本書以系統(tǒng)與用戶負荷供需匹配為核心，突破傳統(tǒng)案例研究的局限性，揭示了二者負荷耦合與解耦機制，獲得了普適性的系統(tǒng)協(xié)同集成與主動調(diào)控方法。 供需協(xié)同集成方面：提煉出反映用戶負荷需求大小與波動的負荷特征參數(shù)，建立了用戶負荷普適性模型，并提出用戶歸類方法。提出了無量綱供需匹配參數(shù)和普適性供需匹配圖，明確了不同供能情景下系統(tǒng)構(gòu)型設計方法、裝機方法、節(jié)能邊界及適合的用戶范圍。此外，定量分析了系統(tǒng)分別耦合蓄熱、蓄電和協(xié)同蓄能單元的集成系統(tǒng)與用戶負荷供需匹配關(guān)系，對比分析了不同蓄能形式在不同供能情景下的裝機方法及對系統(tǒng)相對節(jié)能率的提高空間，從而明確了適合耦合蓄能單元的供能情景及蓄能形式。 主動調(diào)控方面：基于系統(tǒng)與用戶的供需匹配關(guān)系，明確了電跟隨（FEL）和熱跟隨（FTL）兩種常規(guī)調(diào)控方式的適用情景；同時，提出了能主動改變系統(tǒng)與用戶負荷供需比例的FOL優(yōu)化運行策略，從而針對不同供能情景構(gòu)筑了包含F(xiàn)EL、FTL、FOL三種系統(tǒng)變工況調(diào)控方式的普適性運行策略選擇圖。此外，對比分析了位于系統(tǒng)不同蓄能位置的主動與被動蓄能調(diào)控的本質(zhì)區(qū)別，揭示了蓄能對系統(tǒng)冷熱電負荷的解耦機制，提出了耦合中溫蓄熱單元的系統(tǒng)主動蓄能調(diào)控方法。
國家雙碳戰(zhàn)略的提出是為應對氣候變化向世界做出的莊重承諾，也是我國建設生態(tài)文明、尋求高質(zhì)量發(fā)展和建設社會主義現(xiàn)代化強國深思熟慮的重大抉擇。這意味著要進行一場深刻、系統(tǒng)的社會變革，能源供給側(cè)碳減排是這場變革的主戰(zhàn)場，而突破口就在于能源結(jié)構(gòu)的深刻變革。能源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變必將帶來供能方式的變革，終端用能將通過分布式與集中式供能方式的有機結(jié)合來保障。分布式能源系統(tǒng)作為能源領域的前沿技術(shù)，在節(jié)能、經(jīng)濟和碳排放方面較傳統(tǒng)供能模式均具有較大的優(yōu)勢。同時，系統(tǒng)臨近用戶，減少了能量輸送損失，具有高效、可靠和靈活等特點，是新型能源系統(tǒng)的支撐技術(shù)，也是將來智慧能源網(wǎng)的主要能源組成形式。然而，由于對系統(tǒng)與用戶間的負荷供需匹配機制尚不清楚，缺乏量化認識，從而面對不同類型和氣候區(qū)域內(nèi)的用戶負荷需求，無法給出通用性的系統(tǒng)集成設計和變工況調(diào)控指導。
在這樣的研究背景下，依托于國家重點研發(fā)項目《多能互補與綜合梯級利用的分布式能源系統(tǒng)》，馮樂軍建立了分布式能源系統(tǒng)與用戶通用數(shù)學模型，提出了無量綱供需匹配參數(shù)，構(gòu)建了普適性供需匹配圖，揭示了不同類型用戶與系統(tǒng)的負荷供需匹配機制，明確了不同供能情景下系統(tǒng)構(gòu)型、節(jié)能邊界、裝機及用戶篩選模式，獲得了普適性協(xié)同集成方法； 同時，構(gòu)筑了普適性運行策略選擇圖，明確了系統(tǒng)不同運行策略的適用情景，提出了能主動改變系統(tǒng)與用戶負荷供需比例的優(yōu)化運行策略。研制了中溫復合相變材料及實驗平臺，獲得了不同調(diào)控參數(shù)下的蓄/釋能實驗數(shù)據(jù)，建立了普適性相變蓄能熱阻模型，揭示了不同調(diào)控參數(shù)下主動蓄能解耦機制，明確了系統(tǒng)耦合不同蓄能形式的適用情景及節(jié)能率提高空間。以上創(chuàng)新成果已在Energy Conversion and Management、Applied Thermal Engineering等重要學術(shù)期刊發(fā)表。
本書值得從事分布式能源系統(tǒng)與儲能研究的科研人員深度閱讀，不僅可以使讀者了解到當前分布式能源系統(tǒng)研究的熱點與難點，亦可引領讀者思考該領域的未來趨勢及相關(guān)研究方法。也衷心希望本書描述的一些新思路、新方法、新手段能夠惠及更多創(chuàng)新者，本書字里行間所體現(xiàn)的馮樂軍博士的辛勤耕耘能夠鼓舞更多探索者。
是為序。
史琳
清華大學能源與動力工程系
2023年10月
馮樂軍,2013年7月本科畢業(yè)于齊齊哈爾大學化學與工程學院化學工程與工藝專業(yè)并獲得工學學士學位。2013年9月考入北京化工大學化學與工程學院化學工程與技術(shù)專業(yè)，師從鄭丹星教授，2016年7月碩士畢業(yè)并獲得工學碩士學位。2016年9月考入清華大學能源與動力工程系動力工程及工程熱物理專業(yè)，師從史琳教授，2020年1月博士畢業(yè)并獲得工學博士學位。研究方向為：分布式能源系統(tǒng)、中溫相變儲能、吸收式動力循環(huán)。目前已發(fā)表論文25篇，其中一作SCI論文9篇，EI3篇，授權(quán)發(fā)明專利4項。
第1章緒論
1.1研究背景與意義
1.2分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
1.2.1分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)概述
1.2.2分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)國外研究現(xiàn)狀
1.2.3分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)國內(nèi)研究現(xiàn)狀
1.3分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)集成方法現(xiàn)狀與分析
1.3.1系統(tǒng)構(gòu)型： 內(nèi)部單元的耦合集成
1.3.2系統(tǒng)裝機容量設計
1.3.3系統(tǒng)的應用情景： 服務對象
1.3.4系統(tǒng)集成方法現(xiàn)狀小結(jié)
1.4分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)調(diào)控方法現(xiàn)狀與分析
1.4.1設備參數(shù)調(diào)控
1.4.2運行策略調(diào)控
1.4.3蓄能調(diào)控
1.4.4系統(tǒng)調(diào)控方法現(xiàn)狀小結(jié)
1.5本書的研究內(nèi)容和擬解決的問題
第2章CCHP系統(tǒng)與用戶負荷普適性供需匹配耦合機制
2.1本章引論
2.2用戶負荷特征及簡化模型建立
2.2.1不同類型用戶負荷特征及影響因素
2.2.2用戶負荷特征參數(shù)提煉及普適性模型建立
2.2.3普適性用戶類型歸納
2.3CCHP系統(tǒng)全工況模型及評價指標
2.3.1系統(tǒng)描述
2.3.2系統(tǒng)全工況模型
2.3.3系統(tǒng)冷熱電負荷輸出比例關(guān)系
2.3.4系統(tǒng)評價指標
2.4CCHP系統(tǒng)與用戶負荷普適性供需匹配關(guān)系
2.4.1無量綱供需匹配參數(shù)
2.4.2無量綱供需匹配圖
2.4.3基于供需匹配圖的普適性供需匹配情景
2.4.4基于供需匹配圖的系統(tǒng)集成與調(diào)控初步指導
2.5本章小結(jié)
第3章CCHP系統(tǒng)與用戶協(xié)同集成設計研究
3.1本章引論
3.2基于不同供能情景下的系統(tǒng)構(gòu)型與裝機容量研究
3.2.1不同供能情景下的系統(tǒng)構(gòu)型描述
3.2.2以電定熱和以熱定電裝機模式下的供需匹配性
3.2.3不同供能情景下系統(tǒng)裝機容量及構(gòu)型對比分析
3.2.4針對不同類型用戶的裝機容量方法分析
3.2.5案例分析
3.3不同構(gòu)型系統(tǒng)節(jié)能邊界及適合的用戶范圍
3.3.1系統(tǒng)節(jié)能邊界及我國現(xiàn)有CCHP系統(tǒng)節(jié)能性調(diào)研
3.3.2適合安裝CCHP系統(tǒng)的用戶分析
3.4本章小結(jié)
第4章基于運行策略的CCHP系統(tǒng)主動調(diào)控方法研究
4.1本章引論
4.2系統(tǒng)余熱解耦方式及FEL和FTL運行策略適用情景分析
4.2.1兩種不同制冷方式下的系統(tǒng)描述
4.2.2運行策略調(diào)控與用戶負荷需求的內(nèi)在耦合
4.2.3不同運行策略下系統(tǒng)余熱的解耦分析
4.2.4不同供能情景下FEL和FTL運行策略對比分析
4.3基于優(yōu)化運行策略的主動調(diào)控方法
4.4變工況調(diào)控后的用戶適用范圍
4.4.1FEL和FTL運行策略調(diào)控后的用戶適用范圍
4.4.2FOL運行策略調(diào)控后的用戶適用范圍
4.5案例分析
4.6本章小結(jié)
第5章CCHP系統(tǒng)與理想蓄能單元的集成設計研究
5.1本章引論
5.2理想蓄能假設及4種不同的CCHP集成構(gòu)型
5.2.1理想蓄能系統(tǒng)假設
5.2.24種不同的CCHP系統(tǒng)集成構(gòu)型
5.3負荷無量綱供需匹配參數(shù)及普適性匹配情景
5.3.1負荷無量綱供需匹配參數(shù)
5.3.2普適性供需匹配情景
5.4耦合不同蓄能單元的CCHP系統(tǒng)裝機方法研究
5.4.1裝機方法分析
5.4.2案例分析
5.5耦合蓄能單元的系統(tǒng)節(jié)能邊界及適合的用戶范圍
5.5.1不同蓄能形式下的供需匹配性及系統(tǒng)節(jié)能邊界
5.5.2不同蓄能形式下適合的用戶范圍
5.6本章小結(jié)
第6章CCHP系統(tǒng)主動蓄能調(diào)控方法研究
6.1本章引論
6.2主動與被動蓄能調(diào)控特點對比分析
6.3中溫蓄熱單元對系統(tǒng)負荷的解耦機制及主動蓄能調(diào)控
6.3.1耦合ORC及蓄熱單元后的系統(tǒng)構(gòu)型
6.3.2系統(tǒng)負荷的解耦機制及主動蓄能調(diào)控方法
6.3.3案例分析
6.4本章小結(jié)
第7章中溫相變蓄熱材料制備及實驗臺搭建
7.1本章引論
7.2中溫相變材料制備及熱物性測試
7.2.1中溫相變材料遴選
7.2.2熱導率改善材料制備
7.2.3復合相變材料及其熱物性測試
7.3中溫相變蓄熱實驗臺設計與搭建
7.3.1相變蓄熱實驗臺蓄/釋熱流程設計
7.3.2蓄能罐設計
7.3.3中溫相變實驗系統(tǒng)搭建與調(diào)試
7.4實驗結(jié)果與分析
7.4.1蓄/釋熱特性評價指標
7.4.2換熱流體溫度和流量的影響規(guī)律
7.4.3蓄能周期內(nèi)蓄熱和釋熱特性分析
7.5本章小結(jié)
第8章基于熱阻模型的蓄能系統(tǒng)蓄/釋能特性及其調(diào)控規(guī)律
8.1本章引論
8.2相變蓄能系統(tǒng)蓄/釋熱特性及調(diào)控研究思路
8.3管殼式蓄熱裝置熱阻模型
8.3.1管殼式蓄熱裝置蓄能功率關(guān)聯(lián)參數(shù)
8.3.2管殼式蓄熱裝置熱阻模型建立
8.3.3管殼式蓄熱裝置熱阻模型驗證
8.4管殼式蓄能單元相變蓄/釋熱特性及設計和調(diào)控參數(shù)分析
8.4.1管殼式蓄能單元相變蓄/釋熱特性
8.4.2設計參數(shù)對蓄/釋能特性的影響規(guī)律
8.4.3調(diào)控參數(shù)對蓄/釋能特性的影響規(guī)律
8.5串并聯(lián)式相變蓄能系統(tǒng)調(diào)控分析
8.5.1串聯(lián)式相變蓄能系統(tǒng)及其調(diào)控
8.5.2并聯(lián)式相變蓄能系統(tǒng)調(diào)控分析
8.5.3串聯(lián)及并聯(lián)式相變蓄能系統(tǒng)對比分析
8.6本章小結(jié)
第9章結(jié)論與展望
9.1結(jié)論
9.2展望
參考文獻
在學期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果
致謝
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