【儀表網 儀表研發】分布式供能系統是指將供能系統以小規模，分散式的方式布置在用戶附近，可獨立地輸出電、熱或冷的系統。它是直接面向用戶提供多種能量的中小型終端供能系統，對開拓能源利用新模式，推動可再生能源發展應用等具有重要作用。分布式供能系統的用戶多以工業園區、孤島偏遠地區為主，多采用以電定熱運行策略，而動力源的電輸出跟隨用戶電負荷波動，無法完全保證熱或冷需求的匹配。若采用補燃鍋爐的余熱用于供冷、供熱，則難以實現能的梯級利用，從而實際運行中的分布式供能系統全工況效率較低。因此，不論是面向實際應用還是未來可再生能源的多能互補分布式供能系統，其供需匹配性及系統主動調控方法的深入研究具有重要意義。
分布式供能系統的供需匹配性差，原因之一在于系統或動力源的調控靈活性差。常規動力源傳統多采用改變燃料量的方式來調節輸出，輸出的熱與電是耦合的，較難實現熱和電的供需匹配。儲電或儲熱的方式可以實現熱電解耦，但由于儲和放過程存在能量浪費，且額外增補的設備弱化了系統小規模或模塊化的配置特點。中國科學院工程熱物理研究所分布式供能與可再生能源實驗室從改善動力源的靈活性角度出發，圍繞動力源(內燃機)提出變配氣正時和節氣門的聯合調控措施(圖1)。該方法在不增加額外設備的基礎上，提高了系統的變工況性能。
科研人員構建了預測性的SIturb燃燒模型。該燃燒模型能考慮配氣正時對燃燒的影響，對比研究傳統只有節氣門調控措施和聯合調控措施對內燃機輸出功率、排煙溫度以及流量和分布式供能系統的功率輸出、制熱(或制冷量)的影響，進一步推導了供需匹配性的評價指標DM與調控作用量之間的數學關系。其中，配氣正時的原理如圖2所示，通過調節進氣門開啟時刻，來改變燃燒時刻，進而調節排煙溫度。該研究表明系統運行范圍從一條線擴展為一個區域，在100%、70%、40%的工況下，可調制冷量范圍分別擴大了2.5%、6.9%、28.9%(圖3)。以北京某一建筑為例，熱、電負荷如圖4所示，聯合調控措施相比于傳統節氣門調控，系統供需匹配性提高了9%。
相關研究成果發表在Applied Thermal Engineering上。研究工作得到國家重點研發計劃、中科院青年創新促進會和國家自然科學基金的支持。
圖1.調控策略圖
圖2.變配氣正時調控原理圖
圖3.基于變配氣正時與節氣門聯合調控的內燃機輸出特性
圖4.基于變配氣正時與節氣門聯合調控的供需匹配圖
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