t 09.12- Warmte-opslag in basalt

Naar een idee uit [S13] . Aan de orde gekomen in hfdst.7.4
Hier probeer ik met sommetjes te kijken naar wat het idee in de praktijk zou kunnen betekenen

A*     – Berekening van de warmte kapaciteit ,  adhv https://www.natuurkunde.nl/vraagbaak/65044 
De soortelijke massa van massief basalt is  r = 2800 kg/m3. We gebruiken brokken of grit ,  dus is de vulling van die m3 geringer :  de geschatte massa  m = 2500 kg
De soortelijke warmte van basalt is  c = 0,84 kJ/(kg.K)
De warmtekapaciteit van 1 m3 basalt brokken/grit komt daarmee op  Cb = m.c = 2100 kJ/K
Een bruikbaar temperatuur-trajekt zou bijv 60…500°C zijn
Hiermee komt de hoeveelheid opgeslagen warmte op  Qb = 924 MJ/m3 basalt  (=257 kWh)
Dit komt overeen met ca 26 m3 aardgas [ZZ.01 ,  BovenWaarde] ,  mits het rendement 100% is…..   Maar er zal zeker warmte-lekkage optreden.
Laten we voor de praktijk stellen :  22 m3 gas uitsparen met 1 m3 basalt

–  De basalt-accu wordt opgeladen door verwarming met elektrische energie ,  afkomstig van zonnepanelen.
Een ongeveer ideaal liggend standaard paneel (1 x 1,7 m2 , 340 Wp , rendement 20%)  kan per jaar ~350 kWh leveren ;  in NL wel te verstaan.
Het opwarmen gaat met verliezen gepaard, en ook de isolatie is niet ideaal zodat er warmte weglekt in de loop van het jaar.
Laten we zeggen dat één paneel voldoende is voor 1,2 m3 basalt-accu

–  Als een partikulier (met een verbruik van 800….4000m3 gas) met deze techniek de winter door wil komen, zal hij ruimte ter beschikking moeten hebben voor :
 - basalt , bijv 37….182 m3 netto, dwz zonder isolatie
 - zonnepanelen , bijv 32 …. 160 stuks
Deze getallen mogen iets bescheidener , want ook in de koudere maanden wordt nog wel energie uit de panelen bijgeleverd

B*      – Basalt vergelijken met water (wordt ook voor warmte -opslag gebruikt)  : 
De massa van 1 m3 water is  m = 1000 kg
De soortelijke warmte is c = 4,187 kJ/(kg.K)
Daarmee komt de warmtekapaciteit van 1 m3 water op Cw = m.c = 4187 kJ/K
Bruikbaar temperatuur-trajekt bijv 20….90°C
Dan komt de opgeslagen warmte op  Qw = 314 MJ/m3     (~87 kWh/m3   ~10 m3 aardgas)
–  Per m3 komt basalt er 2,5x voordeliger uit.  Door die hogere temperaturen is de behoefte aan dikkere warmte-isolatie echter wel groter.
In een eerste lineaire benadering zou ik zeggen dat voor die hogere temperatuur die isolatie van de basalt 5x dikker dan bij water moet zijn voor een gelijk warmteverlies…. Dat kost m3’s bouwvolume.

–  Isolatie  
Geleiding  :   lglaswol =  0,032…0.040  en idem voor  lsteenwol 
Hoeveel druk kunnen deze materialen hebben, want er komt nogal een gewicht op, zeker op de bodem. daar zullen wel steunbruggen voor nodig zijn (= warmtelekkage)

  • C*      – Is er geen beter accu-materiaal te vinden ?
  • Wat hierboven opviel is dat de basalt-accu het won door zijn grotere temperatuur-bereik
  • Op  http://www.joostdevree.nl/shtmls/warmtecapaciteit.shtml vond ik meer gegevens over wamtekapaciteiten van diverse materialen :
  • –  in de warmtecapaciteit (kJ/m3.K) toont het product m.c niet eens zoveel variatie voor steen-achtige stoffen en zelfs glas.
    • Speksteen steekt gunstig af maar is kostbaar….  (Internet : ~2,50/kg , bij r = 2980kg/m3  ,  dus bij vulgraad 90% ca €6700/m3)
    • Te vergelijken met €96/m3 basaltsplit  (https://www.grind-split.nl/  )
  • –  een metaal als aluminium valt niet echt mee ,  maar gietijzer en staal naderen de waarde van water, terwijl daar ook een groot temperatuur-bereik te verwachten is (goed voor volume-reduktie)
    • Even snel gerekend :
      •   Cgy = 3750  DT = 450   Qgy = 1685 MJ/m3   (465 kWh/m3   52,5 m3 aardgas)
      •   Cst  = 4000  DT = 450   Qst  = 1800 MJ/m3   (500 kWh/m3   56 m3 aardgas
    • Voordeel van gietijzer is dat je het vormen kunt, bijv in blokken met ventilatie-gleuven en stapel-nokken ;  goed voor vormgeving van de accu.
    • Maar nadeel van Gy of St is weer de aanschafprijs : 
    • Ander nadeel van Gy en St is de gevoeligheid voor korrosie (dichtslibben van ventilatie-gleuven ;  waardoor terugloop van de opslagkapaciteit ?)
  • Konklusie :   het zal nog een hele zoektocht worden   (heb ergens iets gelezen over proef met “zouten” ;  zoals ook gebruikt voor warmte-opslag bij CSP-installaties)

.

  • In [S13a] wordt een praktijkproef gemeld met 800 m3 basalt die ca 200kWh/m3 zou opslaan/leveren
  • Het verwacht rendement is 80%.
    Waarschijnlijk wordt minder diep gekoeld ,  omdat ook warmwater geleverd moet kunnen worden.
  • De opslag zou voldoende zijn voor 36 woningen ;  dus 22 m3 basalt voor elk, ofwel ~4400kWh per woning (450 m3 aardgas….). Dit lijkt mij aan de krappe kant, maar misschien zijn deze nieuwe woningen wel al erg goed geïsoleerd ?
  • Voor de energie-invang worden 700 panelen gebruikt