随着我国供能侧结构性改革不断深入,工业生产过程中的自备电厂、燃煤锅炉升级改造或技术更新已成为我国节能减排的重要方向。超临界水煤气化分布式供能技术是实现煤炭高效、清洁和低碳利用极具潜力的技术之一。本学位论文研究煤基分布式供能系统的若干关键问题,主要包括煤化学能与物理能综合梯级利用机理、基于超临界水气化的煤基分布式热电联产系统集成和动力装置低温余热利用系统集成及实验研究等三个方面。在研究分析不同煤气化方法的基础上,提出了动力余热驱动的煤气化方法的新方法。新方法将超临界水煤气化过程与合成气的利用过程耦合起来,利用燃气轮机高温排烟余热为气化过程提供热量。新方法充分发挥了超临界水气化过程中气化温度低、合成气清洁易于直接利用的优势,同时借助气化过程与动力循环耦合实现煤化学能与物理能的综合梯级利用。基于能量品位的概念,深入研究了超临界水煤气化过程中燃料能量转化和利用规律,建立了超临界水煤气化过程中煤的化学（?）、气化反应热的热量（?）、超临界水的焓（?）与合成气化学（?）之间的品位关系式,揭示了超临界水煤气化过程中煤的化学能转换机理。并对合成气利用过程进行了分析,探索了超临界水煤气化发电系统的性能提升机理。在动力余热驱动的煤气化方法基础上,提出了基于超临界水煤气化的煤基分布式热电联供系统。该系统将超临界水煤气化产生的合成气作为燃气轮机的燃料,燃机排烟的高温热量为气化过程提供反应热,中低温热量则用于生产工艺蒸汽,从而实现了煤的化学能与物理能综合梯级利用。该系统的低位发热量净发电效率高达49.95%,综合能源利用率达89.61%。为实现烟气二氧化碳低能耗分离,提出了改进型煤基分布式热电联产系统,该系统使用纯氧作为氧化剂、二氧化碳作为冷却介质。模拟分析结果表明,该系统在实现二氧化碳全分离的条件下,系统低位发热量净发电效率高达44.65%,系统综合能源利用率达83.13%。本文的研究工作为煤的高效清洁低碳利用提供了新的技术方案。在实现煤化学能与物理能综合梯级利用的基础上,提出使用复合热泵回收煤基分布式能源系统中的低温余热制取工艺蒸汽的方法,进而提高热电联产系统中蒸汽的产出比例,使系统更加符合工业过程用能需求。针对气化炉集中布置和分散布置的两种情景,集成了两种耦合复合热泵的煤基分布式热电联产系统,并对系统热力性能进行了详细的分析。此外,在集中气化煤、合成气分散利用情景下,对复合热泵耦合煤基分布式供能系统的经济性能进行了全面的分析,为煤基分布式供能系统的应用提供理论支撑。最后,本文搭建了回收低温显热余热制取工艺蒸汽的热泵实验平台,热泵回收80-150℃的低温烟气余热,制取0.3-0.5 MPa的饱和工艺蒸汽。通过实验测试,回收低温余热生产出154℃的工艺蒸汽,制热功率达到70.15 kW,余热制热性能系数达到0.31,电制热性能系数为5.29。通过长达400多小时的实验验证了低温显热余热回收制取工艺蒸汽技术路线的可行性,为低温显热余热利用提供了技术方案。