工业园区在中国经济的快速发展中发挥着极其重要的作用。在2013年,全国共拥有国家级和省级以上工业园区1568个,其产值占当年全国工业总产值的60%以上,占国内GDP的50%。截至2018年,全国国家级和省级以上工业园区的数量已经增加至2543家,依然是我国经济发展的中坚力量。然而,目前工业园区发展方式较为粗放,能源利用效率低,且能源结构以煤炭为主,造成了巨大的资源和能源消耗,温室气体与大气污染物的大量排放,使中国面临着更大的环境压力。因此,工业园区的能源系统的优化升级对其绿色和低碳发展具有非常重要的意义。本文以河南省典型的能源密集型工业园区永城经济技术开发区为研究对象,通过物质流分析与排放清单计算等方法掌握园区能源系统的运行情况,建立能源相关的二氧化碳排放量以及园区大气污染物的排放清单。同时设计了五种情景（基准情景、能效技术提高情景、能量梯级利用情景、可再生能源利用情景以及综合情景）,以量化不同优化情景下园区的节能潜力和CO₂与大气污染物减排潜力,最后结合CALPUFF模型模拟不同的能源系统优化措施对城市空气质量所产生的影响,从而确定最佳的优化方案。结果表明:（1）能效技术提升、能量梯级利用、可再生能源利用三个情景所采取的措施均能起到一定的节能减排效果,前两者的节能减排潜力较大,后者相对较小;（2）将三种情景相结合的综合情景的节能减排效果最佳,节能总量为12976 TJ,换算成煤炭则相当于减少62万吨煤炭消耗,约占永城经开区2017年能耗总量的13.0%。SO₂、NO_x、PM₁₀、PM_2.5以及CO₂的减排潜力分别为693吨、1532吨、133吨、70吨以及129.1万吨,分别占基准情景中排放量的8.9%、14.9%、4.6%、5.1%以及8.3%;（3）CALPUFF模型的模拟结果显示能源系统优化的四个情景对城市空气质量均有一定的积极影响,其中在综合情景下的环境效益同样是最佳的。SO₂浓度最大下降幅度达到了13.2μg/m³,下降率为3.8%;NO_x最大下降幅度为47.5μg/m³,降低了17.7%;PM₁₀的最大下降幅度仅为1.1μg/m³,仅占基准情景0.46%;PM_2.5的最大下降幅度仅有0.9μg/m³,下降率为0.77%。因此,最理想的能源系统优化方案是将能效技术的提升、能量的梯级利用以及可再生能源利用相结合,以达到最佳的优化效果。同时,研究结果对工业园区能源系统的改善与企业、园区和城市的发展也具有一定的借鉴意义。