21世纪以来,随着全球经济发展,世界人口数量和能源消费量与日剧增,化石能源储量不断减少,大量的温室气体加剧了生态环境的恶化,人类社会逐渐显现能源和环境危机。大力发展可再生能源和实现能源的高效综合利用是降低化石能源消费比重,构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系的两大重要手段。冷热电联供系统以能源梯级利用、就近消纳为原则,具有“分布灵活”、“高效节能”和“低碳环保”等优良特性,是实现新能源高效利用和节能减排的理想途径,极具发展前景。冷热电联供系统是多输入多输出且能流耦合的供能系统,其设备选型与容量的配置以及系统的运行方式决定了系统的供能效率。现有研究在设计过程通常是在固定结构的基础上,采用单一运行模式对系统的容量进行优化,而结构的提出往往缺乏科学理论支撑。除此之外,集成可再生能源的CCHP系统,结构愈发庞大,能流更加复杂,系统关键设备更加频繁地工作在非额定工况下,设备容量配置更加依赖系统的运行方式,因此使用单一固定的运行策略很难得到最优配置结果。为此本文深入研究了系统结构、供能设备非设计工况特性、容量与运行方式优化等关键难题,构建了系统结构、设备容量与运行方式嵌套优化方法,为可再生能源CCHP系统的高效应用提供了思路。首先,本文提出了一种解决多输入多输出多耦合的CCHP系统结构设计方法。此方法根据能源输入、转化和输出建立能量供能路径模型,并采用等效电系数为评价目标,对CCHP系统结构进行优化。同时,分析了该系统主要供能单元在不同负载率下的供能效率,并基于此分析了系统冷热电供能平衡式,为后续系统的容量配置研究奠定基础。其次,根据优化得到的系统结构,考虑可再生能源的随机性对系统供能单元出力的影响,提出了一种针对可再生能源CCHP系统的两级嵌套优化配置方法。第一级通过遗传算法获得每个系统设备的容量,第二级通过非线性规划方法得到设备出力计划。运用线性加权法综合考虑能源、经济和环境三个优化目标,建立求解模型。通过这种方法,达到降低优化模型的复杂度,优化变量和约束条件的目的,使该问题更容易获得最优解。最后,本文基于所选建筑物的冷热电负荷需求,对所提出的嵌套设计方法进行验证。结果表明,与传统基于单一运行方式的设计方法相比,嵌套优化设计方法在一次能源节约率、综合成本节约率和二氧化碳减排率指标上都有不同程度的提高。并通过系统全年和典型日的结果分析,证明了该方法具有合理的配置效果,与传统方法相比,该方法可以更充分地利用可再生能源匹配用户负荷。