Energie vissen uit zee

In één meter oceaan zit voldoende golfenergie om tienduizend gloeilampen van 100 Watt te laten branden. Maar hoe kan je die energie oogsten? Wout Prins, projectmanger Ocean Grazer en docent bij het Research Institute of Technology and Management denkt dat hij de perfecte oplossing heeft. In een loods naast het Natuurkunde & Scheikunde gebouw werkt hij aan een schaalmodel van zijn Ocean Grazer.

'Ik ben geen ingenieur', zegt hij in zijn kantoor. 'Maar toen ik op internet keek naar apparaten om golfenergie te oogsten viel het mij op dat die niet zo slim ontworpen waren.' Dus probeerde hij met een beter idee te komen.

Eerst laat hij een 'niet zo slim' ontwerp zien, de Pelamis Wave Power. 'Kijk, die bestaat uit drie segmenten, verbonden via een scharnierend mechanisme waarin hydraulische zuigers zitten. Wanneer een golf onder het systeem door rolt gaan de afzonderlijke delen op en neer zodat de zuigers bewegen. Maar het probleem is dat de afmetingen van de drie delen zijn geoptimaliseerd voor één type golf. Terwijl golven in de oceaan ontzettend variabel zijn!'

Prins, opgeleid als sociaal wetenschapper en al jaren werkzaam als docent bij de opleiding Industrial Engineering & Management begon gegevens te downloaden van onderzoeksboeien die de karakteristieken van golven meten in de oceaan ten westen van het Europees continentaal plat. 'De meest voorkomende golf is drie meter hoog. Maar dan gaat het om net iets meer dan 12 procent van alle golven.' De meeste apparaten voor het oogsten van golfenergie zijn geoptimaliseerd voor een specifieke golfhoogte. 'Wat betekent dat ze niet zijn geoptimaliseerd voor het merendeel van alle golven.'

Dat is het probleem. En Prins heeft twee jaar lang in de avonduren zitten zoeken naar een oplossing. 'Uiteindelijk had ik een idee dat leek te kloppen, ik noemde het Ocean Grazer. Het was wel wat eng om dat aan anderen te laten zien. Zou het ze overtuigen?' Prins ging eerst naar Research and Valorisation, de universitaire afdeling die onderzoekers helpt met patenten en plannen voor valorisatie. Daar zagen ze wel wat in het idee van Prins. 'We dienden een patentaanvraag in. En een jaar geleden gaven het College van Bestuur en het Faculteitsbestuur mij wat tijd en geld om het idee uit te werken.'

Wat is nu die Ocean Grazer? 'Mijn systeem past zich aan verschillende golven aan', legt Prins uit. De basis van het mechanisme is een 'drijvende deken', kleine energie-absorberende eenheden die op en neer gaan met de golven. 'Kleine golven tillen één of een paar eenheden op, grote golven pakken er meer op.' Elke eenheid die omhoog gaat trekt een zuiger door een pijp om water naar een bassin te pompen. En dat is nog maar de helft van het verhaal.

Want elke energie-absorberende eenheid is verbonden met drie verschillende zuigers. Door één, alle of een combinatie van die zuigers te koppelen aan de eenheid is het gewicht dat deze optilt te variëren. Wanneer een golf weinig energie bevat zou deze een zware zuiger niet kunnen optillen. 'Maar het gewicht mag ook niet te laag zijn. Daarom hebben we een systeem ontwikkeld met drie verschillende zuigers die je in zeven verschillende configuraties aan een energie-aborberende eenheid kunt koppelen.'

Een regelsysteem koppelt of ontkoppelt de gewichten om zo de oogst van energie te optimaliseren. 'Daarvoor moeten we natuurlijk wel weten hoeveel energie er zit in de golven die door ons systeem gaan, en hoe hoog ze zijn.' Een Duits bedrijf dat is gespecialiseerd in golfradars werkt momenteel aan dit probleem.

De beweging van de zuigers pompt water van een laag naar een hoog bassin. 'Op die manier slaan we dus potentiële energie op. Het water stroomt via een turbine terug naar het lagere bassin en zo produceren we energie.' Volgens zijn berekeningen kan de Ocean Grazer ongeveer 90 procent van de beschikbare golfenergie oogsten.

Ocean Grazer is overigens een enorm bakbeest: 'Zoals we het nu zien wordt het een rond platform met een doorsnede van 400 meter en 230 meter hoog.' Het grootste deel van dit systeem bevindt zich onder water. Het bovenste bassin ligt 80 meter onder de zeespiegel. 'Dat is ongeveer de maximale diepte waar je nog invloed van golven hebt. Door de bassins onder deze grens te plaatsen wordt het platform zeer stabiel, omdat de golven geen invloed hebben op de diep gelegen delen.' Een systeem met deze maten zou genoeg energie moeten kunnen produceren om 80.000 huishoudens van stroom te voorzien.

In een loods naast het Natuurkunde & Scheikunde gebouw toont Prins een schaalmodel van het pompsysteem. Het is een houten frame van ongeveer vijf meter hoog met grote watertanks op twee verschillende hoogten, verbonden met drie grote pijpen. Wanneer een energie-absorberende eenheid omhoog gaat trekt deze een zuiger omhoog in een, twee of drie pijpen, afhankelijk van de kracht van de ‘golf’.

Door die opgaande beweging trekt de zuiger water uit het laagste bassin. Als de zuiger stopt gaat er een klep dicht die terugstroom naar dat lage bassin voorkomt. Vervolgens valt de zuiger weer naar beneden. 'Er zitten twee kleppen aan de zuiger. Wanneer die open staan kan de zuiger door de waterkolom zakken. Misschien vragen we hier ook nog patent op aan, want dit is helemaal nieuw.' Op deze manier pompt het systeem water van het lage naar het hoge bassin, aangedreven door de passerende golven.

Het hele model is gebouwd door bachelor- en master studenten. 'Studenten vinden dit echt een leuk project om aan te werken, het heeft uiteindelijk een hele praktische toepasing.' Afgelopen jaar deden drie bachelors en acht masters uit diverse landen een afstudeeronderzoek bij de Ocean Grazer.

'Ons doel is om te bewijzen dat het concept werkt. Dat doen we via modellering maar ook door experimenten met dit soort schaalmodellen.' Tot nu toe gebeurt dat met een minimaal budget. 'We zijn druk bezig om fondsen binnen te halen. En er is al een netwerk van partners aan het ontstaan die interesse hebben in ons project.' Voor Prins is naast het onderzoek de opleiding van studenten een belangrijk doel van het hele project. 'Ik denk dat ik hier nog wel een jaar of tien mee bezig zal zijn.'

Kijk voor meer informatie op de website van Ocean Grazer.