Thermische energie­opslag in vele ­soorten en maten

De NEStore verliest slechts 1 tot 3 procent van zijn warmte per dag.

Een maand

Juist in de winterperiode, met soms langdurige donkere en windstille periodes, is het nodig om warmte lang genoeg te kunnen bufferen. Daarom focussen verschillende aanbieders zich inmiddels op de ontwikkeling en verkoop van warmtebuffers met een opslagcapaciteit van ongeveer één maand. Qua opslagduur ligt deze oplossing dus tussen dag- of weekbuffers en seizoenbuffers in. Dit type ‘maandbuffers’ kan schommelingen in ons energiesysteem opvangen die ontstaan bij wisselend weer of sterk fluctuerende duurzame energieopwekking.
Door warmte op gunstige momenten (bij voldoende zon of veel wind) in ruime mate op te slaan, kun je deze in de dagen of weken daarna weer geleidelijk vrijgeven. Juist deze maandbuffers kunnen gezinswoningen helpen om echt energieneutraal of autonoom te worden. Maar ze passen ook in collectieve cv-systemen of bij gebouwen aangesloten op een mini-warmtenet dat volledig van duurzame energie afhankelijk is.

Geïsoleerde buffertank

Een voorbeeld van zo’n maandbuffer is de Borg T4 van Borg Energy Storage. Dit bedrijf biedt een ondergrondse, goed geïsoleerde buffertank van 4.000 liter water. Hierin sla je veel warmte op, zonder dat het ruimte in huis opeist. Plaatsing onder bijvoorbeeld een oprit of een tuin maakt het systeem onopvallend en ruimte-efficiënt.
De intelligente regeling, de Borg Control Box, fungeert als het brein van het systeem. Deze stemt de werking van warmtepomp en buffer af op variabelen als weersvoorspelling, actuele stroomtarieven en warmtebehoefte van de woning. Volgens de leverancier kun je in de tank zo’n 200 kWh aan warmte opslaan. Het warmteverlies bedraagt ongeveer 1 procent per dag.

Flexibele watertank

Een ander voorbeeld van een dergelijke oplossing is de Hydrobag. Deze flexibele watertank, vervaardigd uit gepatenteerd synthetisch rubber, past in verschillende ruimtes, zoals kruipruimtes of achter knieschotten onder een schuin dak. Met standaardformaten van 500, 1.000 en 2.000 liter, en de mogelijkheid tot maatwerk tot 10.000 liter, integreert de Hydrobag moeiteloos in zowel nieuwe als bestaande verwarmingssystemen.
De tank slaat warmte op die wordt opgewekt door bijvoorbeeld zonnepanelen, zonneboilers of warmtepompen. Een geavanceerde isolatieschil, opgebouwd uit EPS- of PIR-panelen, minimaliseert het warmteverlies tot slechts 0,4 °C per 12 uur, wat resulteert in een hoge energie-efficiëntie. De Hydrobag kan via meerdere platenwarmtewisselaars specifieke circuits bedienen. De genoemde energieopwekkers kunnen hun energie leveren, en tegelijk kan een cv- of tapwatersysteem de warmte afnemen. Een centrale besturingskast coördineert deze activiteiten.

Regenwater- of sprinklertank

Een ander type warmteopslag dat we steeds vaker zullen tegenkomen, is de regenwater- of sprinklerbuffer. Deze tanks – vaak ondergrondse, betonnen bunkers – bevatten een grote hoeveelheid water die we met duurzame energie tot 40 á 50 °C kunnen opwarmen. Via warmtepompen is deze laagwaardige warmte vervolgens te gebruiken om een cv-circuit en soms ook een tapwatersysteem op te warmen. De grootte van de tank en het systeem dat eraan hangt, bepaalt wat de capaciteit is en hoe lang je daaruit kunt putten.

De Borg T4 is een ondergrondse, goed geïsoleerde buffertank van 4.000 liter water.

Seizoenbuffers

De meest bekende seizoenbuffer is de aarde zelf. Door bronnen in de bodem aan te boren, kunnen we in aardlagen, zogeheten aquifers, warmte en koude opslaan. Door het water in die bodemlaag op te warmen en af te koelen, kunnen we dit gebruiken om gebouwen te verwarmen en te koelen. In de zomer warmen we de warme bron op en in de winter koelen we de koude bron af.
Deze vorm van seizoensopslag is op veel plaatsen in Nederland mogelijk. Maar er zijn ook uitzonderingen: bodems waarin de aardlagen niet geschikt zijn of bijvoorbeeld al voor drinkwaterwinning worden gebruikt. Voor die plekken zijn andere vormen van seizoenopslag mogelijk.

Energie in zand

Verschillende productontwikkelaars en bedrijven zoeken naar media en materialen die thermische energie goed en langdurig vasthouden. Water blinkt daar niet echt in uit, dus kijkt men bijvoorbeeld naar PCM’s of zand. Met deze materialen creëren zij buffers met een grote opslagcapaciteit en relatief lage verliezen. Zo bedacht het Finse bedrijf Polar Night Energy de Sand Battery.
Deze zandbatterij zet via weerstandsverwarming overtollige duurzame elektriciteit om in warmte. In een geïsoleerde silo met zand stijgt de temperatuur tot 600 °C. Dankzij de hoge soortelijke warmtecapaciteit en lage warmtegeleiding van zand blijft deze warmte langdurig beschikbaar met minimale verliezen. Via lucht- of waterwarmtewisselaars komt de opgeslagen thermische energie beschikbaar voor stadsverwarming, industriële processen of ruimteverwarming.
Het systeem bestaat in varianten van 2 MW met 200 MWh opslagcapaciteit en 10 MW met 1.000 MWh capaciteit. De ‘round-trip-efficiëntie’ ligt, aldus de leverancier, tussen de 85 tot 90 procent. De voorraad kan per jaar 20 tot 200 keer worden geladen en ontladen.

Natuurlijke materialen

Ingenieur Cees van Nimwegen van NICE developments werkt al sinds 2013 aan de ontwikkeling van de Cesar-warmteaccu. Dit is een gepatenteerde, CO₂-vrije, lowtech oplossing op basis van natuurlijke materialen voor het grootschalig opslaan van warmte. In plaats van zand gebruikt Cesar steenachtig materiaal zoals basalt of staalslakken. Deze verwarmt het systeem met duurzame elektriciteit via roestvrijstalen buizen tot ongeveer 450 °C. Een dikke isolatielaag van onder meer steenwol minimaliseert het warmteverlies.
Wanneer warmte nodig is, stroomt koude lucht door het systeem, die de opgeslagen energie opneemt en via een warmtewisselaar overdraagt aan een waterbuffervat voor directe inzet in bijvoorbeeld ruimteverwarming of tapwater. Met een energiedichtheid van 250 kWh/m³ – afhankelijk van het gebruikte materiaal – en een rendement tot 90 procent bij grotere installaties, levert een 1.000 MWh-systeem voldoende warmte voor ongeveer 100 bestaande woningen of 500 nieuwbouwappartementen. Dankzij het gebruik van goedkope, circulaire materialen blijven de kosten relatief laag, zo zegt de ontwikkelaar: tussen 2,50 en 4,00 euro per kWh.

In de grond

De warmtebatterij van HoCoSto ziet eruit als een ruimteschip, maar blijkt een ondergrondse thermische energieopslag. Water dient hier als medium voor het opslaan van warmte of koude. Dankzij hoogwaardige isolatie blijft de opgeslagen energie langdurig behouden bij temperaturen tot 90 °C. De opslag bevindt zich in een gesloten circuit met warmtewisselaars die zorgen voor de overdracht van warmte. Duurzame bronnen, waaronder zonnecollectoren, zonnepanelen, windenergie, restwarmte of een warmtepomp, kunnen de opslag vullen.
De modulaire constructie van de warmtebatterij maakt het mogelijk om de installatie aan te passen aan de warmtevraag van een gebouw of wijk. De constructie verdwijnt in een op maat gemaakt gat in de grond, voorzien van isolatie en verschillende beschermende kunststoflagen, en afgedicht met isolatie en aarde. Het terrein boven de buffer is gewoon te gebruiken, bijvoorbeeld als parkeerplaats, grasveld of speeltuin.
De warmtebatterij is inzetbaar als piekbuffer (peakshaver) voor opslag op dag- of weekbasis, of als seizoensopslag waarbij warmte in de zomer wordt opgeslagen voor gebruik in de winter.

Warmte uit koude

De SolarFreezer is een systeem voor langdurige warmteopslag die wél water gebruikt, maar eventueel in bevroren toestand. Het is een innovatieve waterbuffer die men meestal in een kruipruimte plaatst. Het gebruikt pvt-panelen en een water/water-warmtepomp om de woning, maar ook de buffer van energie te voorzien. Het overschot aan opgewaardeerde warmte gaat naar de SolarFreezer voor gebruik in koude periodes.
Waar andere warmtebatterijen water tot 60 °C verwarmen, blijft de temperatuur in de SolarFreezer beperkt tot zo’n 20 °C. Hierdoor kunnen bewoners het systeem ’s zomers ook voor passieve vloerkoeling gebruiken. In de winter haalt de warmtepomp energie uit zowel de pvt-panelen als de ondergrondse bufferzak om via de warmtepomp tapwater en ruimtes te verwarmen. Daarbij benut het systeem ook de energie die vrijkomt bij het bevriezen van water. Dit bevriezen blijkt een krachtige energiebron, vergelijkbaar met het afkoelen van water van 80 °C naar 0 °C. Zodra de pvt-panelen energie leveren, wordt de buffer weer ontdooid.

Tekst: Rob van Mil  Fotografie:
Borg Energy Storage, GEP, Hydrobag, Newton Energy Solutions, Polar Night Energy, SolarFreezer

Meer weten over innovatieve technieken en ontwikkelingen?
Meld u dan nu aan voor onze gratis nieuwsbrief