December 2020

Hoe staat het met Delta 21?

In 2019 schreef VV+ over het ambitieuze plan Delta 21 dat Huub Lavooij en Leen Berke sinds 2015 ontwikkelen. Dit plan voorziet in een oplossing voor waterveiligheid, energietransitie en natuurherstel in de zuidwestelijke delta. De afgelopen anderhalf jaar is veel (detail)onderzoek gedaan naar onder andere het veiligheidsaspect en energieopslag. Inmiddels raakt het project steeds verder betrokken in onderzoeken en haalbaarheidsstudies vanuit de overheid en tno.

De ontwikkelingen rondom Delta 21 (zie kader) vertonen de tekenen van exponentiële groei: de fase waarin het lijkt alsof er nauwelijks voortgang wordt geboekt is inmiddels overgegaan in dát deel van de kromme waarin de ontwikkelingen zich razendsnel opvolgen. Op het onvoorstelbare af. Leen Berke: ‘Vanaf het moment dat we met ons plan echt ‘de boer’ zijn opgegaan, is er al snel een zeer ruime belangstelling gekomen vanuit de academische wereld. Niet alleen op het technische vlak vanuit vooral de tu Delft en verschillende hbo-instellingen in de regio’s Den Haag, Rotterdam en Zeeland, maar ook vanuit Wageningen ur, waar studenten bijzonder geïnteresseerd zijn in het onderdeel ‘natuurherstel’.’

Veiligheid

De tu Delft heeft belangrijk onderzoek gedaan om de vele onderdelen van het project te valideren of te optimaliseren. Kort geleden is bijvoorbeeld een concept-afstudeerrapport geschreven waarin de oplossing is doorgerekend op het aspect veiligheid. Hiervoor is gebruikgemaakt van de modellen van hkv in Lelystad (Kenniscentrum voor water en veiligheid en een afsplitsing van het Waterloopkundig Laboratorium). Berke: ‘We kunnen nog niet alle resultaten van de studie verklappen, maar het resultaat van de waterstanden en het veiligheidsniveau van de ‘bedreigde stad Dordrecht’ zijn op z’n minst spraakmakend te noemen.’

In de conclusies staat dat met Delta 21 bij extreme stormcondities en gesloten zee-keringen:

de waterstand bij Dordrecht, bij een rivierwaterafvoer van 10.000 m³/s (de capaciteit van het gemaal) daalt van nap +2,9 m naar nap +1,2 m;
de kans dat de waterstand bij Dordrecht hoger zal komen te staan dan nap +2,5 m afneemt van 1/25 jaar naar 1/1.800 jaar;
de kans op een dijkbreuk vermindert van 1/30 jaar naar 1/1.500 jaar;
Dordrecht, bij een verstandig gebruik van het gemaal van Delta 21, in periodes met veel regen geen natte voeten door overstromingen meer hoeft te hebben.

Dit betekent dat het plan van Delta 21 tot ten minste de volgende eeuw voldoende beveiliging biedt en een (kostbare) ophoging van dijken niet nodig is. Het opslagmeer helpt hierbij omdat het een extra bekken voor overvloedig rivierwater toevoegt. Hiermee is maximaal 12 h lang 20.000 m³/s water te verwerken en daarna tot 10.000 m³/s, zolang het nodig is. Berke: ‘Wordt er rekening gehouden met de meest waarschijnlijke gevolgen van de klimaatverandering, dan wordt die besparing op dijkverhoging al in 2050 bereikt.’

Delta 21: waterveiligheid, energietransitie en natuurherstel

Het plan Delta 21 betreft een toekomstbestendige oplossing voor de zuidwestelijke delta dat in de toekomst bedreigd wordt wanneer de zeespiegel stijgt door de klimaatverandering. Naast een oplossing in het kader van waterveiligheid levert het ook een belangrijke bijdrage in het kader van de energietransitie en natuurherstel.

Waterveiligheid
De kern van het plan is het aanleggen van een waterkering in de vorm van een duinenrij, tussen de kust van de Tweede Maasvlakte en het eiland Goeree-Overflakkee. Deze wordt gecombineerd met een gemaal en een afsluitbare kering. Door deze waterkering ontstaat er in de zee feitelijk een meer met een oppervlak van ongeveer 20 km². Het gemaal in de waterkering heeft ruim voldoende capaciteit om bij de allerhoogste verwachte rivierwaterstanden het overtollige water in zee te pompen. De duinen en de afsluitbare kering bieden tezamen voldoende bescherming tegen hoge zeewater standen.

Energietransitie
Het meer vervult niet alleen de functie van opslagbekken, maar is in combinatie met pompen en turbines ook in staat energieoverschotten van bijvoorbeeld naburige windturbines, tijdelijk op te slaan en weer op te wekken. De grote vermogens aan pompcapaciteit zijn tijdens storm en hoge rivierafvoeren tevens in te zetten als supergemalen om het overtollige rivierwater naar zee te pompen en ervoor te zorgen dat Dordrecht tot het einde van deze eeuw droge voeten houdt. Tot slot zijn er ook optioneel 60 MW-getijturbines te installeren om energie op te wekken met het getij en water dat in en uit het Getijmeer en het Haringvliet stroomt.

Natuurherstel
Natuurherstel blijft onder alle omstandigheden een focuspunt; dit in goed overleg met natuurverenigingen.

In de verbeterde lay-out draagt een betere stroomlijn van het meer bij aan een geleidelijk stroombeeld rondom het meer.

Technische optimalisatie

Het onderzoek naar de technische aspecten van Delta 21 zijn grotendeels uitgevoerd binnen het ‘Delta Futures lab’ van de tu Delft. Sinds vorig jaar staat de teller op achttien MSc-studenten die met hun onderzoek betrokken zijn bij Delta 21. Bijvoorbeeld door zich bezig te houden met de optimalisatie van de hydraulische structuren en het ontwerp van de pompturbines. Eén van hen is bovendien inmiddels begonnen met zijn promotiewerk in het Duitse Brunswijk, waar hij onderzoek doet naar de ontwikkeling van pompturbines voor energieopslag in water. Eén van deze onderzoeken heeft onder meer geleid tot een aanpassing van het morfologisch ontwerp van Delta 21. In de verbeterde lay-out draagt een betere stroomlijn van het meer bij aan een geleidelijk stroombeeld rondom het meer. Door de Hinderplaat meer plaats te bieden, is deze waardevolle ondiepe zandbank in het Haringvliet en het Natura 2000-gebied, beter beschermd tegen erosie. Verder is de ingang van het opslagmeer naar het zuidwesten verplaatst wat de golfbelastingen verlaagt en de mogelijkheid biedt de inlaat eenvoudiger uit te voeren. Tevens kan zich zo langs de duinen een tweede ondiepe zandbank vormen terwijl ook het aansluitend duingebied bij de kop van Goeree is versterkt. Ten slotte is de overlaat vervangen door een eenvoudige sifonconstructie en is de vaargeul meer naar het noorden geplaatst wat voordelen oplevert in het kader van toerisme.

Turbine-ontwerp

Ook het turbineonderzoek heeft volle aandacht. Huub Lavooij: ‘We weten allemaal dat de werking van een pomp en een turbine in principe hetzelfde is, maar dan omgekeerd. Inmiddels zijn we erachter dat een pompturbine echter niet zomaar op de plank ligt. Er is nog veel onderzoek nodig om een dergelijke twee-eenheid met vooral een voldoende hoge efficiëntie in te kunnen inzetten.’
De eerste stappen zijn al gedaan door een student van de tu Delft, die is uitgegaan van de Francis turbines ‘mixed fow’ met een pompfunctie. Deze worden ontwikkeld en toegepast door Pentair. Naast een conventionele en volledig betonnen behuizing ontwikkelde hij tevens een innovatief concept voor het pompturbinehuis. Hierin integreerde hij de constructie met het duin dat om het valmeer staat, en richtte zich daarbij hoofdzakelijk op de faalmechanismen, de stabiliteit van de constructie, de sterkte en de bouwmethode. Dit concept, waarbij de turbinepomp niet in de betonnen constructie is geïntegreerd, vormt het uitgangspunt voor nieuwe afstudeerders die zijn idee verder zullen uitwerken en optimaliseren.

‘Het resultaat van de waterstanden rondom -Dordrecht is spraakmakend te noemen’

Kosten

Hoe interessant het (veiligheids)technisch ook allemaal is, ook Delta 21 ontkomt niet aan het financiële vraagstuk: Wat kost het hele project en wat levert het op? Dit vraagstuk is eveneens het afgelopen jaar intensief aan bod gekomen in een groot onderzoek. De hoofdconclusie luidt dat de totale kosten voor de aanleg van Delta 21 ongeveer 3,7 miljard euro bedragen; zonder het energieopslagmeer zou dit bedrag rond de 3 miljard euro liggen. Daar tegenover staan de voordelen in de vorm van opbrengsten en vooral kosten• besparingen die zijn onder te verdelen in:

besparingen door energieopslag;
besparingen op dijkverhoging;
besparingen op maatregelen die worden genomen naar aanleiding van de zeespiegelstijging;
CO₂-besparingen;
verbetering van de natuur.

Berke: ‘Sec gezien zijn de kosten van 3 of 3,7 miljard euro gedekt door de 5 miljard euro die je bespaart wanneer je de dijken niet hoeft op te hogen. En dat zijn dan alleen nog de kosten die beraamd zijn tot het einde van de eeuw wanneer er géén rekening wordt gehouden met de stijging van de zeewaterspiegel. De praktijk leert echter dat de aandacht voor veiligheid minder groot is dan wij hoopten en dat we – net als de politiek – ons beter kunnen focussen op de voordelen van de oplossing voor de energietransitie. Dit betekent bij Delta 21 vooral de potentie om overschotten elektrische energie op te slaan. Dit element in het project levert bij realisatie van het project ook direct geld op. Gestructureerd als een publiek/private samenwerking ontstaat er daardoor een solide basis voor een private financiering van een belangrijk deel van het project.’

Naast studenten van technische opleidingen zijn studenten van Wageningen ur vooral ook geïnteresseerd in het onderdeel ‘natuurherstel’.

Energieopslag

De potentie van energieopslag komt goed naar voren bij het berekenen van de terugverdientijd. Hierbij is uitgegaan van een opslagcapaciteit van 1,8 GW waarop het meer is ontworpen. De opslag wordt gerealiseerd door bij een lage elektriciteitsvraag het meer leeg te pompen met onder meer overschotten afkomstig van bijvoorbeeld nabijgelegen windturbines en zonneparken. Bij een hoge elektriciteitsvraag loopt het water weer terug in het meer, waarbij de pompen als turbines worden ingezet en zo elektrische energie opwekken. Hiermee wordt de energie die gebruikt is om het meer leeg te pompen, voor 72 procent teruggewonnen. Berke: ‘Om de terugverdientijd te berekenen, hebben we gekeken naar de NorNed-kabel. Netwerkbedrijf TenneT is mede-eigenaar van deze hoogspanningskabel die door de zee is getrokken tussen Nederland en Noorwegen. Deze kabel heeft een capaciteit van 700 MW. Het grootste deel van de energie die Nederland naar Noorwegen stuurt, wordt daar gebruikt om water naar hooggelegen opslagmeren te pompen. Hierna loopt het overdag via turbines weer terug, wordt daarbij omgezet in elektrische energie die vervolgens door de kabel weer naar Nederland wordt gestuurd. En vergelijkbaar proces als beoogd in Delta 21 dus, maar met het verschil dat er bij de NorNed-kabel twee maal een energieverlies van 5 procent optreedt door de te overbruggen afstand. Bovendien wordt hier tegen dezelfde kosten nog niet de helft van onze capaciteit bereikt: 700 MW ten opzichte van 1,8 GW. Wanneer zij rekenen met een terugverdientijd van 6 – 7 jaar, geldt voor Delta 21 dus een aanzienlijk lagere terugverdientijd.’
‘Uitgaande van de inkomsten van TenneT, zijn de inkomsten van onze ‘batterij’ op circa 280 miljoen €/a te beramen en zijn de investeringskosten in minder dan 3 jaar terugverdiend. Daarbij overschrijdt de berekende levensduur van het meer de 100 jaar terwijl de levensduur van de kabel op 40 jaar is berekend. Je zou bijna zeggen: discussie is niet meer nodig.’

Er lopen inmiddels meerdere -initiatieven om Delta 21 op de kaart te zetten

Minder nodig

Tot slot noemen Lavooij en Berke het voordeel dat Delta 21 afrekent met het probleem dat de huidige opgestelde productiecapaciteit van energiebronnen twee tot driemaal hoger moet zijn dan de piekvraag. Dit om levering áltijd te kunnen garanderen waarbij ook rekening wordt gehouden moet mogelijke uitval of onderhoud. Lavooij: ‘Voor hernieuwbare energieopwekking gaat men uit van het dubbele omdat hier ook niet-levering door de weersomstandigheden in de berekening zijn meegenomen. Die verdubbeling is deels op te vangen door overschotten in het meer op te slaan. Daarbij snijdt het mes aan twee kanten; we hebben dan immers niet alleen te maken met een verlaging van de investeringskosten, maar ook een hoger rendement van de geïnstalleerde capaciteit door een betere benutting. Verder is met de opgeslagen energie beter in te spelen op prijsfluctuaties op de energiemarkt.’ Berke: ‘Wanneer we ons alleen beperken tot het besparen van de investeringskosten en rekenen met een investeringskosten niveau van circa 1.750 €/kW, dan zou het Energieopslagmeer, met een capaciteit van 1,8 GW, voor elektriciteitsproducenten op de Noordzee een besparing in de investeringskosten van circa 3,2 miljard euro kunnen betekenen. Nu hebben we echter onlangs uitgerekend dat er een veel grotere besparing mogelijk is wanneer de hoeveelheid duurzaam opgewekte energie groeit. Een scenario waar we vanuit kunnen gaan. Concreet: Wanneer van de totale energieproductie 65 procent afkomstig is van duurzame bronnen, dan komen we uit op besparingen die twee tot drie keer groter zijn. Dit komt enerzijds omdat het niet nodig is zes maal het piekvermogen te installeren – er is immers opslag capaciteit in het meer. Anderzijds omdat hierdoor het aantal afschakelingen van de installaties – wat puur kapitaalvernietiging is – daalt. En wanneer we minder installaties hoeven te plaatsen om toch dit percentage van 65 procent te halen, dan halen we ook eerder de nagestreefde limiet van duurzame energie.’

Pompleverancier Pentair heeft alle berekeningen uitgevoerd voor de pompen/turbines.

Volgende stappen

Nu het project technisch en financieel een haalbare kaart lijkt te zijn, is een ‘laatste stap’ het overtuigen van de politiek en overheid. Hiervoor lopen uiteenlopende initiatieven waarmee Delta 21 zich op de spreekwoordelijke kaart wil zetten. Op verzoek van de Tweede Kamer doen ezk en i&w onderzoek naar de plannen en mogelijkheden voor de toepassing van duurzame energie en water in Nederland. Hiervoor is aan tno een onderzoeksopdracht verleend waarbij zij onder de naam ‘Overleg routekaart Energie uit Water’ ook het project Delta 21 meenemen. Uiteindelijk bleven hier drie initiatieven over: dtp, Blue-energie en Delta 21. Lavooij: ‘In een tweede workshop zijn de resultaten besproken van een vergelijking van de ideeën via het competes-model. Hier werd vanuit de ezk-kant toegelicht dat Delta 21 was vergeleken met de Europese opslagsystemen waarvan wij het uiteraard niet kunnen winnen. Omdat dit onderzoek alle andere voordelen van Delta 21 in de vergelijking laat liggen, is tno verzocht nog drie elementen in de eindevaluatie mee te nemen: de milieueffecten, het realiteitsgehalte en de exportmogelijkheden. Hiermee liggen onze kansen aanzienlijk beter. Niet in de laatste plaats omdat een student van de tu Delf via een opdracht van Royal Haskoning dhv enkele tientallen locaties op de wereld heeft geïdentificeerd waar het concept is toe te passen. Dit betekent dat Delta 21 uiteindelijk ook een uniek exportproduct kan zijn.’ Feitelijk kan niemand wachten met het opspuiten van de eerste duinen, het aanleggen van het meer en het plaatsen van de pomp-turbinecombinaties. Huub Lavooij: ‘Áls we groen licht krijgen, is één van de grootste uitdagingen om dit project direct in zijn volle omvang neer te zetten. Je kunt hier nu eenmaal niet eerst kleinschalig mee ‘oefenen’ om het vervolgens op te schalen. Maar ook hier vinden we ongetwijfeld oplossingen voor.’

Tekst: Ing. M. de Wit – Blok, freelance journaliste.
Fotografie: Industrie