全球变暖是人类社会面临的重要挑战之一,应对气候变化已经成为全球共识。二氧化碳捕集与封存（Carbon Capture and Storage,CCS）技术的大规模推广对于化石能源的清洁利用和温室气体的减排具有重要的战略意义。由于该技术具有环节多、范围广和周期长等特点,因此能否对碳捕集与封存网络进行精细化的全面规划以及增强抵御不确定因素的能力将不仅严重影响CCS项目的有关决策,而且还会影响我国的碳达峰及碳中和进程。因此,随着过程系统工程理论的发展,从经济、环境和风险等角度出发,开展碳捕集与封存的网络综合研究具有重要的理论意义和实际应用价值。CCS的网络综合既涉及到CCS各环节技术的选择、组合与网络结构优化,同时在规划过程中还需要考虑动态因素对网络长远规划的影响和风险。调研发现,现有CCS网络综合研究大多局限于单独的碳捕集过程或碳封存过程,这类分步方法分裂了碳捕集与封存技术各环节间存在的耦合关系和协同作用,无法实现碳捕集和碳封存过程的同步调度优化;未开展基于全流程的详细设计研究,尤其是不确定条件下各环节技术的配置和网络规划;未充分考虑碳捕集与封存网络综合对环境的影响,导致无法对网络设计方案进行全面的综合评价。因此,本文首先研究了耦合碳捕集过程和碳封存过程的碳源-碳阱直接匹配方法的可行性及有效性;而后协同碳税机制,基于风险管理技术提出了可实现不确定条件下经济和风险的多目标优化方法;随后提出了包含单元-过程-供应链等多层次全流程碳捕集与封存供应链网络优化方法;并在此基础上开展了多周期网络优化方法。本论文主要研究内容如下:（1）为了解决碳捕集与封存网络综合中各个过程可操作时间不一致、存在操作时间不完全重叠的问题,本文充分考虑碳捕集过程和碳封存过程间的耦合关系,提出考虑过程可操作时间的碳捕集与封存网络的同步综合方法,通过采用三种类型的0-1二元变量来辅助表达各个过程的可操作时间,建立了以最大CO2封存量为目标函数的离散时间混合整数非线性规划模型,解决了碳源-碳阱直接匹配的调度优化问题,用本文所提出的方法对文献中的算例进行求解分析,所得CO2封存量较文献增加了 12.59%。该方法清晰地表明了碳捕集过程与碳封存过程间耦合关系对碳捕集与封存网络结构的影响,实现了碳源、碳阱间的最优化匹配和结构设计,为后续开展全流程碳捕集与封存网络综合相关研究奠定了基础。（2）碳税作为一种政策手段,其与碳捕集与封存技术具有协同减排作用,为了解决在面临碳税价格发生波动情况下决策者如何实施最优的减排策略的问题,本文通过建立基于场景的两阶段随机规划模型实现不确定条件下碳税政策和碳捕集与封存技术的耦合。算例结果表明其总费用分布在344.94×108$到954.91×108$之间,且所得网络结构抵御不确定因素的风险能力较差。因此为了减少碳税价格波动对网络的风险,通过引入风险管理技术对不确定性产生的风险进行量化,建立能同时优化经济目标和风险目标的数学模型,通过风险管理技术可降低极值（954.91×108$）的大小及发生概率。本方法可以在不确定条件下实现碳捕集与封存网络的碳源-碳阱直接匹配,并且通过风险管理技术获得一系列费用与风险权衡的帕累托最优解。（3）本文从全系统角度出发对碳捕集与封存网络进行全流程的规划。首先建立基于供应链方法论的多层次碳捕集与封存网络超结构,该超结构以CO2为产品将碳源、捕集技术、捕集材料、CO2输送网络、CO2利用方式、CO2封存方式等过程串联在一起,形成了包含单元-过程-供应链等多层次的技术组合;根据所提超结构建立了以年度总费用最小为目标函数的混合整数非线性模型。算例表明本文方法年度总费用较文献方法减少5.5%,捕集费用减少0.7%,输送费用减少29.6%,并且各项费用下降程度均随着减排水平的提高而提高;基于生命周期评价理论提出了一种环境评价参考系统,对碳捕集与封存网络建设过程中对环境的影响进行了评价,建立了能同时权衡经济性和环境影响的多目标优化模型,根据决策者的偏好得到权衡经济与环境影响的帕累托最优解。（4）在单周期优化方法的基础上,引入时间维度来反映多周期设计问题中不同阶段的减排需求,通过建立优化阶段间各环节设施和管路的配置策略和表征网络结构动态演进的关联式,提出了多周期碳捕集与封存网络综合方法,建立了以碳捕集封存网络各个周期的平均年度总费用最小为目标函数的混合整数线性规划模型,实现网络结构随周期动态变化的最优设计。针对设计周期内部和外部因素的波动问题,本文将碳源节点的排放量、封存节点的封存量、利用节点的利用量、碳税价格等考虑为不确定性因素,通过情景分析法对随机变量生成基准场景、乐观场景和悲观场景的方式生成了 27个场景来表达不确定性,提出了一个基于场景的随机规划模型来解决不确定性优化问题,通过多周期优化和随机优化实现能抵御内外部不确定因素波动的碳捕集与封存网络。