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气候变化是当今全球人类生存发展共同面临的一项重大挑战。碳捕集、利用与封存技术（CO2 Capture,Utilization and Storage,CCUS）是目前唯一能够实现化石能源大规模低碳化利用的减排技术。为实现全球2℃温控目标,兑现“碳达峰”、“碳中和”承诺,大规模部署CCUS势在必行。CCUS是一个复杂且特殊的工业系统,CO2排放源与封存汇往往不在同一区域,且CCUS项目建设投资成本较高,建成后不易再随意改造,合理部署CCUS项目需要提前对中国CCUS实施最优规划与布局,而这需要解决中国CCUS项目源汇匹配问题。源汇匹配的优化结果对未来大规模部署CCUS项目十分重要。因此,本论文围绕中国CCUS项目源汇匹配方法及其应用的论题,综合运用运筹学、技术经济学、地理学、信息扩散理论与文献计量等多种理论与方法,从CCUS项目源汇匹配封存场地选址、不同约束条件下CCUS项目源汇匹配优化布局、以及CCUS项目源汇匹配管网优化展开了系统建模分析,主要研究工作及创新点体现在以下五个方面:（1）中国CO2封存场地环境及封存潜力评估在基础数据层面,对中国陆上CO2封存潜力与封存场地适宜性进行了评估。特别是对陆上油藏,依据其地质、油田与油质特点进行了适宜性筛选,将中国油田分为了CO2混相驱与非混相驱两类,分别进行了评估与分析。并在县级层面对封存场地社会与环境适宜性进行了筛选,建立了中国陆上CO2封存碳汇数据库。结果显示:在全国4386个候选油藏中,通过筛选的油藏共计2570个。其中,1556个油藏适宜实施CO2混相驱,1014个油藏适宜实施CO2非混相驱,油藏CO2总封存潜力约34亿吨。此外,中国陆上沉积盆地涵盖839个县区,其中,318个县区为禁止实施CO2封存区域,即为I级环境风险区域;286个县区为II级环境风险区;较适宜与适宜区域包含县区分别为217与19个,这两个区域约占总陆上封存面积的45%。该工作可以为CCUS源汇匹配提供数据支持,为CO2封存场地选址提供参考与借鉴。（2）2℃温控目标下CCUS项目源汇匹配方法及其应用研究在宏观布局层面,通过对适宜CCUS的燃煤电厂进行筛选评估,规划了电力行业为实现2℃减排目标所需要实施CCUS改造的燃煤电厂数量与装机规模,分析了其对应的经济性,建立了中国燃煤电厂CO2排放碳源数据库。研究发现:为实现2℃温控目标,165座燃煤电厂需要CCUS改造,总装机容量约为175 GW。CO2管道平均运输距离约为115公里。东北、华北、华东、西北与华南地区CO2捕集量分别占10.79%（18.8亿吨）,31.29%（54.5亿吨）,35.26%（6.14亿吨）,22.39%（3.90亿吨）和0.27%（0.47亿吨）。所捕集的CO2约90%封存在松辽、渤海湾和苏北3个盆地中。总减排成本约为1.212万亿美元,单位减排成本为69美元/吨CO2,CO2强化采油技术（CO2-EOR）所增产原油的收入为3770亿美元。该工作有助于对早期可实施CCUS的燃煤电厂进行筛选,可为中国燃煤电厂大规模实施CCUS的选址提供依据。（3）水资源约束下CCUS项目源汇匹配方法与应用研究在CO2捕集层面,通过对水资源约束下中国CCUS项目源汇匹配布局的研究,分析了中国城市电力取水与耗水压力指数,以及水资源对CCUS项目源汇匹配布局与减排成本的影响,建立了中国主要城市CCUS项目源汇匹配水资源数据库。结果显示:在城市总电力取水与耗水最低时,相比成本最低,中国CCUS项目将出现整体南移的情况,总部署CCUS电厂由392座降至359座,涉及城市数由193降至165座,CCUS项目部署将更加密集,同时,不同捕集规模下,总成本也将显著提高。此外,利用CO2强化深部咸水开采（CO2-EWR）技术所新增水量只能弥补部分城市因部署CCUS而增加的耗水量,具有一定缓解城市用水压力的作用,但不能从根本上弥补城市电力部门增加的水资源消耗量。该工作可以为缓解我国水安全与碳减排之间矛盾提供理论支持。（4）地震风险约束下CCUS项目源汇匹配方法及其应用研究在CO2封存层面,利用地震动峰值加速度值与地震风险量化相结合的方法,将CO2封存阶段抗震设防成本进行量化,并将地震所引发的CO2泄漏成本因子运用在CCUS项目源汇匹配模型规划中,得到在地震风险约束下,中国CCUS项目源汇匹配的最优规划与成本变化曲线。结果显示:在考虑地震风险成本约束下,CO2封存量由1亿吨增加至260亿吨时,全流程CCUS项目总成本增幅在4.7%～19.1%之间。其中,仅考虑抗震设防与CO2直接泄漏成本时,总成本增幅在4.7%～6.1%,而考虑CO2间接泄漏时,总成本将增加7.2%～19.1%（按2019年不变价计算）。在地震风险与2℃温控目标约束下,运输与封存成本占比将由原来22%增加至28%～40%之间。单位CO2运输与封存成本将提高5.3%～75.7%。伴随着地震风险的约束,可以用于封存的城市逐渐变少。随着地震风险的增加,CCUS项目逐渐在地震风险较低封存汇聚集,同时将大幅度增加运输距离与运输成本。该工作为中国实施CCUS布局与CO2地质封存防震设防提供了量化理论依据。（5）CCUS项目源汇匹配管网优化方法及其应用研究在CO2运输层面,通过构建不同减排规模下CO2运输管网模型,为CO2管网建设提供一套成本最优方案,并利用京津冀的碳源与碳汇数据库进行了案例分析。案例结果显示:在捕集量分别为2500、5000与7500万吨时,运输管道直径主要依靠6英寸与12英寸的管道,管道直径以6英寸为主,占比在60%～65%之间。平均运输距离79公里。随着累计捕集量的增大,单位距离运输量由9万吨/公里增加到11万吨/公里。通过京津冀管网规模案例分析,验证了CO2运输管网模型的正确性,为CO2管网尽早在中国建设实施提供了理论支撑。