Waterkolk levert energie

Voor het opwekken van hernieuwbare energie hebben in het voorbije decennium vooral zonnepanelen en windmolens een hoge vlucht genomen. Het start-upbedrijf Turbulent pakt uit met kleinschalige waterturbines, met een innoverende aanpak waarbij het principe van een draaikolk ingezet wordt om betaalbare, hernieuwbare energie voort te brengen. Samen met energieconsulent Tom Schaeken bezocht ik een prototype van zo’n installatie op de Winge, in het kasteeldomein van Houwaart in Tielt-Winge. We kregen er uitleg van Luc Berben.

 

Een kolkende start-up

Luc Berben vertelt dat de kiemcel van Turbulent in een idee van Geert Slachmuylders ligt: “Hij heeft al heel zijn leven een sterke interesse voor biomimicry, waarbij men voor industriële toepassingen een model bouwt dat vergelijkbaar is met wat de natuur doet om dingen te laten werken. Geert heeft zijn eindwerk als ingenieur gemaakt over de waterkolk. ‘Dat is een eenvoudig verschijnsel. Daar moeten we toch energie kunnen uithalen?’, vroeg hij zich af. En inderdaad, de gemakkelijkste manier om een bekken vol water – bijvoorbeeld een bad – te laten leeg lopen is er een draaibeweging in te brengen. Zodra die draai er is, stroomt het water veel vlotter en heb je op een compacte plaats veel energie gebundeld.” De rest is geschiedenis. Geert vond in Jasper Verreydt een partner met een economische achtergrond, om zijn ingenieursvaardigheden aan te vullen. Samen begonnen ze in januari 2015 met Turbulent, een start-upbedrijf gericht op microwaterkrachtcentrales. Twee jaar en enkele gewonnen start-upwedstrijden later, telt het bedrijf elf medewerkers voor verkoop, marketing en Onderzoek & Ontwikkeling. Turbulent heeft zijn zetel in Hasselt, is sterk actief in Chili, zoekt toepassingen in Frankrijk en nam op 24 februari 2016 in Tielt-Winge zijn eerste kleinschalige waterkrachtturbine in België officieel in gebruik.

 

Turbulent ontwikkelt kleinschalige waterkrachtturbines, met een vermogen tussen 5 en 200 kilowatt. “Het belang van deze turbines, vergeleken met andere waterkrachtturbines, is dat ze kunnen werken bij een verval van 1 tot 1,5 meter. Bij de klassieke systemen is er een hoogteverschil van minstens 3 meter nodig. Met zo’n laag verval zijn er veel meer locaties waar onze turbines ingezet kunnen worden.” De focus van Turbulent ligt vooral op kleine installaties ( tussen 15 en 30 kilowatt), omdat gebleken is dat die een goed rendement combineren met een lage prijs. “Veel kleine installaties zijn trouwens efficiënter dan een grote. Kleine turbines zijn ook veel natuurvriendelijker: 20 meter verderop is de waterstroom weer exact wat hij was vóór de plaats van de turbine. Bij grote systemen heb je een dam nodig om het water op te houden en die heeft een grote impact op de omgeving.” Anders dan bij wind- of zonne-energi, kan een Turbulentturbine bij een goede plaatsing permanent energie leveren. “De waterstroom valt niet zo snel droog. Het waterdebiet is gelijkmatiger dan de verschillen in windkracht of zonne-instraling die op korte termijn kunnen optreden. Daardoor kan je met een kleinere installatie een gelijke hoeveelheid energie opwekken.”

 

In het turbinevat wordt een kolk nagebootst. Het water komt binnen in een spiraalvormig bassin, het volgt de wand en vormt zo automatisch een draaikolk. Onderaan in het bassin is een kleine opening, een kleine tunnel. Daar zit een schroef, een impeller, die eigenlijk de omgekeerde werking heeft van een propeller. De schroef neemt de mechanische energie op, die vervolgens via een as naar een generator gaat. De generator zet deze energie om in elektrische energie, in een wisselstroom van variabele frequentie, in functie van de snelheid van de turbine. Die wisselstroom wordt dan omgezet in gelijkstroom. “Het is eigenlijk een dynamo.” De gelijkstroom wordt in een omvormer omgezet in wisselstroom van een vaste frequentie van 50hz, zoals bij zonnepanelen. Luc toont drie turbines met een verschillende vorm die via 3D-printing tot stand gekomen zijn. “Op basis van berekeningen, computersimulaties en proeven in het laboratorium zoeken we nog voortdurend naar de ideale afmetingen van het bassin in relatie tot de turbine, naar de bladvormen van de impeller, naar de plaats van de generator, naar de bekabeling … Zo konden we al heel wat optimaliseren.”

 

Qua prospectie en verkoop is Turbulent momenteel vooral actief in Chili. “Daar zijn veel landerijen met irrigatiekanalen die elke 2 kilometer een verval van 3 meter hebben. Daar kan je telkens een turbine zetten van 30 tot 60 kilowatt, om dan zo’n 6 megawatt op te wekken per kanaal. Dat is meer dan al de industrie en steden ernaast gebruiken.” 

De waterrechten in Chili zijn vaak eigendom van de zogenaamde canallistas. Zij zijn de waternetbeheerders. “In de mate dat ze turbines op hun kanalen plaatsen, winnen ze energie die ze kunnen verkopen aan de eindverbruiker. Chili heeft een onbetrouwbare energievoorziening, want er zijn nog elke dag stroomonderbrekingen. De druk van de bevolking en de overheid om te investeren in duurzame energie is groot. Met een eigen ‘grondstof’ zouden ze een veel betrouwbaardere voorziening kunnen uitbouwen. Er zijn voor ons wel nog veel vragen op te lossen: weerstand tegen aardbevingen, levensduur van de installatie, overstromingsrisico’ …” 

In Chili zijn er veel geschikte vestigingsplaatsen, maar hoe zit dat bij ons? “In ons land zijn er meer dan duizend molensites die geschikt zouden zijn, weliswaar voor kleinere installaties. Ook waterlopen met sluizen – zoals het Albertkanaal of de benedenloop van de Schelde – zijn geschikt. Onze aandacht gaat ook naar Frankrijk. Daarvoor willen we een afgewerkt product met een vermogen van 15 à 30 kilowatt ontwerpen. Die kunnen we dan later verkleinen en aanpassen voor ons land. We zijn een klein bedrijf. Met elf mensen kunnen we niet alle producten tegelijkertijd aanpakken. Er is hier wel één grote speler die met ons wil samenwerken en dat aanbod is zo interessant dat we er een uitzondering voor maken.” 

De turbine in Tielt-Winge was voor Turbulent de eerste klant én het prototype. “We hebben hier veel kunnen experimenteren en bijsturen. We hebben ook aan den lijve kunnen ondervinden dat de installatie voorbereid moet zijn op erg verschillende en soms – bij storm – op zeer hoge debieten, waarbij de generator hoe dan ook beschermd moet blijven.”

 

Al zijn ze kleinschalig, de turbines leveren flink wat energie. De vraag is dan wie die hoeveelheid energie kan gebruiken of verkopen. Luc raamt dat je met een installatie van 15 kilowatt – die ruwweg 100 000 kilowattuur per jaar produceert – een dertigtal gezinnen kunt bedienen. Een dorp of energiecoöperatie kan een mogelijke afnemer zijn. Wat de land- en tuinbouw betreft, brengt Tom in dat er een stevig bedrijf met en constante afname nodig is. “Mits ze met een robot melken, komt een melkveebedrijf met 150 à 180 koeien in aanmerking. Ook bijvoorbeeld een varkensbedrijf van minstens 300 zeugen met afmesten. Dat heeft een minimumdebiet aan ventilatie die permanent draait. Als je de dimensionering van de turbine kunt afstemmen op die basislast, kan je ermee weg.” Luc Berben acht het mogelijk om de productie te sturen met een wachtbekken voor de installatie. Of een zijkanaal om, indien gewenst, water naast de turbine af te voeren. Je zou ook het vermogen van de turbine kunnen sturen in functie van de vraag, waarbij die met een zelfde hoeveelheid water minder energie levert.

 

Luc haalt aan dat men in Chili volop denkt aan meerdere kleine, decentrale productie-eenheden, eerder dan aan een grote eenheid met een gigantisch verdeelnet. “Dat is gewoon efficiënter en goedkoper. De distributie veroorzaakt 50% verlies.” Tom treedt hem bij. “De afkoppeling van de kerncentrales heeft in Duitsland de evolutie naar decentrale elektriciteitsproductie ingezet. Wanneer je het hebt over hernieuwbare energie, praat je over een volledig palet. Er is zonne-energie overdag, er is windenergie wanneer er genoeg wind is op 40 meter hoogte, en dan zijn er vergisting en waterkracht. Je zult al die technieken moeten samenbrengen om op elk moment van de dag en op elk moment van het jaar de energie te kunnen produceren die wij samen vragen.”

 

 

De miniwaterkrachtcentrale in Tielt-Winge
Totaal vermogen	2,2 kW
Vermogen bij sluis half dicht	1100 à 1200 Watt
Vermogen bij sluis helemaal open	2200 Watt
Geschat jaarvermogen	12.000 kWh of het verbruik van 3 gezinnen
Terugverdientijd	5 jaar