Waterkracht

 

Het gebruik van waterkracht is al eeuwen oud. Reeds in het Oude Egypte en Mesopotamië werd waterkracht gebruikt voor irrigatie. In India en het Romeinse Rijk kende men reeds systemen om molens en wielen aan te drijven met waterkracht. In China werden sinds de Han-dynastie watermolens op grote schaal toegepast, bijvoorbeeld voor het delven van erts.

Tegenwoordig kent men waterkracht vooral van waterkrachtcentrales, waarin stroom wordt opgewekt. Dit principe werd voor het eerst toegepast in 1886 door Westinghouse en Stanley. Een stuwdam kan smelt- en regenwater opvangen in een kunstmatig meer. Een waterkrachtcentrale met stuwdam levert vooral bij grote hoogteverschillen (Noorwegen, Zwitserland, Oostenrijk, Frankrijk) veel vermogen. Een riviercentrale heeft geen waterreserve om de schommelingen in het debiet op te vangen.

Bij een pompcentrale of spaarbekkencentrale wordt water in de daluren opgepompt naar bekkens die hoger liggen. Tijdens de piekuren stroomt het water terug en drijft de turbines aan. Op deze manier kan men elektriciteitscentrales die bij voorkeur op constant vermogen draaien (met name kolencentrales en kerncentrales) economisch beter benutten.

Waterkracht kan worden uitgedrukt als het beschikbare vermogen, ofwel energie per tijdseenheid. In grote reservoirs is het vermogen doorgaans een functie van de stijghoogte en de stroomsnelheid.

De zwaarte-energie E die vrijkomt wanneer een object met massa m vanaf een hoogte h valt bij een zwaartekrachtsversnelling g, wordt gegeven door:

${\displaystyle \,E=mgh}$ 

Bij waterkrachtcentrales stroomt water van een hooggelegen gebied naar een lager gelegen gebied. Hierbij geldt voor het vermogen P van de massastroom:

${\displaystyle P={\frac {E}{t}}={\frac {m}{t}}gh}$ 

De term m/t is de massa water die per tijdseenheid wordt verplaatst, en is gelijk aan de dichtheid ρ van het water keer de volumestroom φ. Hiermee kan de formule als volgt geschreven worden:

${\displaystyle P=\rho \,\varphi \,g\,h}$ 

Bij waterkrachtsystemen die niet van de zwaarte-energie, maar van de kinetische energie van het water gebruikmaken, zoals een onderslaand waterrad, geldt voor het vermogen van het water:

${\displaystyle P={\tfrac {1}{2}}\,\rho \,\varphi \,v^{2}}$ ,

waarin v de watersnelheid is.

• Hydraulische turbine
• Waterkrachtcentrale

 

Zie de categorie Waterkracht van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.