Waterkracht

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Waterkracht is de naam voor energie die wordt ontleend aan water, hetzij door gebruik te maken van een hoogteverschil hetzij door gebruik te maken van de stroomsnelheid van water. Men spreekt ook van "witte steenkool". Met het "witte" doelde men vooral op de kleur van het schuimende water en op het schone karakter van dit type energie.

Tegenwoordig wordt vrijwel alle waterkracht omgezet in elektriciteit in waterkrachtcentrales, in het verleden werd de opgewekte mechanische energie ook wel meteen gebruikt, bijvoorbeeld om water op te pompen met een watermolen.

Achtergrond[bewerken]

Het gebruik van waterkracht is al eeuwen oud. Reeds in het Oude Egypte en Mesopotamië werd waterkracht gebruikt voor irrigatie. In India en het Romeinse Rijk kende men reeds systemen om molens en wielen aan te drijven met waterkracht. In China werden sinds de Handynastie watermolens op grote schaal toegepast, bijvoorbeeld voor het delven van erts.

Tegenwoordig kent men waterkracht vooral van waterkrachtcentrales, waarin stroom wordt opgewekt. Dit principe werd voor het eerst toegepast in 1886 door Westinghouse en Stanley. Een stuwdam kan smelt- en regenwater opvangen in een kunstmatig meer. Een waterkrachtcentrale met stuwdam levert vooral bij grote hoogteverschillen (Noorwegen, Zwitserland, Oostenrijk, Frankrijk) veel vermogen. Een riviercentrale heeft geen waterreserve om de schommelingen in het debiet op te vangen.

Bij een pompcentrale of spaarbekkencentrale wordt water in de daluren opgepompt naar hoger gelegen bekkens. Tijdens de piekuren stroomt het water terug en drijft de turbines aan. Op deze manier kan men elektriciteitscentrales die bij voorkeur op constant vermogen draaien (met name kolencentrales en kerncentrales) economisch beter benutten.

Berekeningen[bewerken]

Waterkracht kan worden berekend in de hoeveelheid beschikbare vermogen of energie per tijdseenheid. In grote reservoirs is de hoeveelheid vermogen doorgaans een functie van de stijghoogte en de stroomsnelheid.

De hoeveelheid energie, E, die vrijkomt indien een object met massa m valt vanaf een bepaalde hoogte h bij een bepaalde zwaartekracht g wordt berekend door:

\, E = mgh

Bij waterkrachtcentrales wordt water gecontroleerd losgelaten van een hooggelegen gebied naar een lager gelegen gebied. Hierbij is de hoeveelheid vermogen die wordt gegenereerd gerelateerd aan de massastroming

\frac{E}{t} = \frac{m}{t}gh

Door P te gebruiken als vervanger voor Et en mt uit te drukken in het volume van het water dat per tijdseenheid wordt verplaatst, ontstaat de doorgaans gebruikte formule:

P = \rho\, \phi\, g \, h

Waarin P het vermogen is in kilowatt, h de hoogte in meters, r de stroomsnelheid in kubieke meters per seconde, g de versnelling door middel van zwaartekracht van 9.8 m/s2, en k een coëfficiënt van effectiviteit, die kan variëren van 0 tot 1.[1]

Bij waterkrachtsystemen die gebruikmaken van de stroomsnelheid van water in plaats van water dat van hoog naar laag valt, zoals de systemen die gebruikmaken van een waterrad, is het vermogen in feite de kinetische energie van het stromende water. Dit wordt berekend door:

P = \frac{1}{2}\,\rho\,\phi\, v^2

Waarin v de snelheid is waarmee het water stroomt.

Een alternatieve formule is:

 \phi = A\, v

Waarin A het gebied is waarlangs het water stroomt.

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties
  1. Donald G. Fink and H. Wayne Beaty, Standard Handbook for Electrical Engineers, Eleventh Edition, McGraw-Hill, New York, 1978, ISBN 0-07020974-X pp. 9-3 and 9-4