Woonwijken aardgasvrij dankzij enorme bak water en windenergie

Het Nederlandse Ecovat bouwt multifunctionele buffers die tot 2.000 huishoudens tegelijk van warmte en koude voorzien. Oprichter Aris de Groot: “Die warmte mag overal vandaan komen. Zonnewarmte, restwarmte maar ook windenergie.”

Eenvoudige oplossing
voor complexe warmteproblemen

Midden in deze mooie zomer is de verwarming van onze huizen en kantoren in de winter een hot topic. Voorstanders van restwarmtenetten, (waterstof)ketels en all-electric verwarming stoeien om de prominentste rol in het na de zomer vast te stellen Klimaatakkoord.

Buiten de schijnwerpers slaat Ecovat een brug tussen bovengenoemde opties. Op zijn simpelst gesteld, is het Ecovat een grote ingegraven thermosfles van beton vol (grond)water. Dat water houdt opgeslagen warmte maanden vast. De simpelheid maakt Ecovat schaalbaar en robuust. De Groot: “Het systeem heeft een gegarandeerde levensduur van 50 jaar.”

Size does matter

Ecovat heeft in het Brabantse Uden een demonstratiemodel van zijn warmteopslagsysteem – de technische term is Carnot Batterij – gebouwd. Met een volume van bijna 2.000 kubieke meter is de testversie groot maar nog niet groot genoeg. De systemen die Ecovat nu op de markt brengt, zijn minimaal 10 tot zelfs 50 keer groter.

“Kleine systemen zijn economisch niet interessant. Dit schaalmodel hebben we gebouwd om de efficiëntie van het systeem te valideren”, zegt De Groot. “Ons marktrijpe product bevat minimaal 20.000 kubieke meter water. Op de levensduurkosten van het geheel maakt het niet zo gek veel uit of ik 20.000 of 100.000 kubieke meter grond moet ontgraven. De kosten zitten in de wanden, de bodem en het deksel.”

En dat mes snijdt aan twee kanten. Ook de opgeslagen warmte kan alleen ontsnappen via wand, bodem of deksel. Grotere systemen zijn dus goedkoper om te bouwen, houden meer warmte vast en houden die opgeslagen warmte langer vast. Voor het grootste exemplaar belooft Ecovat een efficiëntie van 95 procent. Voor kleinere versies ligt het rendement iets lager. “De minimale efficiëntie is 90 procent over 6 maanden”, zegt De Groot. “Het water dat we in de zomer tot 90 graden opwarmen, is in de winter hooguit 9 graden afgekoeld.”

Robuuste hardware met geavanceerde software

In de simpelste toepassing neemt het Ecovat in de zomer warmte uit zonnecollectoren op. Het Ecovat kan echter meer dan zomerwarmte naar de winter brengen. ‘Opladen’ van de warmtebuffer gaat net zo goed met afvalwarmte uit een datacentrum, een ketel op biomassa of een warmtepomp op windenergie. Zelfs een grote ‘waterkoker’ op overtollige stroom is mogelijk. De temperatuur van de toegevoerde warmte is flexibel omdat het Ecovat is gestratificeerd.

Ook koelen dankzij gelaagde warmte

“Bovenin het vat is het water heet, onderin is het koeler”, zegt De Groot. “Wij verpompen het water in de tank niet door het warmtenet maar wisselen alleen de in het water opgeslagen warmte uit, via de wand van het vat.”

Afhankelijk van de omvang bevat een Ecovat 8 tot 15 lagen die stuk voor stuk zijn aan te sturen. Door in de juiste laag warmte toe te voeren of af te tappen, blijft de stratificatie behouden. De Groot: “Omdat warm water lichter is dan koud water ontstaat vanzelf een temperatuurverdeling. En omdat wij niet pompen, blijft die thermocline in stand.” Dit maakt dat Ecovat niet alleen warmte op verschillende temperaturen kan aannemen maar ook kan variëren met de warmte die het systeem afgeeft.

“Bij een buitentemperatuur van 15 graden is 30 graden genoeg om de aangesloten woningen te verwarmen. Bij 5 graden onder nul sturen we veel heter water de wijk in”, zegt De Groot. “Zo beperkt onze software energieverliezen in het achterliggende warmtenet.” Daarbovenop kan Ecovat in de zomer ook koude (±5 graden) onderuit het vat tappen en daarmee de aangesloten woningen juist afkoelen. De opgenomen warmte komt dan weer in de juiste laag in het Ecovat terug.

Tot zes keer zoveel woningen aangesloten op hetzelfde Ecovat

Een tweede grote troef voor Ecovat zijn de warmtepompen, die standaard onderdeel zijn van het systeem. Net als een warmtepomp voor thuis gebruiken deze pompen elektriciteit om warmte uit de bodem of de buitenlucht in het systeem te trekken. Voor elke kilowattuur elektriciteit die de warmtepompen verbruiken, krijg je met een warmtepomp 3 tot 4 kilowatturen warmte terug.

“Voor vrijstaande, goed geïsoleerde huizen is een warmtepomp ideaal”, zegt De Groot. “Maar niet elke flat heeft ruimte voor een eigen warmtepomp. Wij maken de voordelen van warmtepompen bereikbaar voor appartementen, rijtjeswoningen en hoogbouw.” Dankzij de schaalvoordelen kan een Ecovat met enkele grote warmtepompen en een compact wijkwarmtenet een heel woningbouwcomplex of een complete wijk verduurzamen, zonder dat bewoners aan woonruimte inboeten.

Het rendement van individuele (lucht)warmtepompen daalt bovendien op de echt kille winterdagen. “Hoe groter de temperatuurstap tussen de buitenlucht en de gewenste binnentemperatuur, hoe lager het rendement”, zegt De Groot. De warmtepompen van Ecovat behalen het hoge rendement ook bij buitentemperaturen (ver) onder het vriespunt. “Wij koelen lagen onderin met een temperatuur van 20 graden uit en maken deze warmte weer bruikbaar voor verwarming.”

Dankzij de warmtepompen kan Ecovat het hele jaar door warmte bijladen, ook midden in de winter als de zonnecollectoren niets opleveren. “Een Ecovat is dus niet alleen een warmtebatterij voor seizoensopslag. We gaan ervan uit dat we jaarlijks drie tot zes keer laden en ontladen”, zegt De Groot. “Per Ecovat kunnen we zo tot zes keer zoveel huishoudens bedienen dan als we puur van zomerwarmte afhankelijk zouden zijn. Dat maakt ons al snel concurrerend met aardgas.”

Het grootste Ecovat (100.000 kubieke meter) levert per cyclus evenveel warmte als 580.000 kubieke meter aardgas, een gemiddeld Nederlands huishouden verbruikt jaarlijks zo’n 1.500 kuub gas.

Vooruitdenken en handelen op de elektriciteitsmarkt

Dankzij de warmtepompen gekoppeld aan de grote warmtebuffer kan Ecovat handelen op de elektriciteitsmarkt. “Ons grote voordeel ten opzichte van een individuele woning met een warmtepomp is dat wij de geproduceerde warmte niet direct nodig hebben”, zegt De Groot. “Als het zondag hard gaat vriezen, weten we dat al de maandagochtend ervoor. Als we dan ook zien dat het woensdag flink gaat waaien, laden we onze buffer ruim op tijd volledig vol met goedkope windstroom.”

Missing link tussen elektriciteitsnet,
warmtenet en gasnet

Al In 2030 staan er tienduizenden megawatts aan windmolens en zonnepanelen in Nederland. Dan zal het regelmatig voorkomen dat er echt even teveel duurzame stroom beschikbaar is. “Als het echt hard waait, schakelen we ook onze ‘waterkokers’ bij”, zegt De Groot.

Deze simpele boilers, gemonteerd bovenin het gestratificeerde Ecovat, zetten de goedkope windstroompieken om in heet water van 95 graden. “Met de boilers dragen we eerst en vooral bij aan de stabiliteit van het elektriciteitsnet”, zegt De Groot. “We zijn direct aangesloten op het middenspanningsnet en reageren supersnel op kortdurende overschotten. Zo benutten we duurzame stroom die anders verloren was gegaan.”

Klaar voor de warmtetransitie

Waar aanjagers van all-electric woningen en warmtenetten vaak botsen, biedt Ecovat ogenschijnlijk het beste van beide werelden: Een lage-temperatuur warmtenet met ingebouwde opslag, desgewenst onafhankelijk van restwarmte van een kolen- of afavalenergiecentrale. Een geëlektrificeerd warmtenet bovendien dat in geval van krapte op de elektriciteitsmarkt midden in de winter (de gevreesde dunkelflaute) ook nog zou kunnen bijstoken met biomassa (of waterstof). Een veelzijdige oplossing kortom, die het verdient zich in de praktijk te bewijzen.

Het eerste full-size Ecovat komt naar alle waarschijnlijkheid in Arnhem. Zorgwoongemeenschap Het Dorp, bekend van de grote TV-actie met Mies Bouwman begin jaren 60, vernieuwt en zet daarbij sterk in op duurzaamheid. Een Ecovat van 20.000 kubieke meter zal hier 500 zorgwoningen verwarmen en koelen.

Imagecredit: Ecovat.

You may also like...