Wat is een Zandbatterij?

Een zandbatterij, een vooruitstrevende ontwikkeling in de wereld van thermische energieopslag, maakt gebruik van zand of zandachtige materialen als medium om energie in de vorm van warmte op te slaan. Deze technologie vormt een belangrijke doorbraak in hoe we duurzame energie efficiënt kunnen opslaan en benutten. Dit is vooral waardevol in Nederland, een land dat te maken heeft met aanzienlijke seizoensgebonden schommelingen in energieproductie door de wisselende beschikbaarheid van zon en wind.

In het licht van de huidige energiecrisis, verergerd door de geopolitieke spanningen van 2024 zoals het conflict tussen Rusland en Oekraïne, zijn de energieprijzen sterk gestegen. Dit maakt de behoefte aan betaalbare en betrouwbare energieopslagmethoden des te urgenter. De zandbatterij biedt een oplossing door een RTE (Round-Trip Efficiency) van ongeveer 90-100% te leveren, afhankelijk van de configuratie en isolatie. Dit hoge rendement betekent dat een groot deel van de opgeslagen energie beschikbaar blijft voor later gebruik, wat zandbatterijen uiterst efficiënt maakt in vergelijking met andere opslagmethoden.

Deze efficiëntie maakt zandbatterijen bijzonder aantrekkelijk voor het opslaan van energie uit hernieuwbare bronnen zoals zonne- en windenergie. In Nederland, waar duurzaamheid en energie-onafhankelijkheid steeds belangrijker worden, kunnen zandbatterijen een sleutelrol spelen in het stabiliseren van het net en het verlagen van de energiekosten op de lange termijn. Dit is van cruciaal belang in een tijd waarin energiezekerheid niet langer vanzelfsprekend is.

Het Principe van de Zandbatterij

Een zandbatterij functioneert door overtollige elektriciteit, typisch gegenereerd via hernieuwbare bronnen zoals zon en wind, om te zetten in warmte. Deze warmte wordt vervolgens opgeslagen in zand. Door de unieke thermische eigenschappen van zand, kan deze warmte voor langere perioden worden vastgehouden, soms tot wel enkele maanden, en weer worden vrijgegeven wanneer nodig. Dit maakt het een ideale oplossing voor het overbruggen van periodes waarin de productie van hernieuwbare energie laag is, zoals tijdens wintermaanden.

De capaciteit van deze systemen varieert, maar experimenten en operationele data tonen aan dat installaties met een opslagcapaciteit van ongeveer 1 tot 8 MWh haalbaar zijn. Dit staat gelijk aan de energie die nodig is om enkele honderden tot duizenden huishoudens van warmte te voorzien gedurende enkele dagen tot weken.

De Bouw van een Zandbatterij

De constructie van een zandbatterij kan zowel boven als onder de grond plaatsvinden, waarbij de ondergrondse methode voordelen biedt zoals natuurlijke isolatie en ruimtebesparing. Deze batterijen bestaan uit grote containers gevuld met zand, waar warmte in wordt geïnjecteerd via elektrisch verwarmde lucht. De eenvoud van het concept, waarbij basiscomponenten zoals zand, lucht, en standaard industriële materialen worden gebruikt, maakt het een kosteneffectieve oplossing in vergelijking met meer traditionele energieopslagsystemen.

De installatiekosten worden geschat op rond de 10 euro per kWh opslagcapaciteit, wat relatief laag is vergeleken met andere energieopslagtechnologieën zoals batterijen op basis van lithium-ion, waar de kosten kunnen oplopen tot 200 euro per kWh. Deze kosten-efficiëntie, gecombineerd met de lange levensduur en lage onderhoudskosten, versterkt het argument voor de uitrol van zandbatterijen op grotere schaal.

Implementaties en Real-World Toepassingen

In Finland heeft het bedrijf Polar Night Energy succesvolle implementaties van zandbatterijen gedemonstreerd. Hun systemen zijn aangesloten op het lokale stadsverwarmingsnet en verwarmen diverse gebouwen, waaronder woonhuizen en een openbaar zwembad in Kankaanpää. Deze technologie is met name relevant in koude klimaten waar veel energie nodig is voor verwarming gedurende de winter.

Verder zijn zandbatterijen getest in andere landen, waaronder Zweden, waar ze worden ingezet om industriële warmte te leveren. De schaalbaarheid van deze systemen maakt ze bijzonder aantrekkelijk voor grootschalige toepassingen zoals fabrieken en zelfs hele stadsdistricten die kunnen profiteren van een stabiele en duurzame warmtevoorziening.

Naast de geografische uitbreiding wordt er ook gekeken naar verbeteringen in de technologie zelf, zoals efficiëntere warmteoverdracht en integratie met andere hernieuwbare energiesystemen. Dit soort innovaties kan de weg effenen voor een nog breder gebruik van zandbatterijen in een scala aan toepassingen wereldwijd.

Voordelen van Zandbatterijen

De voordelen van zandbatterijen strekken zich uit van economisch tot ecologisch. Economisch gezien zijn de operationele kosten laag, omdat zand goedkoop en ruim beschikbaar is. Ecologisch gezien helpen deze batterijen de CO2-uitstoot te verminderen door het gebruik van fossiele brandstoffen voor verwarming te verminderen. Bovendien draagt de lange levensduur en de mogelijkheid om seizoensopslag te bieden bij aan een meer duurzame energie-infrastructuur.

Toekomstvisies en Schaalbaarheid

De toekomst van zandbatterijen ziet er veelbelovend uit, met plannen voor opschaling en implementatie in andere regio’s met vergelijkbare behoeften. De eenvoud van de technologie maakt snelle aanpassing en uitrol mogelijk, ideaal voor stedelijke gebieden en industriële complexen waar grote hoeveelheden warmte nodig zijn.

Polar Night Energy en andere pioniers op dit gebied werken aan het vergroten van de capaciteit van de zandbatterijen om de opslagduur te verlengen van maanden naar zelfs seizoenen. Dit zou een revolutie betekenen in hoe we omgaan met de seizoensgebonden variaties in energieproductie, met name in regio’s die afhankelijk zijn van hernieuwbare bronnen zoals zon en wind.

Naarmate meer data beschikbaar komt uit lopende projecten, zullen onderzoekers en ingenieurs beter begrijpen hoe deze systemen optimaal kunnen worden ingezet. De verwachting is dat zandbatterijen een cruciale rol zullen spelen in de energietransitie, vooral als het gaat om het balanceren van vraag en aanbod in het energienetwerk en het verhogen van de energiezekerheid zonder extra milieubelasting.

Potentiële Besparingen door het Gebruik van Zandbatterijen

Huidige Energiekosten in Nederland

In Nederland bedragen de stroomprijzen gemiddeld €0,34 per kWh in april 2024, met een kleine daling ten opzichte van €0,35 per kWh in maart 2024. Deze prijzen zijn aanzienlijk gezien de geopolitieke situatie en de afhankelijkheid van gas, waarbij een alleenstaande gemiddeld 1600 kWh elektriciteit en 900 m³ gas per jaar verbruikt, een tweepersoonshuishouden 2500 kWh en 1100 m³ gas, en een gezin van vier ongeveer 4300 kWh elektriciteit en 1700 m³ gas.

Benodigde Capaciteit van de Zandbatterij

Om volledig zelfvoorzienend te zijn in verwarming, zou de zandbatterij voldoende capaciteit moeten hebben om de gehele warmtebehoefte van een huishouden gedurende het stookseizoen te dekken. Hieronder berekenen we de benodigde capaciteit voor verschillende huishoudens:

Alleenstaande: Gemiddeld 900 m³ gas wordt omgezet naar kWh (1 m³ gas staat gelijk aan ongeveer 9,77 kWh): 900 m³ * 9,77 kWh/m³ = 8793 kWh.
Tweepersoonshuishouden: 1100 m³ gas in kWh: 1100 m³ * 9,77 kWh/m³ = 10747 kWh.
Gezin van vier: 1700 m³ gas in kWh: 1700 m³ * 9,77 kWh/m³ = 16609 kWh.

Voor elk van deze situaties zou de zandbatterij een opslagcapaciteit moeten hebben die minstens gelijk is aan deze berekende waarden, idealiter met wat extra capaciteit voor inefficiënties in het systeem en om periodes van lagere zon- of windproductie te overbruggen.

Besparingen door Zandbatterijen

Het gebruik van zandbatterijen kan vooral interessant zijn voor huishoudens met een eigen zonne-energiesysteem. Zandbatterijen stellen huishoudens in staat om overtollige elektriciteit die tijdens piekuren wordt opgewekt op te slaan en deze te gebruiken tijdens uren waarin de zon niet schijnt of de vraag hoger is. Dit kan de afhankelijkheid van het net verminderen en leiden tot aanzienlijke besparingen, vooral wanneer de stroomprijzen hoog zijn.

Lange Termijn Voordelen

Naast directe besparingen op energiekosten kunnen zandbatterijen ook bijdragen aan de waardevermeerdering van een woning door de duurzaamheidsindex te verhogen. Bovendien bieden ze een vorm van energiezekerheid die in tijden van onzekerheid een niet te onderschatten waarde heeft.

Bronnen

Polar Night Energy’s officiële website biedt gedetailleerde informatie over hun zandbatterijtechnologie.
Cleantechnica beschrijft tests van zandbatterijen in Finland en geeft inzicht in hun potentieel.
BBC News heeft verslag gedaan van deze innovatie en de potentiële impact ervan besproken.

Dankzij de zandbatterij kunnen we een toekomst tegemoet zien waarin duurzame energie nog efficiënter wordt benut. Het is een bril