De werking vangt aan op het moment dat de thermostaat een warmtevraag signaleert. De gasbrander ontsteekt. In tegenstelling tot een conventionele ketel wordt de gegenereerde hitte direct gesplitst over twee trajecten. Een deel van de thermische energie verhit de kop van de Stirlingmotor. Binnenin zet een werkgas uit. De zuiger beweegt. Deze mechanische arbeid wordt door een lineaire generator omgezet in wisselspanning, die na synchronisatie met het lichtnet beschikbaar komt voor de huishoudelijke apparatuur. Het is een proces van constante balansen.
Parallel hieraan vindt de klassieke warmteoverdracht plaats. De restwarmte die de motor verlaat, samen met de directe verbrandingswarmte, vloeit naar de primaire warmtewisselaar waar het CV-water op temperatuur wordt gebracht. Tijdens piekmomenten in de warmtevraag, zoals bij het tappen van warm douchewater, kan een extra brander bijschakelen om de capaciteit te vergroten zonder dat de elektriciteitsproductie proportioneel meestijgt. De stroom die niet direct in de woning wordt geconsumeerd, vloeit via de netaansluiting terug naar het openbare net. Het systeem draait vooral in de wintermaanden op volle toeren. Lange brandtijden zijn cruciaal. Korte cycli verminderen de elektrische opbrengst aanzienlijk.
Binnen de wereld van de micro-warmtekrachtkoppeling, waar de HRE-ketel de bekendste exponent van is, bepalen de motorische principes de variant. De Stirlingmotor voert de boventoon. Stil. Onderhoudsarm. Deze techniek maakt gebruik van een hermetisch gesloten systeem waarin een werkgas door externe verhitting uitzet en krimpt. Het is de stille kracht achter de meeste residentiële installaties. In contrast hiermee staan systemen met een interne verbrandingsmotor. Denk aan een verkleinde automotor die op aardgas loopt. Krachtiger in elektrische output, maar luidruchtiger en onderhoudsgevoelig door de interne explosies en mechanische wrijving. Deze laatste variant wordt zelden in individuele woningen toegepast en vindt eerder zijn weg naar collectieve verwarmingssystemen of kleine utiliteitsbouw.
Een andere, vaak verwarde technologie is de brandstofcel-cv. Hoewel beide apparaten tegelijk warmte en elektriciteit produceren, is de werking fundamenteel anders. De brandstofcel kent geen bewegende zuigers of generatoren. Het is pure elektrochemie. Waterstof wordt onttrokken aan het aardgas en reageert met zuurstof. Geen verbranding, maar een chemische reactie. Het elektrische rendement ligt bij brandstofcellen significant hoger dan bij de mechanische HRE-ketel, al hangt daar een forser prijskaartje aan vast.
Niet elke ketel met een hoog rendement is een HRE-ketel. Verwarring met de reguliere HR-ketel (Hoog Rendement) ligt constant op de loer. Die ene extra letter 'E' staat voor elektriciteit en markeert een wereld van verschil in techniek en investering. Terwijl een HR-107 ketel de standaard is in Nederland, is de HRE-ketel een nicheproduct gebleven. De term 'HRE' zelf is bovendien een merknaam die door de industrie als generieke aanduiding is geadopteerd, vergelijkbaar met hoe men vaak 'aspirine' zegt tegen een pijnstiller.
Het onderscheid met de hybride warmtepomp is cruciaal voor de huidige verduurzamingsstrategie. Waar de HRE-ketel gas gebruikt om stroom te maken, gebruikt de hybride warmtepomp stroom om warmte uit de buitenlucht te halen. Twee tegengestelde richtingen. De HRE-ketel floreert bij een hoge gasvraag in koude winters; de warmtepomp probeert dat gasverbruik juist te elimineren. In de praktijk is de HRE-ketel hierdoor ingehaald door de elektrische transitie.
Stel je een ongeïsoleerd landhuis voor tijdens een strenge vorstperiode in januari. De thermostaat vraagt constant om warmte. De HRE-ketel draait op vol vermogen. Een marathon, geen sprint. Terwijl de bewoners binnen comfortabel bij de radiator zitten, wekt de machine op zolder genoeg elektriciteit op om de verlichting en de televisie in de woonkamer van stroom te voorzien. De gasrekening is fors. Dat klopt. Maar de inkoop van elektriciteit bij het nutsbedrijf stagneert bijna volledig. Het is een winterse balans voor woningen die nog niet klaar zijn voor een volledige warmtepomp-installatie.
Een ander scenario is de kleinschalige Bed & Breakfast met vier gastenkamers. Elke ochtend tussen zeven en negen uur ontstaat er een enorme piek in de vraag naar warm tapwater. De brander in de HRE-ketel moet flink aan de bak om alle douches van heet water te voorzien. Juist door deze langdurige, intensieve belasting draait de stirlingmotor optimaal. De stroom die op dat moment vrijkomt, dekt direct het verbruik van de vaatwassers en de koffiemachines in de ontbijtzaal. Het systeem rendeert hier simpelweg omdat de warmtevraag en het elektriciteitsverbruik gelijktijdig pieken. Zonder die lange draaitijden blijft het een dure gewone ketel.
Denk ook aan een monumentaal pand waar een buitenunit voor een warmtepomp esthetisch of juridisch onmogelijk is. De ruimte binnen is echter royaal. De HRE-ketel vervangt de oude VR-ketel zonder dat de hele infrastructuur van dikke CV-leidingen aangepast hoeft te worden. De bewoner behoudt zijn hoge temperatuurverwarming voor de gietijzeren radiatoren en krijgt als bonus een lagere stroomrekening. Het is techniek die werkt in de marge van de grote transitie. Een mechanische oplossing voor een specifiek energetisch probleem.
De techniek achter de HRE-ketel stoelt op een principe van meer dan twee eeuwen oud. Robert Stirling patenteerde zijn heteluchtmotor al in 1816. Een briljant concept. De praktische vertaling naar de Nederlandse zolderkamer liet echter op zich wachten tot de vroege jaren negentig van de vorige eeuw. Destijds zocht de gassector, met Gasunie voorop, naar manieren om de aardgaspositie te verstevigen in een liberaliserende energiemarkt. De droom was een cv-ketel die zichzelf terugbetaalde door elektriciteit op te wekken. Een decentrale centrale.
Rond 2005 kwamen de eerste serieuze prototypes op de markt. Bedrijven zoals Microgen ontwikkelden de Stirling-modules die later door fabrikanten als Remeha en Intergas in hun toestellen werden geïntegreerd. De term 'HRE' werd als een krachtig marketinglabel gelanceerd. Het moest de opvolger worden van de succesvolle HR-ketel. Men mikte op een revolutie. De overheid stimuleerde de ontwikkeling met subsidies, hopend op een forse CO2-reductie door het vermijden van transportverliezen op het elektriciteitsnet. Het momentum leek onstuitbaar.
De realiteit bleek weerbarstiger. Mechanische complexiteit en hoge productiekosten remden de grootschalige uitrol. Terwijl de techniek finetunde, haalde de werkelijkheid de HRE-ketel in. De opkomst van goedkope zonnepanelen maakte het opwekken van eigen stroom via een gasgestookte motor economisch minder aantrekkelijk. De focus verschoof. De aardbevingen in Groningen veranderden het beleid radicaal. Van gas stimuleren naar 'van gas los'. Hierdoor degradeerde de HRE-ketel van een beloofde revolutie naar een niche-oplossing voor specifieke renovatieprojecten. Een technisch hoogstandje dat de pech had te floreren aan de vooravond van een volledige energietransitie.
Joostdevree | Nl.wikipedia | Essent | Klimaatplein | Boiler-info | Cvketel | Loodgietersbussum | Cvketelperfect