分布式太阳能高温空气布雷顿循环系统运行可靠性高、无需耗水、结构简单灵活、发电和能量综合利用效率高,具有较大的发展潜力。结合低成本储热可进一步提高发电稳定性、提高系统利用效率,适合我国一些太阳能资源丰富但水资源和电力匮乏的偏远地区。本文研究了耦合储热的10 k W级太阳能高温空气布雷顿循环系统,开展了储热、回热和透平机械关键部件的研究以及系统准稳态建模、运行策略分析。开展以莫来石蜂窝陶瓷为储热介质的储热装置的设计和试验研究,建立其一维动态数学模型。通过耦合高温空气吸热器进行储放热试验,在进口最高空气温度810℃、最大进口空气压力125 k Pa、流量约0.077 kg/s、储热时长约6小时等条件下,热效率可达约79%,压损系数小于4.4%。模块温度、出口空气温度和出口压力计算值与试验值的相对均方根误差分别小于8.03%、5.96%、0.33%,储放热量计算相对误差小于10%。对系统中一次表面式逆流回热器开展换热试验研究,结果表明回热器回热度可达0.81,冷热侧压损系数分别小于2%、0.55%。建立回热器一维动态模型,冷热侧出口温度、出口压力计算值与试验值的相对均方根误差分别小于3.5%和0.5%,回热度相对误差小于5.5%。开展与系统运行参数匹配的向心透平（静叶+动叶）和离心压气机（叶轮+扩压器）结构设计和数值模拟,获得透平和压气机性能曲线。在设计工况下,透平的总对静绝热膨胀效率、压气机的总对总绝热压缩效率可分别达到83.9%和74.3%,其他参数如轴功率、膨胀比/压比、喘振裕度等均达到系统设计要求。建立耦合储热的太阳能高温空气布雷顿循环系统的稳态和准稳态模型,计算分析了恒转速（N=120 krpm）、恒透平排气温度（TET=620℃）和恒输出功率（Pe=12 k W）三种不同运行方法下的系统运行性能。恒N和恒TET运行时,系统最大输出功率和发电效率均分别约14 k W、12.5%;对于本文研究的系统,恒N运行相比于恒TET运行具有更简单、可靠的优势。系统耦合储热运行时,可通过控制储热流量和负载大小实现同时调节透平进口温度（TIT）和转速恒定,从而实现恒Pe运行。三种运行方法下系统均可实现放热运行3小时且平均发电功率大于5 k W。除延长发电时长外,耦合储热可减弱透平进口温度波动,可利用储热罐初始的储热量提前系统从冷态启动时的净发电时间。本文研究工作期望可为耦合储热的分布式太阳能高温空气布雷顿循环系统的设计、准稳态建模和运行方法提供有益参考。