Warmtepompen in de Energie Transitie: Opwekking, Opslag en Rendement

Published by Redactie on oktober 7, 2025 | Category warmtepomp

De rol van warmtepompen in de energietransitie wordt steeds belangrijker, zowel in huishoudens als in industriële toepassingen. In combinatie met hernieuwbare energiebronnen zoals zon- en windenergie, kunnen warmtepompen helpen bij het verlagen van het energieverbruik en het verminderen van CO₂-uitstoot. Deze artikel onderzoekt de technische aspecten van warmtepompen, het rendement in de praktijk, en de uitdagingen rondom energieopslag, zoals illustraties met opslagcapaciteit vergelijkbaar met een Eiffeltoren of het IJsselmeer. Bovendien worden de economische aspecten van warmtepompen bekeken, inclusief een voorbeeldberekening op basis van energieprijzen en COP-waarden.

Wat zijn warmtepompen en hoe werken ze?

Warmtepompen zijn technische systemen die warmte onttrekken aan een lage temperatuurbron (zoals buitenlucht, grond of oppervlaktewater) en deze transporteren naar een hogere temperatuurbron, bijvoorbeeld een CV-systeem of een vloerverwarmingsinstallatie. Ze werken volgens het principe van een koelkast in omgekeerde richting.

Er zijn twee hoofdtypen van warmtepompen:

Compressie warmtepompen – Aangedreven door een motor die een koelmiddel comprimeert en zo warmte overdraagt.
Absorptie warmtepompen – Aangedreven door warmte in plaats van mechanische energie. Ze gebruiken een chemisch proces om warmte te pompen.

De efficiëntie van warmtepompen wordt uitgedrukt in de COP (Coefficient of Performance), die het verhoudingsgetal is tussen de geleverde warmte en de elektrische inzet. Bij compressiepompen ligt de COP in huishoudelijke toepassingen meestal tussen 3,5 en 5. Bij absorptiepompen kan de COP lager zijn, tussen 130% en 200%, maar hebben ze het voordeel dat ze geen bewegende delen nodig hebben.

De COP is afhankelijk van het temperatuurverschil tussen de bron (verdamper) en de afvoer (condensor). Hoe kleiner dit verschil, hoe hoger het rendement. Dit verklaart waarom vloerverwarmingsystemen ideaal zijn in combinatie met warmtepompen, omdat ze lage condensortemperaturen toestaan.

Thermodynamische berekening van COP

De COP wordt berekend met de volgende formule:

$$ \text{COP} = \left( \frac{Tc}{Tc - T_v} \right) \times \text{systeemrendement} $$

waarbij: - $ Tc $ = temperatuur condensor (in Kelvin) - $ Tv $ = temperatuur verdamper (in Kelvin) - systeemrendement = afhankelijk van kwaliteit van constructie en koelmiddel (50-75%)

In een woning waarbij de warmtepomp buitenlucht gebruikt als bron en een CV-systeem als afvoer, is de COP beïnvloed door het koude weer in de winter. De verdampers kunnen ijsvorming ondervinden bij temperaturen onder 0°C, wat extra energie vraagt voor het ontdooien. Dit verlaagt het rendement.

Warmtepompen in de praktijk: energiebesparing en kosten

Bij het vergelijken van warmtepompen met HR-ketels (hoge rendement ketels op aardgas) is het rendement van de warmtepomp cruciaal. Bijvoorbeeld, een HR-ketel levert ongeveer 8,7 kWh warmte per m³ aardgas. Als aardgas € 1,40 per m³ kost, levert dat een energiekostprijs van € 0,1609 per kWh. Een warmtepomp met een COP van 3 produceert 3 kWh warmte per kWh elektriciteit. Bij een elektriciteitsprijs van € 0,63 per kWh is de warmtekost € 0,21 per kWh. In dit voorbeeld is de warmtepomp duidelijk duurder dan een HR-ketel, maar dit kan veranderen bij lagere stroomprijzen of hogere COP-waarden.

Warmtepompen in schuren en industriële toepassingen

In een schuur van 1000 m³ kan een warmtepomp met een thermisch vermogen van 4 kW en een COP van 4 de temperatuur in 1,5 uur verlagen van 18°C naar 5°C. Dit toont aan dat warmtepompen efficiënt kunnen zijn in industriële en commerciële toepassingen, waar het afkoelen van ruimtes nodig is. De thermodynamische berekening van de effectiviteit is afhankelijk van het verdampervermogen, de luchtdichtheid en de specifieke warmte van de lucht.

Energieopslag: warmtepompen en de Eiffeltoren

Een van de grote uitdagingen in de energietransitie is het opslaan van energie. Volgens de berekening in de bronnen zou Nederland tegen 2050 ongeveer 10.000 gWh aan opslagcapaciteit nodig hebben. Dit is vergelijkbaar met een rij watertorens van 100 kilometer lang, waarbij elke toren 1,5 keer zo hoog is als de Eiffeltoren. Dit is een illustratieve manier om de omvang van de opslagbehoefte te begrijpen.

Een alternatief voor traditionele watertorens is het gebruik van het IJsselmeer. Door de dijken te verhogen met 10 meter en een oppervlakte van 1 miljard m² te gebruiken, zou ongeveer 3,6 IJsselmeren nodig zijn voor de benodigde opslag. Dit benadrukt de schaal van de benodigde opslagcapaciteit in het kader van het overgangsenergiesysteem.

Energieopslag via valmeer en DTP-dammen

Een andere innovatieve methode is het gebruik van valmeer, waarbij zeebodem wordt uitgegraven en gebruikt om een dam te bouwen. De zee zelf fungeert dan als energieopslag. Bij het afsluiten van een gebied met een DTP-dam (drie punten dam) met hoofddammen van 22 km en zijdammen van 33 km, wordt een oppervlakte van ruim 500 km² ingesloten. Deze opslagcapaciteit kan gebruikt worden door het water in te pompen en bij energiebehoefte weer los te laten. Dit is een schaalbare en relatief kostenefficiënte methode.

Investeringen en terugverdientijd van warmtepompen

De investering in warmtepompen is aanzienlijk, maar kan op lange termijn rendabel zijn. Een voorbeeld uit de bronnen toont aan dat een warmtepomp met een investering van € 5000, een COP van 3 en een COP-verbruik van 17.400 kWh per jaar, een terugverdientijd heeft van ongeveer 5,5 jaar. Dit is afhankelijk van energieprijzen, onderhoudskosten en COP-waarden. Wanneer de stroomprijs lager is dan een derde van de gasprijs, ontstaat een positieve kasstroom.

Energieopslag en warmtepompen in de tuinbouw

Een specifiek voorbeeld uit de tuinbouwsector toont aan dat warmtepompen ook efficiënt kunnen worden toegepast in kasinstallaties. In dit voorbeeld wordt de warmteopslag berekend op 4.500 vollasturen. De afname van aardgasverbruik is 148.500 m³, terwijl het elektriciteitsverbruik toeneemt met 171.000 kWh. De investering (capex) bedraagt € 221.680, en de terugverdientijd is 5,5 jaar.

Houtkachels als alternatief in slecht geïsoleerde ruimtes

In slecht geïsoleerde ruimtes kan het gebruik van houtkachels een alternatief zijn. De calorische waarde van hout is 5 kWh per kg droog hout. Voor een ruimte van 150 m³ is een kachel met een vermogen van 6 kW nodig. Een big bag van 1 m³ hout bevat 320 kg droog hout, wat ongeveer 1.600 kWh warmte oplevert.

Conclusie

Warmtepompen spelen een cruciale rol in de energietransitie en de duurzame woningbouw. Ze zijn efficiënt, met COP-waarden die hoger liggen dan 100%, maar hun economische haalbaarheid hangt af van de energieprijzen, het rendement en de investering. In combinatie met hernieuwbare energiebronnen zoals zon- en windenergie, kunnen warmtepompen helpen om het energieverbruik te verlagen en CO₂-uitstoot te verminderen. De opslagcapaciteit van energie blijft een uitdaging, maar innovatieve oplossingen zoals valmeer en DTP-dammen bieden schaalbare alternatieven. Voor de woningbouwsector is het gebruik van warmtepompen in combinatie met vloerverwarming en goede isolatie een aantrekkelijk alternatief, vooral bij lagere stroomprijzen.

Bronnen

eiffeltoren