November/December 2025
Vortex-waterkracht: duurzame energie uit wervelstroom
In de zoektocht naar duurzame, betrouwbare en lokaal inpasbare energiebronnen komt de naam Turbulent Hydro de laatste tijd nog wel eens bovendrijven. Met een technologie die volledig afwijkt van klassieke waterkrachtcentrales, slaagt het Belgische bedrijf erin om op een visvriendelijke en ecologisch verantwoorde manier elektriciteit op te wekken uit kleine vervalhoogtes.
Walter Buydens, sinds 2021 aan het roer van het Belgische bedrijf Turbulent Hydro en sinds dit jaar ‘chief commercial representative’, is duidelijk over de missie: ‘We willen hernieuwbare energie opwekken op plekken waar traditionele technologie faalt, en dat op een manier die de natuur respecteert.’
De technologie van Turbulent Hydro maakt gebruik van een natuurlijk fenomeen: de wervelstroom of vortex. In plaats van klassieke turbines of Archimedes-schroeven, wordt het vallende water via een spiraalvormige inlaat geleid naar een komvormig bassin waarin een draaikolk ontstaat. Deze vortex drijft een centrale as met schoepen aan, die vervolgens een permanentmagneetgenerator aandrijft.
‘Het systeem werkt niet op de bewegingsenergie van water, zoals vaak het geval is, maar op de potentiële energie die ontstaat door het hoogteverschil van het water’, legt Buydens uit. ‘We hebben goed gekeken naar hoe water zich in de natuur gedraagt en die principes via een aanpak die ‘bio-mimicry’ wordt genoemd, toegepast in onze ontwerpen. De spiraalvorm is zelfs gebaseerd op de zogeheten gulden snede, die overal in de natuur terugkomt.’
De vortex ontstaat door het water via een tangentiële inlaat in het bassin te laten binnenstromen. De vorm van het bassin en de positionering van de turbine zijn zodanig ontworpen dat de waterstroom een stabiele, ronddraaiende beweging vormt, waarbij het centrum van de vortex zich onder het wateroppervlak bevindt. Deze gecontroleerde rotatie wekt een koppel op, dat direct op de rotor van de generator wordt overgebracht.
Een belangrijk voordeel van deze aanpak is dat de technologie werkt bij relatief lage vervalhoogtes: tussen 1,5 en 5 m netto. Ook is een debiet vanaf 1,3 m3 per seconde voldoende. Dat maakt het systeem geschikt voor locaties waar klassieke waterkrachttechnologieën niet rendabel zijn. Daarnaast is het visvriendelijk, stil, compact en vrijwel onzichtbaar in het landschap. ‘Onze installaties veroorzaken geen ecologische verstoring. Sterker nog: ze helpen bij het opvangen van vervuiling, zoals plastic of blikjes, via het zogeheten ‘trash rack’ dat wij toepassen’, aldus Buydens.
Het systeem als bypass bij een natuurlijk verval.
Randvoorwaarden
Voor een succesvolle toepassing van de vortex-technologie gelden enkele technische randvoorwaarden. Zo moet het beschikbare debiet dus minimaal 1,3 m3/s bedragen, maar bij voorkeur meer. Dan is het bovendien mogelijk om meerdere turbines in serie of parallel te schakelen. Turbines kunnen in serie worden geplaatst als het kanaal over voldoende lengte een minimale helling heeft. Parallel schakelen gebeurt vaak op brede irrigatiekanalen of langs stuwen met meerdere overgangen.
Wat betreft de vervalhoogte is een netto hoogte van 1,5 tot 5 m ideaal. Deze hoogte wordt berekend als het verschil tussen boven en beneden waterstand, minus alle hydraulische verliezen. Die verliezen omvatten onder andere de weerstand van het trash-rack, verliezen in bochten of vernauwingen, en wervelverliezen bij de overgang tussen de toevoer en het bassin. De bruto hoogte moet daarom enkele decimeters hoger liggen.
Daarnaast is een toegankelijke locatie belangrijk. ‘Onze installaties kunnen vaak met kleine graafmachines worden geplaatst en nemen weinig ruimte in. Dat maakt ze ook geschikt voor afgelegen gebieden’, vertelt Buydens. De aansluiting kan zowel on-grid als off-grid zijn, afhankelijk van de lokale behoefte. Er is daarnaast ruimte nodig voor een eenvoudige civiele structuur, die bestaat uit een inlaatkanaal, het bassin, een turbinecompartiment en een uitlaat.
Visvriendelijk, stil, compact en vrijwel onzichtbaar in het landschap
Van studie tot installatie
Het proces van een Turbulent-installatie begint met een uitgebreide voorstudie. ‘We analyseren het debiet, de topografie en de bestaande infrastructuur. Daarna ontwerpen we een turbine op maat van de locatie’, aldus Buydens. De verhouding tussen debiet en vervalhoogte bepaalt de afmetingen van het systeem. Een turbine van 70 kW kan bijvoorbeeld een diameter hebben van 2,5 tot 4 m, afhankelijk van de lokale omstandigheden.
De onderdelen van de installatie worden vervaardigd in Duitsland, Italië en België. De installatie wordt in België geassembleerd. Voor de plaatsing werkt Turbulent samen met lokale aannemers die vertrouwd zijn met de hydrologische en civieltechnische aspecten van het werk. ‘Onze lokale partners kennen bovendien het vergunningentraject en zorgen voor een vlotte installatie’, zegt Buydens.
De opbouw van de turbine en generator gebeurt modulair: het systeem bevat een stator en rotor op basis van neodymiummagneten, met een geforceerde luchtkoeling. Het toerental ligt relatief laag (rond de 90 - 120 rpm). Dat is volgens Buydens belangrijk in verband met de wens van een lage slijtage en een hoge betrouwbaarheid. De systemen worden bij oplevering getest en via IoT op afstand gemonitord. Deze monitoring registreert onder andere de rotatiesnelheid, temperatuur, vibraties, spanningsoutput en het vermogen.
Onderhoudsbehoefte
Een belangrijk voordeel van de vortex-installaties is volgens Buydens de lage onderhoudsbehoefte. Door de lage draaisnelheden en het kleine aantal bewegende onderdelen is er weinig slijtage. ‘Het onderhoud beperkt zich meestal tot het periodiek verwijderen van bladeren of takken uit het bassin.’ In regio’s met veel sediment kan er jaarlijks gespoeld worden om de vortex-efficiëntie te behouden. Het trash-rack moet visueel gecontroleerd worden op obstructie.
De uitgangssituatie in Taiwan en het ontwerp voor de plaatsing van het systeem.
De verwachte levensduur van een goed onderhouden systeem ligt volgens het bedrijf dan ook tussen de 50 en 100 jaar. De generator is hermetisch afgesloten. De lagers worden gesmeerd via een gesloten oliecircuit met thermische regeling. Het betonnen bassin en civiele structuur zijn bestand tegen erosie en seismische activiteit tot bepaalde standaarden.
Prestaties en opbrengst
Een configuratie met drie turbines van elk 50 kW levert jaarlijks ongeveer 1,1 GWh aan elektriciteit. In de Filipijnen is Turbulent momenteel bezig met een installatie van acht turbines van 90 kW elk, geplaatst langs een irrigatiekanaal. Bij volledige capaciteit moet deze centrale 5,3 GWh per jaar opwekken, goed voor de elektriciteitsbehoefte van zo’n 2.000 Nederlandse huishoudens. De jaarlijkse stroomopbrengst hangt uiteraard mede af van het aantal vollasturen, die bij goed gekozen locaties tussen de 5.000 en 7.000 uur per jaar liggen. De capaciteitsfactor benadert daarmee 80 procent, wat hoog is in vergelijking met wind (25 - 35 procent) en zon (10 - 20 procent).
Drie turbines van 50 kW leveren jaarlijks 1,1 GWh aan elektriciteit
De Levelized Cost of Energy voor deze installaties (LCOE, ofwel de gemiddelde kosten per eenheid opgewekte energie, berekend over de volledige levensduur) ligt volgens Buyens tussen de 30 en 60 euro per megawattuur. Daarmee noemt hij het systeem concurrerend met andere vormen van opwekking. Bovendien neemt een 70 kW turbine slechts weinig ruimte in, terwijl het net zoveel stroom oplevert als een volledig voetbalveld vol zonnepanelen. Hierdoor kan het opnemen van een vortex-installatie voor lokale opwekking in tal van toepassingen aantrekkelijk zijn.
Het werkende systeem in Estland.
Internationale groei
Het systeem voorkomt de kap van bossen of verlies van landbouwgrond, vangt vervuiling af en draagt bij aan lokale energieonafhankelijkheid. In combinatie met educatieve programma’s en de mogelijkheid tot burgerparticipatie biedt het systeem ook sociaal-maatschappelijke meerwaarde. ‘We zien steeds meer interesse van gemeenten, scholen en coöperaties.’
De technologie van Turbulent is wereldwijd toepasbaar. In Indonesië draait een installatie op een afgelegen eiland, in Columbia werd de technologie toegepast in de Andes en in Estland, Frankrijk, Portugal en Spanje werden installaties gerealiseerd aan bestaande waterstructuren. Buydens: ‘Mijn eigen achtergrond – met ervaring in Niger, India, de VS en Europa – stimuleert me om internationaal te opereren.’ De teamleden komen uit acht verschillende landen, dus dat helpt ook de mondialisatie. Drie hydrologen zijn bovendien afgestudeerd aan het IHE in Delft.
De omzet van Turbulent is de afgelopen drie jaar verdubbeld tot 1,8 miljoen euro in 2024. Die groei zet zich voort, mede dankzij een lopende kapitaalronde van twee miljoen euro. ‘We investeren in opschaling, R&D en lokale partnerships.’
Partners
De toepassingsgebieden van vortex-installaties zijn redelijk veelzijdig. ‘Landbouwbedrijven kunnen zelfvoorzienend worden of terugleveren aan het net. Waterschappen kunnen bestaande infrastructuur benutten zonder extra ecologische druk. Gemeenten kunnen duurzame wijkprojecten starten. We bieden ook businessmodellen aan zoals leasing of Hydro-as-a-Service. Daarbij nemen wij of een installatiepartner het beheer op zich tegen een vaste vergoeding.’
Er is een duidelijke behoefte aan partners met kennis van waterbeheer, civiele techniek en netaansluitingen, wil Buydens maar zeggen. ‘En wij zoeken bedrijven die deze duurzame technologie willen implementeren in hun regio. Wij geloven dan ook in een toekomst waarin energie lokaal, hernieuwbaar en in harmonie met de natuur wordt opgewekt. De vortex wijst ons de weg.’
Informatie: www.turbulent.be/
Tekst: Robbert Hoeffnagel
Fotografie: Turbulent Hydro
Lees meer artikelen in het dossier Klimaat- en duurzame techniek