Oktober 2021
‘Deze warmtebatterij kan gat in de markt worden’
TNO ontwikkelt nieuw opslagconcept
‘Warmtebatterijen zijn noodzakelijk voor het slagen van de -energietransitie.’ Dat zegt senior wetenschapper duurzame -proces- en energiesystemen Ruud Cuypers van TNO. Hij werkt mee aan de ontwikkeling en vermarkting van warmtebatterijen op basis van een zouthydraat. ‘De batterij kan zowel in woningen als bij utiliteitsgebouwen een meerwaarde hebben.’
U noemt de warmtebatterij de ontbrekende schakel. Kunt u uitleggen waarom?
‘Het gebruik van hernieuwbare energiebronnen, zoals wind- en zonne-energie heeft zijn beperkingen. Want waar haal je je energie vandaan als de zon niet schijnt en het windstil is? En wat doe je met het overschot aan ‘te veel’ opgewekte energie op hele zonnige of winderige dagen? Terugleveren kan, maar het netwerk kan die te veel geproduceerde elektriciteit steeds minder vaak kwijt. Een mogelijke oplossing is dan om deze elektriciteit op een compacte manier en verliesvrij als warmte op te slaan in een warmtebatterij. Door die warmte vervolgens in te zetten op momenten dat er een tekort is aan hernieuwbare energie, sla je twee vliegen in één klap. Je hebt altijd de beschikking over duurzame energie in de vorm van warmte en je ontlast het elektriciteitsnet als er energietekorten of -overschotten zijn.’
Welke techniek zit er achte de warmtebatterij die TNO ontwikkelt?
‘De batterijsystemen werken op basis van zouthydraten. TNO werkt aan twee concepten: een vacuümsysteem en een closed-loop systeem. Elk concept heeft een eigen zouthydraat, dat vocht bevat in de ontladen toestand. Door het zout en het water te scheiden met warmte, doorloop je een chemisch proces waarbij de composiet de warmte opneemt. Deze warmte blijft vervolgens als chemische warmte in het zout opgeslagen. Door het vocht op een ander moment weer aan het zout toe te voegen, laat de zoutsamenstelling de warmte weer los. Een warmtewisselaar brengt de duurzame warmte van de warmtebatterij daarna naar het verwarmingssysteem of gebruikt deze voor het creëren van warm tapwater.’
Ruud Cuypers, senior wetenschapper duurzame proces- en energiesystemen bij TNO
Hoe groot is die batterij en waar plaats je die?
‘Bij toepassing in woningen kan dat het formaat van een gemiddelde koelkast zijn. Die kun je dus gemakkelijk plaatsen in de technische ruimte, naast de verwarmings- en tapwatervoorzieningen. Momenteel voorzien wij dat de batterij als module te installeren is; afhankelijk van de grootte van de batterij en het aantal gebruikte modules kan een batterij dan enkele tientallen tot ongeveer 100 kWh opslaan. Dat is genoeg warmte om een gemiddeld gezin gemakkelijk twee weken van te laten douchen. Maar je kunt de warmte ook gebruiken om de woning te verwarmen. En we onderzoeken de mogelijkheden om de batterij direct aan een warmtepomp te koppelen. Het voordeel daarvan is dat je de opgeslagen warmte direct kunt gebruiken als je gaat douchen, waardoor een warmtepomp met een lager vermogen kan volstaan voor het leveren van warm tapwater. Maar de temperatuur van de warmtepomp en de batterij moet dan wel op elkaar afgestemd zijn. Met het overschot aan duurzaam opgewekte energie wekt de warmtepomp dan met een hoge efficiëntie warmte op, die je in de batterij opslaat. Hierdoor kun je de warmtebatterij ook vaker gebruiken. Met dit principe verkort je de terugverdientijd van zowel de warmtepomp als de batterij. Idealiter houdt de warmtebatterij haar warmte twee weken tot een maand vast. Langere warmteopslag is technisch mogelijk, maar is waarschijnlijk economisch ongunstig ten opzichte van de investering. Kortere bewaring van de duurzame warmte is niet efficiënt.’
Bij toepassing in een woning heeft de warmtebatterij
het formaat van een flinke koelkast
Is er al een prototype actief?
‘We hebben een aantal projecten lopen waarbij de warmtebatterij in een opstelling met zonnecollectoren en een verwarmingssysteem in een container draait. Zo verzamelen we de benodigde data om het systeem verder te verbeteren. In 2022 en 2023 doen we proeven in testwoningen, zodat we zien hoe de warmtebatterij functioneert in de omgeving waar we deze in de toekomst gaan inzetten. Voordat we ze op grote schaal kunnen toepassen, moet er namelijk nog wel het een en ander gebeuren. Zo zoeken we voor het vacuümsysteem nog naar strategische partners die het product willen bouwen en partners die het op de markt willen brengen. Vervolgens moet het materiaalgebruik omlaag, zodat de producten lichter en goedkoper worden. Om de prijs te drukken is het ook essentieel om een vorm van serieproductie te realiseren voor de modules. Het succes van de warmtebatterij zal waarschijnlijk ook afhangen van externe factoren, bijvoorbeeld wat er met de salderingsregeling gebeurt. Zodra huishoudens geen elektriciteit mogen terugleveren aan het net, zullen batterijen en accu’s een vlucht nemen. Deze warmtebatterij kan dan echt een gat in de markt worden.’
Voor welke marktsegmenten is deze wamte-batterij bedoeld?
‘De batterij kan zowel in woningen als bij utiliteitsgebouwen een meerwaarde hebben. In de woningsector kun je denken aan inzet voor een enkele woning of een heel huizenblok, waarbij in het laatste geval alle duurzame opwekkers uit die rij aan de batterij kunnen zijn gekoppeld. Bij de grotere utiliteitsgebouwen is het met meerdere warmtebatterijen mogelijk om de opwek en de afname van duurzaam opgewekte energie in balans te brengen.’
Is het een betaalbare oplossing?
‘De productprijs zal afhankelijk van de grootte (capaciteit) in de orde van enkele duizenden euro’s liggen. We hebben momenteel al zogenaamde ‘early adopters’ die dat er op dit moment al voor over zouden hebben. Maar belangrijker is: wat is de waarde? Gezien de opgave waar de maatschappij voor staat, kan grootschalige toepassing van decentrale energieopslag een aanzienlijke bijdrage leveren aan het oplossen van problemen die nu al optreden op het elektriciteitsnet, bijvoorbeeld bij toepassing van zonnepanelen in steden of bij windparken. Dat vind ik belangrijker dan er nu al een exact prijskaartje aan te hangen.’
Tekst: Leo Hoekstra
Fotografie: TNO