Energieopslag, welke mogelijkheden voor thuisgebruik?

In de hedendaagse zoektocht naar duurzaamheid en onafhankelijkheid van het elektriciteitsnetwerk, is energieopslag uitgegroeid tot een cruciale factor voor huishoudens. De groeiende interesse in zonnepanelen en de toename van netcongestie benadrukken de noodzaak voor effectieve opslag van energie, teneinde de opgewekte elektriciteit optimaal te benutten. Zulke opslagmethoden bieden niet alleen de mogelijkheid voor energieonafhankelijkheid, maar verbeteren ook de flexibiliteit en stabiliteit van het energiesysteem thuis. Energieopslag speelt tevens een sleutelrol in de verduurzaming van het energiesysteem, door hernieuwbare maar intermittente energiebronnen zoals zon en wind, effectiever te integreren in ons dagelijks leven.

Dit artikel verkent de verschillende energieopslag methoden die beschikbaar zijn voor thuisgebruik, variërend van elektrische opslag in de vorm van accu’s tot aan mechanische opslag, zoals vliegwiel energieopslag. Daarnaast wordt aandacht besteed aan chemische en gasopslagmogelijkheden, zoals het opslaan van chemische energie, alsook thermische opslagmethoden, zoals warmteopslag. Elke methode heeft zijn eigen voor- en nadelen en applicatiegebieden, waardoor een grondig begrip onontbeerlijk is voor iedereen die de stabiliteit, flexibiliteit en efficiency van zijn of haar energievoorziening thuis wil optimaliseren.

Elektrische opslagmethoden

Met een thuisbatterij, ook wel thuisaccu genoemd, kun je (zelf opgewekte) elektriciteit bewaren voor later gebruik ¹. Een thuisbatterij kan je vaak op een later moment uitbreiden in capaciteit ¹. Er zijn verschillende soorten thuisbatterijen beschikbaar, zoals:

Lithium-ion batterijen (Li-ion)

Deze slaan energie op door het verplaatsen van lithium-ionen tussen de positieve en negatieve elektroden tijdens het opladen en ontladen ¹.

Lithium-ijzerfosfaat batterijen (LFP)

Deze werken vergelijkbaar met de lithium-ionbatterij, maar gebruiken ijzerfosfaat als kathode, wat resulteert in een stabielere en veiligere chemische reactie ¹.

Zoutwater batterijen

Deze batterijen gebruiken zoutwater als elektrolyt. Tijdens het opladen en ontladen bewegen geladen deeltjes tussen de elektroden door het zoute water ¹.

Loodzuur batterijen

Energie wordt opgeslagen door een chemische reactie tussen loodplaten en zwavelzuur, wat resulteert in loodsulfaat ¹.

Nikkel-ijzer batterijen (NiFe)

Energie wordt opgeslagen door een chemische reactie tussen nikkel- en ijzer-elektroden in een alkalische oplossing ¹. De capaciteit van een thuisbatterij, uitgedrukt in kilowattuur (kWh), bepaalt hoeveel energie je erin kunt opslaan ¹. Het vermogen (uitgedrukt in kW) geeft aan hoe snel je stroom in je batterij kan opslaan ¹. Er zijn verschillende vuistregels om de juiste batterijcapaciteit te bepalen, zoals:

• Voor iedere 3000 kWh verbruik per jaar een batterij van 5 kWh aanschaffen ¹.
• Een batterij aanschaffen van je gemiddelde dagverbruik ¹.
• Een batterij aanschaffen van je gemiddelde nachtverbruik in de lente of herfst ¹.

Het is belangrijk om de juiste combinatie van capaciteit en vermogen te kiezen, aangezien een hoog vermogen niet altijd betekent dat de batterij snel volledig kan worden opgeladen ¹.

Supercondensatoren voor thuis

Supercondensatoren kunnen snel grote hoeveelheden energie opslaan en even snel weer vrijgeven, in tegenstelling tot batterijen ². Een team aan de Technische Universität München (TUM) heeft een efficiënte supercondensator ontwikkeld die de prestaties van batterijen benadert maar veel sneller is ².

Deze supercondensator maakt gebruik van een nieuw, hoogwaardig en duurzaam hybride grafeenmateriaal als positieve elektrode, gecombineerd met een beproefde, op titanium en koolstof gebaseerde negatieve elektrode ². Het resultaat is een energiedichtheid tot 73 Wh/kg, vergelijkbaar met een nikkel-metaalhydride-accu, maar met een aanzienlijk hogere vermogensdichtheid van 16 kW/kg ².

Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben ook een nieuwe manier ontdekt om een supercondensator te maken uit cement, roet en water ³. Een stuk beton van 45 kubieke meter zou zo’n 10 kilowattuur energie kunnen opslaan, ongeveer net zoveel als een gemiddeld huishouden dagelijks verbruikt ³.

SMES systemen

Superconducting Magnetic Energy Storage (SMES) is een geavanceerde energieopslagtechnologie die energie opslaat in een magnetisch veld gegenereerd door supergeleidende magneten die werken op cryogene temperaturen [7, 8].

Belangrijke kenmerken van SMES zijn een relatief hoge energiedichtheid, snelle responstijd, zeer snelle volledige ontlaadtijd, diepe ontlading, hoge cyclus-efficiëntie en lange levensduur [7, 8]. De belangrijkste nadelen zijn de hoge kapitaalkosten en hoge dagelijkse zelfontlading ⁴.

Hoewel SMES systemen een ongeëvenaarde efficiëntie van bijna 100% hebben, vergeleken met 80-90% voor lithium-ionbatterijen, zijn de upfront kosten zeer hoog vanwege de dure supergeleidende materialen en het vereiste cryogene koelsysteem ⁵. Bovendien zijn SMES systemen beperkt in hun schaalbaarheid en hebben ze hoge onderhoudskosten ⁵.

Betrouwbaarheid en efficiëntie

Thuisbatterijen en andere buffers helpen het elektriciteitsnet enigszins te ontlasten op piekvraagmomenten en daardoor de betrouwbaarheid hoog te houden ⁶. Hoewel we een superbetrouwbaar net hebben, raakt het steeds verder overbelast door netcongestie als gevolg van de toename van zonnepanelen op verschillende locaties ⁶.

Een thuisbatterij kan voorkomen dat zonnepanelen zich moeten uitschakelen bij te hoge spanning op het net, door de opgewekte zonnestroom op te slaan ⁶. Het is een manier om het heft in eigen handen te nemen, in plaats van te wachten op een dure netvernieuwing door de netbeheerder ⁶.

Mechanische Opslagmethoden

Vliegwielen en hun gebruik

Een vliegwiel is een roterende massa die kinetische energie opslaat. Het is een systeem dat elektriciteit opslaat als kinetische energie in plaats van chemische reacties zoals bij traditionele batterijen ⁷. Een motor-generator zet de toegevoerde elektriciteit om in rotatie van een rotor, waardoor kinetische energie wordt opgeslagen. Bij vraag naar stroom vertraagt een generator de rotatie, waarbij de kinetische energie wordt omgezet in elektriciteit ⁷.

Vliegwielen hebben een reactietijd van slechts enkele milliseconden voor op- en ontladen, waardoor ze zeer snel kunnen reageren op veranderingen in de vraag naar en het aanbod van elektriciteit ⁷. Dit maakt ze geschikt voor het leveren van snelle vermogenspieken en peakshaving, waarbij de hoogste pieken in het elektriciteitsverbruik worden verminderd door de piekvermogenslevering van het vliegwiel ⁷. Hierdoor wordt de totale energievraag geoptimaliseerd en netcongestie tegengegaan.

Vliegwielen kunnen herhaaldelijk worden opgeladen en ontladen zonder dat dit hun prestaties of levensduur beïnvloedt ⁷. Ze hebben een hoog rendement van meer dan 94 procent ⁷. Bedrijven als QuinteQ hebben doorbraken gerealiseerd met volledig zwevende, passief gestabiliseerde vliegwielen die verliezen minimaliseren tot slechts 1 procent per uur ⁷. Deze lichte en compacte vliegwielen kunnen hoge vermogenspieken absorberen en een capaciteit van 5 kilowattuur per wiel bieden ⁷. Ze bieden creatieve oplossingen voor netwerkcongestie in stedelijke omgevingen door piekvermogen op te vangen, zoals bij havenkranen en remenergie van metro’s ⁷. Het potentieel voor peakshaving zonder nieuwe kabels aan te leggen, maakt vliegwielen een gamechanger voor een stabieler en efficiënter elektriciteitsnetwerk ⁷.

Efficiëntie van pompcentrales

In een pompcentrale wordt energie gewonnen of opgeslagen door middel van een hoogteverschil tussen twee waterbassins ⁸. Bij een overschot aan energie wordt water van het lager gelegen reservoir opgepompt naar het hoger gelegen reservoir. Bij energievraag wordt water vrijgelaten van het bovenste bassin, waardoor een turbine in beweging komt die elektriciteit opwekt ⁸. Een pompcentrale is een uiterst efficiënte en voordelige vorm van energieopslag met een lange levensduur en lage slijtage, maar is wel gebonden aan geografische voorwaarden ⁸.

Voorbeelden van CAES systemen

Bij Compressed Air Energy Storage (CAES) wordt overtollige energie opgeslagen in samengeperste lucht ⁹. Er zijn momenteel twee operationele CAES-installaties: één in Elsfleth (Duitsland) en één in McIntosh (Alabama, Verenigde Staten) ⁹. Een CAES-installatie kan in relatief korte tijd grote hoeveelheden energie opslaan of beschikbaar stellen, en kan het elektrische netwerk ondersteunen op het gebied van frequentie, voltage en stabiliteit ⁹.

Waterstof kan ook worden opgeslagen in zoutcavernes, gaten ter grootte van de Eiffeltoren in de zoutlaag van de aardbodem ⁹. Dit gebeurt al op enkele locaties wereldwijd, zoals in Texas en binnenkort ook in Zuidwending bij HyStock ⁹. De verwachting is dat dit een van de oplossingen voor de toekomst is, aangezien zeer grote hoeveelheden energie veilig kunnen worden opgeslagen zonder kwaliteitsverlies ⁹.

Chemische en Gasopslag

Waterstofgas mogelijkheden

Waterstofgas is relatief eenvoudig op te slaan in en te onttrekken aan geschikte buffers, zoals zoutcavernes of gasnetwerken. Huidige gasnetwerken kunnen tot 20% inhoud van waterstof (proef Ameland) herbergen, vergelijkbaar met 1,8 TWh in Duitsland, zonder enige invloed op het prestatievermogen ¹⁰. Brandstofcellen zijn met waterstof te voeden om een combinatie van warmte en elektriciteit te leveren (oftewel een WKK). Daarnaast kan waterstof verbrand worden voor thermische energie of transport (als brandstof). Met deze energie, in samenwerking met een WKK, kan frequentiecontrole voor netwerken worden geleverd, regulering per uur, dag en per seizoen, ontlasting van transmissie en distributie, energieregulering en transport. Dit opslagsysteem heeft een relatief hoge cyclusefficiëntie (70-80%) wanneer waterstof wordt verbrand voor thermische energie, maar bij omzetting in elektriciteit neemt de efficiëntie behoorlijk af (tot 40-45%) ¹⁰.

Methaangasopslag

Zoutcavernes kunnen dienst doen als (methaan)gasopslagfaciliteit die in de regel minder werkvolume hebben dan grotere aquifers en lege gas- en olievelden. Zoutcavernes worden vooral gebruikt voor handelsdoeleinden, piekaanbod en uurlijks en dagelijks reguleren ¹⁰. Cavernes hebben bovendien een injectie nodig van kussengas. Dit opslagsysteem is een bewezen technologie en is zeer veilig en betrouwbaar. Aquifers en lege gas-/olievelden worden normaal gesproken gebruikt voor gasopslag per seizoen of als een strategische opslag om lage hoeveelheden aardgasproductie op te vangen. Deze technologie heeft zich door de jaren heen bewezen en is betrouwbaar en geschikt voor het opslaan van enkele TWh aan aardgas (tot 45 TWh in Nederland). Deze grote opslagcentrales hebben een injectie nodig van kussengas (d.w.z. het gas dat wordt toegevoegd om de druk te kunnen behouden) van 50-80%, waardoor initiële kosten sterk afhankelijk zijn van de prijs van aardgas ¹⁰.

Voor- en nadelen van LNG-opslag

LNG-opslag is het opslaan van aardgas onder hoge druk en bij lage temperatuur teneinde het om te zetten in vloeibare vorm. LNG-opslag wordt ingezet bij een vraag naar een hoge leverbaarheid met een klein werkvolume. Dit maakt LNG uitermate geschikt voor dagelijkse en uurlijkse regulering ¹⁰. LNG is bovendien eenvoudig te transporteren bij ontbreken van een pijplijnnetwerk, dankzij een hoge energiedichtheid. Het heeft potentie om gebruikt te worden in de transportsector ¹¹.

LNG krijgt momentum nu steeds meer vervoerders aankondigen over te zullen stappen. Het LNG platform is opgetogen. Met ‘koud en cool’, ‘schoon en duurzaam’ wordt LNG aangeprezen als ‘de transitiebrandstof die nu al werkt!’ ¹¹. LNG heeft een duidelijk lagere uitstoot van schadelijke stoffen dan diesel. De emissies van stikstof, fijnstof en zwavel ten opzichte van diesel zijn een stuk lager, zeker vergeleken met de stookolie die de scheepvaart gebruikt ¹¹. Als de lokale luchtkwaliteit het enige milieuprobleem zou zijn, is overstappen op LNG ontegenzeggelijk verstandig.

Het nadeel van dual fuel motoren is dat er meer onverbrand methaan vrijkomt. Dit wordt ook wel ‘methaanslip’ genoemd, een probleem dat niet alleen in motoren, maar door de hele gasketen speelt ¹¹. Methaan is zeer krachtig broeikasgas; zelfs een kleine hoeveelheid heeft al een grote klimaatimpact. Methaanlekkage heeft dus een nadelige invloed op de klimaatprestaties van deze motoren ¹¹.

Hieronder zie je welke landen in 2015 LNG bij de Gate terminal in Rotterdam hebben aangeleverd, en wat dat aan uitstoot heeft veroorzaakt. De cijfers zijn afkomstig van een studie van Exergia. De verschillen tussen de diverse aanvoerroutes, veroorzaakt door bijvoorbeeld methaanlekkages, zijn aanzienlijk ¹¹. Wanneer er Noors LNG in de tank van een vrachtwagen belandt, kan het klimaatvoordeel iets toenemen. Maar bij Algerijns LNG is de uitstoot tijdens productie en vervoer zo hoog, dat een negatieve klimaatimpact vrijwel onvermijdelijk is ¹¹.

Het probleem van methaanlekkage is volgens Roland Kupers jarenlang onderschat. Kupers is voormalig vice-president van Shell LNG en werkt nu als consultant voor onder andere het Environmental Defense Fund. “Toen ik bij Shell de LNG-business leidde, werd er vooral gelet op CO2-emissies en naar olielekkages gekeken. Maar bij methaanemissies dachten we altijd: ‘Dat is onder controle’.” ¹¹ Ondanks de verontrustende methaanlekkage-cijfers over de keten noemt Kupers dit toch “een van de weinige goed-nieuwsverhalen in de hele klimaatdiscussie”. Kupers: “Het probleem is weliswaar veel groter dan we dachten, maar het is makkelijk op te lossen.” De oplossingen die Kupers aandraagt liggen inderdaad nogal voor de hand: pijpkleppen die open blijven staan repareren, lekkende pakkingen vervangen. “Heel low-tech allemaal. Zowat de helft van de lekken kun je bij wijze van spreken met een Engelse sleutel voorkomen.” ¹¹

LNG-opslag is beduidend duurder en minder efficiënt dan andere gasopslagtechnologieën en wordt daarom alleen ingezet bij zeldzaam strenge winters ¹⁰.

Thermische Opslagmethoden

Gesmolten zouten voor thuisgebruik

Als het aan werktuigbouwkundige Jelle Houben ligt, hebben we in de nabije toekomst een apparaat ter grootte van een flinke koelkast in huis staan, vol met zouttabletten ¹². De energie die hierin is opgeslagen kan ons huis verwarmen en als de zoutbatterij leeg is kan hij opgeladen worden met gebruik van hernieuwbare energie. Een duurzame oplossing die moet gaan bijdragen om de gebouwde omgeving aardgasvrij te gaan maken.

Het opslaan van energie in een zoutbatterij wordt al jaren aangeprezen als duurzaam concept dat kan gaan bijdragen aan de warmtetransitie ¹². Toch zit de productontwikkeling volgens TU Eindhoven-promovendus Jelle Houben nu echt in een versnelling. Hij onderzocht hoe materialen verbeterd kunnen worden voor een groter vermogen, en voorzag via Cellcius – een spin-off van TU Eindhoven en TNO – recent de eerste woonhuizen van een zoutbatterij om het systeem te testen in de praktijk ¹².

Aan de hand van een schematisch plaatje legt Houben uit hoe de zoutbatterij nu precies werkt:

“De toevoer van hernieuwbare energie kent pieken en dalen. Om in periodes met bijvoorbeeld weinig wind of zonlicht toch over voldoende energie te beschikken is opslag essentieel. Onze zoutbatterij is een vorm van thermochemische energieopslag, waarbij we twee losse componenten met elkaar laten reageren. In dit geval zijn dat zout en water. Wanneer we waterdamp over het zout heen leiden, neemt het zout de watermoleculen op in zijn kristalrooster. Deze hydratatiereactie levert warmte op die water in een boiler kan opwarmen. Andersom kan warmte worden opgeslagen via de omgekeerde reactie waarbij water uit het zout vrijkomt ¹².”

Collega’s van Houben vonden al eerder dat voor een betaalbare stabiele zoutbatterij waarmee verliesvrij energie kan worden opgeslagen, het beste kaliumcarbonaat gebruikt kan worden ¹². Om vervolgens de performance van dit zout te verbeteren waardoor de batterij sneller kan op- en ontladen, testte Houben in het lab meerdere technieken. In zijn proefschrift wijdt hij dan ook een flink hoofdstuk aan het beschrijven van al deze verschillende methodes ¹².

Houben laat zien dat de reactiesnelheid in de zoutbatterij versneld kan worden door het toevoegen van bepaalde additieven, in het vakgebied ook wel doping genoemd. “Cesiumcarbonaat als toevoeging werkt heel effectief maar heeft als nadeel dat het een duur zout is. Daarom hebben we ook verschillende organische zouten getest, zoals kaliumacetaat, die ruim voorradig en goedkoper zijn. De resultaten zijn veelbelovend, op poederniveau zijn we in staat op een stabiele manier de batterij te verbeteren. In het uiteindelijke systeem gebruiken we zouttabletten in een vaste vorm, waardoor er nog wel vervolgonderzoek nodig is ¹².”

Terwijl de ontwikkelingen op fundamenteel niveau doorgaan, zijn ook de eerste praktijkstudies gestart. Zo plaatste de werkgever van Houben – hij werkt al een ruim jaar bij de eerder genoemde TU/e spin-off Cellcius – onlangs in samenwerking met de Eindhovense woningcorporatie Trudo de eerste zoutbatterij in een woonhuis ¹². Deze pilots zijn onderdeel van het EU project Heat-Insyde. “We zijn nu de batterij voor een pilot in Frankrijk aan het opbouwen en daarna volgt een zoutbatterij die naar Polen gaat. Zo willen we ons energieopslagsysteem in verschillende klimaten testen ¹².”

Implementatie van faseovergangsmaterialen

Zoutkristallen van verschillende soorten zout nemen in vochtige lucht watermoleculen op in hun kristalrooster ¹³. Dit is een reactie die vanzelf verloopt en die (dus) energie oplevert, in de vorm van warmte. Dit natuurlijke effect werkt ook de andere kant op. In hete en droge lucht geven de gehydrateerde zoutkristallen de watermoleculen weer af ¹³.

Ondernemende onderzoekers aan de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben op basis van dit principe een warmtebatterij ontwikkeld ¹³. Met de spin-off Cellcius brengen ze het concept op de markt.

De warmtebatterij betreft een gesloten systeem met vier hoofdcomponenten (zie de video):

• een vat vol zoutkorrels, in dit geval kaliumcarbonaat;
• een ventilator die lucht door de zoutkorrels en over de warmtewisselaar blaast;
• een condensor/bevochtiger die water aan de circulerende lucht onttrekt of toevoegt;
• een warmtewisselaar die warmte van een externe een warmtebron opneemt (bij opladen) of afgeeft aan een woning (ontladen) ¹³.

Als je een buffervat met water opstookt tot 90 graden, dan koelt het snel af, ook als het goed geïsoleerd is ¹³. Als je zo’n buffer ’s middags opwarmt om de volgende ochtend te douchen, is dat warmteverlies prima te overzien. Als er meerdere dagen of zelfs maanden tussen het opslaan en gebruiken van de warmte zit, blijft in de warmwaterbuffer nauwelijks warmte over.

Het grote voordeel van warmteopslag in zout is dat het ‘verliesvrij’ is ¹³. Zolang er geen vochtige lucht bij het droge zout komt, blijft de opgeladen warmte desnoods jaren opgeslagen.

Een tweede voordeel dat veel genoemd wordt, is dat deze vorm van opslag relatief compact is ¹³. Een kubieke meter droog zout bevat ruwweg evenveel energie als 40 kuub aardgas, of als 3 à 4 kuub water opgestookt tot 90 graden. Een derde voordeel zijn de relatief beperkte kosten ¹³. Per opgeslagen eenheid energie kost de opslag van warmte in zout ruwweg een tiende van de opslag van elektriciteit in thuisaccu’s.

PCM staat voor Phase Change Material, ofwel faseovergangsmateriaal (FOM), een soort thermische accu ¹⁴. PCM’s zijn materialen waarvan de faseverandering, van vast naar vloeibaar en v.v., wordt gebruikt om warmte op te slaan en af te staan. In PCM’s wordt warmte opgeslagen voor gebruik op een later moment, vaak in een 24-uurs cyclus ¹⁴.

Het principe van faseovergangsmaterialen als warmteaccumulerende materialen is als volgt ¹⁴:

• Door warmte op te nemen smelt het materiaal (bij een bepaalde temperatuur)
• Tijdens het smelten absorbeert het materiaal grote hoeveelheden warmte uit de omgeving (de ruimte wordt hierdoor koeler)
• Wanneer de temperatuur zakt, stolt het materiaal weer en komt warmte vrij (de ruimte wordt warmer; eventueel kan door ventilatie een teveel aan warmte verdwijnen)
• Door de PCM’s in geïsoleerde buffers op te slaan kan de “latente warmte of koude” op een later moment worden benut.

Voorbeeld: wanneer ijs smelt en er wordt warmte toegevoegd dan neemt, zolang er nog ijs is, de temperatuur niet toe ¹⁴. De warmte wordt als het ware “opgeslagen” en kan op een later moment bij bevriezen (stollen) weer vrijkomen. Dit wordt ook wel “latente warmte” genoemd ¹⁴.

Het nut van PCM’s is dat bij veel zonneschijn de ruimte niet snel een hoge temperatuur krijgt, de PCM neemt immers de warmte op, en dat bij kouder weer de PCM de warmte weer afstaat ¹⁴. Het resultaat kan een “gelijkmatiger temperatuur” in het gebouw zijn.

Wanneer de PCM’s in een goed geïsoleerde buffer worden opgeslagen kan de “latente warmte” worden behouden en op een later tijdstip worden gebruikt ¹⁴. Dit wordt ook wel het warmteaccumulerend vermogen genoemd. Via in- en uitlaten bij de buffer kan warme lucht gekoeld worden en koude lucht verwarmd worden. De buffer met PCM’s werkt hier als een warmte-koude-opslag ¹⁴.

PCM staat voor Phase Change Materials (faseovergangsmateriaal) ¹⁵. De bekendste soort PCM is water. Water bevriest bij 0 graden en wordt dan ijs, wanneer het water gaat koken wordt het een gas en verdampt het. Ons PCM is een water-zout oplossing waarvan de faseverandering wordt gebruikt om warmte op te slaan en af te geven ¹⁵. Door een specifieke menging te maken wordt het materiaal ‘geprogrammeerd’ op een gewenste temperatuur, bijvoorbeeld 26°C. Dit betekent dat bij 26°C het PCM volledig is gesmolten en de ruimtetemperatuur rond een temperatuur van 20 à 23°C blijft hangen ¹⁵.

Met PCM sla je overdag overtollige warmte uit de ruimte op in het PCM ¹⁵. In de avond gebruik je deze warmte weer. Dit zorgt voor een lager energieverbruik en een lagere CO2-uitstoot. PCM werkt altijd in combinatie met een energiebron ¹⁵

Praktische voorbeelden

1. De PCM radiatorombouw plaatst het PCM rondom de bestaande radiatoren, waardoor er extra warmte gebufferd wordt ¹⁵. Hierdoor wordt het mogelijk om met een lagere watertemperatuur werken. Dit bespaart energie en CO2. Het geeft bewoners een hoger zomercomfort door extra koeling en een hoger wintercomfort door een vergrotere stralingswarmte ¹⁵.
2. De PCM klimaatvloer is een combinatie tussen PCM, een vloerverwarming en de hoogwaardige Anhydriet dekvloer ¹⁵. Het PCM materiaal zit in losse panelen, welke op de (ingeslepen) vloerverwarmingsleidingen gemonteerd wordt en ingegoten in een Anhydriet dekvloer. De vloer wordt een grote thermische buffer waarin energie kan worden opgeslagen en later weer kan worden afgegeven ¹⁵.
3. PCM draait om het opslaan van warmte en koude ¹⁵. De toepassing van PCM als thermische accu’s zorgt voor een lager energieverbruik, een kleinere CO2-uitstoot, het verduurzamen van bestaand vastgoed en het verminderen van technische installaties in de woning. Voor de bewoner wordt het leefcomfort verhoogd door het vergroten van koeling in de zomer en een betere stralingswarmte in de winter ¹⁵.
4. PCM heeft een Cradle to Cradle Zilver certificaat, een SBI-brandveiligheidscertificaat en is zichtbaar in diverse rekensoftware voor gebouwen ¹⁵. Via de Life Cycle Vision App bereken je de levensduurkosten (en zie je dat het toepassen van PCM zorgt voor het verlagen van de initiële bouwkosten, het beperken van de toekomstige onderhoudskosten en technische vervangingen, resulteert in een lagere netto contante waarde en zorgt voor een hogere comfortscore bij de uiteindelijke gebruikers) ¹⁵.
5. Met de gelijkwaardigheidsverklaring van Bureau CRG kan het effect van de interne warmtecapaciteit volgens NTA 8800 eenvoudig bepaald worden ¹⁵. Rekenen in UNIEC3 software is tevens mogelijk ¹⁵.
6. De PCM radiatorombouw is volledig recyclebaar en kan ook in toekomstige woningen herplaatst worden ¹⁵.

Andere praktische voorbeelden van thermische opslagmethoden voor thuisgebruik zijn:

• Een buffervat met warmwater binnenshuis, aangesloten op een grotere warmte-installatie zoals zonnecollectoren met warmtepomp ¹⁶. Dit is warmteopslag in de gemakkelijkste vorm: de warmte wordt opgeslagen in de thermische massa van water in een bovengronds vat.
• Een woning met een zware constructie – beton en steen – kan warmte overdag goed vasthouden en haar gedurende de dag verder uitstralen ¹⁶. Dit vergt een grote massa. Hij warmt langzaam op, maar heeft een grote warmtecapaciteit. Zo houdt de woning veel warmte vast en blijft deze warmte uitstralen. Zo werkt dit ook bij vloerverwarming: je warmt de vloer langzaam op, maar de vloer blijft daarna een lange tijd warmte naar de ruimte uit stralen ¹⁶.
• In plaats van warmte op te slaan in thermische massa, wordt bij de zonnevriezer warmte opgeslagen in het faseverschil tussen ijs en water ¹⁶. Je moet veel warmte toevoegen om ijs te laten smelten. Maar het omgekeerde is ook waar: bij de overgang van water naar ijs komt er warmte vrij. Die warmte kun je gebruiken om een woning mee te verwarmen. Als er weer voldoende warmte is, gebruik je die om het ijs weer te ontdooien. Deze opslagmethode wordt gebruikt in combinatie met een systeem van zonnecollectoren en warmtepomp ¹⁶.
• De bodem heeft een grote opslagcapaciteit ¹⁶. Dat betekent dat je in de bodem warmte op kunt slaan voor een heel seizoen. Dit kan met bodemwarmtewisselaars. Voor woningniveau zijn er in die categorie grofweg twee typen: de horizontale en de verticale warmtewisselaar ¹⁶.
• Deze opslagmethode omvat goed geïsoleerde betonnen tanks waarin warmte wordt opgeslagen ¹⁶. Ze worden vaak (deels) boven de grond geïnstalleerd. Meestal worden ze ingezet voor piekbelasting, maar het kan ook voor seizoensopslag. Er zijn speciale varianten met warmtewisselaars in de wand ¹⁶.
• Deze methode houdt in dat er een ondiep gat uitgegraven wordt met daarin een waterdichte en geïsoleerde ruimte: een ‘pit’ ¹⁶. Hierin wordt warmte water opgeslagen waarmee je de seizoenen kunt overbruggen.
• Het oppervlaktewater van grote plassen, kanalen en rivieren kun je zien als passieve opslag ¹⁶. De zon warmt het water op. Je kunt de warmte vervolgens uit het water onttrekken. Ons oppervlaktewater dreigt door klimaatverandering warmer te worden dan goed is vanuit ecologisch perspectief. Die warmte onttrekken en gebruiken om onze huizen mee te verwarmen kan goed als buffer werken voor mens en natuur ¹⁶.

Warmteopslag gaat een hoofdrol spelen in de energietransitie ¹⁷. Waarom? Dat weet Olaf Adan, hoogleraar toegepaste natuurkunde aan de TU Eindhoven. “Duurzame energiebronnen zoals zon en wind leveren hun energie niet altijd op de momenten dat je het nodig hebt. Soms is er teveel van en raakt het elektriciteitsnet overbelast, soms is er juist te weinig en moet een fossiele energiecentrale bijspringen. Om die ongelijktijdigheid tussen vraag en aanbod te overbruggen, moet je zo veel mogelijk energie kunnen opslaan ¹⁷.” Warmte is daarbij een van de belangrijkste vormen.

Conclusie

Door de toenemende vraag naar duurzame energiebronnen en onafhankelijkheid van het elektriciteitsnetwerk hebben huishoudens diverse energieopslagmethoden tot hun beschikking. Van elektrische opslagmethoden zoals thuisbatterijen en supercondensatoren tot thermische opslagmethoden met gebruik van gesmolten zouten en faseovergangsmaterialen, biedt elk opslagsysteem zijn eigen voordelen ter verhoging van de energie-efficiëntie en betrouwbaarheid. Deze diversiteit in opslagopties stelt huishoudens in staat om optimaal gebruik te maken van geproduceerde energie, piekverbruik te beheren en bij te dragen aan een duurzamer toekomstbeeld.

Het is van cruciaal belang dat de samenleving zich blijft verdiepen in de ontwikkeling en implementatie van dergelijke energieopslagtechnologieën. De potentie van elke methode om de betrouwbaarheid van energievoorziening te verhogen en de transitie naar duurzaamheid te versnellen, is immens. Terwijl we deze technologieën blijven verkennen en verbeteren, nodigen we iedereen uit om deel te nemen aan de dialoog over energieopslag en de rol ervan in onze toekomstige energiestrategieën, waarbij verdere innovatie en onderzoek natuurlijk essentieel zullen zijn.

FAQ’s

Referenties

[1] – https://jeroen.nl/energie/opslaan/thuisbatterij
[2] – https://www.thefactoryfiles.com/article/Nieuws/88044-supercondensatoren-in-plaats-van-batterijen
[3] – https://www.change.inc/energie/energie-opslaan-onder-je-huis-met-de-supercondensator-van-het-mit-40308
[4] – https://energy.nl/data/superconducting-magnetic-energy-storage-smes-for-power-applications/
[5] – https://www.arrow.com/en/research-and-events/articles/superconducting-magentic-energy-storage
[6] – https://www.groenpand.nl/blog/kennis-3/waarom-de-thuisbatterij-nog-niet-de-oplossing-is-45
[7] – https://www.solar365.nl/nieuws/de-quinteq-batterij-energieopslag-met-vliegwieltechnologie-65aab3ad.html
[8] – https://pure-energie.nl/kennisbank/energieopslag/
[9] – https://summitengineering.nl/onze-diensten/energieopslag/
[10] – https://www.vereniging-bwt.nl/upload/ckfinder/files/BkiP_09_15_Opslagtechnieken.pdf
[11] – https://downtoearthmagazine.nl/gas-transitiebrandstof-klimaatvoordelen-lng/
[12] – https://innovationorigins.com/nl/laio/deze-zoutbatterij-voor-thuis-kan-een-revolutie-brengen-in-je-energieopslag/
[13] – https://www.duurzaamgebouwd.nl/artikel/20220429-is-warmteopslag-in-zoutbatterij-de-oplossing
[14] – https://www.joostdevree.nl/shtmls/pcm.shtml
[15] – https://www.renda.nl/pcm-voor-transformatie-en-renovatieprojecten
[16] – https://www.hier.nu/samen-van-het-gas-af/duurzame-warmteopslag-methoden-voor-woningen-en-wijken
[17] – https://demakersvanmorgen.com/van-ijs-en-beton-tot-zout-5-super-slimme-manieren-van-warmteopslag/