Getijdencentrale

Watermassa's zijn onverbiddelijk. Twee keer per dag verplaatst de oceaan zich onder invloed van astronomische krachten, een proces dat enorme hoeveelheden energie herbergt. Een getijdencentrale tapt uit deze cyclische beweging. Vaak gebeurt dit door een estuarium of baai af te sluiten met een dam, waardoor bij vloed een reservoir ontstaat. Zodra de ebstroom inzet, ontstaat er een verval — een substantieel hoogteverschil — tussen het opgesloten water en de dalende zee. Op dat moment worden de schuiven geopend en dwingt de zwaartekracht het water door turbines die generatoren aandrijven. Het grote voordeel boven andere hernieuwbare bronnen is de absolute voorspelbaarheid. Men weet decennia vooruit exact hoeveel energie er op een specifiek uur beschikbaar zal zijn, wat deze techniek een unieke positie geeft in de stabiele energievoorziening.

De exploitatie van getijdenenergie manifesteert zich in de praktijk via grootschalige civieltechnische ingrepen in kustgebieden. Centraal staat het creëren van een gecontroleerde doorlaat. Bij getijdedammen worden enorme turbines geïntegreerd in de fundering van de afsluiting. Zodra de zeespiegel stijgt, vullen de bassins zich. Sluizen sluiten. Het opgebouwde potentiaalverschil dwingt het water bij eb door de schoepen van de generatoren. Het is een cyclisch proces. Bulb-turbines zijn hierbij de standaard. Soms draaien ze bidirectioneel; energieopwekking vindt dan plaats bij zowel inkomend als uitgaand tij.

Vrijstaande systemen werken anders. Deze getijdestroomturbines worden op strategische punten op de zeebodem verankerd, vaak waar de morfologie van de kust het water door een flessenhals dwingt. Geen dammen nodig. De kinetische energie van de stroming zet de bladen direct in beweging. Het water is dikker dan lucht. Daarom zijn de rotorbladen korter en robuuster dan bij windturbines. De verbinding met het vasteland verloopt via onderzeese hoogspanningskabels. Onderhoud gebeurt vaak met gespecialiseerde schepen die de complete turbine-unit naar de oppervlakte hijsen. Het blijft een strijd tegen zout en begroeiing. Lokale versnellingen van de watermassa zijn cruciaal voor het rendement. De plaatsing vereist uiterste precisie ten opzichte van de heersende stroomrichting. Soms worden turbines in arrays geplaatst, vergelijkbaar met windparken op zee, waarbij de onderlinge afstand interferentie moet voorkomen. Mechanische belasting is constant aanwezig. Het systeem functioneert autonoom binnen de astronomische getijdecyclus.

De getijdedam of barrage

De meest beproefde variant is de getijdedam, in vaktermen vaak een barrage genoemd. Deze constructie sluit een compleet estuarium of een natuurlijke baai af. De focus ligt hierbij op het benutten van potentiële energie. Het principe is eenvoudig maar grootschalig. Men wacht op een substantieel verval tussen het bassin en de open zee. Zodra dit hoogteverschil maximaal is, passeren gigantische watervolumes de turbines. Het doet denken aan een conventionele waterkrachtcentrale in een rivier, maar dan met de complexiteit van zoutcorrosie en wisselende stroomrichtingen.

Getijdestroomturbines (Tidal Stream)

Geen dammen. Geen estuaria die op slot gaan. Getijdestroomturbines worden direct in de waterstroom geplaatst, vergelijkbaar met windmolens op land. Hier draait alles om kinetische energie. Omdat water een veel hogere dichtheid heeft dan lucht, kunnen deze turbines veel compacter zijn dan hun tegenhangers in de windsector. Men verankert ze aan de zeebodem of laat ze drijven aan krachtige boeien. De visuele impact is nihil. De ecologische verstoring blijft vaak beperkt tot het lokale sedimenttransport en de directe omgeving van de rotorbladen.

Een relatief nieuw concept is de getijdelagune. In plaats van een bestaande baai af te dammen, bouwt men een kunstmatige ringdijk in de kustzone. Dit creëert een kunstmatig bekken. Het voordeel is een verminderde impact op de natuurlijke habitat van riviermondingen. Het water wordt gecontroleerd binnengelaten en uitgestoten via geïntegreerde turbinehuizen.

Verder zien we experimentele vormen zoals:

• Dynamic Tidal Power (DTP): Een theoretische benadering waarbij een dam van tientallen kilometers loodrecht op de kustlijn wordt gebouwd, waardoor een faseverschil in het getij ontstaat tussen beide zijden van de dam.
• Getijdenvliegers: Een turbine die als een vlieger aan een kabel door het water 'vliegt' om de relatieve stroomsnelheid en daarmee de energieopbrengst te verhogen.
• Schroef van Archimedes: Soms toegepast in kleinschalige systemen of bij lagere stroomsnelheden vanwege de visvriendelijkheid en robuustheid.

Vaak ontstaat er verwarring met golfslagenergie. Dit is onterecht. Golfslagenergie is afhankelijk van windpatronen op het wateroppervlak. Getijdenenergie is puur gebaseerd op de zwaartekrachtinteractie tussen de aarde, de maan en de zon. De voorspelbaarheid is het grootste onderscheidende kenmerk. Astronomische tabellen liegen niet.

De Oosterscheldekering als testlocatie

In Nederland vindt getijdenenergie een plek in de bestaande waterbouw. In een van de doorlaatopeningen van de Oosterscheldekering zijn vijf turbines op een rij gemonteerd. Het is een compacte opstelling. Zodra de stroomsnelheid van het water door de kering oploopt tot boven de 1 meter per seconde, beginnen de bladen te draaien. De opgewekte stroom gaat direct naar het lokale net op Schouwen-Duiveland. Hier zie je hoe een bestaand stormvloedkeringontwerp een dubbelfunctie krijgt zonder de veiligheid in gevaar te brengen.

Onderhoud op volle zee

Een technicus aan boord van een gespecialiseerd hefvaartuig bij de Orkney-eilanden bereidt de inspectie voor. De complete turbine-unit, een kolos van tientallen tonnen, wordt hydraulisch uit het water getild. De bladen zijn bedekt met een dunne laag algen en zeepokken, ondanks de speciale antifouling-coating. Er is weinig tijd. Het onderhoudsvenster is beperkt tot de korte periode van 'dood tij', wanneer de stroming minimaal is. Binnen vier uur moet de unit weer op de bodem staan en vergrendeld zijn, voordat de volgende getijdestroom met brute kracht inzet.

De controlekamer in Bretagne

In de centrale van La Rance kijkt een operator naar de monitoren. Het is 03:45 uur. Volgens de astronomische tabellen, die jaren geleden al zijn opgesteld, bereikt het verval tussen het bassin en de zee over exact twaalf minuten de kritieke grens van vijf meter. Er is geen onzekerheid zoals bij wind- of zonne-energie. Op de minuut nauwkeurig worden de schuiven geopend. De meters slaan uit naar 240 megawatt. De voorspelbaarheid laat de netbeheerder toe om andere, minder stabiele centrales precies op dat moment terug te regelen.

Robuustheid van componenten

Kijk naar een rotorblad van een getijdenvlieger of stroomturbine. Het is korter dan een autoband, maar gemaakt van massief composiet of hoogwaardig staal. De krachten zijn enorm. Terwijl een windturbineblad buigt in de wind, moet dit onderdeel de enorme druk van de 'dikke' watermassa weerstaan. Trillingen worden geabsorbeerd door zware lagers die in een oliebad draaien, hermetisch afgesloten van het corrosieve zoute water door drievoudige mechanische afdichtingen.

Omgevingswet en wateractiviteiten

De realisatie van een getijdencentrale in Nederlandse wateren valt onder de Omgevingswet. Een omgevingsvergunning voor een wateractiviteit is onontbeerlijk. Rijkswaterstaat toetst hierbij streng op de veiligheid van de waterkering en de doorstroming van het waterlichaam. De waterstaatkundige functie heeft altijd voorrang. Een centrale mag de primaire waterkerende functie van bijvoorbeeld een stormvloedkering nooit hinderen. Voor installaties in de exclusieve economische zone (EEZ) op de Noordzee gelden aanvullende regels uit de Waterwet en internationale verdragen zoals UNCLOS.

Europese richtlijnen en natuur

Ecologie bepaalt de haalbaarheid. De Kaderrichtlijn Water (KRW) en de Vogel- en Habitatrichtlijn vormen vaak de grootste juridische hordes. Omdat getijdencentrales vaak gesitueerd zijn in estuaria die als Natura 2000-gebied zijn aangemerkt, is een passende beoordeling verplicht. De impact op de slibhuishouding en de vismigratie moet tot een minimum worden beperkt. Vergunningverlening strandt geregeld op de onomkeerbare effecten op het benthische leven of de verstoring van beschermde mariene zoogdieren door onderwatergeluid.

Internationale normering

Voor de technische integratie en veiligheid van getijdensystemen wordt aangesloten bij de IEC 62600-serie. Dit zijn internationale standaarden specifiek voor maritieme energie-omzetters. Ze beschrijven ontwerpeisen, de bepaling van de energieopbrengst en de structurele integriteit van de turbines. Het gaat hierbij niet alleen om de mechanische componenten, maar ook om de elektrische veiligheid van de netaansluiting onder zoute condities. NEN-normen voor laagspanning en hoogspanning blijven onverminderd van kracht voor de verbinding met het landzijdige transformatorstation.

• IEC 62600-2: Richtlijnen voor het ontwerp en de structurele integriteit van marine energy converters.
• NEN-EN-IEC 61400: Wordt soms deels analoog toegepast voor de aerodynamische principes van de rotorbladen, hoewel de vloeistofdynamica verschilt.
• Machinerichtlijn: Cruciaal voor de veiligheid tijdens onderhoudswerkzaamheden aan de bewegende delen van de centrale.

De aansluiting op het hoogspanningsnet volgt de landspecifieke Netcode. Netbeheerders stellen eisen aan de spanningskwaliteit en de stabiliteit van de injectie. Hoewel de energie voorspelbaar is, blijft de vermogensafgifte fluctueren binnen de getijdecyclus. Dit vereist vaak specifieke technische afspraken over de power quality en de reactieve vermogenscompensatie.

Het concept is stokoud. In de elfde eeuw draaiden in Frankrijk en Groot-Brittannië al getijdenmolens om graan te malen. Geen elektriciteit, maar directe mechanische aandrijving. Men sloot een inham af met een dijk, liet het water bij vloed binnen via een eenrichtingssluis en opende de maalsluis zodra het eb werd. Een vroege vorm van opgeslagen potentiële energie. Deze principes bleven eeuwenlang nagenoeg onveranderd.

De echte technische doorbraak kwam pas met de centrale van La Rance in Bretagne. In 1966 opgeleverd. Een megaproject. Het markeerde de definitieve overgang van kleinschalige mechanica naar nationale energievoorziening. Hier introduceerde men de bulb-turbine. Een compacte eenheid waarbij de generator in een waterdichte behuizing midden in de waterstroom hangt. Ondanks het succes bleek de bouw van dergelijke barrages een ecologische splijtzwam. Grote estuaria raakten hun natuurlijke dynamiek kwijt. Slibophoping werd een technisch en juridisch struikelblok voor verdere opschaling van dam-gebaseerde centrales.

Rond de millenniumwisseling kantelde de visie volledig. De techniek bewoog weg van de massieve dammen. De focus verschoof naar vrijstaande turbines die direct op de zeebodem worden verankerd, de zogenaamde tidal stream turbines. Geen afsluiting van de zee meer nodig. Deze evolutie werd mede gedreven door technologische spin-offs uit de offshore-industrie. Materialen en installatietechnieken uit de olie- en gassector maakten robuuste constructies in diep, turbulent water eindelijk rendabel. In Nederland leidde dit tot de integratie van turbines in de Oosterscheldekering rond 2015. Een hybride vorm. Bestaande waterbouw wordt hergebruikt als fundering voor moderne energie-opwekking. De strijd tegen corrosie en biofouling blijft echter een constante factor in de technische ontwikkeling.

• https://duurzaammbo.nl/waterkracht-in-water/getijde
• https://nl.wikipedia.org/wiki/Getijdenenergie
• https://www.deltares.nl/expertise/onze-expertises/energietransitie/getijdenenergie-temperatuurverschil-en-zoutgradient