随着能源消耗量的增加和传统能源供应速度的下降,化石资源与能源需求之间的矛盾持续加剧。同时,由化石燃料燃烧引起的全球变暖问题正在变得越来越严重。为减少化石燃料的消耗并同时缓解环境压力,解决方案之一是过渡到清洁、可靠、低碳、可再生能的能源系统。风能和太阳能是典型的清洁能源。得益于地理位置与地形地貌的优势,我国的风能与太阳能储量丰富,近年来我国风力发电和太阳能发电发展迅速。风电、光电的装机量近年来快速增长而电力消纳不足,导致弃风弃光率居高不下。能源本地化运用被认为是一个有效的解决途径。然而风能与光能的随机性和波动性阻碍了其大规模工业应用。本文首先分析了风能光能的基础波动特性。通过MERRA-2数据库和NOAA数据库获取我国多维度风能和光辐射大数据。利用频谱分析的方法将功率数据看作离散化数字信号,利用改进的离散型快速傅里叶变换模型获得风电与光电的频谱图。根据频谱图分析得出光能、风能各具有日尺度和年尺度的周期波动特性。通过建立滤波器模型将发电功率随机波动过滤,并以此为基础建立了风电与光电周期波动的基波模型和核心波动模型。从机理层面获得其周期波动特性,为两者的耦合互补分析提供了理论基础。通过我国风能与太阳能储量的可视化处理,分析了我国风能与光能的区域分布差异和地理匹配性,选取储量较丰富的西北四省作为风能光能互补特性研究对象。提出了相位差分析方法用于论证风能与光能的互补特性。确认了四个典型能源城市的风能光能具有部分互补效果,并进一步分析了西北四省的风光能相位差的区域分布差异。最后通过频谱分析与波动率分析佐证了风光能耦合互补对供电稳定性的提升作用,论证了相位差分析方法的科学性。通过全方位的风光能互补分析,为风-光互补电解水制氢系统的建立提供了理论支撑。在理论分析的基础上,本文提出了一个风-光耦合大规模稳定性制氢过程（WPCt H）。建立了各单元模型,分析了储能设备对波动的抑制特性。为提高制氢经济性能进一步探究引入稳定价廉的煤电消除供电间歇性降低失负荷现象,并建立了系统容量合理配置模型。系统选取9%作为合理煤电比例,降低所需蓄电池投资的同时兼顾系统环境性能。该集成系统年制氢规模可达万吨级,供氢流量波动率小于10%。通过建立制氢系统的技术经济及全生命周期碳排放评价模型,评价了制氢系统分别在四个案例城市的经济性能与环境性能。结果显示制氢的CO2排放强度为1.4～1.7 kg CO2e/kg H2,远低于煤制氢的20.9～27.5 kg CO2e/kg H2。制氢成本为19.76～21.32 CNY/kg H2,略高于带碳捕集的煤制氢成本。本文进一步提出了一种集成WPCtH系统的煤制乙二醇工艺（WPCt EG）。利用风光煤耦合制氢系统为煤制乙二醇（Ct EG）过程的DMO加氢工段提供高纯度氢气。通过过程分析与集成,建立了系统集成与容量合理配置框架,模拟了系统中的关键单元并建立数据交互模块实现制氢和煤制乙二醇过程数据交互,并进而确定了系统的关键参数:乙二醇合成过程的合理H2/CO比范围为1.95～2.05,最佳氢煤质量比为0.069。新系统最终可以提供68.68 t/h乙二醇产品,在相同进煤量的情况下WPCt EG系统的乙二醇产量比Ct EG过程提高了34.70 t/h。WPCt EG过程的碳元素利用率比Ct EG提高了20.9%,碳排放强度为0.93 t CO2e/t-EG远低于Ct EG的2.58 t CO2e/t-EG,（火用）效率提高了7.6%。与煤基过程相比,新系统的总生产成本从4750 CNY/t-EG降低到4589 CNY/t-EG,内部收益率为15.36%,高于Ct EG过程的13.05%。新过程大大提高了碳元素利用率,降低了温室气体的排放,并提高了系统的经济性能,突破了风-光能互补耦合的技术瓶颈,为可再生能源的本地化利用提供理论指导。