人类社会的可持续发展面临着能源安全、环境污染等多种问题,为了应对这些挑战,应该加快能源变革,合理开发利用清洁能源与可再生能源,优化能源结构,提高能源利用效率,实现能源可持续发展。本文在多能互补用能形式大力推广的背景下,研究多能互补分布式电源的用能需求的趋势以及其应用模式。本文研究内容如下:通过非线性动力系统研究了三维能源需求模型,表达了能源需求缺口、能源进口以及边界外能源调入量的时序关系;模型考虑了能源消费弹性系数、能源供给速度、未来能源需求反馈、能源进口成本与收益等因素,并分析了该系统在不同参数与不同初值的数值模拟下其稳定状态、周期变化及混沌状态的动力学特性;在此基础上以天津市的能源平衡数据为算例,基于历史数据对三维需求系统进行全体参数的辨识,基于拟合的参数得出天津市2016年～2035年的能源需求量、能源进口以及能源外省市调入量的值,并分析了它们长期的时序特征。在分析总体能源需求趋势的基础上进行多能互补分布式电源的用能需求研究:考虑到化石能源随成本增加的特性,及可再生能源成本的学习曲线效应,通过各类能源容量与成本的数据进行拟合,构建各类能源的成本函数;进而计算能源组合的收益期望及风险,通过投资组合理论计算沿着有效边界的优化组合集合,在选定的风险下得出最佳能源供给比例。以天津市为算例,根据能源需求预测结果,得出各能源供给比例,进而得出2016～2025年及2035年的分布式电源用能需求预测值。分析了分布式电源的典型多能互补形式及适用场合;在考虑了各种分布式电源的运行特性,并着重考虑了冷热电三联供系统供冷供热及变负荷、变工况特性;及储能在合理的充放电策略约束下基于不同放电深度、实际单体容量、累积运行吞吐量的不同折旧成本的约束下,给出了基于运行成本的分布式电源运行优化模型;并在尝试各种算法后得出了适合此模型的双变异差分进化算法作为该模型的寻优算法。基于分布式电源应用的优化模型,以天津某园区为算例,首先通过园区用户侧负荷特性分析分布式电源配置,再将园区内各分布式电源的变工况运行数据加以拟合,优化该园区的运行成本,得到优化后的各微源分钟级出力结果。从以下几方面分析了计算结果:对寻优算法的计算速度与收敛性进行了分析;模拟了三种储能寿命状态下各分布式电源日出力曲线并加以分析;对本文提出的分布式能源约束条件的有效性进行了验证;与园区实际运行数据对比,对模型整体在降低运行成本、提高能源利用率这两方面的效果进行了验证效果。本文以上几个方面都达到了良好的效果。