随着传统化石燃料所造成的能源枯竭和温室效应等问题日益加剧,世界各国都在积极探索新的能源利用方式。其中,综合能源系统是实现碳中和的重要途径,具有广阔发展前景。然而由于风电、光伏等新能源具有发电不稳定、出力波动大、供应不持续等特点,大量综合能源系统目前仍采用天然气为主要能量来源。但天然气燃烧还产生大量CO2,如何使其经济、环保地运行,已成为重点研究内容。随着近年来碳捕集技术和压缩气体储能技术日益发达,压缩CO2储能技术逐渐成为解决上述问题的关键方案。压缩CO2储能技术不仅可将天然气燃烧产生的CO2回收利用,还可实现系统负荷供应过程中的削峰填谷、平抑波动、需求响应等动态调控过程,是最具发展前景的储能技术之一。本文针对耦合压缩CO2储能系统的综合能源系统主要展开了以下几方面的工作:（1）使用Energy Hub方法建立了传统综合能源系统模型,用以描述系统内设备及能量的耦合关系。并基于工作原理的不同,对系统内主要能量转换设备建立了详细的数学模型,用以描述能量转换过程。（2）针对传统综合能源系统,将系统数学模型和非支配排序遗传算法（NSGA-（40）（40））结合,建立了传统综合能源系统运行优化模型。以典型日购能成本和二氧化碳排放量为目标函数,设备功率范围为出力上下限约束,负荷供需平衡为能量平衡约束。经过20000次迭代求解得出包含57种方案的帕累托解集（Pareto Set）。根据欧式距离法则选取折衷方案,对应结果为购能成本5156.40元、CO2排放量4097.74kg。并提取最优目标值对应的典型日设备逐时调度策略作为典型日设备调度方案。结果表明:电制冷机综合性能更优,作为供应冷负荷的主要设备;朗肯循环属于余热回收工作过程,综合效益大于电锅炉,电锅炉始终保持最小负载状态。（3）为回收天然气燃烧产生的CO2,基于再热方式的差异建立了先进绝热压缩二氧化碳储能系统（AA-CCS）和膨胀前补热压缩二氧化碳储能系统（PH-CCS）热力学模型。AA-CCS和PH-CCS设计工况下效率分别为0.32、0.47。并以系统循环效率为目标,研究压缩机和膨胀机相关热力学状态参数对系统性能的影响。结果表明,压缩机入口压力及膨胀机入口压力是影响系统循环效率的关键参数,为后续的优化工作奠定基础。（4）基于灵敏度分析结果,将压缩机入口压力、一级压缩机压比、二级压缩机压比作为决策变量,系统循环效率作为优化目标,针对效率较高的PH-CCS进行了热力性能优化。优化结果表明,压缩机入口压力最优值为7.049MPa,两级压缩机压比均为2,对应最优效率为0.55。并对PH-CCS最优工况进行了主要部件（火用）损失分析。结果表明:（火用）损失最大的部件为一级再热器和二级膨胀机,分别占比39.42%、30.15%。其中,一级再热器（火用）损大主要原因为换热器冷热物流温差大,造成能量损失较大;二级膨胀机（火用）损较大的主要原因为出口乏气仍具有292℃的高温,大量热力学能未经利用,造成二级膨胀机（火用）损较大。