Hoe slaan we duurzame energie in de zomer op voor de winter?

Er zijn twee belangrijke redenen om duurzame energie van de zomer voor de winter op te slaan. De eerste is dat de productie van zonne-energie hoger is in de zomer dan in de winter. De andere is dat de vraag naar energie, met name voor de verwarming van ruimtes, in de winter hoger is dan in de zomer. Bij deze zogenaamde seizoensopslag wordt er maar één opslagcyclus per jaar gemaakt. Dat betekent dat we altijd zoeken naar manieren die weinig kosten per eenheid energie. Omdat accu’s vrij duur zijn in de aanschaf, en alleen rendabel als je ze vaak oplaadt en ontlaadt, zijn deze dus ongeschikt voor seizoensopslag van elektriciteit.

Opslag energie

Opslag kan op twee manieren: in de vorm van warmte, of in de vorm van chemische energie.

Voor opslag van warmte is een voor de hand liggende oplossing de opslag in ondergrondse watervoerende lagen, zogenaamde aquifers. Een aquifer is bijvoorbeeld een zandlaag gevuld met water. Koud water wordt in de zomer opgepompt, verwarmd tot bijvoorbeeld 70 °C en weer geïnjecteerd. In de winter kan het warme water vervolgens worden opgepompt en gebruikt worden voor de verwarming van woningen en kantoren. Een alternatief voor een aquifer is een groot ondergronds buffervat. Dit wordt in Nederland onder andere door het bedrijf Ecovat op de markt gebracht. Warmte-opslag moet wel altijd een behoorlijke schaal hebben. Kleinschalige opslag is namelijk niet alleen te duur, maar de warmteverliezen zijn ook groot: tegen de tijd dat het winter is, ben je de meeste warmte alweer kwijt.

Afbeelding door RES / Ashden via climatevisuals.org

Toepassingen van warmte-opslag

Er zijn diverse toepassingen van warmte-opslag mogelijk:

• Zonnecollectoren produceren warmte in de zomer, deze kan worden opgeslagen en in de winter gebruikt.
• Aardwarmtebronnen zijn duur, dus die laat je het liefst het hele jaar door produceren. Maar in de zomer is er weinig warmte nodig. We kunnen de warmte uit de diepe ondergrond (2 – 3 km) dan tussentijds opslaan in een ondiep aquifer, bijvoorbeeld op een diepte van een paar honderd meter, voor gebruik in de winter.
• Als we in de zomer heel veel stroomoverschotten hebben, kunnen we de elektriciteit in warmte omzetten en dit ook ondergronds opslaan. Lage-temperatuurwarmte is echter een laagwaardige vorm van energie, dus dat doen we alleen als we die elektriciteit niet anders kunnen gebruiken.

Toepassingen van chemische energie-opslag

Voor opslag in chemische vorm wordt vooral gedacht aan waterstof. Waterstof kan bijvoorbeeld gemaakt worden uit duurzame elektriciteit met behulp van elektrolyse. Deze waterstof wordt bovengronds in tanks opgeslagen, maar de tanks zijn duur en waterstof heeft veel meer volume dan aardgas of benzine en heeft dus meer ruimte nodig. Veel goedkoper zijn ondergrondse zoutkoepels.

Mogelijke toepassingen:

• Waterstof wordt het hele jaar door geïmporteerd , bijvoorbeeld via pijpleidingen uit Noord-Afrika, waar het geproduceerd wordt met behulp van elektriciteit uit zonne-energie. In de zomer zijn er overschotten, die sla je op om tekorten in de winter op te vangen. Als we veel waterstof gaan importeren, is het ook goed om een buffer te hebben, zodat we tijdelijke verstoringen in het aanbod kunnen opvangen.
• Als we in de zomer meer elektriciteit produceren dan we nodig hebben, kunnen we die elektriciteit omzetten in waterstof. Deze kan dan ook weer opgeslagen worden. Dat doen we echter alleen als de overschotten voldoende vaak voorkomen. Voor kortdurende overschotten van elektriciteit loont het niet de moeite om elektrolysers op te stellen, die zijn daar te duur voor. Dan zetten we de elektriciteit liever om in warmte.
• Wat wel weer van belang is, is de beschikbaarheid van waterstof om tijdelijke tekorten van elektriciteit op te vangen. Dat zijn vaak korte periodes van enkele dagen of weken, meestal in de winter, met weinig aanbod van zonne- en windenergie. De waterstof kan in traditionele centrales of in brandstofcellen in elektriciteit worden omgezet.

In ontwikkeling: thermochemische opslag

• Een laatste optie die genoemd kan worden, is thermochemische opslag. Hierbij zorgt lage-temperatuurwarmte voor een chemische omzetting. Door de reactie om te keren komt de warmte weer vrij. Deze techniek is in ontwikkeling, in beginsel zou het mogelijk moeten zijn om op deze manier warmte voor individuele huishoudens op te slaan.