8 Waterkracht

Voor waterkracht, de kracht van stromend of vallend water waarmee elektriciteit wordt opgewekt, heb je hoogte en regen nodig. Laten we de totale energie van alle regen schatten als deze naar zee loopt. Voor deze schatting van waterkrachtenergie, zal ik Groot-Brittannië opdelen in een lage droge gebieden die ik de ‘laaglanden’ zal noemen en in hogere en nattere gebieden die ik ‘hooglanden’ zal noemen. Ik kies Bedford en Kinlochewe als vertegenwoordigers deze twee regio’s. Laten we eerst de laaglanden bekijken.

Om het zwaartekracht vermogen van laag-land regen te bepalen, vermenigvuldigen we de regenval in Bedford (584 mm per jaar) met de dichtheid van water (1000 kg / m3), de grootte van de zwaartekracht (10 m / s2) en de gemiddelde hoogte van laagland ten opzichte van de zee (zeg 100 m). Het vermogen per oppervlakte eenheid is in de orde van grootte van 0,02 W / m2. Dat is het vermogen per oppervlakte-eenheid land waar regen valt.

Wanneer we dit vermenigvuldigen met het oppervlak per persoon (2700 m2, als de laaglanden gelijkelijk over alle 60 miljoen Britten wordt verdeeld ), vinden we een ruwe schatting van het gemiddelde vermogen van ongeveer 1 kWh per dag per persoon. Dit is het absolute maximum voor laagland waterkracht, als elke rivier wordt afgedamd en elke druppel perfect uitgebuit. Realistisch gezien zullen we alleen dammen bouwen in rivieren met een aanzienlijk hoogteverval, en met stroomgebieden die veel kleiner zijn dan het hele land. Veel van het water verdampt voordat het in de buurt komt van een turbine, en niet  een waterkrachtcentrale benut de volledige potentiële energie van het water. We komen dus tot een definitieve conclusie over laagland waterkracht. Mensen kunnen genieten van het maken van kleinschalige waterkrachtcentrales, maar dergelijke faciliteiten in het laagland kunnen nooit meer opleveren dan 1 kWh per dag per persoon.

Laten we naar de hooglanden gaan. Kinlochewe is een regenachtiger plekje: er valt 2278 mm regen per jaar, vier keer meer dan in Bedford. De hoogte is daar ook groter – grote stukken land liggen hoger dan 300 m. Dus in totaal een twaalfvoudige toename van het vermogen per vierkante meter is plausibel voor bergachtige gebieden. Een ruwe schatting van het vermogen per oppervlakte-eenheid is ongeveer 0,24 W / m2. Als de hooglanden royaal hun waterkrachtvermogen delen met de rest van het VK ( met 1300 m2 oppervlakte per persoon), dan vinden we een bovengrens van ongeveer 7 kWh per dag per persoon. Net zoals in de laaglanden, dit is de bovengrens voor onbewerkt vermogen zonder verdamping en met een perfecte benutting van iedere druppel. Wat moeten we schatten als een plausibele praktische limiet? Laten we hiervan 20% nemen – 1,4 kWh per dag, en we ronden het omhoog af met een beetje productie in het laagland  : 1,5 kWh per dag. Het huidige vermogen van waterkrachtcentrales in het VK is vandaag 0,2 kWh / d per persoon, dus deze 1,5 kWh / dag per persoon zou een verzevenvoudiging van het bestaande vermogen aan waterkracht nodig maken.

Aantekeningen en verdere lectuur

De neerslag gegevens zijn afkomstig van het weerstation van de BBC.

Het onbewerkte vermogen per oppervlakte-eenheid [van Highland-regen] is ongeveer 0,24 W / m2. Wij kunnen deze schatting vergelijken met de werkelijke vermogensdichtheid van de Loch Sloy waterkrachtcentrale, voltooid in 1950 (Ross, 2008). Het stroomgebied van Loch Sloy is ongeveer 83 km2; de regenval is er ongeveer 2900 mm per jaar (een beetje hoger dan de 2278 mm / j in Kinlochewe); en de elektriciteitsproduktie in 2006 was 142 GWh per jaar, wat overeenkomt met een vermogensdichtheid van 0,2 W per m2 in het stroomgebied. Het oppervlak van Loch Sloy is ongeveer 1,5 km2, dus de vermogensdichtheid van het stuwmeer van de waterkrachtcentrale is 11 W / m2. De hellingen, aquaducten en tunnels die het water naar Loch Sloy brengen, vormen een 55-voudige vermogensconcentrator.

Het huidige vermogen van waterkrachtcentrales in het VK is vandaag 0,2 kWh per dag per persoon. Bron: MacLeay et al. (2007). In 2006 was de grootschalige waterkrachtproductie 3515 GWh (door een centrale met een capaciteit van 1,37 GW); en was de kleinschalige waterkrachtproduktie van 212 GWh (0.01 kWh / d / p) ( met een vermogen van 153 MW). In 1943, toen de groei van waterkracht in volle gang was, was de inschatting van de ingenieurs van de Hydroelectricity Board van Schotland dat de Hooglanden van Schotland per jaar 6.3 TWh zouden kunnen produceren in 102 centrales  – wat zou overeenkomen met 0,3 kWh / d per persoon in het VK (Ross, 2008).

Glendoe, de eerste nieuwe grootschalige waterkrachtcentrale in het VK sinds 1957, zal een capaciteit van 100 MW toevoegen en zal naar verwachting 180 GWh per jaar leveren. Het stroomgebied van Glendoe is 75 km2, dus de vermogensdichtheid komt uit op 0,27 W per m2 stroomgebied. Glendoe is beschreven als ‘groot genoeg om Glasgow aan te drijven’. Maar als we de 180 GWh per jaar verdelen over de bevolking van Glasgow (616 000 mensen), krijgen we 0,8 kWh / dag per persoon. Dat is slechts 5% van het gemiddelde elektriciteitsverbruik van 17 kWh / dag per persoon. De 20-voudige overdrijving wordt bereikt door het piekvermogen van Glendoe te gebruiken in plaats van het gemiddelde vermogen dat 5 keer kleiner is; en door het electriciteitsverbruik van huishoudens te gebruiken in plaats van het totale electriciteitsverbruik in Glasgow.