Op de grote hoogten van het Tibetaanse plateau, waar de lucht ijler is en de rivieren snel dalen vanuit hun gletsjerbronnen, wordt een van de meest ambitieuze waterkrachtprojecten van onze tijd gebouwd: de Datang Zala-waterkrachtcentrale. Dit project trekt niet alleen de aandacht vanwege de ligging in een moeilijk bereikbaar en geopolitiek gevoelig gebied, maar vooral vanwege het baanbrekende gebruik van Pelton-impulsturbinetechnologie met een vermogen van 500 MW per eenheid – de grootste in zijn soort ter wereld.
In tegenstelling tot de bekendere Francis-turbines, die onder water staan en draaien dankzij het drukverschil in de stroming door de schoepen, werkt de Pelton-turbine op een heel ander principe.
Het is een zogenaamde impulsturbine – deze wordt aangedreven door een of meerdere nauwkeurige waterstralen onder zeer hoge druk, die tegen speciaal gevormde schoepen van de rotor slaan en deze in een draaiende beweging brengen. “Peltons” werken het beste waar er een zeer groot hoogteverschil is en tegelijkertijd een relatief kleine stroming. Dergelijke omstandigheden komen van nature voor op het Tibetaanse plateau, waar rivieren vanuit hooggelegen bronnen snel naar de laaglanden van Zuid- en Zuidoost-Azië stromen.
De recordbrekende turbines die in Datang Zala worden gebruikt, zijn niet alleen de grootste qua vermogen – ze hebben elk een diameter van meer dan 6 meter en wegen bijna 90 ton – maar zijn ook gemaakt van een innovatief materiaal: hooggelegeerd martensitisch staal. Dit is staal met een zeer hoge sterkte en weerstand tegen materiaalmoeheid, wat cruciaal is bij het werken in extreme omstandigheden, zoals hoge druk, wisselende temperaturen en krachtige krachten die worden gegenereerd door waterstoten. Bovendien zijn de turbinebladen (de zogenaamde “schoppen”) zo ontworpen en geplaatst dat de omzetting van de kinetische energie van het water in mechanische energie zo efficiënt mogelijk verloopt – een technisch meesterwerk dat niet alleen een enorme precisie bij de productie vereiste, maar ook geavanceerde numerieke modellering van de vloeistofstroming.
Het resultaat van deze maatregelen is niet alleen een verbetering van het rendement – met 92,6 procent in de impuls-turbine wordt een resultaat bereikt dat dicht bij de thermodynamische grenzen van dit type machines ligt – maar ook een aanzienlijke verhoging van de betrouwbaarheid en levensduur van de installatie. Het is vermeldenswaard dat het verschil in rendement van 1,6 procentpunt op de schaal van een dergelijk project zich vertaalt in honderdduizenden kilowattuur energie per dag, wat op jaarbasis een vermindering van het kolenverbruik met honderdduizenden tonnen en een vermindering van de CO2-uitstoot met miljoenen tonnen betekent. Dit is een voorbeeld van hoe zelfs een ogenschijnlijk “kleine” verandering in efficiëntie een enorme impact kan hebben als het gaat om energiesystemen op industriële schaal.
In Datang Zala zijn twee van dergelijke aggregaten van 500 MW ontworpen, wat neerkomt op een totaal geïnstalleerd vermogen van 1 GW — dat is minder dan in megaprojecten zoals de Drieklovendam, maar het unieke van deze oplossing ligt niet in de totale schaal, maar in de concentratie van het vermogen per eenheid en de gebruikte technologie. Belangrijk is dat elke turbine in staat is om efficiënt te werken binnen een zeer breed debietbereik, waardoor de energieproductie kan worden aangepast aan veranderende hydrologische omstandigheden, zonder dat de installatie voortdurend hoeft te worden stilgelegd of de instellingen moeten worden gewijzigd.
Datang Zala is ook een voorbeeld van een diepgaande integratie van moderne digitale tools in de techniek: de systemen voor inspectie, diagnose en optimalisatie van de turbine worden ondersteund door kunstmatige intelligentie, die het gedrag van het systeem leert en storingen voorspelt voordat ze zich voordoen. Chinese bedrijven, zoals Harbin Electric, die verantwoordelijk zijn voor het ontwerp en de productie van deze turbines, laten zien dat ze niet alleen de westerse ingenieurswetenschap hebben ingehaald, maar deze op sommige gebieden zelfs beginnen te overtreffen, met name op het gebied van massaproductie van grote componenten en integratie van digitale controlesystemen.
De omvang van het project
Hoewel de Datang Zala-centrale, uitgerust met recordbrekende impulsturbines, indrukwekkend is in termen van eenheidsvermogen en technologische innovatie, lijkt de totale omvang ervan – althans in absolute cijfers – bescheiden in vergelijking met het kolossale Drieklovendam-project. Deze gigantische constructie, gelegen aan de Yangtze – de langste rivier van China – is niet alleen de grootste waterkrachtcentrale ter wereld in termen van geïnstalleerd vermogen (22,5 GW), maar ook een van de meest controversiële infrastructuurprojecten van de 21e eeuw. Een vergelijking van beide constructies laat zien hoe divers de strategieën voor het gebruik van waterkracht kunnen zijn – en hoe verschillend de technologische en ecologische uitdagingen voor elk van deze strategieën zijn.
De Drieklovendam is een voorbeeld van een waterkrachtcentrale die werkt met een gemiddeld verval en een zeer grote waterstroom. In dergelijke omstandigheden werken reactieturbines, die volledig ondergedompeld werken en worden aangedreven door drukverschillen, het beste. Elk van de turbines van de Drieklovendam heeft een vermogen van 700 MW, maar hun ontwerp en bedrijfsomstandigheden verschillen aanzienlijk van het impulsysteem dat in Datang Zala wordt gebruikt. Het verval van de Yangtze in het gebied van de dam is ongeveer 80 m – dat is veel op de schaal van riviercentrales, maar onvoldoende om Pelton-turbines te gebruiken. In Datang Zala bedraagt het hoogteverschil echter maar liefst 670 m. Juist dit extreme hoogteverschil is het belangrijkste technologische voordeel en maakt het mogelijk om met een lagere doorstroming een zo hoog rendement te behalen.
Wat de energieproductie betreft, breken de Drie Kloven alle records: ze genereren jaarlijks ongeveer 95 TWh, wat overeenkomt met het jaarlijkse energieverbruik van een gemiddeld groot Europees land. Datang Zala zal naar verwachting ongeveer 4 TWh per jaar produceren, wat slechts een paar procent van deze waarde is. Het is echter belangrijk om te onthouden dat enorme dammen, zoals die op de Yangtze, gepaard gaan met gigantische sociale en ecologische kosten: de verplaatsing van meer dan een miljoen mensen, het onder water zetten van historische steden en tempels, veranderingen in het lokale klimaat en een aanzienlijke impact op de biodiversiteit en hydrologie van de riviervallei.
Om deze reden past de nieuwe generatie kleinere, maar technologisch geavanceerdere dammen, zoals Datang Zala, in de trend van “duurzame grootschaligheid”. Hoewel de absolute schaal van deze projecten kleiner is, kan hun lokale impact beter worden beheerst en zijn de economische voordelen – dankzij het gebruik van moderne materialen, automatisering en digitale besturing – relatief groter. Bovendien maakt de ontwikkeling van dergelijke geavanceerde eenheden een flexibeler beheer van het energienetwerk mogelijk, met name in regio’s die ver verwijderd zijn van de belangrijkste bronnen van steenkool of gas.
Er moet ook worden gewezen op plannen die veel verder gaan dan Datang Zala.
De Chinese autoriteiten overwegen de bouw van een gigantische dam op de Yarlung Tsangpo-rivier (in India bekend als de Brahmaputra), die een geïnstalleerd vermogen van 60 GW zou hebben – dit zou het grootste project van dit type ter wereld zijn, drie keer zo groot als de Drie Kloven. Hoewel de uitvoering ervan nog niet officieel is gestart en het project enorme geopolitieke en ecologische controverses oproept, toont het duidelijk de ambities van China op het gebied van waterkracht op een schaal die alle huidige verbeeldingen te boven gaat.
