Toekomstbestendige warmte(-koude)netten in Nederland: opslag van warmte en koude

Zoals we toelichtten in het eerste artikel uit deze serie, fluctueert de vraag naar warmte en koude in de gebouwde omgeving en de glastuinbouw gedurende de dag en gedurende de seizoenen. Zo piekt de vraag naar ruimteverwarming in de ochtend en de avond en met name in de winter, terwijl de vraag naar ruimtekoeling het grootst is in de zomer. Ook de vraag naar warm tapwater fluctueert, maar dit gebeurt meer gedurende de dag dan over de seizoenen.

Voor fossiele warmtebronnen is een wisselende warmtevraag geen probleem. Als de piekvraag hoog is, wordt er bijvoorbeeld meer aardgas verbrand. Maar fossiele warmtebronnen moeten worden vervangen door hernieuwbare bronnen. Net als bij hernieuwbare elektriciteit is het regelen van het aanbod van hernieuwbare warmte- en koudebronnen moeilijker. Het aanbodprofiel van deze bronnen komt niet overeen met het vraagprofiel van de afnemers. Zo is de warmteproductie van geothermie en bodemenergie relatief stabiel en piekt die van zonthermie, aerothermie en aquathermie in de zomer, terwijl de vraag naar warmte juist piekt in de winter (het tweede artikel uit deze serie gaat dieper in op de verschillende hernieuwbare warmte- en koudebronnen). Door het verduurzamen van de bronnen van warmte(-koude)systemen, wordt het dus steeds uitdagender om vraag en aanbod goed op elkaar af te stemmen. Opslag van warmte en koude is daardoor essentieel, zowel voor kortere als langere perioden. Volgens CE Delft bedraagt de potentiële opslagcapaciteit van alle warmteopslag in warmte(-koude)netten 0,6 PJ in 2030 en 1,4 PJ in 2050.[1] Dit is weinig ten opzichte van de totale warmtevraag van de gebouwde omgeving (nu ongeveer 400 PJ), maar opslagcapaciteit kan meerdere keren per dag of jaar worden ingezet.

Kortetermijnopslag helpt om dagelijkse en wekelijkse schommelingen in met name de warmtevraag op te vangen. Het gaat om technieken die warmte enkele uren tot hooguit een week kunnen vasthouden. Deze buffers zijn relatief klein, eenvoudig toepasbaar en breed inzetbaar. Seizoensopslag, met een horizon van weken tot maanden, maakt het mogelijk om warmte in de zomer op te slaan en in koudere periodes weer te benutten. Dit is essentieel, want juist in de koudere maanden piekt de warmtevraag terwijl veel hernieuwbare bronnen dan minder warmte leveren. Voor koude geldt uiteraard het omgekeerde. Door overschotten op te slaan en na maanden pas weer te benutten, neemt de afhankelijkheid van fossiele piekvoorzieningen af en stijgt het aandeel verbruikte hernieuwbare energie.

Figuur 1 laat zien hoe seizoensopslag kan bijdragen aan het balanceren van de vraag naar en het aanbod van warmte. In de zomer ontstaat een overschot aan warmte dat tijdelijk wordt opgeslagen. In de wintermaanden kan deze warmte worden gebruikt om de piek- en middenlast op te vangen.

[1] Bron: CE Delft (2023). Power-to-heat en warmteopslag in warmtenetten.

Figuur 2 laat zien hoe kortetermijnopslag kan bijdragen aan het balanceren van de vraag naar en het aanbod van warmte.

Naast het beter op elkaar afstemmen van vraag en aanbod van warmte en/of koude, heeft het toevoegen van opslag nog meer voordelen, zoals minder slijtage van warmte(-koude)systemen, optimaler gedimensioneerde systemen, betere benutting van hernieuwbare warmtebronnen, lagere broeikasgasemissies, lagere kosten voor het gebruik van het elektriciteitsnet en snellere aansluiting op het elektriciteitsnet in het geval van congestie. Deze en andere punten bespreken we uitgebreid in het volgende deel van deze serie.

In dit artikel bespreken we verschillende technieken om warmte en/of koude op te slaan. Naast differentiatie in tijdsduur, verschillen ze onder meer in hun werkingsprincipe, toepassingsschaal en technologische volwassenheid. Tabel 1 geeft een overzicht van de verschillende opslagtechnieken en hun belangrijkste eigenschappen. Deze lichten we onder de tabel nader toe. Thermochemische opslag en opslag door middel van redoxreacties bespreken we niet, omdat deze opties nog ver van grootschalige commerciële toepassing af zitten. Opslag in faseovergangsmaterialen nemen we niet mee, omdat deze techniek interessanter is voor rechtstreekse toepassing in gebouwen in plaats van in warmte(-koude)systemen.

Tankopslag (TTES)

De opslag van warm water tot ongeveer 90 ºC[2] in een bovengronds geïsoleerd(e) buffervat of tank heet Tank Thermal Energy Storage (TTES) oftewel tankopslag. De capaciteit van dit type opslag is eenvoudig aan te passen; een grotere tank met meer volume kan meer energie opslaan. Vrijwel alle kosten zitten aan de investeringskant (CAPEX), terwijl de operationele kosten (OPEX) minimaal zijn. De techniek is bewezen, eenvoudig en betrouwbaar; onder meer tuinders maken er al jaren gebruik van. Een ander voordeel is dat het vermogen makkelijk regelbaar is. De levensduur is ongeveer vijftig jaar en de efficiëntie is hoog: ongeveer 85% voor seizoensopslag en tot 99% voor kortetermijnbuffering. In principe is TTES overal toepasbaar, maar de benodigde ruimte is een belangrijke barrière.

Kortetermijnbuffering

Buffervaten zijn de meest toegepaste vorm van kortetermijnopslag van warmte. Bij warmte(-koude)netten worden ze ingezet als piekvoorziening, om op die manier verschillen tussen de vraag naar en het aanbod van warmte binnen een etmaal (of enkele dagen) te overbruggen. Op deze manier kan een deel van de warmtebehoefte worden geproduceerd op een ander (vaak goedkoper) moment. De vaten worden dus dagelijks of wekelijks gevuld en geleegd. Hierdoor kan relatief veel energie worden geleverd met beperkte opslagcapaciteit. Daardoor verbeteren kortetermijnbuffervaten in veel gevallen de businesscase van warmte(-koude)systemen. Afhankelijk van de grootte kan een buffervat de dagelijkse piekvraag naar warmte van een straat, wijk of zelfs een kleine stad afdekken.

Seizoensopslag

TTES is in principe ook geschikt voor seizoensopslag. Maar om de warmte (of koude) maanden op te kunnen slaan, moet de tank veel groter en beter geïsoleerd zijn. Ook wordt de langetermijnbuffer vaak maar één keer per jaar gevuld en geleegd. Dit maakt dat de kosten per geleverde eenheid energie hoog zijn. De tanks zijn doorgaans van staal of beton en kunnen de jaarlijkse piekvraag naar warmte van een buurt of wijk opvangen.[3] De levensduur is ongeveer vijftig jaar.

In Duitsland wordt TTES al toegepast voor seizoensopslag, in Nederland nog niet. Wel heeft het ondertussen failliete Ecovat jaren geleden gewerkt aan ondergrondse opslagtanks. Deze ontwikkeling ligt nu stil.

Kuilopslag (PTES)

Bij kuilopslag, oftewel Pit Thermal Energy Storage (PTES) wordt water van 10 ºC tot 90 ºC opgeslagen in een grote uitgegraven kuil die meestal is afgedekt. Voor een goede werking moet de kuil boven het grondwaterniveau liggen. Net als bij TTES is het vermogen van PTES makkelijk regelbaar.

Seizoensopslag

Omdat de investeringskosten in verhouding lager zijn dan bij TTES, kan het interessant zijn om de opslagcapaciteit van PTES te vergroten, zodat maand- en zelfs seizoensopslag is te realiseren. Het seizoensrendement ligt met ongeveer 80% wel lager dan dat van TTES.[4] Ook betekenen grotere kuilen dat meer ruimte nodig is. Dit kan een probleem zijn, met name in de stedelijke omgeving. De techniek is eenvoudig en betrouwbaar en de levensduur is dertig jaar. In Denemarken wordt ze al jaren toegepast en bijvoorbeeld gecombineerd met grootschalige zonthermievelden. Kuilen van tienduizenden kubieke meters water voorzien daar complete dorpen en kleine steden van warmte in de winter.

Kortetermijnbuffering

In Nederland wordt de ‘originele’ vorm van PTES nog niet toegepast, maar het bedrijf HoCoSto bouwt opslagsystemen die wij als een bijzondere vorm van PTES beschouwen. In dit geval wordt er namelijk een soort skelet in de kuil geplaatst, waardoor de bovengrond bruikbaar is voor andere doeleinden zoals een parkeerplaats of speelveld. Deze buffers worden ingezet voor kortetermijnopslag van warmte. In 2025 zijn bij twee HoCoSto-buffers van de eerste generatie verzakkingen geconstateerd. Bij inspecties zijn de andere HoCoSto-buffers volledig veilig verklaard. HoCoSto-systemen zijn kleinschaliger dan de meeste PTES-systemen in het buitenland.

Open bodemenergiesysteem (OBES)

Een open bodemenergiesysteem (OBES) is een techniek waarbij thermische energie wordt opgeslagen in watervoerende lagen (aquifers) in de ondergrond.[5] Deze techniek wordt ook wel Aquifer Thermal Energy Storage (ATES) genoemd. In de winter wordt grondwater opgepompt waarbij de warmte via een warmtewisselaar wordt afgegeven aan een warmte(-koude)net. Het afgekoelde grondwater wordt op een andere plek weer in de bodem geïnjecteerd (zie figuur 3).[6] In de zomer wordt koud grondwater opgepompt en opgewarmd water weer in de bodem geïnjecteerd. Er is altijd sprake van (minstens) één warmtebron en (minstens) één koudebron. Er zijn drie temperatuurklassen OBES, elk met eigen kenmerken, voordelen en uitdagingen. Een algemeen voordeel is dat aquifers (zeer) grote hoeveelheden energie kunnen opslaan.

[2] Onder druk kunnen ook temperaturen boven de 100 ºC worden bereikt.

[3] Bron: CE Delft (2023). Power-to-heat en warmteopslag in warmtenetten.

[4] Bron: CE Delft (2023). Power-to-heat en warmteopslag in warmtenetten.

[5] Naast OBES bestaan ook gesloten bodemenergiesystemen (GBES), ook wel Borehole Thermal Energy Storage (BTES) genoemd. Deze systemen beschouwen we in deze serie niet als warmtekoudeopslagtechniek, maar als warmte-koudebron en hebben we beschreven in artikel 2 uit deze serie.

[6] Bron: TNO (2024). Innovatieroadmap warmteopslag voor de gebouwde omgeving in Nederland.

LT-OBES (warmtekoudeopslag)

De meest gangbare variant van OBES is die op lage temperatuur (tot ongeveer 25 °C), oftewel LT-ATES. In Nederland wordt dit vaak aangeduid als warmtekoudeopslag (WKO). Deze techniek is geschikt voor seizoensopslag met een horizon van maanden en wordt in combinatie met warmte(-koude)netten vaak op wijkniveau gebruikt, of bij clusters utiliteit (bijvoorbeeld een gebied met veel kantoren). In de winter wordt het water door middel van warmtepompen opgewaardeerd en in de zomer is het water geschikt voor het leveren van passieve koeling.

LT-OBES is een bewezen en volwassen techniek die al ruim 35 jaar wordt toegepast. Ons land telt ruim 3.000 WKO-systemen, aanzienlijk meer dan waar ook ter wereld.[7] Er zijn geen duidelijke cijfers over de energetische efficiëntie van Nederlandse WKO-systemen, maar een Duits systeem dat sinds 2003 operationeel is, rapporteert een efficiëntie van 77% voor warmte en 93% voor koude.[8]

De kosten van LT-OBES zijn laag vergeleken met andere seizoensopslagopties. Het grootste deel van de kosten zit in investeringen zoals boringen en de aanleg van het systeem. Omdat WKO-bronnen doorgaans op een diepte van slechts 50 tot 150 meter liggen, zijn de boorkosten beperkt. De operationele kosten bestaan voornamelijk uit het gebruik van pompen, monitoring en onderhoud. Omdat WKO’s warmte van lage temperatuur leveren, is opwaardering naar hogere temperaturen met een warmtepomp nodig. Dit kost elektriciteit en dus ook geld. Daarnaast is een belangrijke vergunningseis voor WKO’s dat er minimaal eens in de vijf jaar evenveel warmte wordt toegevoegd aan de bodem als dat er wordt onttrokken.[9] Als er dus in de winter meer warmte aan de aquifer is onttrokken dan dat er in de zomer is ingestopt, dan moet er extra warmte worden toegevoegd. Ook deze voorziening kost geld. Desalniettemin is de businesscase van een WKO-systeem vaak aantrekkelijk, ook zonder subsidie.

Niet elke locatie is geschikt voor WKO’s. Zo moet de bodem de juiste permeabiliteit (doorlatendheid) hebben en beschikken over aquifers op de juiste diepte. In gereserveerde lagen voor drinkwater(bescherming) zijn WKO’s niet toegestaan en in stedelijke gebieden kan interferentie met andere systemen een beperking vormen. De WKO-bodemtool geeft een overzicht van de locaties waar boringen voor WKO’s mogelijk zijn of waar er sprake is van een verbods-, restrictie- of aandachtsgebied.

MT-OBES en HT-OBES

MT-OBES - in Nederland ook bekend als middentemperatuuropslag (MTO) - slaat warmte op in aquifers bij temperaturen van ongeveer 25–50 °C. HT-OBES, oftewel hogetemperatuuropslag (HTO), heeft een temperatuurbereik van ongeveer 50 °C tot 90 °C. Door de hogere temperaturen is minder of geen opwaardering met warmtepompen nodig. Ook maken deze temperaturen koppeling met geothermie, zonthermie-installaties of restwarmte uit industrie interessant, aangezien dit bronnen zijn die warmte van hogere temperaturen kunnen leveren.

MT- en HT-OBES zijn geschikt voor seizoensopslag met een horizon van maanden. Deze systemen liggen doorgaans ongeveer tussen 150 en 500 meter diep, alhoewel het ook dieper kan. Dat is kostbaar. Om de businesscase toch nog enigszins interessant te maken, moeten deze opslagtechnieken op relatief grote schaal worden toegepast (wijk- of stadsniveau, en/of industriële afnemers en/of glastuinders).

De technieken MT- en HT-OBES zijn nog niet volwassen. Het effect op de waterkwaliteit is nog onduidelijk en er is onzekerheid rondom de energetische efficiënte. Bij hogere temperaturen nemen warmteverliezen in de ondergrond toe en groeit de kans dat er chemische of microbiologische processen optreden die de werking beïnvloeden. Daarnaast vereist met name HT-OBES vanwege de hogere temperaturen speciale aandacht voor het materiaalgebruik en de boortechniek, wat de projecten complexer maakt en de investeringskosten verhoogt. Verder is de regelgeving voor warmteopslag boven de 25 graden nog niet gestandaardiseerd. Mede daardoor is de vergunningverlening complex. Op veel plekken in Nederland is de ondergrond waarschijnlijk geschikt voor MTO en HTO, maar vaak zijn proefboringen nodig om dit te bevestigen.

Internationale projecten, onder meer in Duitsland (Berlijn) en Zweden, laten zien dat MTO en HTO technisch haalbaar zijn, maar Nederland moet nog meer kennis en ervaring opdoen. Tot nu toe zijn in ons land slechts enkele MTO-projecten en één HTO-project operationeel, mede vanwege de hoge kosten.

Mijnopslag (MTES)

Mine Thermal Energy Storage (MTES), oftewel mijnopslag, lijkt in veel aspecten op OBES, alleen wordt er gebruik gemaakt van met water volgelopen oude mijnschachten in plaats van aquifers. Een ander verschil is dat er bij mijnenergie sprake is van natuurlijke opwarming van het water waardoor het systeem niet alleen fungeert als opslag maar ook als energiebron.

Mijnenergie wordt wereldwijd nog nauwelijks toegepast maar in Limburg zijn al drie warmtebronnen en drie koudebronnen operationeel, waarvan de eerste sinds 2008.[10] Aangezien Nederland enkel in Limburg oude mijnen heeft, kan dit type warmte-koudeopslag alleen in die regio een rol van betekenis spelen.

Thermische opslag in beton, steen of keramiek

Thermische energie kan ook worden opgeslagen in een ander medium dan water, bijvoorbeeld in beton, steen of keramiek. Om deze materialen te verwarmen, wordt stoom, hittebestendige olie, gesmolten zout of een gas door buizen gepompt die door het opslagmedium lopen. Een groot voordeel van deze opslagmethode is dat hiermee temperaturen tot 800 °C [11] kunnen worden bereikt. Dit maakt het interessant als kortetermijnbuffer voor de industrie (niet de focus van dit artikel) of als seizoensopslag in de gebouwde omgeving.

In Nederland biedt momenteel één partij dit type opslag aan voor de gebouwde omgeving en de glastuinbouw. Volgens TNO is de door hen aangeboden technologie vrij volwassen, eenvoudig en kostencompetitief.[12]

Thermische massa van gebouwen

Warmte kan ook worden opgeslagen in de thermische massa van gebouwen. Materialen zoals betonvloeren of bakstenen nemen voelbare warmte op tijdens opwarming (doorgaans overdag) en geven die later langzaam weer af (doorgaans ’s nachts). Dit gebeurt nu onbewust, maar kan met slimme sturing bewust worden ingezet om pieken in de warmtevraag af te vlakken. De afgifte van warmte ligt meestal tussen 18 °C en 25 °C (ook afhankelijk van de wensen van de gebruiker van het gebouw) en de opslaghorizon is enkele uren tot dagen. Er is geen extra ruimte nodig en de kosten zijn zeer laag. Deze zitten vooral in de benodigde software voor de sturing. De beperking is dat de opslagcapaciteit relatief klein is en afhankelijk van de comfortwensen van de gebruikers van het gebouw.

Hoewel laadpalen, thuisbatterijen en ook warmtepompen soms al automatisch of extern worden aangestuurd door elektriciteitsleveranciers of derde partijen, gebeurt automatische of externe aansturing van de afgifte van warmte door warmte(-koude)netten nog niet. Om het voor eindgebruikers interessant te maken om hieraan mee te werken, is waarschijnlijk een ander soort tariefstructuur voor de afname van warmte (en koude) nodig om de juiste prijsprikkels te kunnen geven. Ook is het dan van belang dat gebruikers een slimme warmtemeter hebben. Deltares doet momenteel onderzoek in utiliteitsgebouwen naar hoe de thermische massa van gebouwen kan worden gebruikt om warmte op te slaan en daarmee de piekvraag naar warmte te verlagen.

[7] Bron: TNO (2024). Innovatieroadmap warmteopslag voor de gebouwde omgeving in Nederland.

[8] Bron: Water Europe (2023). Factsheet_ATES_V6.pdf

[9] Bron: RVO (2021). Het functioneren van uw WKO in een oogopslag vastgesteld.

[10] Bron: Mijnwater. Geschiedenis en toekomst | Mijnwater.

[11] Bron: TNO (2024). Innovatieroadmap warmteopslag voor de gebouwde omgeving in Nederland.

[12] Bron: TNO (2024). Innovatieroadmap warmteopslag voor de gebouwde omgeving in Nederland.

Ruimtelijke inpassing en regelgeving

Opslag vraagt ruimte, zowel bovengronds (kuilen, buffervaten) als ondergronds (aquifers, leidingen). Met name in stedelijke gebieden is ruimte schaars en concurreert opslag met bijvoorbeeld elektriciteitsinfrastructuur, datakabels, riolering en drinkwaterbeschermingszones. Vergunningen zijn vaak complex en tijdrovend. Bovendien is er een gebrek aan normering van de regelgeving voor alle groottes en temperaturen van opslag.[13] Een belangrijk aandachtspunt is dat toepassingen die dieper dan 500 meter reiken onder de Mijnbouwwet vallen. Dit betekent aanzienlijk zwaardere vergunningsprocedures, langere doorlooptijden en hogere kosten. De meeste Nederlandse systemen blijven daarom bewust binnen het venster van 500 meter. Ook interferentie tussen ondergrondse systemen vormt een uitdaging: meerdere installaties in elkaars nabijheid kunnen impact hebben op het rendement, waardoor gebiedsregie noodzakelijk is.

Technologische ontwikkeling en kostendaling

Veel opslagtechnieken zijn nog niet uitontwikkeld en hebben nog geen Technology Readiness Level (TRL) van 9 bereikt (marktklaar). Ook zijn de kosten van de technieken hoog, met name die van seizoensopslag. Technologische doorontwikkeling en kostendalingen zijn dus nodig om grootschalige toepassing mogelijk te maken. Zo is het bij MT- en HT-OBES van belang om energetische verliezen te beperken en meer te leren over materiaalstabiliteit en gevolgen voor het milieu. Standaardisatie van projecten kan helpen om de kosten te beperken. In het geval van opslag door middel van thermische massa in gebouwen is de techniek niet het probleem, maar ligt de uitdaging op het vlak van regelstrategieën, acceptatie van gebruikers en een geschikt tariefsysteem.

Financiering

Grootschalige opslagprojecten zijn kapitaalintensief en het verdienmodel is complex. Zo zit de toegevoegde waarde bijvoorbeeld in het minder te hoeven investeren in bronnen die piekvermogen kunnen leveren, het optimaliseren van het aantal vollasturen die de basislast- en middenlastbronnen draaien en het kunnen leveren van flexibiliteitsdiensten aan netbeheerders. De waarde van deze voordelen hangt sterk af van de individuele (lokale) situatie en kan in de tijd sterk veranderen door externe, moeilijk in te schatten ontwikkelingen. Voor investeerders en financiers is het juist van belang dat de financiële risico’s overzichtelijk zijn. Niettemin zijn er inmiddels praktijkervaringen die erop wijzen dat financiering op meer plekken wel van de grond komt. Instrumenten van de overheid kunnen daarbij helpen. Voor ‘bewezen thermische opslagtechnieken’ is sinds 2025 Warmtenetten Investeringssubsidie (WIS) beschikbaar. Hieronder valt onder meer WKO en tankopslag (buffervaten).[14]

Publieke perceptie en draagvlak

Bovengrondse opslagtanks, boorlocaties en kuilen zijn zichtbaar in het landschap en roepen soms weerstand op. Ondergrondse systemen vragen boringen en kunnen zorgen oproepen over bodemverstoring of veiligheid. Coöperatieve modellen met lokale deelname, duidelijke uitleg over milieuaspecten en zichtbare voordelen zoals lagere warmtekosten kunnen het draagvlak vergroten. Ervaringen uit Denemarken laten zien dat participatie en transparantie sleutelfactoren zijn voor succes.[15]

[13] Bron: TNO (2024). Innovatieroadmap warmteopslag voor de gebouwde omgeving in Nederland.

[14] Bron: Warmtenetten Investeringssubsidie (WIS) | RVO.nl.

[15] Bron: Stichting Warmtenetwerk (2025). NWN-en-SWN_kostenvergelijking-tussen-Nederland-en-Denemarken.pdf.

Nederland heeft al veel ervaring met kortetermijntankopslag en WKO’s, maar niet met opslagtechnieken die grotere hoeveelheden warmte maanden kunnen opslaan. Om toepassing van warmte- en koudeopslag te versnellen is (afhankelijk van de techniek) onder meer technologische doorontwikkeling, standaardisatie van projecten, kostendaling en duidelijkheid rondom regelgeving, ruimtelijke inpassing en een gestandaardiseerde vergunningsprocedure nodig. Daarnaast kan Nederland leren van opgedane kennis en ervaring in het buitenland.

Met dank aan

Roald Arkesteijn – Eneco

Ivo Pothof – Deltares

Christiaan Bartels – Escoplan

Stijn Schlatmann – BlueTerra

Martin Bloemendal – TNO en TU Delft

Edwin van Vliet – NetVerder

Alexander van Noort - Ennatuurlijk

Tjebbe Vroon – Stedin

Menno Esmeijer, Rob Kleinlugtenbelt – IF Technology