Duurzame Energie

Werkstuk: Duurzame Energie
Duurzame energie is energie die nooit opraakt.

H1. Windenergie:

Met een beetje moeite kunnen we de wind als energiebron gebruiken. De meeste energie halen we uit olie, kolen en gas. Deze fossiele brandstoffen raken langzamerhand op. Daarom zijn we op zoek naar nieuwe energiebronnen.
Het gebruik van brandstoffen neemt jaar op jaar toe. Eindige voorraden worden in een steeds hoger tempo aangesproken en uitgeput. Willen we onze energievoorziening ook op lange termijn zeker stellen, dan zullen we een andere weg moeten kiezen. Dan moeten we naar een duurzame energievoorziening toe. Rond 1900 verdwijnen de molens. Elektriciteit en stoommachines nemen het werk over. In Denemarken worden nieuwe stalen windmolens ontwikkeld, speciaal voor de productie van elektriciteit. Deze molens gebruikt als kleine elektriciteitscentrales. Na de Eerste Wereldoorlog worden met succes sneldraaiende windturbines ontworpen voor het opwekken van elektriciteit. De turbines hebben bladen die veel lijken op vliegtuigvleugels. Na de Tweede Wereldoorlog wekken grote centrales goedkope elektriciteit op met behulp van kolen, gas en olie. Windturbines kunnen daar niet tegenop en de ontwikkeling komt stil te liggen. In 1957 wordt in Duitsland de eerste windturbine met bladen van kunststof gebouwd. Twee jaar later bouwt een elektriciteit- bedrijf in Denemarken bij Gedser een windturbine met een vermogen van 200 kilowatt.
In de jaren zestig daalt de olieprijs opnieuw.
Met mammoettankers wordt goedkope olie uit het Midden-Oosten aangevoerd. Windenergie kan de prijsslag niet aan. De ontwikkeling van windenergie komt opnieuw tot stilstand.
Door de oliecrisis van 1973 gaan de olieprijzen weer omhoog. Windenergie komt wereldwijd in de belangstelling en zal dat nu blijven.
In het begin van de jaren 90 staan in Nederland ongeveer 500 windmolens met een totaalvermogen van 100 mega Watt.

Waterpompen en maalmachines hebben een elektromotor. Die gebruikt geen wind, maar elektriciteit. Elektromotoren kun je ook gebruiken als het niet waait. Als het wel waait, kunnen we met windturbines elektriciteit maken.
De wieken moeten recht op de wind staan. Omdat de wind van richting kan veranderen, moet de molen steeds op de wind worden gezet. Dat doet een computer. De uiteinden van de wieken kunnen draaien. Als het hard waait remmen ze de wieken af. Bij een storm mogen de wieken niet te snel rondgaan want dan kunnen ze breken. Bij een oude molen kan de molenaar de stand van de wieken een beetje veranderen om de wieken met een goede snelheid rond te laten gaan.

H2. Zonne-energie.

We kunnen niet zonder zonne-energie. Bijna al onze energie wordt geleverd door de zon. Als het niet direct is dan is het wel indirect. Een voorbeeld zijn plantenfossielen, daarin is energie van de zon gevonden. Er is zover wij weten één soort van energie die niet (in)-directe zonne-energie is: geothermische energie, hierbij wordt energie gehaald uit het binnenste van de aarde. Zonne-energie bestaat uit zonlicht, maar ook warmtestraling en UV-straling. Volgens wetenschappers en sterrenkundigen kunnen we nog lang gebruik maken van zonne-energie. Ten eerste ligt er nog zonne-energie opgeslagen in de fossiele brandstoffen. Er wordt ook zonne-energie opgeslagen in de atmosfeer. Het is niet duidelijk of daar ook gebruik van gemaakt kan worden. Ten tweede brandt de zon al zo ongeveer 4900 miljoen jaar en volgens sterrenkundigen kan de zon nog wel 2 keer zo oud worden. Een heel groot voordeel van het gebruik van zonne-energie is dat het goed is voor het milieu. Bij zonne-energie heb je niet al die milieuvervuilende stinkgassen. Een ander voordeel is dat zonne-energie eigenlijk oneindig is. Er komt geen einde aan (na meer dan 1 miljard jaar misschien. Toch wordt er nog niet zoveel directe zonne-energie gebruikt op aarde. We gebruiken zonne-energie vooral in zonnecollectoren en zonnecellen. Deze zonnecellen en zonnecollectoren vangen de energie op en verwerken die tot een andere vorm van energie, zodat we die nuttig kunnen gebruiken.

De eenvoudigste manier om zonne-energie op te vangen doe je met een zonnecollector. Zonnecollectoren verwarmen water dat gebruikt kan worden voor de centrale verwarming of warm tapwater. Een zonnecollector vangt het zonlicht op en verwarmt daar water mee. In feite is een zonnecollector een soort doos met een zwarte bodem die de zonnewarmte vast houdt. Daaronder zit nog een isolatielaag om te helpen de warmte vast te houden. Die doos wordt afgedekt met een glazen plaat die de warmte in de doos houdt. In die doos zitten pijpen waardoor het water stroomt. Er stroomt koud water in die pijpen en er komt door de zon verwarmd water weer uit. De simpelste zonnecollector is een vlakke-plaat-collector. Die zie je op de daken van huizen. Je kan ze alleen niet als enige energiebron voor verwarming gebruiken, omdat ze alleen goed verwarmd worden als de zon hoog aan de hemel staat. Op bewolkte dagen heb je dus gas nodig. Maar op zonnige dagen is het een mooie besparing. Het water wordt met een pomp naar de centrale verwarming gepompt om het huis te verwarmen. Een platte zonnecollector haalt niet zoveel energie uit zonlicht. Maar met andere soorten is de opbrengst veel groter. Zo zijn er parabolische spiegels: de zonnestralen worden via-via op één punt gericht, eerst op gewone spiegels en die schijnen ze weer in een ronde spiegel en die weerkaatst ze naar één punt.

De beste toekomst in de zonne-energie zijn de zonnecellen. Zonnecellen zetten zonlicht direct om in elektrische energie. Bij zonnecollectoren kan je ook elektrische energie opwekken, maar dan moet je van het water stoom maken die een turbine aandrijft. Een zonnecel zet in een keer de straling van de zon om in elektrische energie. Er wordt verwacht dat er in de toekomst veel zonnecellen worden verbruikt. Als er zonlicht op een zonnecel valt wordt dat omgezet in elektrische energie. Dat gebeurt in de draadjes in de cel die tevens de elektrische stroom vervoeren. Zonnecellen worden gemaakt van siliciumkristallen. Silicium is heel goedkoop, maar de zonnecellen worden zo duur omdat silicium zuiveren veel kost. Een zonnecel maakt uit zonlicht rechtstreeks elektriciteit. Een groot voordeel van de zonnecel is dat constant zonlicht niet nodig is. Ook op bewolkte dagen werkt een zonnecel. De energie die een zonnecel opvangt kan ook opgeslagen worden in accu’s.

Zonne-energie is een onuitputtelijke vorm van energie. Zonne-energie is tevens milieuvriendelijk. Zonne-energie kan verbruikt worden in zonnecellen en zonnecollectoren.. Alle vormen van energie zijn (in)-direct zonne-energie behalve thermische energie. Een nadeel is dat zonne-energie niet overal kan worden opgevangen. Niet ‘s nachts of in donkere/regenachtige gebieden en het is nog te duur.

H3. Waterkracht:

Een waterkrachtcentrale is eigenlijk niet meer dan een grote turbine die onder water hangt en die in werking wordt gebracht door het stromende water. Hier onder staat het waterkracht proces uitgelegd. Ik neem hierbij het voorbeeld van de waterkrachtcentrale in Alphen.
In Alphen heb je de stuw van Maurik. Die wordt gemiddeld 318 dagen per jaar neergelaten in de rivier. De waterkrachtcentrale produceert dan elektriciteit. De waterkrachtcentrale van Alphen levert gemiddeld 354 dagen per jaar elektriciteit.
Er is een stroomkanaal aangelegd van ongeveer 600 meter lang om het water door de waterkracht centrale te leiden. Zo zorgen ze ervoor dat de bodem niet uitslijt en dat het water zo goed mogelijk gestuurd kan worden door de turbines. De grofvuilrooster in de turbines houden drijvend afval tegen.
De waterkrachtcentrale is grotendeels onder water gebouwd. Het diepste punt ligt 16 meter onder de waterspiegel. Het installatiegebouw heeft drie verdiepingen. Medewerkers van de centrale kunnen alle onderdelen van de installatie van binnenuit bereiken.
Alle waterkrachtcentrales hebben vier turbines met een diameter van ongeveer 4 meter. Elke turbine heeft een hoog rendement zo’n 80 tot 90 % van de kracht van het water wordt benut. De turbines draaien niet snel. Soms 74 toeren per minuut. De turbines zijn niet allemaal in gebruik. Als de rivier weinig water geeft werkt er soms maar 1.
Iedere turbine is verbonden met een tandwielkast. Dit is een soort versnellingsbak. Deze zorgt ervoor dat de draaisnelheid wordt omgevormd naar een constante snelheid van 750 toeren per minuut.
Een tandwielkast is verbonden aan een generator. De vier generatoren hebben een vermogen van 3500 kW per stuk. Hiermee wekt de centrale 57.000.000 kWh per jaar op. Dat is het verbruik van 18.000 huishoudens.