Ga verder na de inhoud
Warmtepompen zijn de sleutel tot een minder energieslurpende wereld
© Shutterstock
Onderzoek

Warmtepompen zijn de sleutel tot een minder energieslurpende wereld

Hoe verzoen je het streven naar duurzame energiesystemen met het comfort en welzijn van de consument?

5 minuten
02 maart 2021

Warmtepompen kunnen een belangrijke rol spelen in de zuinige en groene energiesystemen van de toekomst, zeker als we ze slim inzetten. Zo kun je ze een buffervoorraad warm water laten aanleggen voor momenten waarop zonnepanelen en windmolens onvoldoende elektriciteit aanleveren. Op Campus Geel werken professor Alessia Arteconi en haar team aan dergelijke flexibele systemen die het opwekken van energie beter afstemmen op de vraag ernaar.

In woonhuizen zijn warmtepompen in opmars, omdat ze beduidend minder CO2 uitstoten dan de verwarmingstoestellen die werken op fossiele brandstoffen als olie of gas. Warmtepompen gebruiken een externe bron van lage temperatuur – vaak buitenlucht – en zetten die om in warmte van een hogere, bruikbare temperatuur.

“Ze zijn ook beduidend efficiënter dan traditionele elektrische verwarmingssystemen”, zegt professor Alessia Arteconi van de afdeling Toegepaste Mechanica en Energieconversie (TME) van Campus Geel. “Tegenover één kilowatt energie die nodig is voor de aandrijving van een waterpomp staat een output van drie kilowatt thermische energie. Bij een ander elektrisch verwarmingstoestel is de verhouding één op één.”

Shutterstock 659839171
© Shutterstock

Restwarmte recupereren

De technologie biedt ook perspectieven voor toepassingen in de industrie. Daar kunnen warmtepompen de restwarmte recupereren die tijdens het productieproces ontstaat en die anders weggekoeld of geloosd zou worden. De onderzoeksgroep Flexible Heat Pumps and Cooling Systems, onder leiding van professor Arteconi, bestudeert nu hoe de warmtepompen en hun componenten verbeterd kunnen worden, zodat ze in de toekomst deel kunnen uitmaken van duurzame energiesystemen.

“Die systemen zouden als buffer kunnen dienen voor de fluctuerende elektriciteitsproductie van zonnepanelen en windturbines”, legt de professor uit. “Is er veel hernieuwbare elektriciteit beschikbaar, dan kunnen warmtepompen extra warm water produceren en in een buffervat opslaan. Die voorraad komt van pas op momenten dat zonnepanelen en windturbines weinig elektriciteit aanleveren.”

Piekbewaking

In hun nieuwe hardware-in-the-loop lab kunnen de onderzoekers simulaties uitvoeren met combinaties van verschillende types warmtepompen en opslagsystemen, en uitzoeken op welke manier het proces best gecontroleerd wordt. Zo kunnen ze de impact van die controle op de prestaties van de warmtepomp meten.

“Dat is belangrijk om de werking en flexibiliteit van alle mogelijke combinaties te onderzoeken. Gebouwen kunnen immers verschillende bronnen van hernieuwbare energie hebben”, licht professor Arteconi toe. “Als je je verbruik wil optimaliseren – niet onbelangrijk met de veranderende regelgeving rond zonnepanelen in ons land – dan kun je best analyseren hoe je het systeem zo duurzaam en efficiënt mogelijk maakt.”

Dankzij vraagsturingsprogramma’s zou je je consumptiegedrag kunnen afstemmen op bijvoorbeeld de weersvoorspelling en de variabele elektriciteitsprijs.

Systemen van warmtegeneratie kunnen een cruciale rol spelen in de evolutie naar meer flexibiliteit in de energieconsumptie. “Ze bieden kansen om de vraag naar energie beter af te stemmen op de opwekking ervan. Een totaal andere denkwijze dan we tot dusver gewend zijn.”

“In de toekomst zouden we de productie van hernieuwbare energie kunnen volgen via strategisch beheer of via piekbewaking van stroom. Zogenaamde vraagsturingsprogramma’s zouden de gebruiker de kans bieden om zijn consumptiegedrag aan te passen op basis van bijvoorbeeld de weersvoorspelling en de variabele elektriciteitsprijs. Zo kan hij instellen dat zijn huis de meeste energie verbruikt op momenten dat de elektriciteitsprijs laag is. Een slim controlesysteem zal dan op basis daarvan tot de gepaste acties overgaan.”

Gebruiksvriendelijk

Professor Arteconi bekent dat er een hoop werk op de plank ligt om daadwerkelijk tot dat stabiele en betrouwbare energiesysteem van de toekomst te komen. Zo moet er nog serieus gesleuteld worden aan de communicatie van zo’n vraagsturingsprogramma met het elektriciteitsnet. De uitwisseling van data vraagt dan weer vertrouwen en het uitklaren van privacy-issues.

Het is één ding om de technologie te ontwikkelen die de warmtepomp, de opslagcapaciteit van energie en een slim controlesysteem aan elkaar koppelt. Ze gebruiksvriendelijk maken, is nog een ander paar mouwen. “Daarvoor zijn we betrokken bij het project Comfort and Climate Box van het International Energy Agency (IEA). Dat wil internationale richtlijnen opstellen voor het ontwerp en zo de ontwikkeling van het commerciële product bevorderen.”

Er kunnen immers heel wat praktische problemen opduiken voor de consument. “Bij een lucht-water-warmtepomp is de temperatuur van de watertoevoer bijvoorbeeld afhankelijk van de temperatuur van de buitenlucht. Als het zomert en het huis minder verwarming nodig heeft, zal de warmtepomp meer thermische energie produceren. Het is belangrijk hiervoor een limiet in te stellen, want als de pomp méér energie produceert dan het huis nodig heeft, zal ze continu aan en af springen en riskeer je schade aan de compressor.”

Doorbraak met hoge-temperatuur-warmtepomp

Voor een gloednieuw project, in samenwerking met de Universiteit Gent, krijgen professor Arteconi en haar team fondsen van Moonshot, een innovatieprogramma van de Vlaamse overheid. “Met dat project willen we de impact van de energie-intensieve sectoren, zoals de chemie, verminderen. We werken aan een nieuw type hoge-temperatuur-warmtepomp die restwarmte kan recupereren, voor industrieel gebruik. Tot nog toe kon zo’n pomp maximaal 140 of 150 graden bereiken, maar wij hebben een prototype ontwikkeld dat 200 graden kan halen. Dat is een doorbraak.”

Het onderzoeksteam buigt zich niet alleen over warmtegeneratie, maar ook over innovatieve technologieën voor koeling, aangesloten op zonne-energie. “De vraag naar koelingssystemen stijgt enorm. Ook in BRICS-landen als India en China, die zeer snel groeien en in bepaalde regio’s met extreme hitte kampen. Ook voor koeling hebben we nood aan efficiëntere systemen. Een veelbelovend voorbeeld is koelapparatuur die werkt volgens het absorptieprincipe: je kunt het apparaat laten draaien op thermische energie van de zon. In plaats van stroom van het net te nemen, ga je warmte omzetten in energie. Ook dat systeem efficiënt en betrouwbaar maken, vraagt nog veel onderzoek vóór het gecommercialiseerd kan worden.”

In plaats van stroom van het net te nemen, ga je restwarmte omzetten in nuttige energie.

De verwarmings- en koelingssector vreet veel energie en heeft bijgevolg een grote impact op de planeet. “Daarom is het zo belangrijk dat we die sector koolstofarmer en digitaler maken. Dat streven naar duurzaamheid verzoenen met het comfort en welzijn van de consument is dé grote uitdaging. Dat wij mee aan de oplossingen kunnen werken, maakt het voor ons als onderzoekers zo boeiend.”

Heeft dit onderzoek je nieuwsgierig gemaakt naar meer?

Ontdek ons onderzoek en opleidingen.