten zagen. Ook zijn de turbines kwetsbare onderdelen in de machine, maar deze worden
beschermd doordat ze zich in een buis bevinden.
Wanneer dit ontwerp getest zou worden in zeewater moeten er nog wel enkele aanpassingen
worden gedaan, in verband met het zoute water. Zo zou de tape vervangen moeten worden door
PVC-lijm, om de waterdichtheid te kunnen garanderen.
Onderbouwing beoordeling van Bouwmaterialen
Het onderdeel Bouwmaterialen heeft een negen gekregen, omdat de machine met twee personen
gemakkelijk te verplaatsen is. Dit komt door het gebruik van lichte materialen. We hebben in ons
ontwerp veelvuldig gebruik gemaakt van kunststof materialen, wat uiteindelijk voor de lichtheid
heeft gezorgd. Verder is het geheel, zoals in de vorige beoordeling is vermeld, solide. Deze
stevigheid is opnieuw te danken aan het gebruikte kunststof.
Onderbouwing beoordeling van Veiligheid
De veiligheid van het bouwwerk heeft een acht gekregen. Wanneer het ontwerp in de teststand
staat, bevinden zich geen scherpe punten aan het ontwerp. Ook kan onderhoud aan de machine
veilig gebeuren. Bij het verplaatsen van het ontwerp is het het eenvoudigst wanneer de machine
aan de onderkant van het reservoir wordt opgetild. Doordat dit de gezaagde kant is, voelt dit
70
enigszins scherp aan, ondanks dat hij geschuurd is. Dit laatste zorgt ervoor dat de beoordeling
niet maximaal is.
GESLAAGDHEID PRODUCT
We kunnen de geslaagdheid van het ontwerp uitdrukken in percentages. In totaal zijn er 160
punten te behalen bij de beoordelingen. Doordat het ontwerp op sommige punten nog verbeterd
kan worden, heeft het vanzelfsprekend niet de volledige score behaald. De score die is behaald is
132. Als we dit aantal door 160 delen, volgt een gelaagdheidpercentage van 82,5 procent. Dit
betekend dat het ontwerp ruim voldoende is geslaagd.
71
7. CONCLUSIE
In dit hoofdstuk zullen we elke deelvraag en de hoofdvraag beantwoorden door stof uit eerdere
hoofdstukken samen te vatten en conclusies te trekken.
7.1 ANTWOORD DEELVRAAG 1
Deelvraag 1 luidt als volgt: Welke methoden zijn er om energie uit golven op te wekken?
In het vierde hoofdstuk genaamd Verschillende methoden voor golfenergie hebben wij de
bestaande technieken om golfenergie uit water op te wekken bestudeerd. Er zijn vijf
verschillende technieken behandeld. Ten eerste de zogenaamde pointabsorber waarbij gebruikt
wordt gemaakt van een drijvende boei die op het oppervlak van het water op en neer beweegt.
De tweede bestudeerde methode is de attenuator, oftewel de drijvende slang. Deze
methode is vergelijkbaar met de pointabsorber. Het verschil is dat de attenuator een langwerpige
vorm heeft en de pointabsorber één bol is, met de nodige installatie om hem heen.
De derde techniek is de oscillating wave surge. Deze techniek werkt anders dan de
voorgaande methodes en is te vergelijken met een waterplant. Waterplanten bewegen op de
zeebodem heen een weer door de beweging van golven. Deze methode werk op dezelfde manier
en uit deze beweging wordt energie gewonnen.
De vierde methode is een bijzondere methode wanneer deze vergeleken wordt met de
eerste drie technieken. De oscillating water column maakt indirect gebruik van de beweging van
de golven. Wanneer golven in een afgesloten luchtkolom op en neer gaan ontstaat er een
luchtverplaatsing. De energie die deze luchtverplaatsing bevat kan worden omgezet in
elektriciteit behulp van turbines.
De laatste behandelde techniek is het overtopping device. Ook werkt op een iets andere
manier dan de eerder besproken technieken. Deze machine vangt overslaande golven op in een
groot reservoir, waardoor er een hoogteverschil ontstaat tussen het water is het reservoir en het
zeeniveau. Door dit hoogte verschil kan het water teruglopen naar zee terwijl het turbines
aandraait. Deze turbines zorgen voor een energieomzetting.
De bovenstaande methoden kunnen zich op verschillende locaties bevinden, te weten onshore
nearshore en offshore. Elk van deze locaties heeft zijn eigen voor- en nadelen. Onshore heeft als
voordeel dat hij aan de kust is bevestigd en er geen grote afstanden afgelegd hoeven worden
voor bijvoorbeeld de verplaatsing van de gewonnen elektriciteit. Het grootste nadeel is dat de
golven aan de kust minder krachtig zijn en hierdoor minder energie bevatten.
Nearshore betekend dat een apparaat zich in relatief ondiep water bevindt. Apparaten op
deze locatie hebben dezelfde voor- en nadelen als onshore apparaten.
Tenslotte kunnen apparaten zich ook in diep water bevinden. Het grote voordeel hiervan
is dat de energieopbrengst groter is dan de apparaten die zich dichtbij of aan de kust bevinden.
Het nadeel is dat offshore apparaten moeilijk te onderhouden zijn, omdat ze zich ver van de kust
bevinden.
72
7.2 ANTWOORD DEELVRAAG 2
Deelvraag 2 luidde als volgt: Welke methode om energie uit golven op te wekken is het meest
geschikt voor ons?
Deze deelvraag wordt behandeld in hoofdstuk 5: “Meest geschikte methode”. We hebben deze
deelvraag kunnen beantwoorden door alle technieken uitvoerig met elkaar te vergelijken. We
hebben elke techniek apart beoordeeld op bepaalde onderdelen, namelijk de efficiëntie van de
energieproductie, de constantheid van de energieproductie, de bouwkosten, de
moeilijkheidsgraad van het ontwerp, de moeilijkheidsgraad van de constructie, de
duurzaamheid van de constructie, de milieu impact en de mogelijk tot verbetering. Alle deze
onderdelen kregen een weegfactor omdat ze niet allemaal even belangrijk zijn. Na de technieken
beoordeeld te hebben, was de conclusie dat de oscillating water column de meest geschikte
techniek was voor ons onderzoek. Hierbij had vooral de mogelijkheid tot verbetering een
doorslaggevende rol. Het overzichtstabel met alle technieken en bijbehorende eindscores staat
hieronder weergeven:
Techniek Eindscore
Pointabsorber (drijvende boei) 132
Attenuator (drijvende slang) 127
Oscillating wave surge (bewegende klep op zeebodem)
126
Oscillating water column (Luchtturbine) 140
Overtopping system 108
7.3 ANTWOORD DEELVRAAG 3
Deelvraag 3 luidde als volgt: Is het voor ons mogelijk om een goede machine te maken die energie
uit golven opwekt?
Deze deelvraag wordt behandeld in hoofdstuk 6: “Ontwerpfase”. In dit hoofdstuk, het grootste
hoofdstuk van dit onderzoeksverslag, staat het volledige proces van het ontwerpen en bouwen
beschreven. Op basis van het antwoord van deelvraag 2 (in hoofdstuk 5) besloten we om de
techniek van de Oscillating water column als basis te gebruiken van ons ontwerp. De verticale
beweging van de golven wordt dus gebruikt om lucht weg te persen of aan te zuigen in een
reservoir. Door deze luchtstroom door een turbine te leiden is het mogelijk om elektrische
energie op te wekken.
Zelf hebben we bedacht dat het rendement verhoogd kan worden door twee turbines geregeld te
laten aandrijven m.b.v. terugslagventielen. We hebben eerst van goedkope en makkelijk
bewerkbare materialen een prototype gebouwd, om te kijken of het idee van ons ontwerp
functioneert.
Toen we tevreden waren met dit prototype besloten we om te beginnen met de bouw van het
definitieve ontwerp. Bij het definitieve ontwerp hebben we goed gelet op de keuze van
73
materialen, vormen en ontwerpen, om op deze manier zo goed mogelijk aan het programma van
eisen te voldoen. Nadat het definitieve ontwerp helemaal af was, hebben we hem getest in het
water. We gebruikten geen echte golven, maar simuleerden de verticale golfbeweging door de
machine te bewegen t.o.v. de waterspiegel. Bij de eerste proef leverde de machine een constant
vermogen van 0,45 Watt. Bij de tweede proef verhoogden we de weerstand van de turbines,
door er twee naast elkaar te plaatsen. Toen leverde de machine een constant vermogen van 0,6
Watt. De proef was naar onze mening geslaagd, omdat we hadden aangetoond dat met ons
ontwerp stroom gewonnen kan worden uit de golven van de zee.
We hebben het definitieve ontwerp ook beoordeeld aan de hand van ons programma van eisen,
en daarbij kreeg ons ontwerp een uiteindelijke score van 82,5 %. De scoretabel staat hieronder:
Eis Weegfactor Beoordeling Score
Efficiënte energieproductie
4 8 28
Kleine milieu impact
1 9 9
Bouwkosten 3 9 27
Product moet duurzaam zijn
3 8 24
Bouwmaterialen 3 9 27
Veiligheid 2 8 16
132
132/160 x 100 = 82,5%
Vervolgens hebben we berekend hoeveel energie dit ontwerp zou kunnen opleveren, als deze
nog veel groter wordt gebouwd en echt op de oceaan wordt geplaatst. Bij deze berekeningen zijn
we er ook vanuit gegaan dat er betere spullen zoals professionele turbines worden gebruikt.
Uiteindelijk was de uitkomst dat het vermogen van dit denkbeeldige ontwerp 15,5 Kilowatt is.
Dat is genoeg om enkele huishoudens van stroom te voorzien. Het werkelijke vermogen zal
echter iets lager liggen, omdat we geen rekening hebben gehouden met de grotere schaal,
waardoor de massa’s van de turbines groter zijn etc. Toch geeft dit aan dat het mogelijk is om
serieuze hoeveelheden stroom op te wekken uit golven van de zee.
74
7.4 ANTWOORD DEELVRAAG 4
Deelvraag 4 luidde als volgt: Hoe kan de productie van golfenergie efficiënter?
Als eerst zal uitgelegd worden hoe de productie van golfenergie met de door onze machine
efficiënter kan. Dit is voor een groot gedeelte al behandeld in hoofdstuk 6; “ ontwerpfase”. Onze
eigen machine zou een hoger rendement kunnen halen met de volgende verbeteringen:
-Het reservoir waarin de golf op en neer gaat moet groter gemaakt worden, omdat er op deze
manier per seconde meer lucht wordt verplaatst. Hij moet ook weer niet te groot zijn, omdat de
oppervlakte van het reservoir nooit groter mag zijn dan een halve golflengte. Anders is er op
verschillende plaatsen in het reservoir een beweging omhoog en omlaag, waardoor er netto
geen lucht wordt verplaatst.
-Er moeten betere turbines gebruikt worden. M.b.v. van de wetenschap van o.a. aerodynamica
kan een turbine-ventilator ontwikkeld worden die een veel hoger rendement haalt. Ook het
magneet en spoel systeem kan geoptimaliseerd worden, dus er moet niet gebruik worden
gemaakt van een elektromotor die bedoeld is om juist stroom in beweging om te zetten. Het is
zeer belangrijk dat het gehele turbine systeem de juiste weerstand heeft. Bij een te lage
weerstand gaat er te veel energie van de luchtstroom verloren en bij een te hoge weerstand zal
de turbine helemaal niet ronddraaien.
-Tenslotte kan ook de vorm van het reservoir aangepast worden. Als de machine bijvoorbeeld op
de kustlijn wordt geplaatst, kan een bocht in het reservoir worden aangelegd waardoor deze
horizontaal richting de zee gericht is. Op deze manier worden de golven die de kust naderen het
reservoir ingeduwd door de kracht van de waterstroom. Verder kan een trechtervorm van het
reservoir handig zijn, omdat op deze manier de lucht meer geleidelijk naar de buis van de T-
splitsing geduwd wordt, waardoor de lucht minder weerstand ondervindt.
Ten tweede wordt bekeken hoe de productie van golfenergie in het algemeen efficiënter kan.
Deze vraag is al lastiger te beantwoorden, omdat wij ons in dit onderzoeksverslag vooral
verdiept hebben in een specifieke techniek.
Het voordeel van golfenergie is dat golven heel veel kinetische energie hebben, maar het nadeel
is dat voorwerpen erg veel weerstand ondervinden onderwater (voorbeeld: als je de zee in rent
is het in dieper water erg zwaar om te lopen). Het is dus van belang dat hiervoor een oplossing
bedacht wordt, die voor elke techniek verschillend is.
Bij ons ontwerp hebben we dit gedaan door de waterverplaatsing van de golven om te zetten
naar een luchtverplaatsing en gebruik te maken van luchtturbines.
Bij onderwaterturbines of bewegende kleppen op de zeebodem (Oyster) kan dit gedaan worden
door de vorm hiervan aan te passen. Er moet voor gezorgd worden dat aan de kant waar het
75
water vandaan komt het oppervlakte zo groot mogelijk is en dat het water zo goed mogelijk
tegen het voorwerp kan aanduwen. Aan de kant waar het voorwerp naartoe beweegt, moet de
vorm zo aerodynamisch mogelijk zijn zodat het voorwerp zo weinig mogelijk weerstand in de
bewegingsrichting heeft.
Dit levert echter een probleem op, want bij golven is er geen constante waterstroom in een
richting. Het water beweegt met hoge snelheid heen en weer op een redelijk onvoorspelbare
manier. Er moet dus ook iets verzonnen worden zodat de (vormen van de) machine en zijn
onderdelen zich aanpassen aan de richting waarin het water van een golf zich beweegt. Dit kan
gedaan worden door gebruik te maken van beweegbare onderdelen die uit zichzelf van vorm
veranderen als de bewegingsrichting van het water verander.
Bij de Oyster zou de rechte klep bijvoorbeeld vervangen kunnen worden door een sterke
vervormbare klep in de vorm van een puntzak. Deze is aan de ene kant aerodynamisch, terwijl
de andere kant juist veel water kan opvangen. Als het water de andere kant op beweegt, vouwt
de puntzak de andere kant op.
Een andere manier waarop de machine zou kunnen anticiperen op de bewegingsrichting van het
water is door gebruik te maken van meetapparatuur en elektronische regelsystemen, zodat de
machine weet hoe het water zich beweegt op dat moment, zodat deze zich hieraan kan
aanpassen. De mogelijkheden van een dergelijke oplossing zijn bijna oneindig. Hierbij moet wel
gelet worden op het stroomverbruik van het regelsysteem, omdat het doel van de hele machine
juist stroom opwekken is.
Kortom, in het algemeen kan de productie van golfenergie efficiënter, door de weerstand van het
bewegende voorwerp van de machine te verlagen. Dit kan gedaan worden m.b.v. elektronische
regeltechnieken of zelfaanpassende vormen, of door de golven om te zetten in een
luchtverplaatsing. Verder moet er gelet worden op de vorm van turbines, reservoirs, kleppen en
propellers etc. zodat het rendement zo hoog mogelijk is.
7.5 ANTWOORD HOOFDVRAAG
De hoofdvraag luidde als volgt: Heeft golfenergie een toekomst?
In dit onderzoeksverslag hebben we veel verschillende aspecten van de productie van
golfenergie bekeken.
>-In hoofdstuk 2 zijn we ingegaan op de theorie en berekeningen met betrekking tot golven,
wind en het opwekken van elektrische stroom. Uit deze berekeningen bleek dat in golven veer
meer kinetische energie zit dan in wind, vooral omdat de dichtheid van water veel groter is dan
die van lucht. De conclusie was dat als er een goede techniek wordt uitgevonden om deze
kinetische energie met een hoog rendement om te zetten in elektrische stroom, de productie van
golfenergie zeer de moeite waar is. De golven bezitten een immense hoeveelheid energie, en het
is doodzonde om hier geen gebruik van te maken en alleen te investeren in windenergie, terwijl
de wind veel minder energie waarborgt.
>-In hoofdstuk 3 hebben we beargumenteerd waarom golfenergie nou eigenlijk de moeite waard
is.
Om te beginnen is er een ongelofelijke hoeveelheid energie opgeslagen in de golven, in totaal wel
vijf maal de totale energiebehoefte van de wereld. Bovendien zijn golven over het algemeen veel
constanter aanwezig dan wind, zodat er ook een constantere energieproductie is. Dankzij
golfenergie zullen we in de toekomst waarin vooral duurzame energie opgewekt zal worden,
niet zonder stroom zitten als het niet waait of als de zon niet schijnt. Daarnaast bestaat het
76
aardoppervlak voor ongeveer 70% uit water. Op het land wordt het steeds drukker en voller, en
zorgen windmolens en energiecentrales voor een grote milieu-impact. Daarom is het ontzettend
handig als we de 70% waar toch niemand woont kunnen gebruiken voor energiecentrales, zodat
de milieu-impact minimaal is.
>-In hoofdstuk 4 en 5 hebben we bekeken welke methoden er zijn om golfenergie op te wekken
er zijn, en welke het meeste geschikt is voor ons eigen bouwproject. De conclusie hiervan is dat
er ontzettend veel manieren zijn om golfenergie op te wekken. Hieruit blijkt dus dat golfenergie
ontzettend veel mogelijkheden biedt, ook op het gebied van verbetering en onderzoek. Dit in
tegenstelling tot een windmolen, waaraan vrij weinig te veranderen is. Golfenergie biedt dus
ontzettend veel mogelijkheden.
>-In hoofdstuk 6 is het volledige proces van dit bouwproject weergeven. Hierin staat uitvoerig
beschreven hoe we tot onze ontwerpen zijn gekomen, en hoe we onze machine gebouwd en
getest hebben. Met de resultaten van de tests hebben we aangetoond dat het mogelijk is om
stroom op te wekken uit golven. Na bekeken te hebben hoe onze machine verbeterd kon
worden, hebben we berekend dat de machine op ware grootte genoeg stroom zou kunnen
produceren voor enkele huishoudens, een aanzienlijke hoeveelheid stroom dus. Dit is nog niet
zo veel als bij een windmolen, maar de kosten voor de constructie van een windmolen zijn dan
ook veel hoger. We konden dus de conclusie trekken dat het zeker de moeite waard is om te
investeren in golfenergiecentrales, en dat terwijl we nog maar een techniek uitvoerig onderzocht
hadden.
Om in het kort samen te vatten: In de golven is meer duurzame energie opgeslagen dan waar
dan ook, de productie van golfenergie is constanter, er is meer ruimte voor golfenergie omdat de
aarde vooral uit zee bestaat, de vraag naar duurzame energiebronnen wordt steeds groter
vanwege de uitputting van fossiele brandstoffen, er zijn veel verschillende technieken voor
golfenergie en dit biedt ontzettend veel mogelijkheden, en tot slotte hebben we zelf aangetoond
dat het mogelijk is om stroom op te wekken uit golven. Vanwege al deze punten kan er maar een
conclusie getrokken worden: Golfenergie heeft een toekomst! Dit is het antwoord op de
hoofdvraag van dit onderzoeksverslag.
77
8. DISCUSSIE
In de evaluatie van de conclusie wordt voor elke deelvraag bekeken hoe juist/discutabel het
uiteindelijk antwoord is. In de foutendiscussie worden alle ‘fouten’ en verbeterpunten
beschreven. In de suggestie voor verbeteringen wordt uitgelegd hoe het bij een volgend
onderzoek dan beter zou kunnen.
8.1 EVALUATIE VAN CONCLUSIE
Deelvraag 1
In deelvraag 1 is beantwoord welke methoden en technieken er zijn om golfenergie op te
wekken. Om deze vraag te beantwoorden hebben we vooral op internet gezocht naar
verschillende methoden en ons eigen inzicht toegepast. Alle realistische lijkende methodes die
we toen konden bedenken of vinden hebben we uitgewerkt en beschreven en op deze manier
hebben we deze deelvraag beantwoord. Over het algemeen is deze deelvraag dus goed en
precies beantwoord, ook al is het natuurlijk niet uitgesloten dat er nog meer methoden en
technieken bestaan die wij niet hebben kunnen vinden.
Deelvraag 2
In deelvraag 2 is beantwoord welk van de methoden die zijn beschreven in deelvraag 1 het
meest geschikt is voor ons eigen bouwproject. Om de verschillende methoden goed te kunnen
vergelijken, hebben we ze allemaal beoordeeld met meerdere cijfers. We hebben meerdere
beoordelingspunten bedacht, elk met een eigen weegfactor (tussen 1 en 4), en voor elk
beoordelingspunt werd elke methode beoordeeld (tussen 1 en 10). Het eindresultaat van deze
beoordelingen was dat de Oscillating water column de hoogste score had met 140 punten. Op
nummer twee kwam de pointabsorber met 132 punten.
De juistheid van alle beoordelingen, en daarmee ook de juistheid van de eindscore, is echter
discutabel. We hebben weliswaar alle beoordelingen onderbouwd, maar het is mogelijk dat
sommige scores niet helemaal juist zijn omdat de beoordelingen voor een gedeelte op gevoel zijn
gedaan. Het is dus mogelijk dat een andere techniek eigenlijk beter zou zijn geweest om uit te
werken en te bouwen.
In ieder geval is gebleken uit het antwoord van deelvraag 3 dat de keuze van de Oscillating water
column geen slechte keuze is geweest, omdat het uiteindelijke resultaat goed was.
Oftewel, het is mogelijk dat een andere techniek beter geweest zou zijn vanwege de
onnauwkeurigheid van de beoordelingen, maar in de praktijk is onze keuze een goede keuze
gebleken.
Deelvraag 3
In deelvraag 3 is beantwoord of het voor ons mogelijk is om een goede machine te maken die
energie uit golven kan opwekken. We hebben eerst een prototype en daarna een definitief
ontwerp gemaakt, en op basis van de resultaten van de tests en de beoordeling van het
programma van eisen hebben we deze deelvraag kunnen beantwoorden.
Uit de tests bleek dat onze machine stroom kan opwekken uit golven, en dat een verbeterde
machine genoeg stroom kan leveren voor enkele huishoudens. Zoals eerder gezegd is dit laatste
discutabel omdat zeer grove aannames gedaan zijn bij de berekeningen en geen rekening is
gehouden met schaalvergroting, maar in ieder geval is duidelijk dat het met ons ontwerp
mogelijk is om serieuze hoeveelheden stroom op te wekken uit golven.
Uit de beoordeling van het programma van eisen bleek dat onze machine 82% van de punten
78
kreeg. Ook dit percentage is discutabel, omdat net zoals bij deelvraag 2 de beoordelingen deels
zijn gedaan op gevoel, maar in ieder geval is duidelijk dat onze machine ruim voldoet aan het
programma van eisen.
Het uiteindelijke antwoord op deelvraag 3, was dat het voor ons mogelijk is om een goed werken
machine te maken die energie uit golven kan opwekken. Volgens ons is dit uiteindelijke
antwoord volledig juist en niet discutabel, vanwege de positieve resultaten van de tests en de
beoordeling van het programma van eisen.
Deelvraag 4
In deelvraag 4 is beantwoord hoe de productie van golfenergie efficiënter kan. Deze deelvraag is
volledig beantwoord op basis van eigen ideeën en inzichten, omdat er geen bronnen te vinden
waren die ons echt goed konden helpen bij het beantwoorden van deze deelvraag.
Alle mogelijkheden die we beschreven hebben om de productie van golfenergie efficiënter te
maken zijn naar ons inzicht goed, omdat uit logische redenatie en argumentatie nou eenmaal
blijkt dat de productie van golfenergie op deze manieren efficiënter kan. Het is echter niet
uitgesloten, of misschien wel vrijwel zeker, dat er nog veel meer manieren zijn om de productie
van golfenergie efficiënter te maken, maar dat we deze niet zelf konden bedenken.
Kortom, alle antwoorden op deelvraag 4 zien wij als goede antwoorden, maar het is vrijwel
zeker dat er nog meer goede antwoorden bestaan.
Hoofdvraag
In de hoofdvraag is beantwoord of golfenergie een toekomst heeft. Op basis van het hele verslag
en de antwoorden op de deelvragen, hebben we geconcludeerd dat golfenergie zeker een
toekomst heeft.
Op bepaalde manieren is dit antwoord discutabel, omdat we alleen onderzoek gedaan hebben
naar golfenergie. Hierdoor is het wellicht mogelijk dat andere vormen van energieproductie net
zo goed of zelfs beter zijn den golfenergie, maar dit weten we niet omdat we dit niet onderzocht
hebben.
Gezien al onze bevindingen en argumenten zoals dat de vraag naar duurzame energie steeds
groter wordt, en dat in de golven vijf maal de energiebehoefte is opgeslagen, komen wij toch tot
conclusie dat het antwoord op de onderzoeksvraag volledig juist is en niet discutabel. We
moeten alle mogelijkheden voor duurzame energie verder ontwikkelen om niet in energienood
te komen, en daarom moet er naast zonne-energie en windenergie ook in golfenergie
geïnvesteerd worden, juist ook omdat golfenergie zoveel mogelijkheden biedt.
Kortom, het antwoord op de hoofdvraag is volledig juist.
8.2 FOUTENDISCUSSIE
We zijn in dit onderzoek met grote zorgvuldigheid te werk gegaan en hebben zodoende een zo
goed mogelijk ontwerp proberen neer te zetten. Echter is het ontwerp niet op alle punten
optimaal en zijn er verbeteringen uitvoerbaar. (Sommige van de hieronder genoemde punten
zijn reeds eerder in het verslag te vinden, bijvoorbeeld bij de Beoordeling van Programma van
Eisen)
Om te beginnen zou het beter geweest zijn om de beoordeling van de verschillende technieken,
en de beoordeling van ons eigen ontwerp met het programma van eisen, nauwkeuriger uit te
voeren. We hebben de beoordelingen zo goed mogelijk uitgevoerd met argumentatie en
79
redenatie, maar het zou beter geweest zijn om deze beoordelingen gedaan te hebben op basis
van keiharde feiten en cijfers uit bronnen.
Als we kijken naar de turbines, zien we dat deze turbines geen optimale aerodynamica en
gewicht hebben. Hierdoor wordt niet alle energie die opgeslagen is in de golven omgezet in
elektrische energie, waardoor het rendement niet het maximaal haalbare rendement is.
Bovendien zijn de assen van de turbines bevestigd op een elektromotor. Bij een elektromotor
wordt elektrische energie omgezet in bewegingsenergie. Deze omzetting is dus tegengesteld aan
de manier waarop wij hem gebruiken (als dynamo). Door dit verschil in werking, zal er een
kleine hoeveelheid energie verloren gaan.
Verder hebben we het definitieve ontwerp getest met behulp van de sopmethode. Het ontwerp
is dus niet getest met echte golven. Wanneer het ontwerp getest zou worden met echte golven
zouden er iets andere resultaten ontstaan. De oppervlakte van de golf is niet geheel horizontaal,
wat wel het geval was bij onze proef. De testmethode die wij gehanteerd hebben wijkt dus
enigszins af van de reële werking. Ook bij het aflezen van de spanning en stroomsterkte tijdens
de proef zijn er onnauwkeurigheden ontstaan. Het aflezen van de waarden hebben wij namelijk
gedaan wanneer het ontwerp zich in zijn laagste en hoogste positie bevond. Dit heeft ervoor
gezorgd dat er bij de resultaten enkel rechte lijnen te zien zijn. In werkelijkheid lopen deze lijnen
niet recht en bevatten ze, wanneer ze van richting veranderen, geen hoek. I.p.v. de hoek zal de
lijn met een kromming van richting veranderen.
In De conclusie n.a.v. de resultaten zijn niet alle resultaten even betrouwbaar, waardoor ook de
uitkomsten van de berekeningen onnauwkeuriger zijn. We hebben voor de berekeningen
aangenomen dat deze snelheid bij de tests ten alle tijden 0,29 m/s was. Vanzelfsprekend was dit
niet bij elke test precies het geval, omdat wij het ontwerp handmatig op en neer hebben laten
gaan. Bovendien hebben we voor de waterdiepte, en dus het hoogteverschil van het ontwerp
tussen zijn hoogste en laagste punt, 40 centimeter genomen bij de berekeningen. Echter was dit
niet in elk van de gevallen het geval omdat de bodem van het meertje erg zacht is. Hierdoor zal
de machine bij sommige metingen meer of minder dan 40 cm op en neer bewogen zijn, iets wat
niet meegenomen is in de berekeningen.
Bij De conclusie n.a.v. de resultaten is ook berekend hoeveel stroom het ontwerp zou kunnen
produceren als deze geoptimaliseerd zou worden en in de oceaan zou functioneren. De
aannames die gedaan zijn voor deze berekeningen zijn niet heel nauwkeurig. Zo hebben we de
verticale golfsnelheid bepaald met beeldmateriaal en niet met echte meetgegevens. Ook zijn we
er vanuit gegaan dat het reservoir best 15 bij 15 meter kan zijn zonder onderzocht te hebben of
dit de optimale grootte is. Ook is er aangenomen dat het rendement van een professionele
turbine 11,5 keer zo groot is als de door ons gebruikte legoturbine. Dit is echter ook een grove
aanname, omdat we hierbij geen rekening hebben gehouden met de grootte en de massa van de
turbine die gebruikt kan worden in het ontwerp op ware grootte. De vergroting van het
vermogen zal in werkelijkheid dus verschillen met de aangenomen 11,5. Al met al is de
berekening die beschrijft hoeveel stroom het ontwerp in optimale omstandigheden kan
opwekken dus niet erg nauwkeurig.
Wanneer we naar de theorie en de hierin berekeningen kijken, vinden we ook enkele
gebrekkigheden. In de theorie en zijn berekeningen zijn namelijk bepaalde aannames gedaan
80
voor de berekeningen. Deze aannames zijn echter vaak grove gemiddeldes, waardoor de
uitkomst van de berekeningen niet helemaal overeen komen met de werkelijkheid.
8.3 SUGGESTIES VOOR VERBETERING
Na de onnauwkeurigheden te hebben besproken in de foutendiscussie kunnen kijken naar
eventuele verbeteringen voor dit onderzoek. Een deel van deze verbeteringen is reeds
besproken in het antwoord op de vierde deelvraag of de evaluatie van de conclusie.
Allereerst zouden we bij de bouw van ons eigen ontwerp gebruik kunnen maken van optimale
turbines. Hiermee worden turbines bedoelt die een perfectie aerodynamica hebben, wat een
verhoogt rendement tot gevolg heeft. Ook zou er gebruik gemaakt kunnen worden van een
energieomzetter die wel bedoelt is voor het omzetten van bewegingsenergie naar elektrische
energie. Zo zouden we een dynamo kunnen gebruiken die wel ervoor bedoelt is om
bewegingsenergie om te zetten naar elektrische energie.
Verder kan het ontwerp het beste getest worden met echte golven in plaats van de sopmethode,
bijvoorbeeld in een golfslagbad. Dit zal leiden tot realistischere resultaten.
Ook zou het ontwerp tijdens de proef aangesloten moeten worden op een computer die de
meetgegeven tijden het verloop van de proef registreert. Hierdoor worden
meetonnauwkeurigheden vermeden, die door mensen worden veroorzaak, en zullen er ook
meer meetpunten zijn. Hierdoor zal de vorm van de grafieken ook nauwkeuriger zijn.
Bij een volgend onderzoek zouden de aannames voor de berekeningen en theorie specifieker
moeten zijn, zodat de uitkomst van de berekeningen beter overeenkomt met de werkelijkheid.
Verder zouden bij een volgend onderzoek de beoordelingen van de verschillende technieken en
ons eigen ontwerp nauwkeuriger kunnen, door de cijfers meer te baseren op harde feiten,
cijfers en onderzoeksresultaten.
Als laatst zou het bij een volgend onderzoek zeer de moeite waard zijn om een verdiepend
onderzoek te doen, om de efficiëntie van de productie van golfenergie te verbeteren zoals bij
deelvraag 4 is beschreven. Door handige systemen te ontwerpen is het mogelijk nog duidelijker
aan te tonen dat golfenergie een goede energiebron is.
81
9. PROCES
9.1 LOGBOEK
Hieronder volgen onze logboeken met onze tijdsinvestering per onderdeel en de totale
tijdsinvestering. Eerst volgt het logboek van Martijn en daarna die van Reinier.
LOGBOEK MARTIJN
Datum Activiteiten Tijd (uur)
2013
Maandag 2 sept. Knoop door hakken over onderwerp. Te beantwoorden vragen opstellen.
2
Donderdag 5 sept. Plan van aanpak opstellen Bronnen gezocht
2
Donderdag 19 sept.
Gesprek met begeleider 0,5
Dinsdag 24 sept. Werkplan maken 3 Vrijdag 27 sept. Universiteitsbibliotheek bronnen gezocht 1
Zondag 29 sept. Werken deelvraag 1 2
Donderdag 10 okt.
Verdiepen verschillende technieken, uitwerken 2
Zaterdag 19 okt. Uitwerken verschillende technieken 1,5
Vrijdag 25 okt. Introductie, deelvraag 1, 4
Zondag 3 nov. Deelvraag 1 2
Maandag 4 nov. Deelvraag 2 1
Woensdag 6 nov. Deelvraag 2 2,5
Zaterdag 9 nov. Deelvraag 2 3
Maandag 11 nov. Werken deelvraag 2 2
Dinsdag 12 nov. Scoreschema’s invullen 2
Woensdag 13 nov. Verdiepen in generatoren, materialen en kosten 1,5 Zondag 17 nov. Werken Ontwerpfase 2
Maandag 18 nov. Tekeningen prototype maken 3
Zaterdag 23 nov. Werken Ontwerpfase 4
Zondag 24 nov. Bouwen prototype 5
Woensdag 27 nov. Bouwen prototype 2,5 Zondag 1 dec. -Prototype testen
-Werken Ontwerpfase 4
Dinsdag 3 dec. Waterreservoir definitief ontwerp, zoeken. Gelijk opgehaald in Ede.
3
Vrijdag 6 dec. Programma van eisen opstellen 2,5
Zaterdag 14 dec. Theorie 1,5 Vrijdag 20 dec. Theorie 2
Maandag 23 dec. Verder werken ontwerpfase 3,5
Maandag 30 dec. Beginnen definitief ontwerp 3,5
2014
Donderdag 2 jan. Turbines + terugslagventielsysteem maken 3
Vrijdag 3 jan. Definitief ontwerp maken 3
Zondag 5 jan. Terugslagventielsysteem in elkaar zetten + stopmotion filmpje maken
3
82
Totaal aantal werkuren Martijn: 94
Datum Activiteiten Tijd (uur)
Dinsdag 7 jan. Reservoir op maat maken 2.5
Donderdag 9 jan. Ontwerpfase schrijven 1,5
Zaterdag 11 jan. Definitief ontwerp klaarmaken voor test 1 Zondag 12 jan. Testen van machine 3
Maandag 13 jan. Resultaten verwerken 1,5
Dinsdag 14 jan. Definitief ontwerp schrijven 2
Woensdag 15 jan. Programma van eisen beoordelen 2,5
Donderdag 16 jan. Geslaagdheid product bepalen 0,5 Zaterdag 18 jan. Conclusie schrijven 1
Maandag 20 jan. Bronnenlijst voetnoten plaatsten 1,5
Dinsdag 21 jan. Discussie
Woensdag 22 jan. Nagekeken versie verbeteren, laatstje puntjes op de i 2
83
LOGBOEK REINIER
Datum Activiteiten Tijd (uur)
2013
Maandag 2 sept. Knoop door hakken over onderwerp. Te beantwoorden vragen Opstellen.
2
Donderdag 5 sept. Plan van aanpak opstellen Bronnen gezocht
2
Donderdag 19 sept. Gesprek met begeleider 0,5
Dinsdag 24 sept. Werkplan maken 3
Vrijdag 27 sept. Universiteitsbibliotheek bronnen gezocht. 1
Zondag 29 sept. Werken deelvraag 1 3
Maandag 30 sept. Werken deelvraag 1 2 Dinsdag 1 okt. Werken deelvraag 1 2
Donderdag 10 okt. Verdiepen verschillende technieken, uitwerken 2
Zaterdag 19 okt. Uitwerken verschillende technieken 1
Donderdag 24 okt. Werken deelvraag 2 2
Woensdag 6 nov. Werken deelvraag 2 3
Zondag 10 nov. Verdiepen in generatoren, materialen en kosten 2
Maandag 11 nov. Werken deelvraag 2 3
Dinsdag 12 nov. Scoreschema’s invullen 2
Zaterdag 16 nov. Ontwerpfase uitwerken 5
Zondag 17 nov. Werken Ontwerpfase 3
Woensdag 20 nov. Bouwen prototype 5
Zondag 24 nov. Bouwen prototype 4
Woensdag 27 nov. Bouwen prototype 2,5
Zondag 1 dec. -Prototype testen -Werken Ontwerpfase
4
Maandag 2 dec. Zoeken naar onderdelen definitief ontwerp 2
Dinsdag 3 dec. Ontwerpfase uitwerken 2
Maandag 23 dec. Verder werken ontwerpfase 3,5
Maandag 30 dec. Beginnen definitief ontwerp 2,5
Donderdag 2 jan. Turbines + terugslagventielsysteem maken 3
Vrijdag 3 jan. Definitief ontwerp maken 3 Zondag 5 jan. Definitief ontwerp maken 2
Dinsdag 7 jan. Verder werken Ontwerpfase 2,5
Donderdag 9 jan. Foto's maken definitief ontwerp 2
Zaterdag 11 jan. Ontwerpfase uitschrijven 2
Zondag 12 jan. Testen van machine 3
Maandag 13 jan. Berekeningen doen 1,5
Dinsdag 14 jan. Resultaten uitwerken 1
Donderdag 16 jan. Algehele verslag verbeteren 1
Vrijdag 17 jan. Verslag opmaken 1
Maandag 20 jan. Conclusie schrijven 3 Dinsdag 21 jan. Discussie schrijven 2
Woensdag 22 jan. Nagekeken versie verbeteren, laatstje puntjes op de i 2
Totaal aantal werkuren Reinier: 93
84
9.2 MENINGEN OVER PROCES EN SAMENWERKING
9.2.1 MARTIJN
Naar mijn mening hebben wij dit profielwerkstuk tot een goed einde gebracht. Een goede
samenwerking was vereist om het proces vloeiend te laten verlopen. Een goede samenwerking
hangt af van onze inzet voor het onderzoek en voor elkaar. Ik ben van mening dat het proces
zonder moeilijkheden is verlopen. Een van de grootste redenen hiervoor is dat wij in het
dagelijkse leven goeden vrienden van elkaar zijn, waardoor er geen onenigheid is ontstaan, wat
eventueel nadelig kon zijn voor ons proces.
Doordat wij op tijd begonnen zijn met ons PWS en wij constant hebben doorgewerkt, zijn wij
uiteindelijk niet in tijdnood gekomen. We hebben van te voren als het ware een planning
gemaakt voor het komende half jaar, waarin we rond toetsweken minder en in vakanties juist
meer aan ons PWS hebben gewerkt. Deze afwisseling is goed bevallen en heeft uiteindelijk voor
een mooi resultaat gezorgd.
Ook een drijvende motor achter het proces wat onze gemotiveerdheid. Wij hebben enige tijd
nagedacht waarover we ons profielwerkstuk wilde gaan schrijven. We wilden in één keer een
goede keuze maken, want wanneer wij een onderwerp zouden kiezen waarvan we later,
misschien wel halverwege, spijt van zouden krijgen, zou het erg lastig zijn om nog gemotiveerd
aan het werk te gaan. Om dit te voorkomen hebben we verschillende onderwerpen die ons
interessant leken met elkaar vergeleken. Beiden zijn we geïnteresseerd in techniek, waardoor
onze voorkeur direct uitging naar een onderwerp rondom natuurkunde en uiteindelijk het
onderwerp golfenergie.
Tevens wilden we ons niet enkel beperken tot de theorie, maar we wilden ook in praktijk te
werk gaan. Zo hebben wij ongeveer één derde deel van de totale tijdsinvestering besteed aan
praktisch bezig zijn. De afwisseling van theorie en praktijk is ons erg goed bevallen.
Tenslotte heeft een erg enthousiaste begeleider er ook nog voor gezorgd dat wij gemotiveerd
bleven. De begeleider in de vorm van Dhr. Staring, docent natuurkunde, heeft er mede voor
gezorgd dat wij met dit het gewenste resultaat hebben verkregen.
9.2.2 REINIER
Ik ben zeer tevreden over het proces en de samenwerking van dit PWS. Ik denk dat ik en Martijn
elkaar goed aanvulden. Ik was degene die vooral de ontwerpen en inhoud van het verslag
bedacht, terwijl Martijn juist erg goed was in het bouwen van de machine en het zorgvuldig
uitwerken van alles. Ik heb nooit het gevoel gehad dat één van ons veel meer of minder deed dan
de ander, en we hebben nooit kritiek op elkaar gehad.
Ook de samenwerking met onze begeleider, E. Staring, is naar mijn mening erg goed verlopen.
Hij toonde interesse in ons onderwerp en onze voortgang, hij gaf goede tips en heeft onze
conceptversie zeer nauwkeurig nagekeken waardoor we ons PWS veel konden verbeteren. Ik
ben nooit in aanvaring gekomen met onze begeleider, en zijn enthousiasme zorgde voor een
extra motivatie om mijn best te doen.
85
Ook over de planning ben ik erg tevreden. We zijn op tijd begonnen met ons PWS, hebben eraan
gewerkt zodra we er tijd voor hadden en zorgden ervoor dat we alles op tijd afhadden. Hierdoor
hebben we ons nooit hoeven haasten of overwerken om deadlines te halen. Iets wat de kwaliteit
van het PWS ten goede komt.
Een belangrijke reden voor mijn, en waarschijnlijk ook Martijns gedrevenheid, is dat we erg
geïnteresseerd waren in het onderwerp. Natuurkunde is een van de vakken die ik erg
interessant vindt, en ik ben dan ook van plan om net zoals Martijn werktuigbouwkunde te gaan
studeren. We hebben er bewust voor gekozen om een PWS te doen waarin we iets bouwen,
omdat dit ons leuker leek dan enkel theorie en literatuuronderzoek. Door zelf iets te ontwerpen
en bouwen kom je vanzelf in aanraking met alle theorie, en bovendien kun je op deze manier
echt onderzoek doen naar iets. De reden dat we dit onderwerp gekozen is dan ook dat dit een
redelijk origineel onderwerp is, waarover nog maar weinig bekend is. Het PWS was hierdoor een
grotere uitdaging, maar het maakt het gehele onderzoek en de conclusies wel interessanter.
86
10. BRONNEN
10.1 BRONNEN THEORIE
1. ´Elektrische energie´. http://nl.wikipedia.org/wiki/Elektrische_energie. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 14 december 2013.
2. ´Gemiddelde windsnelheid` http://www.klimaatatlas.nl/klimaatatlas.php?wel=wind&ws=kaart&wom=Gemiddelde%20windsnelheid. Beheerder: KNMI. Geraadpleegd op: 14 december 2013.
3. ´Invalshoek´. http://nl.wikipedia.org/wiki/Invalshoek_%28luchtvaart%29. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 20 december 2013.
4. ´Kinetische energie´. http://nl.wikipedia.org/wiki/Kinetische_energie. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 14 december 2013.
5. ´Oppervlaktegolf´. http://nl.wikipedia.org/wiki/Oppervlaktegolf_%28vloeistofdynamica%29. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 14 december 2013.
6. ´Theorie energie´. http://www.knmi.nl/bibliotheek/knmipubmetnummer/knmipub111-11.pdf. Beheerder: KNMI. Geraadpleegd op: 14 januari 2014.
7. ´Windenergie´http://nl.wikipedia.org/wiki/Windenergie. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 14 december 2013.
8. ´Windturbine´http://nl.wikipedia.org/wiki/Windturbine. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 20 december 2013.
9. Kortland, K: “Newton vwo informatieboek 2” ThiemeMeulenhoff, Utrecht 2007, pagina´s 53-54
10.2 BRONNEN WAAROM GOLFENERGIE
10. ´Fossiele brandstof´. http://nl.wikipedia.org/wiki/Fossiele_brandstof. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 25 oktober 2013.
11. ´Fossil Fuel´. http://en.wikipedia.org/wiki/Fossil_fuel. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 25 oktober 2013.
12. ´Energie´. http://pia.sagepub.com/content/223/8/887.full.pdf+html. Beheerder: Institution of Mechanical Engineers. Geraadpleegd op: 4 november 2013.
13. `Voor- en nadelen golfenergie´. http://renewableenergyindex.com/hydro/advantages-disadvantages-wave-power. Beheerder: Eguza Media. Geraadpleegd op: 4 november 2013.
14. `Voor- en nadelen golfenergie´. http://www.conserve-energy-future.com/Advantages_Disadvantages_WaveEnergy.php. Beheerder: Conserve-Energy-Future Geraadpleegd op: 4 november 2013.
15. ´Waarom golfenergie´. http://www.aquamarinepower.com/technology/why-wave-power/ Beheerder: Aquamarinepower. Geraadpleegd op: 4 november 2013.
10.3 BRONNEN VERSCHILLENDE METHODES
ALGEMEEN
16. ´Golfkrachtcentrale´. http://wikimobi.nl/wiki/index.php/Golfkrachtcentrale. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 10 oktober 2013
17. ´Energie uit water´. http://www.energieuitwater.nl/ Geraadpleegd op: 10 oktober 2013. 18. ´Innoveren met water´.http://www.innoverenmetwater.nl/ Geraadpleegd op: 10
oktober 2013.
87
POINT ABSORBER 19. ´Pointabsorber energie´. http://lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/002/007/067/RUG01-
002007067_2013_0001_AC.pdf. Beheerder: Timvandenbroucke. Geraadpleegd op: 10 oktober 2013
20. ´Wavestar´.http://wavestarenergy.com/. Beheerder:Wavestarenery. Geraadpleegd op: 10 oktober 2013.
21. ´WEC technologie´. http://abs-5.me.washington.edu/pub/tidal_wave/a_rewiew_of_WEC_tech.pdf. Beheerder: Department of Mechanical Engineering, University of Bath. Geraadpleegd op: 19 oktober 2013.
88
ATTENUATOR 22. ´Golfenergie systemen´.
http://teeic.anl.gov/er/hydrokinetic/restech/desc/wave/index.cfm. Beheerder: Office of Indian energy. Geraadpleegd op: 3 november 2013.
23. ´Pelamis´http://www.pelamiswave.com/ http://dailyfusion.net/2013/09/next-gen-pelamis-wave-energy-converter-successfully-passes-initial-tests-21063/. Geraadpleegd op: 19 oktober 2013.
24. `Pelamisgolfenergie´www.pelamiswave.com%2Fupload%2Fnews%2FPR_scientific_paper_full Geraadpleegd op: 3 november 2013.
OSCILLATING WAVE SURGE 25. ´How oyster works´. http://www.aquamarinepower.com/technology/how-oyster-wave-
power-works/. Beheerder: Aquamarinepower. Geraadpleegd op: 4 november 2013. 26. ´Oyster wave energyconverter´.
http://en.wikipedia.org/wiki/Oyster_wave_energy_converter. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 4 november 2013.
OSCILLATING WATER COLUMN 27. ´OE Buoy`. http://www.oceanenergy.ie/oe-technology/generation.html. Beheerder:
OceanEnergy Ltd. Geraadpleegd op: 4 november 2013. Wells turbine
28. `Wellsturbine 1´. http://en.wikipedia.org/wiki/Wells_turbine. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 4 november 2013.
29. `Wellsturbine 2´http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a561876.pdf pag. 9 Geraadpleegd op: 4 november 2013.
OVERTOPPING SYSTEM 30. ´Golfkrachtcentrale´. http://wikimobi.nl/wiki/index.php?title=Golfkrachtcentrale.
Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 3 november 2013. 31. ´Overtopping device´. http://amsacta.unibo.it/3062/1/overtopping_devicex.pdf.
Geraadpleegd op: 3 november 2013. 32. ´Wavedragon´. http://www.wavedragon.net/index.php. Beheerder: Wave Dragon ApS.
Geraadpleegd op: 3 november 2013.
10.4 BRONNEN ONTWERPFASE
33. ‘An ocean of energy!’. http://mpptinspire.wordpress.com/2010/03/25/an-ocean-of-
energy/. Geraadpleegd op: 11 januari 2013. 34. ‘Stoom- en gascentrale’. http://nl.wikipedia.org/wiki/Stoom-_en_gascentrale.
Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 3 december 2013. 35. ‘Wellsturbine’. http://nl.wikipedia.org/wiki/Wellsturbine. Beheerder: Wikimedia
Foundation.
89
11. BIJLAGEN
11.1 BIJLAGEN 1
Op de volgende pagina´s volgen de bouwtekeningen van het prototype. Er zijn drie
bouwtekeningen, achtereenvolgend: het rechter zijaanzicht, het bovenaanzicht en het
vooraanzicht. De overige drie zijden van het prototype zijn gelijk aan respectievelijk: het linker
zijaanzicht, het onderaanzicht en het achteraanzicht.
Rechter zijaanzicht Schaal 1:2
90
Bovenaanzicht Schaal 1:2
91
In dit bovenaanzicht zijn slechts aan één kant de maten aangegeven. Dit is gedaan
omdat dit aanzicht lijnsymmetrisch is.
Bovenaanzicht Schaal 1:2
