Hoe een zandbatterij overtollige zonne-energie opslaat

In 2025 schakelde Nederland zoveel zonnepanelen en windturbines uit, dat bijna twee keer zoveel energie verloren ging als de stad Groningen in een jaar tijd verbruikt. De oorzaak is duidelijk: op zonnige en winderige dagen wekken zonnepanelen en windmolens soms meer stroom op dan het elektriciteitsnet kan verwerken. Die overtollige energie gaat verloren doordat installaties worden teruggeschakeld. Zandbatterijen hadden dat overschot kunnen opslaan in de vorm van warmte, die later kan worden ingezet voor industriële processen of de verwarming van woningen. Zo hoeft duurzame energie niet verloren te gaan.

Pornainen is een gemeente met 5.000 inwoners, 50 kilometer ten noorden van Helsinki, en installeerde een jaar geleden ’s werelds grootste zandbatterij. Deze wordt gebruikt als de belangrijkste productie-installatie voor het lokale stadsverwarmingsnet. Door overtollige hernieuwbare energie op te slaan en om te zetten in thermische energie, zorgde het systeem niet alleen voor verwarming, maar verminderde het ook de uitstoot van het netwerk met 70%, door het gebruik van olie te elimineren en het gebruik van biomassa te beperken.

Hoe werkt de zandbatterij?

De batterij werd gebouwd in opdracht van energiebedrijf Loviisan Lämpö en ontwikkeld door het Finse bedrijf Polar Night Energy. De batterij is 13 meter hoog en 15 meter breed – ongeveer een halve tennisbaan – en oogt als een reusachtige silo. Binnenin ligt 2.000 ton fijngemalen speksteen opgeslagen, goed voor een energieopslagcapaciteit van maximaal 100 megawattuur.

Het systeem werkt met een gesloten luchtcircuit. Elektrische weerstandsverwarmers zetten overtollige stroom om in hete lucht, die door buizen door de steenmassa wordt geleid. De warmte blijft daar langdurig opgeslagen. Wanneer energie nodig is, wordt de warme lucht via een warmtewisselaar geleid om woningen te verwarmen of industriële processen van warmte te voorzien. Ventilatoren en kleppen regelen daarbij de luchtstroom.

Baanbrekend en toch eenvoudig te integreren

Volgens Mikko Paajanen, CEO van Loviisan Lämpö, is de installatie een groot succes. De zandbatterij verving een verouderde houtsnipperketel die aan het einde van zijn levensduur was. Omdat er in de omgeving geen restwarmte beschikbaar was om een warmtepomp rendabel te maken, en wateropslag veel meer ruimte zou hebben gevraagd voor dezelfde capaciteit, viel de keuze op de zandbatterij.

“Hoewel Polar Night Energy destijds nog een start-up was, waren we niet bang om met hen in zee te gaan,” zegt Paajanen. “De berekeningen zagen er goed uit en de oplossing was zo eenvoudig dat we graag wilden investeren.”

Volgens Annette Höglund-Dönnes, Chief Commercial Officer bij Polar Night Energy, zit juist die eenvoud in het hart van het concept. “De nieuwkomer op de markt moet eenvoudig in gebruik zijn,” zegt ze. “De automatisering maakt de bediening overzichtelijk, en personeel kan er snel mee leren werken. Voor kleinere organisaties is het niet haalbaar om extra mensen aan te nemen alleen om een nieuwe installatie te beheren.”

Het maximale eruit halen

In tegenstelling tot lithium-ionbatterijen kan de zandbatterij energie wekenlang opslaan. Maar de economische haalbaarheid hangt sterk af van de frequentie van het gebruik: het systeem komt vooral tot zijn recht in zogeheten energie-arbitrage. Een prognoseplatform combineert onder meer een zevendaagse voorspelling van de warmtevraag met prijzen voor elektriciteit. Op basis daarvan wordt automatisch de goedkoopste beschikbare stroom ingekocht. Zodra elektriciteit duur wordt, schakelt het systeem over op houtsnippers als alternatief.

De resultaten overtreffen de verwachtingen. In Pornainen lag de gemiddelde spotprijs vorig jaar onder de €10 per megawattuur, tegenover een landelijk gemiddelde van €40 tot €50. Volgens Polar Night Energy werd de batterij in veel gevallen opgeladen tegen prijzen die 70 tot 80 procent onder het marktgemiddelde lagen; in sommige maanden liep dat verschil zelfs op tot meer dan 90 procent.

© Polar Night Energy

Höglund-Dönnes: “Als de prijzen constant hoog blijven, zijn er geen momenten om goedkoop op te laden. Daarom richten we ons bij uitbreiding vooral op landen met veel hernieuwbare energie, waar overschotten anders zouden worden teruggeschakeld.”

“We hebben nog geen enkele ongeplande onderhoudsstop gehad in de stadswarmteproductie,” zegt Paajanen. De inbedrijfstelling van de installatie duurde ongeveer drie weken.

Een batterij gebouwd om lang mee te gaan

Een ander voordeel dat de zandbatterij ten opzichte van lithium-ionbatterijen heeft, is dat deze na verloop van tijd niet in kwaliteit achteruitgaat. Polar Night Energy schat de levensduur op 25 tot 30 jaar, maar Paajanen en Höglund-Dönnes suggereren dat het werkelijke cijfer veel hoger zou kunnen liggen. De silo heeft geen bewegende onderdelen, afgezien van een weerstandsverwarmer – "in feite een broodrooster”, zegt Höglund-Dönnes – en een ventilator; beide zijn standaard industriële onderdelen die indien nodig gemakkelijk te vervangen zijn.

"Ik verwacht dat de levensduur veel langer zal zijn”, zegt Paajanen. "Bij zand dat zo heet is, kan er simpelweg geen water binnendringen. Deze silo is min of meer eeuwig – minstens 80 tot 90 jaar.” De elektrische onderdelen zullen na ongeveer 25 jaar gedeeltelijk moeten worden vervangen, voegt hij eraan toe.

Annette Höglund-Dönnes en Mikko Paajanen - © Polar Night Energy

Wat volgt

Polar Night Energy bouwt momenteel een tweede, grotere installatie in Vääksy, met een capaciteit die twee keer zo groot is als die in Pornainen. Ook de internationale uitbreiding is in volle gang, te beginnen in de Baltische staten, met belangstelling voor Midden-Europa en verder weg gelegen verwarmingsmarkten die afhankelijk zijn van gas of steenkool.

De volgende stap is industriële warmte. Stadsverwarming heeft slechts uitgangstemperaturen tot 100 °C nodig, maar veel industriële processen vereisen veel hogere stoomtemperaturen. Polar Night Energy zegt dat het met het huidige ontwerp 250 °C kan handhaven en ontwikkelt nu de warmtewisselaars die nodig zijn om op betrouwbare wijze stoom op die temperatuur te leveren.