Cascade thermochemical storage with internal condensation heat recovery for better energy and exergy efficiencies

• Published in: Applied energy 2016-11, Vol.181, p.562-574
• Main Authors: N’Tsoukpoe, Kokouvi Edem, Osterland, Thomas, Opel, Oliver, Ruck, Wolfgang K.L.
• Format: Article
• Language: English
• Subjects: Cascade thermochemical storage; Condensation heat recovery; Efficacité exergétique; Efficacité énergétique; Energieeffizienz; Energy efficiency; Exergieeffizienz; Exergy efficiency; Kaskadierte thermochemische Speicherung; Kondensationswärmerückgewinnung; Optimisation thermodynamique; Récupération de la chaleur de condensation; Stockage thermochimique; Stockage thermochimique en cascade; Thermochemical heat storage; Thermochemische Wärmespeicherung; Thermodynamic design; Thermodynamische Auslegung
• ISSN: 0306-2619; 1872-9118
• DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.08.089

•Salt hydrates thermochemical storages reject ⅔ of the charging heat at the condenser.•A cascade thermochemical storage with internal condensation heat recovery is proposed.•This cascade design improves the energy and exergy efficiencies.•In the case study, energy and exergy efficiencies were enhanced by a factor of 1.8.•The process with heat recovery requires less heat input during the charging. Thermochemical heat storage processes generally involve significant condensation heat rejection to the environment during charging. This heat rejection is about two thirds of the charging heat of salt hydrates, which are a promising class of materials for heat storage in the low temperature range, i.e. for space heating and domestic hot water production. We showed that internal condensation heat recovery through a new concept of a cascade thermochemical heat storage process leads to an improvement of the energy and exergy efficiencies of the process. To illustrate the potential of this new concept, we compare a classical thermochemical based heat storage with one involving internal condensation heat recovery. In order to have an unbiased comparison basis, the two processes have similar boundary temperature conditions. The energy and exergy efficiencies of the process with internal heat recovery is as much as 1.8 times that of the classical thermochemical heat storage process. The process with heat recovery requires only 55% of the energy input at high temperature during charging of the classical process, for the same discharging heat output. Thermochemische Wärmespeicherprozesse beinhalten grundsätzlich eine signifikante Abgabe von Kondensationswärme an die Umgebung während des Beladens. Diese Wärmeabgabe beträgt bei Salzhydraten etwa 2/3 der für die Beladung aufgewendeten Wärme. Salzhydrate sind aber im Niedertemperaturbereich eine vielversprechende Materialklasse für Wärmespeicher in den Anwendungsfeldern Raumwärme und Bereitung von warmem Trinkwasser. Wir zeigen, dass interne Rückgewinnung von Kondensationswärme mithilfe eines neuen Konzepts der kaskadierten thermochemischen Wärmespeicherung zu einer Verbesserung der Energie- und Exergieeffizienz des Prozesses führt. Um das Potenzial dieses neuen Konzepts zu veranschaulichen vergleichen wir ein “klassisches” thermochemisches Wärmespeichersystem mit einem, welches die Kondensationswärmerückgewinnung enthält. Zur Vermeidung von Ergebnisverfälschungen haben beide Prozesse vergleichbare Temperatur-Randbedingungen.