Waterkracht is energie die is opgewekt uit stromend water. Bij de productie van elektriciteit uit waterkracht ontstaan geen schadelijke stoffen, en de bron is onuitputtelijk. Waterkracht is daarom een duurzame energiebron.

Waterkracht kent wel nadelen. Stuwdammen kunnen plaatselijke ecosystemen aantasten; verder zijn uitgebreide voorzieningen nodig om te voorkomen dat veel vissen sterven doordat ze niet langs de centrales kunnen komen.

In Nederland speelt waterkracht geen grote rol. Slechts een paar procent van de totale hoeveelheid groene stroom wordt in Nederland opgewekt met waterkracht. Het grootste deel wordt opgewekt in het buitenland. Nederland heeft een aantal middelgrote waterkrachtcentrales bij rivieren.

Waterschommel

Overigens zijn niet alleen rivieren geschikt voor energie-opwekking. Dat kan ook aan de kust, met systemen die golf- en getijdenkrachten omzetten in elektriciteit, zoals de Tapchan, de Wave dragon en de Waterschommel. Aan de Nederland kust staan deze technieken nog niet.

Zo werkt energie opwekking met waterkracht

Een eenvoudige manier om waterkracht te gebruiken, is kracht overbrengen via waterwielen. Dat gebeurt al 2.300 jaar, destijds om bijvoorbeeld molens te laten draaien.

Tegenwoordig gebruiken we waterturbines; die drijven geen molens aan, maar wekken elektriciteit op. Dat werkt ongeveer als een fietsdynamo. De as van de turbine zit onder water en ziet eruit als een scheepsschroef. Die as gaat draaien door de stroming van het water; doordat die is gekoppeld aan een generator, wekt de as elektriciteit op als die draait.

Waterkrachtcentrale met stuwmeer

In bergachtige gebieden stroomt water relatief snel naar beneden. Waterkrachtcentrales maken gebruik van die grote stroomsnelheid. Om zeker te zijn van voldoende aanvoer van water, ook in periodes met weinig neerslag of smeltwater ligt water opgeslagen in aangelegde stuwmeren. Bij de stuwdam ontstaat dan een groot hoogteverschil, het zogeheten verval. Waterkrachtcentrales met stuwmeren hebben vaak een groot elektrisch vermogen van enkele honderden megawatt.

Waterkracht en het milieu

Invloed op ecosystemen

Zeer grote waterkrachtcentrales zoals in de Alpen en in Scandinavië, kunnen negatieve milieueffecten hebben. Zo kan de aanleg van stuwmeren natuurgebieden en ecosystemen verstoren.

In hoeverre vorming van methaangas (door rottingsprocessen in stilstaand water) een wezenlijk probleem is, is onbekend. Methaangas draagt bij aan de versterking van het broeikaseffect. De aanleg van stuwmeren kan ook gevolgen hebben voor mensen als bewoonde gebieden onder water komen te staan.

Vissterfte

Vooral onder vissen die stroomafwaarts zwemmen kunnen waterkrachtcentrales vissterfte veroorzaken. De vissen komen in aanraking met de turbinebladen en worden vermalen. De kwaliteit van de Nederlandse rivieren is de afgelopen 30 jaar toegenomen, waardoor vele vissoorten terugkeerden. Waterkrachtcentrales kunnen echter een belemmering zijn voor de verbetering van de visstand.

Visgeleidingssystemen kunnen deze vissterfte tegengaan. De systemen leiden vissen naar goten, buizen en vistrappen. Deze systemen worden nu nog nergens toegepast en niet alle typen systemen zijn even effectief in het voorkómen van sterfte.

Een andere mogelijkheid om de vissterfte te verminderen is door gericht beheer van de turbine, bijvoorbeeld het stop zetten tijdens de palingtrek. Om de vissen stroomopwaarts langs de waterkrachtcentrales te laten zwemmen, zijn vistrappen ontwikkeld. Bij de Nederlandse centrales zijn deze al geplaatst of in aanbouw.

Waterkracht in Nederland

Op kleine schaal wordt in Nederland met waterkracht elektriciteit opgewekt. De energie wordt niet uit een groot hoogteverschil of uit de snelheid van het water gehaald, maar uit de enorme hoeveelheden water die in korte tijd passeren.

De turbines maken gebruik van het drukverschil vóór en achter de turbine. Men noemt dit 'reactie'-turbines. De bladen lijken op die van een grote scheepsschroef. Om ze te versnellen wordt een tandwielkast voor de generator geplaatst. Doordat de aanvoer van het water benedenstrooms (dicht bij zee) veel regelmatiger is dan bovenstrooms (dicht bij de bron), is de aanleg van stuwmeren niet nodig. Wel worden de centrales juist bij stuwen geplaatst, omdat dan ook het hoogteverschil gebruikt kan worden.

Het totaal vermogen aan waterkracht bedraagt in Nederland 37 megawatt. Dit is de maximale hoeveelheid energie die geleverd kan worden, onder optimale omstandigheden. De elektriciteitsproductie van een waterkrachtcentrale valt in de praktijk lager uit, omdat die onder invloed staat van de waterstand. In 2015 was de productie 99 gigawattuur.

Golf- en getijden energie

Niet alleen rivierwater kan gebruikt worden voor het opwekken van elektriciteit. Langs de kusten kunnen golven en getijdenstromen van de zee gebruikt worden voor het opwekken van energie. De meeste hieronder genoemde technieken maken gebruik van golfenergie. Er zijn (nog) geen projecten voor de Nederlandse kust.

Wells luchtturbine

Een caisson met een Wells luchtturbine bestaat uit een afgesloten betonnen kolom met een opening onder en boven de waterspiegel. In het caisson bevindt zich een luchtbuffer die op en neer beweegt met de golfbeweging van het water. De luchtbuffer stroomt daardoor gedeeltelijk in en uit door de opening boven de waterspiegel. De turbine zet de bewegingsenergie van de luchtkolom om in elektriciteit.

Tapchan

De zogeheten Tapchan (afkorting voor tapered channel device) bestaat uit een taps toelopend kanaal, een reservoir en een waterturbine. De golven die het kanaal inlopen, stromen gedeeltelijk in een hoger reservoir en kunnen via een waterturbine weer terugstromen.

Waterschommel

De Waterschommel (ook wel aangeduid als de Archimedes Wave Swing) maakt gebruik van de golfdruk die onder de top hoger is dan onder het dal. Een mechaniek zet de op- en neergaande beweging van de onderdelen van een waterschommel om in een draaiende beweging. Een generator zet de beweging om in elektriciteit. Het vermogen is 2 megawatt.

Getijde-energie met Tocardo-turbine

In het Marsdiep tussen Den Helder en Texel komt getijdenstroming voor die met een Tocardo-turbine geschikt zou zijn voor elektriteitsproductie. De Tocardo bestaat uit een propeller van tien meter die onder water is aangebracht aan een drijvende constructie. Regelgeving ter bescherming van de Waddenzee verhindert vooralsnog toepassing in de praktijk.

Wave Dragon

De Wave Dragon is een drijvende golfcentrale, waarbij twee 260 meter lange tentakels de golfslag concentreren en opstuwen naar een hoger gelegen reservoir. Het water kan weer wegstromen langs propellerturbines, waarmee elektriciteit wordt geproduceerd. Het vermogen is 4 megawatt.

Wave Rotor

Een Wave Rotor zet energie uit getijdenstromingen en golven om in elektriciteit. In tegenstelling tot de meeste getijdenturbines is de Wave Rotor Turbine een verticaal georiënteerde turbine. Er zijn klein Wave Rotors met een vermogen van 30 kWp die in Nederland worden uitgeprobeerd.