Kunnen we warmte opslaan?
Nieuwe en bestaande technieken voor warmteopslag
Als het lukt om warmte op te slaan, kunnen we veel energie besparen. Welke technieken zijn er al om warmteopslag mogelijk te maken? Welke systemen zijn in ontwikkeling? Wordt warmteopslag al toegepast in woningen? En hoe zit het met de kosten? Dit artikel geeft antwoord op een aantal belangrijke vragen over het opslaan van warmte (en koude).
Een thuisbatterij, maar dan voor warmte
Iedereen die ruimte heeft voor zonnepanelen kan elektriciteit opwekken. Een deel van die stroom gebruikt u zelf en wat u overhoudt levert u automatisch terug aan uw energieleverancier. Dat is nu nog heel voordelig, dankzij de salderingsregeling. Zoals het er nu uitziet, zal die regeling de komende jaren geleidelijk worden afgebouwd. Daarna wordt het (nog) interessanter om uw duurzaam geproduceerde elektriciteit op te slaan. Daar bestaan al thuisbatterijen voor en de verwachting is dat de techniek de komende jaren meer mogelijk gaat maken. Bij warmteopslag bewaart u de energie niet in de vorm van elektriciteit, zoals bij een thuisbatterij, maar in de vorm van warmte.
Warmte bewaren voor later
In de zomermaanden wordt alles om ons heen warmer. Het overschot aan warmte dat we in die periode hebben, zouden we juist in de koude wintermaanden goed kunnen gebruiken. Warmteopslag is de verzamelnaam voor technieken die het mogelijk maken om warmte vast te houden en op een later moment toe te passen. Sommige van die technieken zijn vooral geschikt voor de industrie. Maar er zijn ook al diverse manieren waarop warmteopslag in woningen wordt toegepast.
Alleen duurzaam opgewekte warmte
Voor alle duidelijkheid: het buffervat van een cv-ketel is ook een manier om warmte te bewaren voor later. Maar in dat geval wordt de warmte geproduceerd met behulp van aardgas. In dit artikel laten we die vorm van warmteopslag buiten beschouwing. Hier hebben we het alleen over technieken die het mogelijk maken om duurzaam opgewekte warmte op te slaan.
Zonnecollector en zonneboiler
Een bekende en populaire vorm van warmteopslag is de zonnecollector. Dat is een paneel op het dak, qua omvang vergelijkbaar met een zonnepaneel, die de warmte van de zon opvangt. De zonnecollector zorgt ervoor dat een mengsel van water en glycol in een buizenstelsel warm wordt. De buizen warmen vervolgens water op dat wordt bewaard in een buffervat of een bufferzak in de kruipruimte. Dat kan een boiler zijn die voor warm tapwater zorgt, maar het kan ook de warmtebron zijn voor een warmtepomp. De combinatie van zonnecollector en buffervat zorgt op die manier voor (een deel van) de verwarming in de woning. Deze techniek is geschikt om warmte gedurende een aantal dagen vast te houden en goed toepasbaar bij lage-temperatuurverwarming.
Vloerverwarming
Beton en steen zijn zware materialen die goed in staat zijn om warmte vast te houden. Het duurt relatief lang om de constructie van een huis (de muren en vloeren) op te warmen, maar als het zover is, heeft u er als bewoner nog lang plezier van. Vloerverwarming werkt ook volgens dit principe: is de vloer eenmaal opgewarmd, dan blijft die nog lange tijd warmte uitstralen.
Zonnevriezer
Wanneer water bevriest en verandert in ijs, komt er warmte vrij. De zonnevriezer slaat die warmte op en gebruikt ze voor het verwarmen van woningen. Het systeem werkt in combinatie met een zonnecollector en een warmtepomp. De zonnevriezer kan de warmte gedurende enkele dagen vasthouden.
Warmte-koudeopslag (wko)
Nieuwe woonwijken maken steeds vaker gebruik van warmte-koudeopslag (wko). Dat is een systeem, waarbij de warmtepompen in de woningen gebruik maken van een collectieve, ondergrondse bron voor warmte en koude. In de winter wordt de opgeslagen warmte gebruikt als warmtebron voor de warmtepompen. In de zomer onttrekken we koude aan de koude bron, terwijl we de warmte dan juist ondergronds opslaan. Een leidingnet zorgt ervoor dat de warmte of de koude in de woningen terechtkomt. In Nederland zijn wko-systemen al in tienduizenden woningen geïnstalleerd. Een wko kan voldoende warmte leveren voor lage-temperatuurverwarming (ltv). Dat betekent dat de woningen die erop zijn aangesloten, goed geïsoleerd moeten zijn en voorzien van zo’n ltv.
Collectief buffervat
Sommige woonblokken en woonwijken maken voor hun verwarming gebruik van een groot buffervat met water. Warmtewisselaars in de wanden warmen het water in de zomer op en een isolatielaag houdt die warmte maandenlang vast. Het buffervat levert in de winterperiode voldoende warmte om honderden huizen van warmte te voorzien.
Aquathermie
Het oppervlaktewater in onze meren en plassen is in de zomer aanzienlijk warmer dan in de winter. Met aquathermie kunnen we op een slimme manier gebruikmaken van die temperatuurverschillen. In de zomer wordt relatief warm oppervlaktewater ondergronds opgeslagen in een warmte-koudeopslag (wko). Net als bij de hierboven beschreven wko zorgt een leidingnet in de winter voor het transport van de warmte naar de woningen. Aquathermie is een techniek die nog in ontwikkeling is. Op dit moment zijn er nog maar weinig woningen die er voor hun verwarming gebruik van kunnen maken, maar de verwachtingen voor de toekomst zijn hooggespannen.
Basalt
In Noord-Brabant wordt een systeem getest dat warmte opslaat in basaltsteen. Zonnepanelen wekken elektriciteit op, die wordt omgezet in warmte. Een stelsel van buizen geleidt de warmte naar een metalen container vol met basalt. Geholpen door een isolatielaag van steenwol is dit gesteente in staat om warmte maandenlang vast te houden.
Zoutkristallen
Onderzoeksorganisatie TNO werkt samen met de Technische Universiteit Eindhoven al een tijdje aan een warmtebatterij die het mogelijk moet maken om warmte voor langere tijd en zonder verlies op te slaan. De batterij werkt op basis van een techniek die warmte opslaat in zoutkristallen. De zoutkristallen kunnen hun warmte vervolgens waar en wanneer dan ook weer afstaan. Het is de bedoeling dat de warmtebatterij binnen enkele jaren op diverse plaatsen en onder verschillende omstandigheden getest zal worden.
De kosten van warmteopslag
Sommige technieken voor warmteopslag, zoals de vloerverwarming en de zonneboiler, hebben zichzelf al ruimschoots bewezen. De kosten van installatie en gebruik zijn overzichtelijk en snel terug te verdienen door een aanzienlijk lager energieverbruik. Veel andere technieken, zoals wko en aquathermie, zijn nog volop in ontwikkeling. Meestal zijn de benodigde investeringen zo hoog, dat het voor één enkele woning niet haalbaar is om aan zo’n systeem te beginnen. Alleen bij een collectieve aanpak is het op de lange termijn rendabel om een dergelijke techniek toe te passen.
Warmteopslag in de industrie
Op verschillende plaatsen wordt hard gewerkt aan nieuwe, efficiënte technieken om warmte op te slaan. Veel van die ontwikkelingen zijn nog in een pril stadium. Bovendien richten ze zich in de meeste gevallen voornamelijk op de industrie. Zo is een Noors bedrijf al enkele jaren op de markt met een warmtebatterij die bestaat uit een stapel betonnen cilinders, waar leidingen doorheen lopen. Door hete vloeistof in de leidingen warmt het beton op. Op een later moment kan het beton die warmte weer afstaan aan de leidingen, waar dan juist koude vloeistof doorheen stroomt. Het systeem wordt onder meer gebruikt in een baksteenfabriek. Een Zweeds bedrijf werkt aan een techniek om warmte op grote schaal op te slaan in zoutkristallen. Energieleverancier Vattenfall test het systeem sinds 2019 bij een elektriciteitscentrale in Berlijn.
Wat is PCM?
Als het over warmteopslag gaat, valt regelmatig de term ‘PCM’. Dat is een afkorting van Phase Change Materials. In het Nederlands: faseovergangsmateriaal. Bij de ‘faseverandering’ (van vast naar vloeibaar en van vloeibaar naar vast) van deze materialen komt warmte vrij. We kunnen PCM onder meer toepassen als een warmtebatterij in vloerverwarming. ’s Nachts wordt het materiaal door middel van ventilatie gekoeld, waardoor het gaat stollen. De warmte die daarbij vrijkomt zorgt ervoor dat de ruimte niet of nauwelijks afkoelt. Doordat de temperatuur dag en nacht vrijwel constant blijft, verbruikt de vloerverwarming maar weinig energie om het in huis behaaglijk te houden.
Poll