Warmtebatterij

OPSLAG WORDT HET NIEUWE GOUD

Energieopslag, we zijn er als sector nog nauwelijks mee bezig, maar er lijkt een kentering te komen. Door de stijgende energieprijzen, netten die vollopen en de verduurzaming van de gebouwde omgeving wordt het steeds aantrekkelijker om te investeren in elektrische en thermische opslag. Zoals de warmtebatterij van Cellcius.

Cellcius is een jong bedrijf dat warmtebatterijen ontwikkelt en op de markt brengt. De potentie is groot, legt CTO Pim Donkers uit aan IZ. Met restwarmte en batterijen zou je in principe 3 miljoen huizen kunnen verwarmen.

Speelveld
Maar er zijn concurrenten die ook stevig aan de weg timmeren. Neem de warmtepomp die nu zowel in all-electric als hybride vorm stevig wordt gepromoot. Ook van overheidswege. Of de waterstofketel, waarmee nu al de nodige, veelal pilot-, projecten worden gerealiseerd.

Prognose
Donkers: “Iedere oplossing heeft z’n voor- en nadelen en is ook niet overal toepasbaar. Ik denk dat we uiteindelijk toegaan naar een energiemix, waarin warmtenetten, gevoed met restwarmte wel eens tot 50% van de woningen zouden kunnen verwarmen.”

Ontladen
De industrie heeft veel restwarmte; je kunt er warmtebatterijen mee voeden en die ontladen in warmtenetten. Cellcius zet in op varianten op wijk- en huisniveau. Daarbij moet wel aangetekend worden dat de eerste opslagmogelijkheid al verder ontwikkeld is dan de tweede. “Cellcius richt zich nu eerst op de toepassing van de energieopslag op wijkniveau. Bevindingen op dit terrein dienen als input voor de toekomstige ontwikkeling van de thuisbatterij. De warmtebatterij op woningniveau zal pas over enkele jaren echt in de markt worden gezet. Er gelden hoge technische eisen en we moeten nog de nodige testtrajecten doorlopen.”

Specs
Ondanks deze disclaimer is het wel interessant om te kijken wat er nu al op tafel ligt. De huisbatterij in zijn huidige prototype vorm heeft een omvang van 2 kuub en neemt een vloeroppervlakte in van 1x1 m. De warmtebatterij weegt ongeveer 1500 kg en is vanwege zijn massa alleen geschikt voor plaatsing op de benedenverdieping. Dit prototype wordt nu getest in Eindhoven, dit jaar nog gaan er ook trajecten van start in Polen en Frankrijk in het kader van het H2020 Heat-Insyde project .

Fabricage
Hoe worden de warmtebatterijen gefabriceerd? Iedere warmtebatterij heeft roestvrijstalen bakken, een ventilator van aluminium en een warmtewisselaar van aluminium en koper. Het omhulsel bevat een mengsel van kaliumcarbonaat en water.

Werking
De warmtebatterij is de facto een gesloten systeem met vier hoofdcomponenten. 1) een vat vol zoutkorrels, in dit geval kaliumcarbonaat, 2) een ventilator die lucht door de zoutkorrels en over de warmtewisselaar blaast, 3) een condensor/bevochtiger die water aan de circulerende lucht onttrekt of toevoert en 4) een warmtewisselaar die warmte van een externe een warmtebron opneemt (bij opladen) of afgeeft aan een woning (ontladen).

Koelen
De zoutkristallen nemen in vochtige lucht watermoleculen op in hun kristalrooster. 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. Je kunt er dus mee verwarmen en koelen.

Installatie
Vanwege de omvang wordt het huidige prototype binnenshuis opgebouwd. De warmtebatterij bestaat uit een componentenbox, zoutmodules en heeft zowel aansluitingen voor water als elektriciteit. Voor alle duidelijkheid: de wijkvariant die bestaat uit dezelfde componenten kan met de huidige mogelijkheden in ongeveer 1 dag door 2 man worden geïnstalleerd. “Maar om onze doelstelling is om dat te optimaliseren”, vertelt Donkers. “Daarvoor willen we onder andere de kennis gebruiken die we opdoen tijdens de pilots.”

Doelgroep
De batterijtechnologie van Cellcius kan op verschillende plekken in de gebouwde omgeving toegepast worden. Daar vallen ook oudere, slecht geïsoleerd woningen onder. Daarmee is het een aantrekkelijk alternatief voor oplossingen die eigenlijk alleen volgens de principes van de Trias Energetica mogen worden geïnstalleerd.

Aansluitingen
“Onze warmtebatterij kan op alle warmteafnemers worden aangesloten”, vertelt Donkers. Van LT- en HT-radiatoren tot vloerverwarming en tapwaterbuffervaten. De maximale temperatuur waarmee wordt ontladen is 90 °C. “Het is nu ook al mogelijk om de warmtebatterij op te laden met een zonneboiler. In de toekomst komt daar nog de warmtepomp bij.”

Onderhoud
De warmtebatterij bevat hydraulische delen, zoals een waterpomp, spraynozzles en een ventilator. Een jaarlijkse onderhoudsbeurt is wel zo verstandig, vertelt Donkers. Daarbij moeten onder andere de spraynozzles met een speciale vloeistof worden schoongemaakt. Bij veelvuldig gebruik wordt geadviseerd om de waterpomp na 5-10 jaar te vervangen.

Opslag
Sla je de warmte op bij kamertemperatuur dan verlies je de eerste dagen ongeveer 5% aan warmte. Maar daarna geldt dat zo lang er geen vochtige lucht bij het droge zout komt, de opgeladen warmte desnoods jaren kan worden opgeslagen.

Levensduur
Volgens Donkers heeft een warmtebatterij een levensduur van zeker 30 jaar. Daarna zijn de componenten deels geschikt voor hergebruik. Het zout kan worden verpakt in een nieuwe batterij. Een warmtewisselaar in goede staat heeft alleen een schoonmaakbeurt nodig en is dan klaar voor een tweede leven. Bij te veel slijtage kan hij worden omgesmolten.

Vergelijken
Zoals we al eerder zeiden, is er nog relatief weinig aandacht voor energieopslag. Wordt er een gesprek over gevoerd, dan gaat het meestal over elektrische batterijen. Hoe verhouden die zich tot de warmtebatterij? “Met de warmtebatterij ben je veel goedkoper uit”, zegt Donkers. “Volgens onze berekeningen wel tot 10 keer zo goedkoop bij energieopslag.”

Toekomst
Het lijkt nu vooral een kwestie van lange adem te zijn, voordat de warmtebatterij echt zal aanslaan. De voortekenen zijn gunstig. “Met de stijgende energieprijzen en de afbouw van de salderingsregeling, wordt het steeds aantrekkelijker om thermische energie te gaan opslaan. Ik verwacht dat thermische en elektriciteitsopslag een behoorlijk marktaandeel zullen hebben over een jaar of 5.” 

TECHNISCHE SPECIFICATIES WARMTEBATTERIJ

Temperatuuropslag mogelijkheden variërend van 30 tot 150 °C

Capaciteiten van 1 GJ – 800 GJ à 1-100 m3

Vermogens van 1 kW tot 10 MW

Hogere vermogens en capaciteiten mogelijk met modulaire opbouw