中国电力系统的碳排放约占全国能源相关碳排放量的一半,电力系统的脱碳对于中国实现“30·60”双碳目标至关重要。我国的能源国情和电力系统结构决定了火电的高效利用和可再生能源的高比例渗透是未来低碳能源系统的关键。作为新兴的技术组合,含碳捕集（Carbon capture system,CCS）和电转气（Power to gas,P2G）的多能系统可以在减少碳排放的同时增加可再生能源的消纳,形成碳元素链和能量流的耦合循环,有助于实现不可再生资源与可再生资源的协同,实现新能源增量与火电存量的共济,是一种值得探索的、面向可持续的多能系统。该系统架构和运行策略的复杂性、系统可行所需触发价格的不确定性、对不同能源部门影响的耦合性以及支持政策的不明确性等问题还有待进一步研究。基于此,本文以含CCS与P2G的多能系统为研究对象,着重讨论了其耦合优化运行机制和触发价格机制等关键问题,主要研究内容如下:（1）构建了含CCS与P2G的多能系统碳-能循环运行优化模型,对系统架构及运行优化策略进行研究。首先,对目前文献中缺乏CCS或P2G集成讨论的问题进行了研究,设计了 CCS和P2G耦合的系统架构及模型,并将其扩展到包含电-热-气的综合能源系统中;其次,基于碳元素链和能量流循环提出了含CCS与P2G的多能系统碳-能循环运行优化模型及策略,以实现碳元素的动态利用、非逸散排放及能量流耦合;最后,通过多情景模拟分析,验证了含CCS与P2G的多能系统在可再生调节与消纳、碳利用与非逸散排放以及燃气依赖性等多方面的优势。（2）构建了含碳-气-电价格的成本-收益多元函数模型,对含CCS与P2G的多能系统示范化运行所需的碳-气-电触发价格进行研究。首先,改进了 CCS和P2G的耦合模型,将系统收益表示为包含碳-气-电价格的多元函数;其次,通过模型重构将多元函数模型转化为机组发电量的线性函数,并通过分析函数性质,绘制出收益函数图像,推导出在单一、双重和三重能源价格不确定时碳-气-电触发价格组合满足的函数关系,并获得碳-气-电触发价格组合的取值区间;最后,基于数值案例对系统收益进行了多情景仿真模拟分析,确定了使多能系统净现金流为正的碳-气-电触发价格组合及其满足的函数关系,并给出了系统的临界产量。（3）构建了多种补贴模式下的成本-收益-补贴非线性优化模型,对含CCS与P2G的多能系统商业化运行所需的补贴触发价格进行研究。首先,分析了含CCS与P2G的多能系统产业链上利益相关者的合作方式和盈利能力,为考虑含CCS与P2G技术组合的项目设计了三种合适的商业模式;其次,在三种商业模式下,提出了投资补贴、运营补贴以及投资运营双重补贴等多种补贴模式下的成本-收益-补贴非线性优化模型,并将其转化为可直接求解的混合整数线性规划模型,为正确计算关键参数的触发价格和支持机制的政策成本提供了模型框架;最后,通过对系统年度运行情况进行优化模拟,得出在基准情景和补贴模式下的系统效益,计算出能使特定规模系统实现合理收益率的能源触发价格和补贴触发价格组合。（4）构建了包含电力、天然气和碳市场的多主体参与的长期均衡模型,对含CCS与P2G的多能系统的价格效应及其对碳-气-电部门的影响进行研究。首先,从部门耦合及市场耦合的角度,建立包含电力、天然气和碳市场的长期均衡模型,不同市场具有通过CCS和P2G参与耦合的特定行业市场出清约束;其次,将各市场主体的优化问题转换为等效的KKT最优性条件,形成等价的混合互补问题,基于PATH求解该广义纳什均衡问题,并确定各市场参与主体的最优决策以及市场长期均衡价格;最后,在大规模火电和高比例可再生并存的情景下,模拟CCS与P2G多能系统大规模部署后参与碳-气-电市场的长期均衡,从短期和长期两个角度探讨了含CCS与P2G的多能系统对碳-气-电部门的影响以及对部门之间耦合的意义。（5）对促进含CCS与P2G的多能系统发展的建议进行研究。首先,分析了目前含CCS与P2G的多能系统部署存在的问题,包括政策可执行性不足、项目可行价格水平过高以及缺乏明确资金支持政策等;其次,针对上述问题从政府和企业两个角度提出了发挥政府规划改革和政策激励功能、增强政策可行性、强化责任意识、坚持科学决策、探索适宜的商业模式和运营策略、加强多方协作等建议,以完善含CCS与P2G的多能系统的激励政策,促进系统推广部署。