Golfenergie

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Golfenergie

Aangezien de Nederlandse kustlijn 250 kilometer lang is, moet er dagelijks een behoorlijke hoeveelheid energie de Nederlandse stranden oprollen. De vraag is: een hoe groot deel hiervan is daadwerkelijk te oogsten?

Eerst bepalen we het gemiddelde vermogen van de golven op de Noordzee. Het golfvermogen hangt af van de golfhoogte en de golfperiode. David MacKay hanteert de volgende formules: P = 1/4 ρgh²v [W/m] waarin h de golfhoogte env de golfsnelheid is.

De snelheid bepaalt hij met de formule v = gT/2π [m/s], waarin T de periodetijd is.

De gemiddelde golfhoogte op de Noordzee is 0,5 meter en gemiddeld komen 14 golven per minuut aan land. Door deze twee parameters in de bovenstaande formules in te vullen, komen we op een gemiddeld golfvermogen van 4,0 kW per meter kustlijn, zo'n 100 kWh/m*d. Wanneer het zou lukken om alle energie om te zetten in elektrische energie, dan zouden we continu vier wasmachines kunnen laten draaien op elke meter kustlijn.

Met 250 kilometer kustlijn hebben we 1,5 centimeter, een pinkdikte, per persoon tot onze beschikking. Die pink levert 1,6 kWh/p*d, de eenheid waarin we in deze serie rekenen.

Welk percentage van die 1,6 kWh/p*d kunnen we oogsten als we golfgeneratoren grootschalig gaan toepassen langs de Nederlandse kust? We kunnen in ieder geval geen 250 kilometer lang cordon van golfgeneratoren voor de kust leggen, maar stel dat we 25 procent van een lijn parallel aan de kust van Nederland gebruiken.

Over het rendement van golfgeneratoren is weinig bekend, aangezien de technologie nog lang niet is uitontwikkeld. Een bekend ontwerp uit de jaren zeventig is Salter’s Duck, ook wel ‘ja-knikkende eend’ genoemd, van de Engelse professor Stephen Salter. Volgens MacKay heeft Salter’s Duck een rendement van 50 %. Wanneer we er met deze aannamen (25 % kustlijn, 50 % rendement) van uitgaan dat we een kwart van de golven die de Nederlandse kust naderen, omzetten in elektriciteit met een rendement van 50 %, dan kunnen we slechts een klein deel van de benodigde 185 kWh/p*d genereren. Net als bij getij-energie breekt het ons op dat we aan een zee liggen en niet aan een oceaan.

Naar: Technisch weekblad, 9 augustus 2011.

Opgaven:

Golven als bron van duurzame energie. Interessante vraag is of deze bron van energie in voldoende mate kan bijdragen aan het energiegebruik van Nederland.

Voor het vermogen van een golf per meter breedte wordt de volgende formule gehanteerd:

P = 1/4 ρ g h² v

Hier is h de golfhoogte, ρ de dichtheid van de golf en v de golfsnelheid.

De snelheid van een golf kan bepaald worden met:

v = gT/2ρ

Volgens het artikel is de gemiddelde Noordzeegolf 0,5 m hoog. Gemiddeld bereiken 14 golven per minuut het strand.

De kustlijn van Nederland is 250 km lang. Om golfenergie als alternatief te gebruiken worden in het artikel een paar aannames gedaan. Van de kustlijn moet 25% voorzien worden van generatoren die de golfenergie kunnen omzetten in elektrische energie. Het rendement van zo'n generator is 50%. Nederland heeft 16 miljoen inwoners die gemiddeld 185 kWh per persoon per dag gebruiken voor al hun bezigheden en behoeften.

Meer opgaven van de redactie van Exaktueel kunt u hier vinden.