趙俊宇 明崗

同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院

0 引言

由我國(guó)北方農(nóng)村冬季燃煤和直燃生物質(zhì)采暖而引起的大氣污染以及健康問(wèn)題已經(jīng)成為近年來(lái)的社會(huì)關(guān)注焦點(diǎn)[1-2]。自2013 年提出《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》和2017 年打響“藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”以來(lái)，各級(jí)政府連續(xù)多年投入大量資金在北方農(nóng)村地區(qū)展開(kāi)了大規(guī)模的以“煤改電”、“煤改氣”為代表的清潔采暖改造工程，力爭(zhēng)從根源上緩解冬季大氣污染問(wèn)題。這些工作已經(jīng)取得了顯著的成效，但也引發(fā)了一些附加問(wèn)題：例如農(nóng)村電力負(fù)荷劇增，天然氣短缺，生物質(zhì)廢料處理困難以及用戶采暖費(fèi)用上漲等等。針對(duì)這些新問(wèn)題，2019 年6月國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局發(fā)布了相關(guān)指導(dǎo)意見(jiàn)，提出應(yīng)當(dāng)因地制宜拓展多種清潔供暖方式，并應(yīng)在農(nóng)村地區(qū)重點(diǎn)發(fā)展生物質(zhì)能供暖[3]。基于這個(gè)思路，在國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助下，本課題組正在探索開(kāi)發(fā)一款沼氣戶用微型熱電聯(lián)供（MCHP）裝置，該裝置由中大型沼氣工程的管網(wǎng)供氣，通過(guò)回收原動(dòng)機(jī)發(fā)電余熱用于滿足農(nóng)宅的采暖和生活熱水需求，發(fā)出的電力優(yōu)先在本地使用，多余部分則輸入電網(wǎng)。該技術(shù)不僅可以用于滿足農(nóng)宅的熱需求，還可以幫助改善農(nóng)網(wǎng)的供電結(jié)構(gòu)，減小電力負(fù)荷,提高農(nóng)村地區(qū)薄弱的電力系統(tǒng)的安全性、可靠性，并可與“煤改電”技術(shù)形成互補(bǔ)。

本文將提出一種針對(duì)上述農(nóng)宅供熱場(chǎng)景設(shè)計(jì)的MCHP 系統(tǒng)方案，然后總結(jié)目前已發(fā)表的研究中所使用的CHP 系統(tǒng)仿真模型的特點(diǎn)，并構(gòu)建一種基于Modelica/Dymola 平臺(tái)[4]的、可用于指導(dǎo)設(shè)備開(kāi)發(fā)的、適用于本項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)仿真模型，最后使用該模型驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的有效性，并探討了MCHP 裝置開(kāi)發(fā)過(guò)程中的一些典型問(wèn)題。

1 MCHP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上并沒(méi)有戶用MCHP 產(chǎn)品，相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈并不完整，系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案也處在探索階段，因此一些關(guān)鍵部件和子系統(tǒng)需要自行開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)。下文簡(jiǎn)要闡述了MCHP 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

1.1 原動(dòng)機(jī)的選擇和設(shè)計(jì)

根據(jù)項(xiàng)目前期的系統(tǒng)最優(yōu)化研究，適用于典型北方農(nóng)宅的MCHP 裝置的額定發(fā)電量應(yīng)為3.5 kW 左右，結(jié)合成本和技術(shù)成熟度等因素[5]，選擇內(nèi)燃機(jī)為原動(dòng)機(jī)。作為熱電聯(lián)供裝置的原動(dòng)機(jī)，內(nèi)燃機(jī)首先應(yīng)該具備足夠的可靠性，并且便于回收余熱，但目前這個(gè)功率區(qū)間內(nèi)并沒(méi)有滿足要求的沼氣內(nèi)燃機(jī)可供選擇。因此以一臺(tái)400CC 的四沖程單缸汽油水冷摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行改裝。摩托發(fā)動(dòng)機(jī)主要在高轉(zhuǎn)速區(qū)間運(yùn)轉(zhuǎn)（＞3000 rpm），而發(fā)電工況轉(zhuǎn)速則要低得多（1500～3000 rpm），沼氣的燃燒速度和熱值也比汽油低很多，需要對(duì)內(nèi)燃機(jī)的點(diǎn)火提前角、進(jìn)排氣門(mén)正時(shí)等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)潤(rùn)滑油、氣門(mén)、活塞環(huán)、火花塞等部件也要為燃燒沼氣而進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。經(jīng)過(guò)改裝后，沼氣內(nèi)燃機(jī)主要參數(shù)如表1 所示，借助發(fā)動(dòng)機(jī)性能仿真軟件GT-SUITE[6]，對(duì)經(jīng)過(guò)改裝后的內(nèi)燃機(jī)的性能進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果如圖1 所示。

表1 內(nèi)燃機(jī)規(guī)格參數(shù)

圖1 沼氣內(nèi)燃機(jī)性能和效率特性

1.2 熱管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

MCHP 的熱管理系統(tǒng)是指負(fù)責(zé)回收發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的余熱并將其合理地轉(zhuǎn)移，分配，存儲(chǔ)和使用的子系統(tǒng)。圖2 展示了熱管理系統(tǒng)方案，其中左側(cè)藍(lán)色陰影部分代表MCHP 裝置本體，為保證裝置便于安裝維護(hù)，其內(nèi)部集成了所有動(dòng)力和控制組件，與外界通過(guò)①～⑤流體接口連接。除本體以外地其余部分代表需要在現(xiàn)場(chǎng)安裝的部分，僅包含管道和一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)水箱。整個(gè)系統(tǒng)包含三個(gè)流體回路，一是內(nèi)燃機(jī)缸體冷卻液回路（封閉循環(huán)，40%乙二醇-水溶液）。二是采暖、儲(chǔ)熱用熱水回路（封閉循環(huán)，純水）。三是生活熱水回路（開(kāi)式循環(huán)，市政自來(lái)水）。

圖2 熱管理系統(tǒng)示意圖

發(fā)動(dòng)機(jī)缸體冷卻液回路由Pump_2 驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)三通閥Val_1 通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入HEX_1 和旁通管的流量來(lái)使得進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)水冷夾套的冷卻液保持目標(biāo)溫度為85 ℃。發(fā)電機(jī)和煙氣換熱器等其余高溫部分均由純水直接冷卻，這部分純水可能來(lái)自水箱底部低溫部分，或采暖、生活熱水回水，經(jīng)過(guò)定速泵Pump_1 推動(dòng)先進(jìn)入水冷發(fā)電機(jī)，再經(jīng)過(guò)HEX_1 與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液換熱，最后進(jìn)入尾氣換熱器HEX_2 回收尾氣余熱。Val_2 根據(jù)從HEX_2 流出的熱水溫度調(diào)節(jié)出水流量，使得出水溫度保持80 ℃。最終產(chǎn)出的熱水有三個(gè)去向，一是由Val_3 控制進(jìn)入HEX_3 加熱市政水生產(chǎn)生活熱水。二是由散熱器溫控閥調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)進(jìn)行采暖。三是進(jìn)入儲(chǔ)熱水箱。根據(jù)熱負(fù)荷和產(chǎn)熱量的變化，熱水可能從水箱上部流入或流出水箱，因此系統(tǒng)的水利工況可能隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化。

為了減小裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)出的噪音，戶用MCHP 裝置一般都會(huì)采用封閉式隔音外殼，由于隔音材料一般都是絕熱材料，因此裝置內(nèi)部熱量不容易傳出，封閉空氣的溫度很容易升高超出限值。上述方案采取內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣冷卻的方式使得進(jìn)氣先流經(jīng)高溫部件的表面帶走熱量再進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)燃燒，這樣箱體內(nèi)溫度可以控制在合理范圍內(nèi)。

1.3 其他部件的設(shè)計(jì)選型

發(fā)電機(jī)是MCHP 裝置的另一個(gè)重要部件，同類(lèi)產(chǎn)品中使用同步或異步發(fā)電機(jī)的都有。當(dāng)采用同步發(fā)電機(jī)時(shí)，需要配合雙向電力逆變器才能實(shí)現(xiàn)電力并網(wǎng)和發(fā)電機(jī)反拖內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)功能，其優(yōu)點(diǎn)是內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速比較靈活，不必局限于同步轉(zhuǎn)速附近，因此可以實(shí)現(xiàn)更高的熱效率，同時(shí)發(fā)電質(zhì)量較好、發(fā)電機(jī)效率高，缺點(diǎn)是成本較高。為了控制成本，本方案采用了一臺(tái)額定發(fā)電量4 kW 的雙極異步發(fā)電機(jī)，異步發(fā)電機(jī)可以直接并網(wǎng)并實(shí)現(xiàn)反拖啟動(dòng)功能，系統(tǒng)得到了簡(jiǎn)化，其主要缺點(diǎn)是發(fā)電效率較低（約為82%），同時(shí)整體效率容易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響。另一方面，無(wú)論是同步還是異步發(fā)電機(jī)，市場(chǎng)上都沒(méi)有如此小功率的水冷型號(hào)供應(yīng)，而定制開(kāi)發(fā)則成本較高，本文后續(xù)將討論使用普通風(fēng)冷發(fā)電機(jī)進(jìn)行替代的可能性。

除上述的部件和子系統(tǒng)外，其他部件均可以采用市面上已有的常規(guī)產(chǎn)品。

2 仿真模型的開(kāi)發(fā)

MCHP 裝置是一個(gè)涵蓋電力，熱力，機(jī)械和控制邏輯的復(fù)雜系統(tǒng)，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初期，為了減小開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、縮短開(kāi)發(fā)周期、減少試錯(cuò)的次數(shù)，選擇合適的方式建立系統(tǒng)仿真模型來(lái)輔助設(shè)計(jì)十分有必要。

2.1 現(xiàn)有的系統(tǒng)模型

已經(jīng)有不少研究建立了CHP 系統(tǒng)的仿真模型，根據(jù)模型的特點(diǎn)，大致可以分為三類(lèi)：

1）黑箱模型（Black Box）[7-8]。將MCHP 裝置作為一個(gè)供應(yīng)電力和熱能的單一部件看待，忽略內(nèi)部的狀態(tài)變化而只關(guān)注輸入與輸出。這類(lèi)模型一般為純參數(shù)化的模型，參數(shù)全部由試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸得到。

2）包含部分物理模型的CHP 模型[9-11]。模型內(nèi)一般包含換熱器、水泵、管路系統(tǒng)等部件的物理模型，而原動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)的效率，燃料消耗量，產(chǎn)熱量等關(guān)鍵參數(shù)則根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)回歸為簡(jiǎn)單的多項(xiàng)式。

3）全物理模型的CHP 模型[12-13]。這類(lèi)模型具備簡(jiǎn)單的原動(dòng)機(jī)物理建模，其它部件則盡可能采用簡(jiǎn)單的模型，以降低模型求解難度。由于內(nèi)燃機(jī)中的物理過(guò)程發(fā)展相當(dāng)迅速，模型的計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)往往在微秒級(jí)別，而建筑能耗模型的時(shí)間步長(zhǎng)往往是分鐘級(jí)別的，因此無(wú)法直接將二者集成在同一個(gè)模型中進(jìn)行仿真。

顯然，上述這些模型并不能滿足本課題的需求：黑箱模型直接忽略了大家所關(guān)注的裝置內(nèi)部狀態(tài)的變化，而且黑箱模型和部分物理模型都屬于非預(yù)測(cè)性模型，需要大量整機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的支撐，這在項(xiàng)目初期無(wú)法獲取。全物理模型則難以與建筑模型耦合并且不夠靈活，不便于工程應(yīng)用。

2.2 本文開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)模型

為了指導(dǎo)一臺(tái)全新的CHP 裝置的開(kāi)發(fā)，所需要的是一個(gè)預(yù)測(cè)性的、至少精細(xì)到零部件級(jí)別的并且具有足夠靈活性的動(dòng)態(tài)仿真模型。另一方面，CHP 作為服務(wù)于建筑的能源裝備，模型也必須要具備與建筑能耗模型進(jìn)行協(xié)同仿真的能力。

基于這些要求，以Dymola 仿真軟件為平臺(tái)，利用Buildings（建筑暖通系統(tǒng)模型庫(kù)）、Spot（電力系統(tǒng)庫(kù)）、NeuralNetwork（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)庫(kù)）三個(gè)免費(fèi)第三方庫(kù)和Modelica 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)建立了CHP 系統(tǒng)仿真模型，憑借Modelica 語(yǔ)言面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)，層級(jí)化建模和跨物理領(lǐng)域建模的能力，該工具可以靈活地描述各種熱、流體、電和機(jī)械過(guò)程，極大地方便了模型的建立。

整個(gè)MCHP 系統(tǒng)的頂層結(jié)構(gòu)如圖3 所示，由MCHP 裝置模塊（mCHP_unit）、生活熱水模塊（dHW）、采暖系統(tǒng)模塊（spaceHeating） 和儲(chǔ)熱水箱模塊（hotWaterTank）四部分構(gòu)成，每個(gè)模塊內(nèi)部又嵌套了若干層子模塊，例如在MCHP 模塊內(nèi)部，除了含有MCHP 裝置的流體和傳熱系統(tǒng)模型外，還包含了內(nèi)燃機(jī)-發(fā)電機(jī)子模塊，控制單元子模塊和箱體內(nèi)空氣傳熱子模塊三個(gè)子模塊，這些子模塊內(nèi)部還進(jìn)一步嵌套了子模塊。利用這種層級(jí)式的結(jié)構(gòu)，本模型實(shí)現(xiàn)了零部件級(jí)別的建模并且具有足夠的靈活性。

圖3 系統(tǒng)模型的頂層結(jié)構(gòu)及MCHP模塊的展開(kāi)

為了解決內(nèi)燃機(jī)與系統(tǒng)其他部分模型計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)不匹配的問(wèn)題，本文使用GT-SUITE 中建立的內(nèi)燃機(jī)物理模型生成了一個(gè)足夠大的數(shù)據(jù)集，并用其訓(xùn)練了5 個(gè)3 層前饋式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，這些模型以內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速，節(jié)氣門(mén)開(kāi)度，進(jìn)氣溫度和缸內(nèi)壁溫度為輸入值，分別輸出沼氣流量，排氣流量，排氣溫度，缸壁傳熱量和扭矩。圖4 展示了其中用于計(jì)算扭矩的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的輸出值的誤差情況，可以看到誤差值非常小，其他4 個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的誤差情況也與之類(lèi)似。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的計(jì)算速度很快并且穩(wěn)定性很高，因此使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型替代物理模型使得內(nèi)燃機(jī)模型具備了足夠的精確性、計(jì)算速度和魯棒性，內(nèi)燃機(jī)模型可以直接與系統(tǒng)其他部分進(jìn)行協(xié)同仿真。

圖4 內(nèi)燃機(jī)性能預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和物理模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比

為了評(píng)估使用MCHP 系統(tǒng)時(shí)所能取得的實(shí)際采暖效果，需要在系統(tǒng)模型中加入建筑熱響應(yīng)模型。如圖5 所示，由于Dymola 并沒(méi)有相應(yīng)功能的庫(kù)，因此通過(guò)FMI（Functional Mock-up Interface）技術(shù)將TRNSYS中建立的建筑熱響應(yīng)模型封裝為FMU 模塊作為一個(gè)子模型嵌入到Dymola 模型中，以此實(shí)現(xiàn)MCHP 和建筑模型的動(dòng)態(tài)互動(dòng)。

圖5 運(yùn)用FMI 技術(shù)實(shí)現(xiàn)TRNSYS 建筑模型與Dymola 模型的聯(lián)合仿真

3 仿真模型的應(yīng)用

借助上述仿真模型，可以對(duì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到的一些問(wèn)題進(jìn)行提前預(yù)測(cè)。在下文的測(cè)試中，建筑模型使用的天氣文件為2 月份的北京郊區(qū)，全天平均溫度約7 ℃，采暖區(qū)域一共五間房共90 m2，白天臥室的采暖目標(biāo)溫度15 ℃，夜間為10 ℃。

3.1 水系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)驗(yàn)證

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，水箱中存儲(chǔ)的熱量會(huì)按照需求和供給之間的差異自動(dòng)釋放或續(xù)存，水箱中水的流動(dòng)方向也因此會(huì)發(fā)生改變，為了驗(yàn)證這種設(shè)計(jì)的有效性，進(jìn)行了如下測(cè)試（圖6）：

圖6 采暖系統(tǒng)和水系統(tǒng)工作狀態(tài)

圖6A 中黑線代表MCHP 的啟停狀態(tài)，高值代表運(yùn)行，否則為停機(jī)。夜間MCHP 停機(jī)時(shí)，其產(chǎn)熱水流量為零，采暖所需熱水全部由水箱來(lái)提供，此時(shí)圖6B 中水箱流量為負(fù)（代表熱水流出），當(dāng)清晨房間目標(biāo)溫度提高時(shí)，熱負(fù)荷增大，水箱流量也隨之增大。隨后MCHP 啟動(dòng)，熱水需求由MCHP 產(chǎn)水和水箱儲(chǔ)水共同滿足，水箱流量減小，但仍然為流出狀態(tài)。隨著室外溫度的提升，采暖熱負(fù)荷逐漸減小，所需熱水完全由MCHP 提供，多余熱水進(jìn)入水箱，此時(shí)水箱流量變?yōu)檎怠D6B 中水箱流量曲線的向下尖峰是由于供應(yīng)生活熱水導(dǎo)致的。以上測(cè)試表明熱管理系統(tǒng)方案可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)，閥門(mén)和控制器的參數(shù)配置也較為合理，室內(nèi)溫度可以得到迅速有效調(diào)控。

3.2 MCHP 箱體內(nèi)的溫度控制方案驗(yàn)證

隔音箱體內(nèi)空氣溫度過(guò)高是MCHP 產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中普遍會(huì)遇到的問(wèn)題，過(guò)高的溫度（＞80 ℃）會(huì)使得電子元件可靠性下降，本模型通過(guò)建立箱體內(nèi)的傳熱網(wǎng)絡(luò)模擬了空氣溫度的變化。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，箱體內(nèi)溫度最有可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱的情況有兩種，一種是冬季高負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，另一種是夏季高溫天氣運(yùn)行。如圖7B 所示，當(dāng)不采用進(jìn)氣冷卻技術(shù)時(shí)，即使采用定制的水冷發(fā)電機(jī)，冬季運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)箱內(nèi)的最高溫度也高達(dá)90 ℃以上，因此不采用進(jìn)氣冷卻方案肯定行不通，同等情況下，當(dāng)采用進(jìn)氣冷卻方案時(shí)箱體內(nèi)溫度可以下降約20 ℃。在有進(jìn)氣冷卻的前提下，采用水冷發(fā)電機(jī)可以使夏季和冬季的箱體內(nèi)最高溫度維持在約80 ℃和70 ℃，均保持在安全范圍內(nèi)。當(dāng)使用風(fēng)冷發(fā)電機(jī)時(shí)，夏季滿負(fù)荷運(yùn)行最高溫度達(dá)105 ℃，若將發(fā)電功率降低至2.0 kW 則可使得最高溫度保持80 ℃左右（夏季熱負(fù)荷很小，低功率可以滿足需求），而冬季熱負(fù)荷較大必須保持滿負(fù)荷地運(yùn)行，此時(shí)箱體內(nèi)最高溫度達(dá)100 ℃，因此即使采用了進(jìn)氣冷卻，為了降低成本而使用風(fēng)冷發(fā)電機(jī)也行不通。

圖7 不同冷卻方案和外界條件下的箱體內(nèi)溫度情況

3.3 MCHP 的瞬態(tài)特性及控制方案的驗(yàn)證

在通常的CHP 模型中，瞬態(tài)特性往往被忽略或者通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到，這對(duì)于指導(dǎo)設(shè)備開(kāi)發(fā)并無(wú)助益。本模型可以進(jìn)行MCHP 瞬態(tài)運(yùn)行特性的仿真，因此可以在模型中調(diào)整各個(gè)控制器的類(lèi)型和參數(shù)以及控制方案，以使得其達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。

圖8 MCHP 冷啟動(dòng)過(guò)程

圖8 展示了MCHP 的冷啟動(dòng)過(guò)程，由于內(nèi)燃機(jī)熱慣性較大，因此發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液回路的三通閥(Val_1)使用了PID 控制器，防止超調(diào)過(guò)熱。熱水回路熱慣性相對(duì)較小，采用PI 控制器的流量控制閥(Val_2)即可實(shí)現(xiàn)良好的溫度控制，該控制器還需要設(shè)定一個(gè)下限開(kāi)度，防止冷啟動(dòng)時(shí)由于出水溫度低導(dǎo)致閥門(mén)完全關(guān)閉的錯(cuò)誤控制。

冬季夜間采用水箱儲(chǔ)水供熱時(shí)，內(nèi)燃機(jī)可能長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)，水系統(tǒng)有凍結(jié)風(fēng)險(xiǎn)。此時(shí)控制器會(huì)持續(xù)檢測(cè)水系統(tǒng)上各個(gè)溫度傳感器的溫度，當(dāng)最低檢測(cè)值低于4 ℃時(shí)進(jìn)入防凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)，此時(shí)會(huì)從水箱中抽出少量熱水用于提高水系統(tǒng)上各個(gè)部件的溫度，圖9 展示了防凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的水系統(tǒng)各部件內(nèi)水溫情況，可見(jiàn)這些部件水溫降低至4 ℃后就不再繼續(xù)降低，驗(yàn)證了該控制方案的有效性。

圖9 水系統(tǒng)防凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)

除了上述兩種瞬態(tài)過(guò)程外，內(nèi)燃機(jī)停機(jī)、變功率、生活熱水供應(yīng)、輔助空氣源熱泵運(yùn)行等瞬態(tài)過(guò)程均可以進(jìn)行驗(yàn)證。

4 結(jié)論

在農(nóng)村清潔供熱改造工程提出的新思路指導(dǎo)下，本文設(shè)計(jì)了一種用于供熱的沼氣戶用MCHP 裝置和系統(tǒng)方案，并在Dymola 平臺(tái)上建立了相應(yīng)的動(dòng)態(tài)仿真模型，并使用該模型驗(yàn)證了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性。通過(guò)本文的分析，可以得出以下結(jié)論：

1）本文所設(shè)計(jì)的MCHP 的內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)匹配良好，可以按照目標(biāo)功率穩(wěn)定運(yùn)行，也可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)反拖啟動(dòng)功能。

2）MCHP 的熱管理系統(tǒng)方案可以合理控制熱量的存儲(chǔ)和使用，閥門(mén)和水泵的選型基本合理，房間采暖情況良好。

3）為了控制密封箱體內(nèi)的溫度，使用進(jìn)氣冷卻是必要的，而在MCHP 裝置中使用風(fēng)冷發(fā)電機(jī)則是不可行的。

4）方案所使用的控制器可以迅速、平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)MCHP 冷啟動(dòng)，冬季的水系統(tǒng)防凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)控制方案是合理有效的。

5）除此以外，本文所建立的動(dòng)態(tài)仿真模型可以驗(yàn)證更多瞬態(tài)過(guò)程的控制合理性，也可以進(jìn)一步推廣用于其他類(lèi)似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)輔助。