太阳能驱动的分布式多联供示范系统的建立及其仿真机制是智能电网技术推广和实施的关键。天津大学赵力教授课题组对集成供冷和供热系统的kW级有机朗肯循环（ORC）发电系统进行了初步测试。结果显示所研发系统在R工质及采用膨胀阀的情况下，可维持10%的热发电效率。并以实际应用中的最优系统为目标，提出了一种包括长时、中时和短时仿真的多时间尺度仿真机制，所对应的时间步长分别为年、小时和秒。通过六甲基二硅氧烷工质下模型指导的最优串联系统对此机制进行了说明。在长时仿真下，获得了高性能比（67.61%）、低成本（$0.12）以及占地面积小（.2m2）的最优系统。在中时仿真下，确定了相应的系统额定运行参数，并得到了可接受的供需匹配特性，系统投资回收期为7.41年。此外，在典型晴朗和多云天气下进行了系统动态特性的分析，并比较了其运行状态。短时仿真显示，在晴朗天气下，系统可在s内维持稳定热效率9.6%，但实际安全运行状态仅持续s。尽管多云天气下的峰值辐射高于晴朗天气，但是系统性能由于辐射波动而大幅衰减。
1.研究意义
随着智能电网概念的提出，生态工业园区[3]以及智能建筑[4]日益增多。对于此类建筑，负荷侧具有冷、热、电甚至淡水等多样化能源产品需求，因此，多联供系统受到广泛
根据示范系统所在地m2的建筑负荷，采用当地气象数据通过中时仿真研究了最优系统的能量输出。在以小时为时间步长的仿真模型下，全年冷热电输出分别为.4MWh，MWh，.7MWh；负荷则为.6MWh，.9MWh，.1MWh（通过TRNSYS仿真得到负荷结果），供需比分别为79.9%，95.9%，53.3%。但是从月时间尺度，负荷匹配特性变差（图8(a)），主要原因在于太阳辐射的波动性及负荷需求的随机性。图9显示了小时时间步长下系统在供冷典型日和供热典型日下的负荷匹配特性。结果显示两个典型日下，由优化系统满足的冷热负荷的覆盖因子可接近1，但是电负荷由于辐射波动以及时空不匹配难以获得满意的负荷匹配特性。本质上，此结果代表系统能量输出的最大潜力。如图8(b)所示，以小时为时间步长的仿真过程中假设油和工质泵的转速随辐射波动实时调节，从而实现了44.7%的系统热经济效率。此外，集成系统的性能比和ORC热效率分别维持67.61%和9.7%。系统运行策略5月15-9月15为CCP模型，其他时段为CHP模式，与负荷需求相匹配。但是，中时仿真结果不能揭示辐射波动下系统的动态响应特性。
图8中时仿真能量输出及系统调节：(a)供需平衡；(b)变太阳辐射下质量流量调节
图9小时时间尺度下载荷特性：(a)供冷季典型日；(b)供热季典型日
为仿真实际串联系统在太阳辐射波动下可能出现的连锁反应，通过可得的典型晴朗天气和多云天气下的实时太阳辐射进行了短时仿真，时间步长为秒。假设系统初始状态为设计的额定状态，由表2可看出动态仿真结果与长时时间尺度下各状态点间误差小于1.5%。但是，系统预期性能误差较大，其中PTC集热效率和系统性能比误差分别为30.7%和29.34%，原因在于PTC动态模型中考虑的误差因素全面，集热面积增大以达到系统各状态点的设计值。
图10显示典型晴天条件下，峰值辐射W/m2出现在t=s，而峰值来油温度.4℃在延迟4s后出现，回油温度峰值与来油温度同步达到。油温变化趋势与辐射变化趋势一致（图10(a)）。蒸发和冷凝温度、以及冷却水出口温度变化趋势与油温一致，最大偏离设计值分别为95.9℃，18℃和12.7℃（图10(b)）。因此，导致系统发电输出和余热波动，范围分别为31.1~.0kW，.4~.0kW（图10(c)）。ORC热效率在辐射.4~.1W/m2(s~s)区间可稳定在9.6%，认为是系统稳定运行状态区间。但是，安全运行状态区间（即蒸发器出口干度大于1的状态），仅维持在s~s（图10(d)）。
图11显示典型多云天条件下，峰值辐射可达W/m2，峰值导热油与峰值辐射间时延缩至s，温度℃，反而低于晴天峰值辐射W/m2对应的温度（图11(a)）。太阳能热驱动的多联供系统在无控制情况下，本身具有抵抗辐射波动、加强系统稳定性的热惯性，使供能输出更平滑（图11(b)）。最大发电功率输出.5kW，余热量.24kW(低于晴天条件最大值)（图11(c)）。最大ORC热效率9.5%出现在最大辐射值处，但蒸发器出口干度小于1。系统运行不安全（图11(d)）。
图10：典型晴天条件下系统短时仿真结果
图11：典型多云条件下系统短时仿真结果
5.结论
基于示范系统中ORC子系统的初步试验结果，本文提出基于MM的串联优化配置。建立全时仿真机制，界定长/中/短时仿真的时间步长分别为年、日和秒。
（1）初步测试结果显示，对于kW级ORC示范系统，在R工质和膨胀阀的应用下，实现了10%的热效率；并在Rfa和螺杆膨胀机的机组下，实现了热效率5.6~6.9%，膨胀机输出功约56.5kW，等熵效率55.4%~70.9%的性能。
（2）以能效提升为目标的长时仿真实现了系统最优运行决策的确定。相应的性能比、系统规模和初投资分别为67.61%，.2m2，和$0.12百万，热电比10.3。
（3）通过中时仿真，评估了系统最大全年冷热电输出为.4MWh，.0MWh和.7MWh，全年热经济效率44.7%，可满足79.9%，95.9，和53.3%的冷热电负荷。
（4）通过短时仿真研究了系统动态特性。在一个峰值辐射W/m2的典型晴天内，最优输出功和余热在延时后达到.2kW和.0kW，相应的稳定热效率为9.6%，持续时间-s，但蒸发器出口干度1的安全区间仅维持在~s。而对于峰值辐射W/m2的典型多云天，最大输入功率和余热仅.5kW和.24kW。系统性能衰减并偏离安全运行区间。
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