Gebouwen opwarmen met zonne-energie opgeslagen in zand

25.07.2022 | Innovatie

Gebouwen opwarmen met zonne-energie opgeslagen in zand

In Finland heeft de start-up Polar Night Energy een techniek ontwikkeld om gebouwen op te warmen met zonnecellen-energie opgeslagen in zand. 

Finland ligt deels binnen de poolcirkel. Een koud klimaat met zeer lange nachten in de winter. Het is dan ook niet vreemd dat een relatief groot percentage van het Finse energieverbruik voor warmte word ingezet. Ruim tachtig procent van de aan energie gerelateerde uitstoot was afkomstig van warmte en de daarvoor gebruikte fossiele brandstoffen. Om gebouwen gedurende de hele winter te kunnen verwarmen, dag en nacht, ontwikkelde de start-up geen systeem met complexe, dure en exotische onderdelen. Slechts zand, kleppen, pompen en Fins vernuft voldoen. 

Zon en zand
Tommie Eronen en Mrkku Ylönen waren studiegenoten toen zich zelf afvroegen of het mogelijk was een hippie commune te creëren. Zelf voorzienend en kosten effectief met behulp van zonnepanelen-energie. Na hun afstuderen werd het project genaamd 'de hippie communie' veranderd in Polar Night Energy. Eronen nam de rol van CEO op zich en Ylönen de rol van CTO. 

Het studentenproject ontwikkelde zich tot een centrale met een capaciteit van 3 megawattuur/100 kilowatt in de Finse stad Tampere. De winter in 2020-2021 was de eerste winter waarin gebruik werd gemaakt van de centrale.

Het systeem gebruikt elektriciteit om lucht te verhitten met een stroom-warmte-spoel tot een temperatuur van 600 graden celsius. De hete lucht stroomt via leidingen door een reservoir aan zand. Een deel van de hitte wordt afgegeven aan het zand terwijl de rest naar een warmtewisselaar wordt geleid waarmee het water wordt verwarmd. Wanneer de stroom-warmte-spoel voor te weinig warmte zorgt, kan het water toch voldoende worden opgewarmd dankzij de in het zand opgeslagen warmte.

Appeltje voor de dorst, zonnetje voor de vorst
Opslag van energie is een steeds belangrijkere variabele in de energietransitie van fossiele brandstoffen naar duurzame bronnen van energie. Twee belangrijke bronnen van duurzame energie zijn immers niet constant (te benutten). Zonnekracht kan verschillen per dag en kan niet benut worden (met traditionele zonnepanelen) in de nacht. Windenergie is sterk afhankelijk van de omstandigheden op de dag. Dit levert momenten op van een surplus van energie die niet direct gebruikt kan worden en tekorten wanneer er juist wel behoefte is. Opslag moet deze problemen oplossen. 

Elektriciteit kan natuurlijk in batterijen worden opgeslagen. Het kan dan ook weer direct beschikbaar gemaakt worden en er gaat weinig energie verloren. Batterijopslag is echter ook erg duur en vereist relatief veel fysieke ruimte. Water wordt al veelvuldig gebruikt als opslagmedium en distributiemiddel voor warmte. Water heeft echter het kookpunt als beperking. Stoom kan ook warmte verspreiden, maar is minder efficiënt in grootschalige opslag volgens Eronen. Als alternatief gebruikten ze daarom 42.000 kilo zand. Na zonsondergang wordt de hitte in het zand geleidelijk afgegeven aan de circulerende luchtstroom. Hierdoor blijft de lucht warm genoeg om het water dat door de radiators van klanten stroomt, op een stabiele temperatuur te houden. 

Zand en simulatie
Volgens Eronen heeft zand een viermaal zo hoge capaciteit voor de opslag van warmte als water. Om te berekenen hoeveel zand er nodig zou zijn om een wijk met 35.000 inwoners te verwarmen, gebruikten de onderzoekers de kennis van de warmte die wordt opgeslagen in één kubieke meter zand. Dat was vrij eenvoudig. Een stuk lastiger was om te berekenen hoeveel ruimte er moest zijn voor de leidingen met hete lucht voor een ideale overdracht van warmte. Hiervoor werd gebruikt gemaakt van multiphysics simulatie software. Dankzij de simulaties werd bijvoorbeeld duidelijk dat het effectiever was om de leidingen gelijkmatig door het zand te leiden in plaats van om een zeer hete kern van zand heen. 

Vanwege de grote hoeveelheden zand die nodig zijn, was de simulatie software onmisbaar. Het bouwen van prototypes op ware grootte was niet mogelijk in dit project. Voor een wijk van 35.000 inwoners zou een hoeveelheid zand nodig zijn ter grootte van een cilinder van 25 meter hoog en een diameter van 40 meter. 

warmteopslagzandPolar Night Energy

Bedrijvenregister

Agenda

Event: Zet uw collectieve warmteproject in de spotlights tijdens de Open Energiedag!

17 september 2022
10:00 - 17:30

NVDE

Lees verder

Event: Open Energiedag

17 september 2022
09:00 - 17:00
Verschillende locaties

De Nederlandse Vereniging Duurzame Energie (NVDE), samen met vijf branche-organisaties: NWEA (windenergie), Holland Solar (zonne-energie), EnergieSamen (energiecoöperaties), Vereniging Warmtepompen en Branchevereniging Bodemenergie.

Lees verder

Webinar: ‘Gasloos met Bodemenergie in de bestaande bouw! Maar hoe dan?

21 september 2022
13:00 - 15:30
online

Gebruikersplatform Bodemenergie

Lees verder

Event: Energeia Energy Tour

26 september 2022
10:00 - 17:00
Beeld en Geluid

Energeia

Lees verder

Volledige agenda

Wekelijks op de hoogte blijven van de beste analyses en de nieuwste producten?
Meld u nu aan voor de nieuwsbrief!

Registreer nu