能源是人类赖以生存和社会发展进步的重要物质基础,然而随着近年全球社会经济发展,能源需求的迅速增长与温室气体排放等环境问题之间的矛盾日益突出。当前,各国已形成积极推广综合能源利用技术的共识,纷纷将能源发展的目光投掷到可以实现多能高效协同运行的综合能源系统上来。我国是当今世界能源消费第一大国,且煤炭消费长期占据能源消费结构的主导地位,因而我国能源需求增长与环境问题间的矛盾更为突出。随着“十三五”规划的推进,国家对能源工作也提出了更加注重提高能源利用效率,大力促进能源综合利用要求。然而,综合能源系统中多种能源紧密耦合,能源供应与负荷紧密耦合且具有双向不确定性,现阶段关于如何理解、量化从而进一步优化其多种能流的融合与互动的问题仍未较好地解决。当前,把握综合能源系统实现能源梯级利用以提高能源综合利用效率的机理,对我国综合能源系统实现高效协同优化运行具有重要意义。对此,本文在研究分析综合能源系统优化运行相关研究的基础上,建立了考虑能源梯级利用的用户级综合能源系统高效协同运行优化模型,模型重点将系统内的热能品位进行了精细化区分和匹配利用,以实现系统多能协同及高效运行。首先从用户的多能需求入手,建立区分热能品位的用户综合能源系统多能流梯级利用结构;其次针对综合能源系统中各能源生产设备和转换设备进行建模,重点是分布式天然气系统的精细化热能梯级利用模型;在此基础上建立考虑生产设备运行约束、系统平衡约束等约束条件、以能源综合利用率为目标的系统多能高效协同运行优化模型。最后以不同场景的工业园区为例应用所建立的优化模型进行算例分析,测算可得在考虑能源梯级利用的优化模型在提高系统能源利用效率的同时,也可获得更好的经济效益,为我国综合能源系统的高效经济运行提供了优化方案。