随着分布式能源技术的快速发展以及用户对综合能源服务需求的日益提升,综合能源系统凭借其高能效、低成本、环境友好、灵活可靠等特点,成为能源梯级利用的一种必然方式。综合能源系统利用各类传统能源技术及可再生能源技术实现电、热、冷等多种能源形态之间的协同转化,其目的是最大限度地满足终端用户的各种用能需求。由于产能侧的可再生能源出力及用能侧的负荷需求均存在较强的波动性,系统呈现出复杂的动态随机特性与不确定性,其设计、运行及优化存在一系列挑战。此外,有必要综合考虑碳捕集技术及可再生能源的渗透对改善系统规划运行及排放特性的影响,深入分析综合能源系统的低碳发展模式,探索其规划、运行、市场交易等关键环节的新内涵。综合能源系统的经济、低碳、高效运行依赖于系统级的优化设计和运行管理,研究系统耦合与能源转换过程中的碳排放转移,从低碳角度挖掘综合能源系统的优化运行潜力具有重要意义。有鉴于此,本论文针对综合能源系统进行经济、环境、能效等综合性能分析与优化,重点研究二氧化碳捕集技术对系统综合性能的影响。同时,考虑负荷、分布式产能与储能装置之间的时序互补特性,结合碳捕集技术与相关碳政策敏感性开展系统优化,研究不同情景下系统的最优技术组合、装机容量及运行策略,为综合能源系统的优化设计与低碳运行提供理论依据和决策支持。论文各章节内容如下:第一章概述我国碳减排政策与减排相关技术现状,并对提高能效、降低碳排的综合能源系统与碳捕集技术及其集成优化进行综述。第二章基于数学规划与优化建模方法,结合相关设备的能量平衡、投资运行成本及碳排放特性等关键参数及变量约束,以系统投资运行总成本最低为优化目标,建立考虑二氧化碳捕集技术的综合能源系统优化模型,并定义系统的相关评价指标。第三章分别对以燃煤或燃气为原动机主要燃料的综合能源系统进行情景与案例分析,围绕系统对碳减排政策的敏感性开展对比性研究,对燃烧后捕集技术和富氧燃烧技术两种碳捕集技术进行评估决策,通过求解优化模型得出综合能源系统的最优技术组合、装机容量及运行策略。第四章对富氧燃烧技术的改良形式Allam循环进行重点分析,基于过程模拟对Allam循环进行流程建模,并结合性能仿真对集成Allam循环的综合能源系统进行优化,开展碳税价格约束下系统关键参数的敏感性分析。第五章对本论文研究主要结论进行总结,并提出下一步研究展望。