近年来,随着化石燃料的枯竭和环境污染问题的频发,人们对于绿色环保且储量丰富的能源资源需求迫切,基于生物质、太阳能等可再生资源的分布式能源系统正逐步受到关注。本研究基于陕西关中地区的气候和能源资源特征,设计了一种由太阳能子系统和生物质子系统构成的耦合供热系统,用于为系统自身和附近的建筑物提供热能,每天生产的过量能源用于向社区提供生活热水、炊事燃料或销往市场。除了基于热力学分析的技术性能评估以外,本研究采用生命周期评价(LCA)从不同的生命周期阶段出发研究了系统的环境表现。由于技术经济状况一直以来都是直接决定项目可行性的关键因素,因此本研究对所构建的供热系统展开了详细的能量与质量平衡分析、经济假设与计算以及敏感性分析,通过所建立的模型对系统的经济可行性进行了分析。为了能够同时反映系统的综合表现,本研究还开展了能值评估,以进一步验证本系统的可持续性状况。主要研究内容和结果如下:(1)利用TRNSYS软件对系统进行了全年动态模拟,构建了系统的完整瞬态热力学模型。在典型日,外界环境的平均温度为-5.1oC,平均太阳辐射强度为313.7 W/m~2,而每日照射时间为9.8 h,在整个供热过程中,太阳能集热器的平均集热效率为34.6%。从能量的供应特点来看,生物质子系统整天都在运行,而太阳能子系统主要起辅助作用。当太阳辐射强度从零开始增加时,集热器的集热效率相对较低,沼气锅炉的效率也降低,同时,系统输出的炊事用能将随着太阳能热水的增多而逐渐增加,因此系统的性能系数(COP)在8:00之后上升。14:00之后,由于太阳能占比下降,COP开始下降。COP较低的主要原因是部分热量输出将用于维持厌氧反应器的稳定运行。当太阳能子系统不能满足厌氧反应器的热量需求时,所产生的沼气将被消耗掉,这将导致可用于外部使用的沼气量以及COP的降低。冬季的热需求和能耗大于其他季节,系统耗热量先降后升,因此PES值先升后降,最高值和最低值分别出现在第202天与第12天。整体上系统表现出了较好的技术性能,通过对比还可发现其具有良好的一次能源节约率与温室气体减排能力,对于太阳能、生物质资源丰富且适合实施分布式能源系统的偏远地区尤为适用。(2)采用LCA对系统进行了环境影响评价,发现建设阶段及拆卸回收阶段对整个生命周期环境影响的贡献很小,系统运行阶段的环境影响最显著。集热器的玻璃反射器和支架所产生的影响值不到各环境指标的20%,比如仅占全球变暖潜势(GWP)的8.14%。因此,发现太阳能子系统的主要排放来源不是集热器上的反射器,而是地面和反射器之间的固定桩。外部能源消耗对系统初级能源消耗(PED)的贡献为13.26MJ,其中60.55%是由于使用了外部电力,而32.95%是由于运输消耗的柴油。最终产品的回收利用可以帮助减少温室气体排放,并降低一次能源消耗、酸化和富营养化的影响潜力。LCA同样表明在中国西北地区,太阳能子系统在施工阶段贡献了最多的环境排放,其在耦合系统中的占比不是越高越好,因此过分追求高太阳能比重会相应地导致更严重的环境问题。(3)系统的最终净现值为$56473,回收期为6.16年,投资回报率为63.45%,内部收益率为21.18%。系统的整体经济效益较为可观,本系统的回收期相比其他同类型生物能源系统略长,这可能是由于太阳能的成本相对较高,且营利性相比生物质子系统并不明显。人力成本是年运行成本的最主要来源,约占总成本的48%,其次是与设施相关的成本,占据了总成本的42%。此外,根据运行成本与净能源生产总量,计算出本系统生产能源的单位成本为$0.049/k Wh。根据敏感性分析,发现劳动力、厌氧反应器等的价格是对系统经济表现最为敏感的影响因素,合理调控人力资源成本、加强资源循环利用及回收力度、进一步提升产品的品质将有效降低系统成本。(4)采用能值分析方法对系统的综合可持续性进行评估,可以挖掘系统进一步提高能源生产效率、平衡生态和经济发展的关键因素。系统的ELR小于3,说明其对环境造成的压力比较小。同时ESI>5,直接说明系统具有良好的综合可持续性。对于EYR,当前系统比独立沼气系统低,说明太阳能的加入并没有带来显著的能值输出,与其他系统相比生产力尚可,但需要进一步优化提升,比如采用更适宜的集热材料以减少太阳辐射变化对系统稳定性的影响。与普通的太阳能集中发电系统相比,本系统的能值转换率更高,说明系统需要输入更多资源才能生产等量能源。此外,本研究对比了其他能源系统,证明了该系统具有良好的综合可持续性,值得进一步研究与推广应用。本研究构建了一种分布式生光耦合供热系统并对其开展了综合评估,发现该系统具备稳定高效运行的技术性能及良好的可持续发展潜力,但在外部能源消耗、所涉原材料、劳动力与设备成本控制等方面具有一定的优化空间,有助于深入理解该系统与经济、环境与社会系统的内在联系,对完善可再生能源系统综合评估方法学和推动能源产业可持续发展方面具有参考价值。