由于化石燃料的过量消耗及其对环境的不良影响,越来越多的国家正在增加能源系统中可再生能源的比例,其中能够提供高效太阳能利用和进行大规模电力生产的聚焦式太阳能发电(CSP)技术,目前的发展速度超过任何其它类型的可再生能源,被认为是最具有前景的可再生能源形式之一和未来全球清洁能源供应的重要技术。然而相对于常规化石燃料发电,CSP当前仍然面临能量利用效率低,电力生产不稳定以及成本较高的问题。于是太阳能辅助燃煤发电(SAPG)技术应运而生,并且受到人们的持续关注。太阳能辅助燃煤发电技术,通过将太阳能热量集成进入常规燃煤机组,生产电力同时节省燃料消耗,综合了燃煤发电稳定、高效性和太阳能的环保性,体现了常规化石燃料和可再生能源的协同发电效应,是一种先进的电力生产方式。本课题正是基于此背景,依托国家重点基础研究发展计划,开展太阳能辅助燃煤发电系统的研究工作。本文建立太阳能辅助燃煤发电系统模型,对各子系统能量转换特性,集热系统设计优化、集成系统通用集成优化方法,系统全工况设计优化等方面进行了研究。首先研究定日镜场、集热器和热动力系统能量转换过程,分别建立详细的各部分子系统效率模型,揭示系统优化过程中,各部分子系统的能量转换特性,对设计参数的不同需求,设计优化的一致性与对立性。继而建立完整的太阳能辅助燃煤发电系统模型。在镜场优化部分中,提出用于定日镜场计算和优化的多个新方法,进行地形坡度影响评估、间距优化、基座高度优化,镜场布置合理性评估,并开发用于定日镜场优化的专用遗传算法工具箱,最终优化获得合理的定日镜场布置。其次,针对SAPG系统设备的多样性和复杂性,提出一种通用系统集成优化方法,可以模拟回热系统所有可能的集成方案及热量分配比例,并求解任意工况下的最优集成模式。然后,以国内某600 MW超临界燃煤机组为例,搭建一次再热超临界SAPG系统;以国内某660 MW超超临界燃煤机组为例,搭建二次再热超超临界SAPG系统。并使用提出的优化方法,分别求解16种典型工况下的系统最优集成模式。优化结果揭示了系统集成的一般规律,即在较高的镜场功率工况下,热量将总是优先集成进入最高压力的加热器;同时优化结果揭示了系统集成的特例,即在较低的镜场功率,且较高的汽轮机功率工况下,热量将以一定比例分配给最高压力的前两级加热器,而非全部集成进入最高压力的加热器。最后基于完整的塔式太阳能辅助燃煤发电系统模型和通用系统集成优化方法,进行系统的全工况设计优化。构建SAPG系统的集热系统初始投资模型和太阳能净发电量模型,作为SAPG系统优化的两个目标函数,并采用多目标优化算法对SAPG系统进行优化。在德令哈典型日内,考虑到气象数据和汽轮机负荷的同时变动,优化获得集热系统设计参数的帕累托最优解集,以及对应解集典型日所有工况下的最优集成模式。优化结果为SAPG系统的设计提供了参考。