Modellen geven inzicht in effecten drijvende zonne-eilanden op spaarbekkens

Onderweg naar energieneutrale bedrijfsprocessen, doen enkele waterbedrijven die spaarbekkens hebben praktijktesten met drijvende zonne-eilanden. In een afgerond TKI-project is met modellering onderzocht wat de effecten hiervan zijn op het water in de spaarbekkens, dat bedoeld is voor de drinkwaterproductie. “We werken nu nog met toepassingen op relatief kleine schaal”, zegt Giovanni Sandrini van Evides Waterbedrijf. “Onze belangrijkste vraag binnen dit project was: stel dat we die zonne-eilanden willen uitbreiden. Wat gebeurt er dan met de menging van de waterkolom?”

Menging is een belangrijk proces in de spaarbekkens, legt Sandrini uit. “We slaan hier ruw rivierwater op om er drinkwater van te maken. In onze diepe spaarbekkens passen we kunstmatige beluchting toe vanaf de bodem, onder andere om te voorkomen dat gelaagdheid van temperatuur en zuurstofloosheid nabij de bodem optreedt. Onvoldoende menging van de waterkolom is slecht voor de waterkwaliteit; het bevordert bijvoorbeeld de groei van blauwalgen. Wind, in combinatie met de kunstmatige beluchting, zorgen voor een goede menging van het water. Maar als je veel drijvende zonnepanelen op het spaarbekken plaatst, blokkeer je die wind. Met het TKI-project ‘Zonnepanelen op spaarbekkens’  wilden we vooral meer inzicht krijgen in de effecten van drijvende zonnepanelen op de menging.”

Grote klappers

In 2019 werd bij Kralingen het eerste drijvende zonnepark van Evides Waterbedrijf geopend met een omvang van 1 hectare. “We zijn al zoveel mogelijk bezig om zonnepanelen op daken te plaatsen”, vertelt Sandrini. “Maar daarmee alleen red je het niet om energieneutraal te worden. Grote klappers kun je maken met grote oppervlakten. En dat zijn onze spaarbekkens. Die liggen er gewoon, de ruimte is in principe beschikbaar. Bij het bekken in Kralingen hebben we al ruimschoots onderzoek gedaan naar de effecten van drijvende zonne-eilanden op de waterkwaliteit en ecologie, inclusief nulmetingen, om de uitgangssituatie in kaart te brengen. De resultaten vallen gunstig uit.” Zo ontstond na deze primeur de behoefte bij Evides Waterbedrijf om – voordat dit in praktijk wordt gebracht – ook de effecten bij opschaling in de vingers te krijgen. Daarom werd besloten tot de inzet van modellering: een manier om achter de pc aan de hand van beschikbare data en het draaien aan de juiste ‘knoppen’, inschattingen te kunnen maken van de effecten van drijvende zonne-eilanden. Besloten werd tot modellering van spaarbekken Petrusplaat in de Biesbosch: vele malen groter dan het spaarbekken bij Kralingen en ruim vier keer zo diep. Daarnaast is met het project ook een spaarbekken van PWN bij Andijk en De Lange Vlieter van WML gemodelleerd.

Veel rekenkracht en tijd

Voor het ontrafelen van de effecten van drijvende zonne-eilanden op de menging in het spaarbekken, is gebruik gemaakt van een bestaand stromingsmodel van Deltares. Dit vertelt Bas Wols, werkzaam bij KWR en verantwoordelijk voor de modellering. “Dit model volstaat prima”, legt de onderzoeker uit. “En het bespaart tijd omdat we er meteen mee aan de slag konden. Het model werkt aan de hand van de temperatuurverdeling van het water in het spaarbekken: een goede indicator voor de menging ervan. Aan de hand van processen zoals wind, zonnestraling, buitentemperatuur, water dat het bekken in- en uitstroomt en beluchting, bepalen we het temperatuurprofiel. Vervolgens leggen we de resultaten naast actuele metingen, beschikbaar gesteld door het drinkwaterbedrijf. Daarmee stellen we het model zo goed mogelijk in, zodat het aansluit bij de werkelijkheid. Dan plaatsen we in het model voor dezelfde situaties zonnepanelen op een specifiek spaarbekken om te kijken wat er gebeurt. De belangrijkste uitdaging was het gelijktijdig modelleren van een groot gebied én de mate van detaillering. Je wilt immers dat het model het hele bekken tot 30 meter diepte kan doorrekenen. Dat vraagt veel rekenkracht en tijd.”

Goed gemengd

Belangrijkste resultaat is dat ook met de gemodelleerde situaties met zonnepanelen op de spaarbekkens, het water goed gemengd blijft. Wols: “De stromingspatronen worden wel anders, maar de stratificatie neemt niet toe. En we hebben gemerkt dat het model bruikbaar is om verschillende configuraties van de zonne-eilanden door te rekenen. Dus verschillende manieren om de zonnepanelen te plaatsen en de bedekkingsgraad waarmee dit gebeurt.” Een mooie eerste stap, vindt Sandrini. “Wat wel blijkt, is dat waterbekkens onderling te veel verschillen om te volstaan met één model. We zullen dus voor elke situatie steeds opnieuw moeten doorrekenen.”

Teruglevering als grootste barrière

Liggen er na deze positieve uitkomst dan nu ook drijvende zonne-eilanden op spaarbekken Petrusplaat in de Biesbosch? Dit blijkt niet het geval, vertelt Sandrini. “Bij aanvang van het TKI-project was dit wel de voorkeursoptie. Maar wat bleek, is dat het net op die locatie momenteel niet toereikend is voor grootschalige teruglevering van de opgewekte energie. De zonnepanelen brengen zoveel op, dat we na aftrek van lokaal eigen gebruik ruimschoots energie overhouden. Daar komt bij, dat voor teruglevering tegenwoordig mogelijk kosten in rekening worden gebracht. Heel jammer dat dit een barrière vormt voor deze duurzame innovatie. Toch zien we nog diverse kansen voor de drijvende zonneparken. Denk aan energieopslag met batterijen, het produceren van groene waterstof of de synergie met andere industrie in de omgeving. Inmiddels zijn we uitgeweken naar spaarbekken Berenplaat bij Spijkenisse, omdat hier nog wel mogelijkheden waren voor grootschalige teruglevering. We hebben daar sinds kort 3 hectare aan drijvende zonne-eilanden liggen, dat is ongeveer 3 procent bedekking van de beschikbare ruimte op het spaarbekken. We doen hier verder onderzoek naar effecten op de waterkwaliteit en ecologie.”

Optimistisch gestemd

Voor leveranciers van zonnepanelen betekenen de projectresultaten dat zij hiermee goede aanknopingspunten hebben gekregen om naar de drinkwaterbedrijven te stappen en het gesprek aan te gaan. Henko Engberts van projectpartner Floating Solar is optimistisch gestemd. “Drijvende zonneparken worden bijvoorbeeld ook gelegd op grindmijnen”, vertelt hij. “Bij spaarbekkens gelden heel andere regels: de primaire functie van drinkwaterproductie mag niet in gevaar komen. Deze studie heeft laten zien dat de stroming niet negatief wordt beïnvloed en waar we op moeten letten. Omdat we bij Floating Solar onze eigen systemen maken, voortkomend vanuit de eisen van de drinkwatersector, weten we heel goed wat de wensen zijn. We willen bij het opschalen van drijvende zonneparken aan de voorkant betrokken zijn. Daarom hebben we voor deze studie onze kennis en ervaring over onze business ingebracht. Dit was het eerste TKI-samenwerkingsverband waaraan we hebben meegewerkt. En het is prima bevallen. Ik vind het heel mooi om op deze manier met zo’n diversiteit aan mensen in contact te komen. Pas wanneer je elkaar face to face tegenkomt, leer je de vragen van de drinkwaterbedrijven goed kennen. Waar de uitdagingen ook liggen, wij zijn er klaar voor!”

Samenwerkingspartners

Het project ‘Zonnepanelen op spaarbekkens’ kwam tot stand met de volgende samenwerkingspartners: AqWa Ecologisch Advies, De Watergroep, Evides Waterbedrijf, Floating Solar, KWR, PWN en WML.