课题组近几年来，主要开展了如下几个方向的研究：1. 天然气超低氮燃烧技术及燃烧稳定性分析在工业锅炉领域，对深度分级、烟气再循环、贫燃预混燃烧等低氮燃烧技术及超低氮燃烧技术带来的燃烧不稳定性问题进行了研究，从化学反应动力学、流体力学、传热学、声学等角度，对不同低氮燃烧技术的降氮机理以及燃烧不稳定机理进行研究。研究成果为工业锅炉超低氮燃烧设备的研发与设计提供指导。低氮燃烧技术的研究与应用，对于工业锅炉以及工业炉领域相关燃烧设备的开发与设计，降低燃烧过程氮氧化物排放具有重要意义。围绕天然气低氮燃烧及燃烧不稳定性，搭建了工业炉和工业锅炉低氮燃烧相关实验台架，从燃烧机理、技术应用、设备开发等方面开展了相关研究。对于工业炉高温空气燃烧，第一次提出了高温空气低燃气浓度燃烧的技术思想，具体研究了燃气热值和组分、烧嘴结构和运行参数、烧嘴布置和炉膛结构等对氮氧化物排放的影响。研究成果为研制高温空气烧嘴提供了理论依据和设计方法。部分研究成果已经应用于有关单位的工程项目中，取得了良好能源利用率和低氮氧化物排放效果。天然气的低氮燃烧技术及燃烧不稳定性问题涉及到化学反应动力学、流体力学、传热学和声学等多个交叉学科，研究工业炉和工业锅炉领域高效洁净燃烧技术，对于探究燃烧过程的氮氧化物生成机理以及热声耦合机理，解决低氮燃烧过程中的基础问题具有重要意义，对设计研制超低氮燃烧技术具有重要的指导价值。依托项目：国家自然科学基金：低热值燃气无焰燃烧过程中氮氧化物排放特性研究（50206014）工业锅炉天然气超低氮扩散燃烧不稳定性机理研究（51976140）上海市级项目及企业产学研项目：上海市青浦区科委—同济大学科技合作项目——高效低氮全预混燃烧器的关键技术研究上海凌云瑞升燃烧设备有限公司、青浦区科委产学研项目——100kW辐射管燃烧系统研发上海市自然科学基金项目——高温空气低燃气浓度燃烧技术的机理研究（No.04ZR14136）留学回国人员科研启动基金——高温空气燃烧过程中可吸入颗粒物抑制技术的研究上海市曙光计划项目——高温空气非稳定燃烧过程数值模拟及冷态实验研究（05SG23）上海市优秀青年教师后备人选计划项目——高温空气燃烧过程烟炱排放特性初步研究华成燃气有限公司——空燃比精确可调天然气燃烧控制系统关键模块的研发上海锅炉厂有限公司——燃用无烟煤超临界锅炉燃烧系统数值模拟研究上海宝钢工业检测公司——烧嘴CFD模拟和SO3抑制及低温腐蚀控制技术研究上海宝钢工业检测公司——硅钢加热炉高温段炉内温度场模拟试验上海宝山钢铁股份有限公司——加热炉蓄热式烧嘴的数值模拟以及冷态试验研究2. 微型燃气轮机高效低排放燃烧技术燃烧室作为微型燃气轮机核心部件之一，其主要功能是通过燃烧反应将化学能转化为热能，烟气中排放的污染物即来源于燃料的燃烧过程。微型燃气轮机的关键技术是通过合理的燃烧室结构设计和运行参数，实现燃气轮机在宽负荷内低排放运行。然而，国内尚无微型燃气轮机低排放燃烧室投入商用，而其宽负荷范围内的低排放燃烧技术更是空白。由同济大学朱彤教授领衔的高效清洁能源课题组经多年的产学研联合攻关，设计了具备完全自主知识产权的DAS 2.1型高效低排放燃烧室（100kWel）。该燃烧室在核心机设计运行状态下实现NOx及CO排放浓度均不高于25ppmv。同时在此基础上，提出助燃空气主动调节技术，在机组降低负荷时主动调节燃烧室主燃烧区空气流量，配合值班比调节技术，使DAS 2.1燃烧室在40~100kWel负荷范围内NOx排放浓度均不高于25ppmv，CO排放浓度均不高于40ppmv。该燃烧室燃烧效率高、污染物排放浓度低、负荷适应性好，综合性能已达到国内领先水平。相关研究成果为国内首款自主研发量产型微型燃气轮机的研制工作提供了重要技术支持。与常规燃烧设备相比，微型燃气轮机燃烧室内流场具备高温高速高压的特征。研究微型燃气轮机燃烧室高效低排放燃烧技术，对探究低当量比下湍流燃烧化学反应过程及其中氮氧化物生成机理变化，解决在复杂环境中实现污染物生成过程精准干预具备重要意义。高效低排放微型燃气轮机燃烧室的研究有利于低污染燃烧技术的推广和应用，其关键研究成果的应用有利于实现此类高端动力设备关键部件设计过程的自主可控，提高同类国产设备的市场竞争力。依托项目：上海市科委(科技创新行动计划)：微小型燃气轮机常压燃烧模化实验系统开发（20DZ1204902）上海市科委(科技创新行动计划)：兆瓦级燃气轮机燃烧室设计和低排放关键技术研究（18DZ1202003）上海市科委(科技创新行动计划)：微型燃气轮机低排放燃烧关键技术研究（15DZ1207202）上海泛智能源装备有限公司——100kW微燃机内燃烧过程数值模拟研究3. 综合智慧能源系统规划与运行优化技术综合智慧能源系统相较孤立能源系统具有整体布局规划、统一运行管理和促进可再生能源消纳等方面的优点，从能量管理与服务的角度出发、从供需两侧同时入手解决传统能源分供系统中的问题，进而从全局角度优化能源系统。综合能源系统利用信息流指导能量流和物质流的传递和转化，保障能源系统整体可靠性、安全性、高效性和经济性，是能源生产和消费领域最先进的发展方向，对推进能源革命具有重要意义。根据规模大小和研究对象可将综合能源系统分为跨区级、区域级和用户级能源系统，课题组围绕用户级的分布式能源系统和区域级综合能源系统的设计规划、运行调度和智能控制等方面开展了相关研究。课题组在该方向所获得的代表性成果如下所示。一、分布式能源系统课题组围绕分布式能源网络系统的热力学和动力学特性及其融合规律、供需高效匹配及能效提升机理、基于信息和能量协同的分布式能源网络系统智能化控制机制等科学问题展开研究。1. 储能环节：冰水蓄冷建模及运行控制策略研究对比单一水蓄冷系统提出组合蓄冷系统的组合形式，并对一种冰蓄冷和水蓄冷的组合蓄冷系统在总蓄冷体积受限情况下的经济可行性进行了对比分析研究；建立了组合蓄冷系统主机最小容量选取的数学模型和设计日运行费为最小的优化控制策略的数学模型。探讨了不同冰蓄冷体积比和水蓄冷率组合蓄冷系统相对于单一水蓄冷系统的经济可行性。并对组合蓄冷系统的经济可行性进行了探讨，提出了系统主机容量选取的数学模型和以运行费用为最小的优化控制策略数学模型。该部分成果已发表于《Applied Thermal Energy》。2. 储能环节：压缩空气储能系统变工况性能对系统运行影响研究对于压缩空气储能系统，搭建了完善的微型压缩空气储能系统试验台，通过实验研究分别研究了系统的压缩过程，储气过程与膨胀过程中各设备的运行参数和变工况性能对系统运行效率的影响。并通过综合各设备模型建立压缩空气储能的系统模型，进一步研究了多级压缩空气储能中设备级数变化对系统性能的影响。研究成果为建立压缩空气储能系统提供了理论依据与设计方法。部分研究成果发表于《Energy》。3. 储能环节：含压缩空气储能系统的综合能源网络系统稳定性研究在综合能源系统领域，对含有压缩空气储能系统的综合能源网络系统稳定性进行了研究。针对压缩空气储能在能源网络系统中削峰填谷的特性，第一次提出了双层同步优化策略对能源网络系统的设计与运行参数进行优化，从而对压缩空气储能的变工况特性对能源网络系统的性能与经济性的影响进行了研究。部分研究成果发表于《中国电机工程学报》，《Journal of Thermal Science》等期刊。4. 余热回收环节：ORC对分布式能源的网络系统能效提升机理研究现有分布式能源系统主要以冷热电联供为主，一般来说，夏季供冷，冬季供热，能源利用率较高；而在过渡季节，由于冷、热负荷几乎没有，若仅仅用于发电，则能源利用率较低。据此，提出了低品位余热发电系统与传统分布式能源系统的结合模式，申请了相关专利。本项研究为天然气分布式能源与可再生能源系统的网络融合提供关键技术。5. 分布式能源网络中蓄冷/热设备的能效提升机理研究针对能源网络四环节之一的储能环节，研究了含有储能系统的分布式能源系统。储能主要包括储冷/热或储电，储冷/热主要是指在用电低谷时用电制冷/热，并暂时将冷/热量存储在蓄能罐中，在需要时（如用电高峰）把冷/热量取出来进行利用的技术，由此可以实现对电网的削峰填谷，有利于降低装机容量或提高可再生能源渗透率，维持分布式能源网络的安全高效运行。通过建模仿真分析可知，相比传统供能系统，含蓄冷设备的分布式能源网络可以减小一次能源消耗、二氧化碳排放和运行费用。采用蓄冷设备可以大幅度提高系统能效。基于负荷需求比的不同，提出显著提升系统能效的储能环节设计方案。6. 多能源互补融合的分布式能源系统的经济性优化基于综合利用可再生能源、清洁能源等新型能源要求，提出符合园区能源利用发展要求的系统设计方案，使供能系统优先使用自然资源（风能、太阳能、浅层地热、水源热等），减少化石能源的消耗；通过“1拖N泛能站”技术和“泛能微网”技术高效集成燃气分布式供能系统、浅层地热/水源热利用系统、太阳能系统、储能系统等；提出集中式与分布式相结合、多能源互补、按终端用能数量和品位相匹配供应的分布式能源网络系统建模方法，在提高能源利用效率的同时提高能源系统的经济性。基于所建立的分布式能源经济性优化模型，该方法可以较为准确地求解多能源耦合系统运行状态参数。该部分成果已发表于《科学通报》。7. 可再生能源消纳能力提升研究及评价指标建立综合能源系统中衡量可再生能源消纳程度的评价指标，利用EnergyPLAN模型研究能量转换技术对提高能源微网系统可再生能源消纳能力的影响，为缓解“弃风、弃光现象”和达到相应风电消纳目标所需的能量转换装置设计规划提供依据和方案。该部分成果已发表EI检索论文。二、区域级能源系统分别开展了针对区域级综合能源系统的建设运行、利用储能装置提升综合能源系统可再生能源消纳能力的研究，获得如下代表性成果。1. 区域级多能互补系统的建设与运行提出基于EnergyPLAN平台的不同场景下区域能源系统仿真模型建设方法，并得到区域年一次能源消耗量、电力进口量、年度运行成本及CO2排放量等特征指标；根据过剩发电量（CEEP）分析系统达到不同可再生能源渗透率的可行性和相应可再生能源供能的最佳比例；并通过引入几种能确保电网电压和频率稳定性能力的灵活性技术，定量分析对比系统的过剩电产量所受影响。该部分成果对区域级多能互补系统的运行量化分析和设计规划提供指导，已发表于《Applied Energy》。2. 基于储能提升系统可再生能源消纳能力研究储能技术在协助可再生能源整合方面可以发挥作用。研究通过模型建立和场景构建等工作，针对储能装置的设计参数对系统可再生能源消纳能力的提升作用进行敏感性分析，提出在互补和独立两种可再生能源情景下通过储能系统提高可再生能源渗透率的技术方案。最后在能源情景中引入多种能量转换技术，如电热泵、压缩空气储能、车联网和电制气，结果显示通过热泵可以减少最多的过剩电产量和电力进口。该部分成果为区域综合能源系统中，以可再生能源消纳为目标建设储能装置和设计新能源供能比例提供指导，已发表于《Energy》。通过对能源网络的复杂网络理论和关键技术研究，分别为以分布式能源网络系统和区域能源系统为代表的综合能源系统的发展应用提供理论基础，在一些关键技术问题上取得突破。从储能环节和回收环节出发，解决能源系统低成本、高能效、高价值、安全稳定、优化运行的关键技术问题，为综合能源系统的应用提供设计规划和运行优化的理论保障。并通过示范工程的验证及应用，为分布式能源网络系统规模化推广提供示范。 创新点：构建了分布式能源的网络系统的综合评价理论体系和指标体系，将分布式能源的网络系统作为一个整体，从经济性、系统效率和可靠性等多方面进行综合评价，为今后的分布式能源的网络系统从规划、设计、建设到运维提供有效的技术支撑。针对分布式能源网络系统中的储热环节和回收环节，采用理论分析、模拟仿真和实验测试相结合的方法，重点研究蓄冷系统和ORC系统的运行性能、动态建模及设计优化，建立组合蓄冷系统主机最小容量选取的数学模型和设计日运行费用最小的优化控制模型，讨论ORC系统不同工质种类和工质充注量及不同控制策略对运行特性的影响。建立了区域级综合能源系统模型并提出相关评价指标，研究不同可再生能源供能比例对系统经济性、环保性和节能性的影响，针对储能装置提升可再生能源消纳能力的途径和程度进行量化分析，为综合能源系统中可再生能源的耦合及储能系统的设计规划提供理论和技术的支持。依托项目：国家重点基础研究发展计划（973课题）——天然气与可再生能源的融合以及复杂能源网络系统的稳定性研究（2014CB249201）国家科技支撑计划子课题——多种可再生能源耦合供能关键技术研究与集成示范（2014BAJ01B06）国家重点研发计划重点专项“高耗能特种设备能效检测与评价关键技术研究”——典型工业蒸汽系统能效评价关键技术研究（2017YFF0209805）