De toekomst van golfenergie

K.S.G. de Breul 2013-2014

De toekomst van golfenergie

Reinier Goudswaard & Martijn van Wijk KSG de Breul VWO 6 Begeleider: Dhr. Staring, docent Natuurkunde

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.

2

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 3

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

4

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 doorgaatuitgeput 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.

5

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?

6

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?

7

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.

8

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:



Bron 4: ´Kinetische energie´, www.wikipedia.nl. Bron 7: ´Windenergie´, www.wikipedia.nl. 4 Bron 6: ´Theorie energie´, www.wikipedia.nl. 2 3

9

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.

10

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. 11

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.

12

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 7

Bron 1: Élektrische energie´, www.wikipedia.nl. Bron 9: Ńewton informatieboek 2´ pag. 53-54.

13

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

14

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.

15

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 9

Bron 8: ´Windturbine´, www.wikipedia.nl. Bron 3: Ínvalshoek´, www.wikipedia.nl.

16

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. 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 . 11

17

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.

18

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. Bron 20:Wavestar´, www.wavestarenergy.com . 18 Bron 22:’Golfenergiesystemen´, www.teeic.an.com . 17

19

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 . Bron 25:’How oyster works´, www.aquamarinepower.com . 21 Bron 26: Óyster wave energyconverter´, www.wikipedia.com . 20

20

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: ÓE Buoy´, www.oceanenergy.ie.

21

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 24

Bron 31: Óvertopping device´, www.amsacta.unibo.it. Bron 32: ´Wavedragon´, www.wavedragon.net .

22

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.

23

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 éen diepte groter dan veertig meter´ en tenslotte éen 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.

24

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 25

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 26

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.

27

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.

28

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.

29

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.

30

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


Score


4

7

Werkt alleen op drijfvermogen, hierdoor minder energieomzetting

28


2

5

Minder constant, want golfrichting moet evenwijdig aan lengte van slang zijn

10

Bouwkosten

2

7

Geen speciale/dure onderdelen

14


3

7

Principe van de machine is simpel

21


3

6

Het maken van goede drijvers en scharnieren in je juiste verhouding kan lastig zijn

18


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


4

5

Zeer beperkt, ontwerp is erg simpel en al uitgewerkt

20

EINDSCORE:

127

31

5.3.3 OSCILLATING WAVE SURGE (BEWEGENDE KLEP OP ZEEBODEM) Onderdeel

Weegfactor

Beoordeling


Score


4

6

Laag rendement door onregelmatige beweging van golven

24


2

8

Golven op de bodem zijn er vrijwel altijd

16

Bouwkosten

2

5

Zware waterdichte constructie nodig

10


3

8

Principe van ontwerp is niet lastig

24


3

6

Lastig om elektronische componenten tegen water te beschermen

18


1

6

Veel aantasting door zeewater en slijtage van bewegende onderdelen

6

Milieu Impact

1

4

Verstoord bodemleven van de zee

4


4

6

Principe staat al vast, enkel kleine verbeteringen

24

EINDSCORE:

126

5.3.4 OSCILLATING WATER COLUMN (LUCHTTURBINE) Onderdeel

Weegfactor

Beoordeling


Score


4

8

Volledige kinetische energie van golf wordt gebruikt om lucht samen te persen

32


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


3

6

Principe machine is niet erg simpel

18


3

5

Laten functioneren van machine zal lastig zijn

15


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


4

9

Weinig gerealiseerde techniek, veel verbetering mogelijk

36

EINDSCORE:

140 32

5.3.5 OVERTOPPING SYSTEM Onderdeel

Weegfactor

Beoordeling


Score


4

4

Slechts gedeelte van golf komt in reservoir terecht

16


2

5

Niet hoog, bepaalde golfhoogte is vereist

10

Bouwkosten

2

4

Zeer grote constructie met turbines etc. Nodig

8


3

6

Principe ontwerp is makkelijk, maar precieze vormen zijn lastig te bepalen

18


3

5

Bouwen van grote constructie is lastig

15


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


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.

33

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: 34

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.

35

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

36

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.

37

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.

38

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.

39

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.

40

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 open 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 open 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.

41

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.

42

6.2.1 BOUWTEKENINGEN De bouwtekeningen zijn te vinden in de bijlagen 1

43

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.

44

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

45

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:

46

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.

47

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 4 energieproductie Kleine milieu impact

1

Bouwkosten

3

Product moet duurzaam zijn

3

Bouwmaterialen

3

Veiligheid

2

48

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.

49

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.

50

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.

51

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.

52

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 In deze afbeelding zijn de turbines aangegeven met een bruine kleur. De de buizen luchtdicht wat terugslagkleppen zijn weergegeven met een schuine streep. De rode pijlen geven de een vereiste is. 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.

53

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 volten 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 54

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.

55

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

56

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

Elektromotor bevestigd dwarsbalk in PVC buis

Isolatiestrip (wit) aan binnenkant van buis

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. 57

Hieronder is een reeks met afbeeldingen te zien. De reeks beeld stap voor stap de manier waarop het terugslagventielsysteem in elkaar wordt gezet af.

58

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.

59

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 open 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

Vermogen (W)

Hieronder staan de grafieken van het vermogen van de twee turbines afzonderlijk en samen weergeven:

0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

Turbine bij zuigende kracht (inademen) Turbines bij samenpersende kracht (uitademen) De twee turbines gecombineerd 0

2

4

6

Tijd (s)

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.

60

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

61

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)

Spanni ng (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

0,7

Vermogen (W)

0,6 2 turbines bij zuigende kracht (inademen)

0,5 0,4

2 turbines bij samenpersende kracht (uitademen)

0,3 0,2 0,1

De vier turbines gecombineerd

0 0

2

4

6

Tijd (s)

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.

62

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 63

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 .

64

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 .

65

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

66

18000 16000 14000

Vermogen (W)

12000 Vermogen van turbine bij zuigende kracht (W)

10000 8000

Vermogen van turbine bij samenpersende kracht (W)

6000

Vermogen van de twee turbines gecombineerd (W)

4000 2000 0 t=0s

t = 0,5 s

t = 1,0 s

t = 1,5 s

Tijd(s)

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.

67

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


Efficiënte 4 energieproductie

8

28

Kleine milieu impact

1

9

9

Bouwkosten

3

9

27


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. 68

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

69

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.

70

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.

71

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 72

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


Efficiënte 4 energieproductie

8

28

Kleine milieu impact

1

9

9

Bouwkosten

3

9

27


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.

73

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 Tsplitsing 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 74

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 75

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.

76

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 77

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

78

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

79

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.

80

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 2013 Maandag 2 sept. Donderdag 5 sept. Donderdag 19 sept. Dinsdag 24 sept. Vrijdag 27 sept. Zondag 29 sept. Donderdag 10 okt. Zaterdag 19 okt. Vrijdag 25 okt. Zondag 3 nov. Maandag 4 nov. Woensdag 6 nov. Zaterdag 9 nov. Maandag 11 nov. Dinsdag 12 nov. Woensdag 13 nov. Zondag 17 nov. Maandag 18 nov. Zaterdag 23 nov. Zondag 24 nov. Woensdag 27 nov. Zondag 1 dec. Dinsdag 3 dec. Vrijdag 6 dec. Zaterdag 14 dec. Vrijdag 20 dec. Maandag 23 dec. Maandag 30 dec. 2014 Donderdag 2 jan. Vrijdag 3 jan. Zondag 5 jan.

Activiteiten Knoop door hakken over onderwerp. Te beantwoorden vragen opstellen. Plan van aanpak opstellen Bronnen gezocht Gesprek met begeleider

Tijd (uur) 2 2 0,5

Werkplan maken Universiteitsbibliotheek bronnen gezocht Werken deelvraag 1 Verdiepen verschillende technieken, uitwerken

3 1 2 2

Uitwerken verschillende technieken Introductie, deelvraag 1, Deelvraag 1 Deelvraag 2 Deelvraag 2 Deelvraag 2 Werken deelvraag 2 Scoreschema’s invullen Verdiepen in generatoren, materialen en kosten Werken Ontwerpfase Tekeningen prototype maken Werken Ontwerpfase Bouwen prototype Bouwen prototype -Prototype testen -Werken Ontwerpfase Waterreservoir definitief ontwerp, zoeken. Gelijk opgehaald in Ede. Programma van eisen opstellen Theorie Theorie Verder werken ontwerpfase Beginnen definitief ontwerp

1,5 4 2 1 2,5 3 2 2 1,5 2 3 4 5 2,5 4

Turbines + terugslagventielsysteem maken Definitief ontwerp maken Terugslagventielsysteem in elkaar zetten + stopmotion filmpje maken

3 3 3

3 2,5 1,5 2 3,5 3,5

81

Datum

Activiteiten

Dinsdag 7 jan. Donderdag 9 jan. Zaterdag 11 jan. Zondag 12 jan. Maandag 13 jan. Dinsdag 14 jan. Woensdag 15 jan. Donderdag 16 jan. Zaterdag 18 jan. Maandag 20 jan. Dinsdag 21 jan. Woensdag 22 jan.

Reservoir op maat maken Ontwerpfase schrijven Definitief ontwerp klaarmaken voor test Testen van machine Resultaten verwerken Definitief ontwerp schrijven Programma van eisen beoordelen Geslaagdheid product bepalen Conclusie schrijven Bronnenlijst voetnoten plaatsten Discussie Nagekeken versie verbeteren, laatstje puntjes op de i

Tijd (uur) 2.5 1,5 1 3 1,5 2 2,5 0,5 1 1,5 2

Totaal aantal werkuren Martijn: 94

82

LOGBOEK REINIER Datum 2013 Maandag 2 sept. Donderdag 5 sept. Donderdag 19 sept. Dinsdag 24 sept. Vrijdag 27 sept. Zondag 29 sept. Maandag 30 sept. Dinsdag 1 okt. Donderdag 10 okt. Zaterdag 19 okt. Donderdag 24 okt. Woensdag 6 nov. Zondag 10 nov. Maandag 11 nov. Dinsdag 12 nov. Zaterdag 16 nov. Zondag 17 nov. Woensdag 20 nov. Zondag 24 nov. Woensdag 27 nov. Zondag 1 dec.

Activiteiten

Knoop door hakken over onderwerp. Te beantwoorden vragen Opstellen. Plan van aanpak opstellen Bronnen gezocht Gesprek met begeleider Werkplan maken Universiteitsbibliotheek bronnen gezocht.

Tijd (uur) 2 2 0,5 3 1 3 2 2 2 1 2 3 2 3 2 5 3 5 4 2,5 4

Maandag 2 dec.

Werken deelvraag 1 Werken deelvraag 1 Werken deelvraag 1 Verdiepen verschillende technieken, uitwerken Uitwerken verschillende technieken Werken deelvraag 2 Werken deelvraag 2 Verdiepen in generatoren, materialen en kosten Werken deelvraag 2 Scoreschema’s invullen Ontwerpfase uitwerken Werken Ontwerpfase Bouwen prototype Bouwen prototype Bouwen prototype -Prototype testen -Werken Ontwerpfase Zoeken naar onderdelen definitief ontwerp

Dinsdag 3 dec. Maandag 23 dec. Maandag 30 dec. Donderdag 2 jan. Vrijdag 3 jan. Zondag 5 jan. Dinsdag 7 jan. Donderdag 9 jan. Zaterdag 11 jan. Zondag 12 jan. Maandag 13 jan. Dinsdag 14 jan. Donderdag 16 jan. Vrijdag 17 jan. Maandag 20 jan. Dinsdag 21 jan.

Ontwerpfase uitwerken Verder werken ontwerpfase Beginnen definitief ontwerp Turbines + terugslagventielsysteem maken Definitief ontwerp maken Definitief ontwerp maken Verder werken Ontwerpfase Foto's maken definitief ontwerp Ontwerpfase uitschrijven Testen van machine Berekeningen doen Resultaten uitwerken Algehele verslag verbeteren Verslag opmaken Conclusie schrijven Discussie schrijven

2 3,5 2,5 3 3 2 2,5 2 2 3 1,5 1 1 1 3 2

Woensdag 22 jan.

Nagekeken versie verbeteren, laatstje puntjes op de i

2

2

Totaal aantal werkuren Reinier: 93

83

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. 84

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.

85

10. BRONNEN 10.1 BRONNEN THEORIE 1. Élektrische 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. Ínvalshoek´. 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. Óppervlaktegolf´. 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/knmipub11111.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. Énergie´. 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/advantagesdisadvantages-wave-power. Beheerder: Eguza Media. Geraadpleegd op: 4 november 2013. 14. `Voor- en nadelen golfenergie´. http://www.conserve-energyfuture.com/Advantages_Disadvantages_WaveEnergy.php. Beheerder: Conserve-EnergyFuture Geraadpleegd op: 4 november 2013. 15. ´Waarom golfenergie´. http://www.aquamarinepower.com/technology/why-wavepower/ 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. Énergie uit water´. http://www.energieuitwater.nl/ Geraadpleegd op: 10 oktober 2013. 18. Ínnoveren met water´.http://www.innoverenmetwater.nl/ Geraadpleegd op: 10 oktober 2013.

86

POINT ABSORBER 19. ´Pointabsorber energie´. http://lib.ugent.be/fulltxt/RUG01/002/007/067/RUG01002007067_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://abs5.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.

87

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-successfullypasses-initial-tests-21063/. Geraadpleegd op: 19 oktober 2013. 24. `Pelamisgolfenergie´www.pelamiswave.com%2Fupload%2Fnews%2FPR_scientific_pape r_full Geraadpleegd op: 3 november 2013. OSCILLATING WAVE SURGE 25. ´How oyster works´. http://www.aquamarinepower.com/technology/how-oyster-wavepower-works/. Beheerder: Aquamarinepower. Geraadpleegd op: 4 november 2013. 26. Óyster wave energyconverter´. http://en.wikipedia.org/wiki/Oyster_wave_energy_converter. Beheerder: Wikimedia Foundation. Geraadpleegd op: 4 november 2013. OSCILLATING WATER COLUMN 27. ÓE 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. Óvertopping 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-ofenergy/. 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.

88

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

89

Bovenaanzicht

Schaal 1:2

90

In dit bovenaanzicht zijn slechts aan één kant de maten aangegeven. Dit is gedaan omdat dit aanzicht lijnsymmetrisch is.

Bovenaanzicht

Schaal 1:2

91

De toekomst van golfenergie

Recommend Documents