Long duration Energy Storage omvat technologieën die elektrische energie in verschillende vormen langdurig kunnen opslaan - van uren tot weken - en weer terug kunnen leveren wanneer dit nodig is. Op grote schaal en tegen concurrerende kosten. Eén van de opties is opslag in warmte, die later weer wordt omgezet in elektriciteit: Power-to-Heat-to-Power. Hoe kansrijk is deze aanpak en welke voorbeelden zijn al gerealiseerd?
Projecten op basis van Power-to-Heat-to-Power (P2H2P) combineren drie energie-omzettingsprocessen. De eerste is Power-to-Heat (P2H), waarbij elektriciteit wordt omgezet in warmte. In de volgende fase wordt de warmte opgeslagen. Dit kan op diverse manieren. Een veelvoorkomende optie is door gebruik te maken van faseovergangsmateriaal (PCM). Dit is een stof die bij de faseovergang voldoende energie afgeeft/absorbeert om bruikbare warmte of koeling te leveren. Vaak worden hiervoor zouten of zoutmengels gebruikt. Omdat ze goedkoop zijn, een hoge latente warmte hebben en niet brandbaar zijn. Andere media waarin warmte wordt opgeslagen, zijn zand of gesteente, thermochemische verbindingen of water.
De industrie gebruikt regelmatig Power-to-Heat-oplossingen, omdat ze in hun productieprocessen veel warmte nodig hebben. P2H2P heeft echter nog een derde fase, waarbij de warmte weer wordt omgezet in elektriciteit. Vaak gebeurt dit via een thermo-elektrische generator of stoomturbine. Zodat de P2H2P-technlogieën kunnen dienen als intraday- en multiday- LDES. Het elektriciteitsnet wordt hierdoor minder afhankelijk van fossiele energiebronnen. Er zijn wereldwijd verschillende P2H2P-projecten. Hieronder een overzicht.
CHESTER Het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum DLR onderzocht in Stuttgart samen met een consortium de mogelijkheden van P2H2P in het project CHESTER. Dit acroniem staat voor Compressed Heat Energy Storage for Energy from Renewable Sources. Het systeem - ook wel Carnot-batterij genoemd - bestaat uit drie hoofdcomponenten: een hogetemperatuurwarmtepomp, een organische Rankine-cyclus (ORC) die de warmte omzet en een hogetemperatuurwarmteopslagsysteem.
Kort samengevat werkt het principe van deze technologie als volgt. Het hart van de Carnot-batterij is een warmteopslagsysteem gevuld met ongeveer 2 m3 nitraatzouten. Een hogetemperatuurwarmtepomp verwarmt het zout tot 150 °C, waardoor het smelt (faseovergang). Om de opslag te ontladen, wordt de warmte via een tweede circuit overgebracht naar een warmtemotor die een turbine met generator aandrijft. Op deze manier kan klimaatneutraal opgewekte stroom weer aan het net worden geleverd.
Aantal acties nodig Het prototype dat de onderzoeksgroep ontwikkelde, functioneerde stabiel als geïntegreerd systeem, waarbij alle drie de subsystemen (warmtepomp, opslag en ORC) samenwerken. Gedurende de experimenten werd een maximale roundtrip-efficiëntie van zo’n 37 % bereikt met de bestaande opstelling. De totale opstelling werd ontworpen om te functioneren rond ~10 kW elektrisch vermogen. Het project is inmiddels afgerond.
Om effectief als LDES te kunnen functioneren, is met andere woorden nog een aantal acties nodig. Denk aan de optimalisatie van de subsystemen (warmtepomp, ORC, opslag) en hun interactie, verbetering van materiaalkeuzes en efficiëntie, én de opschaling naar grotere systemen.
ATE In Portugal loopt er momenteel (van januari 2023 tot en met december 2025) eveneens een onderzoeksproject met een Carnot-batterij: een 6.05 ATE Nieuwe Carnot-batterij met intelligent netwerkbeheer. Dit project maakt deel uit van de Agenda para a Transição Energética/Agenda voor de energietransitie (ATE), en heeft tot doel dit type systeem in een echte omgeving te testen. Dit wil het onderzoeksteam doen met behulp van een prototype op middelgrote schaal in een industriële omgeving. Zodat het de technisch-economische haalbaarheid kan analyseren. Het batterijsysteem is inmiddels geïnstalleerd in een testfaciliteit, maar de resultaten zijn nog niet publiekelijk gedeeld op de website.
SCO2OP-TES Er zijn diverse projecten die vergelijkbaar zijn met CHESTER en ATE. Zo beoogt het SCO2OP-TES een sCO2 PTES-pilotinstallatie (supercritical carbon dioxide Pumped Thermal Energy Storage) te realiseren. Dit is een Power-to-Heat-to-Power-energieopslagsysteem dat werkt met superkritisch CO₂ als werkmedium. Het project is in 2023 gestart en loopt tot eind 2027.
Malta Afgelopen juni berichtte de Spaanse BBVA-bank dat het samen met Malta Iberia, de Spaanse dochteronderneming van het Amerikaanse energieopslagbedrijf Malta Inc, een overeenkomst heeft ondertekend. Dit ging over de ontwikkeling van een demonstratiefabriek voor langdurige energieopslag van 14 MWh in Puertollano, Spanje.
De fabriek maakt gebruik van een gesloten systeem met gesmolten zout en stoom. Dit systeem zal overtollige hernieuwbare energie opslaan en op verzoek leveren. Hierdoor wordt de stabiliteit van het elektriciteitsnet verbeterd, waardoor een groter aandeel van wind- en zonne-energie mogelijk wordt. De demonstratiefabriek is momenteel nog in ontwikkeling.
Duitsland Ook Duitsland is druk met Carnot-batterijen. De Duitse onderzoeksgemeenschap DFG startte in 2022 een eerste financieringsronde voor driejarige projecten die inzoomen op het potentieel van Carnot-batterijen. In 2026 stelt DFG een tweede financieringsfase open voor nieuwe projectvoorstellen (lopend tot 2029). Het centrale doel van deze projecten is om efficiënte, schaalbare en kosteneffectieve opslag van elektrische energie op GWh-niveau mogelijk te maken.
De projecten nemen de markteisen als uitgangspunt en redeneren van daaruit terug. Op die manier kunnen componenten en materialen (machines, warmteopslag en werkvloeistoffen) worden ontworpen en ontwikkeld die betaalbaar en industrieel toepasbaar zijn. De projecten moeten een aantoonbaar rendement van meer dan 70% behalen. De nadruk ligt in deze toekomstige projecten dus vooral op de combinatie van systeemanalyse, thermodynamica en componentenontwikkeling.
Veel bedrijven en onderzoeksinstellingen zien veel potentieel in Carnot-batterijen en in de potentie om ze als LDES te kunnen toepassen. Echter, vooralsnog zijn de vermogens te laag. Een hogere efficiëntie en opschaling naar grotere systemen is nodig om een rol te kunnen spelen als LDES.
Elektrothermische technologie
UTwente Ook Nederland onderzoekt de mogelijkheden van P2H2P. UTwente maakte in juli 2025 op de website bekend dat onderzoekers werken aan een nieuwe technologie voor langdurige warmteopslag en -upgrading. Samen met een Europees consortium ontvangen ze daarvoor een subsidie van € 2,5 miljoen via het Horizon Europe-programma. Het project, genaamd STOREDGE, richt zich op de ontwikkeling en validatie van een geavanceerde thermochemische technologie voor warmteopslag en -upgrading.
De beoogde technologie maakt het volgens de onderzoekers mogelijk om warmte op te slaan in chemische bindingen, wat zorgt voor een efficiënte en langdurige, zelfs seizoensgebonden, opslag. De technologie zou toepasbaar zijn op diverse warmtebronnen (zoals zonnecollectoren, industriële restwarmte, elektriciteit en energiesystemen) en zou schaalbaar zijn tot honderden MWh opslagcapaciteit. Het project is nog maar net begonnen en de eerste demonstraties van de technologie vinden plaats op laboratoriumschaal, met een warmtecapaciteit van 5 kW. Er is dus nog een lange weg te gaan voordat ook deze technologie als LDES kan worden ingezet.
Lange weg Om als LDES-opslagsystemen te kunnen dienen moeten de systemen minimaal acht uur onafgebroken kunnen ontladen. Dit betekent volgens diverse studies dat ze een vermogen moeten hebben van ten minste 50 MW of 100 MW. Daarnaast moeten ze beschikken over een ingediende netaansluiting en vergunningstraject. Momenteel voldoen de Europese P2H2P-projecten nog niet aan deze voorwaarden. Kortom, om een rol te kunnen spelen als LDES om het net te stabiliseren, is er nog een lange weg te gaan voor P2H2P-projecten.
