Waterkracht

Potentiële energie van het stuwmeer van een waterkrachtcentrale

De potentiële energie Q die is opgeslagen in het stuwmeer van een waterkrachtcentrale of pompaccumulatiesysteem wordt bepaald door het volume V van het stuwmeer en het hoogteverschil h tussen het reservoir en de centrale. De opgeslagen energie wordt dan gegeven door:

Q = ρ V h g    Joule

Hierin is ρ de dichtheid van het water (ρ = 1000 kg/m³) en g de versnelling van de zwaartekracht (g = 9,81 m/s²). De opgeslagen energie kan nooit helemaal worden gebruikt, dat zou namelijk betekenen dat het hele meer dan leeg is.

Als voorbeeld wordt de hoeveelheid potentiële energie van het stuwmeer van de Ffestinog installatie en de Pumped Hydropower Storage Facility Northfield Mountain gegeven. Het reservoir van de Ffestinog installatie bevat 2 miljoen kubieke meter water en de valhoogte is 300 meter. Dat levert een potentiële energie van ongeveer 6000 GJ ofwel 1600 MWh. De opgegeven energie-inhoud van de installatie is 1440 MWh. Dat wil zeggen dat in praktijk 85% van de maximale potentiële energie wordt gebruikt. De 1080 MW Northfield Mountain installatie bevat 20 miljoen kubieke meter water en de valhoogte is daar 245 m. Dit levert een potentiële energie van 13,4 GWh terwijl de energie in praktijk 10,8 GWh is ofwel 81% van de potentiële energie.

De energiedichtheid van het stuwmeer van een waterkrachtcentrale

De energiedichtheid Q_m die is opgeslagen in het stuwmeer wordt bepaald het hoogteverschil h tussen het reservoir en de centrale. De energiedichtheid wordt gegeven door:

Q_m = h g    J/kg

Hierin is g de versnelling van de zwaartekracht (g = 9,81 m/s²). De energiedichtheid ligt in praktijk iets boven de 2 kJ (0,56 Wh) per kilogram water afhankelijk van het hoogteverschil h tussen de reservoirs. In het bovenstaande geval van Ffestinog is de energiedichtheid 2,9 kJ/kg, de energiedichtheid van de Northfield installatie is 2,4 kJ/kg.

Het rendement van een pompaccumulatiesysteem

Het rendement van laden en ontladen, het cyclusrendement, van een pompaccumulatiesystemen ligt rond de 80%. Verliezen treden op bij de omzetting van de potentiële energie van het water in elektrische energie en omgekeerd. Verder zijn er wrijvingsverliezen in de waterstromen en verdampingverliezen van het water in het hoogste reservoir. De investeringskosten van pompaccumulatiesystemen zijn hoog.

Links voor aanvullende informatie