直流锅炉干湿转态时间长且湿态运行安全边界不清是超超临界机组低负荷灵活运行面临的主要技术挑战之一。本文建立了超超临界燃煤发电机组宽负荷运行动态模型及水冷壁壁温分析模型，研究了直流锅炉湿态运行时边界条件扰动后系统的动态响应特性及水冷壁壁温分布规律，结果表明：当水冷壁再循环流量增加20% 时，省煤器入口水温将提高9.7°C，水冷壁入口工质的欠焓减小，水冷壁的最大壁温升高16.9°C；当锅炉燃料量增加5.0% 时，分离器出口温度将提高4.2°C，机组发电功率增加4.1 MW，沿汽水流程工质的干度升高。在壁温超温限制条件下，通过调控流量实现再循环系统工质蓄热的有序利用，有利于实现超低负荷运行工况下的平滑、快速、安全转态。

压缩二氧化碳储能(Compressed CO₂ Energy Storage, CCES) 技术具有规模大、环境友好以及易与碳捕集系统相耦合等优势，其开发备受关注。本文提出了一种压缩CO₂ 储能与碳捕集燃煤机组耦合的新系统，该系统以燃煤机组捕集的CO₂ 作为CCES 系统的工质，通过热能的综合利用实现碳捕集燃煤机组和CCES 系统的深度耦合。搭建耦合系统热力学模型，并开展系统热力特性分析，得到CCES 系统与碳捕集燃煤机组最佳耦合方式。结果表明，耦合系统相比于碳捕集燃煤机组，其热力性能优化效果随储释能时间比增大而增大，当储释能时间比为2.16 时，耦合系统相比碳捕集燃煤机组，热效率和㶲效率分别增加0.45%、0.37%，煤耗减少24.9 g/kWh；此时CCES 系统储能效率为70.7%。本研究对CO₂ 储能技术开发和双碳目标实现具有重要意义。

低温精馏分离技术利用伴生气中不同烃类组分的沸点差异，逐步将轻烃冷凝分离成产品，本质上是流体流动、传热和传质的复杂耦合过程，尤其在涉及共沸现象时更为复杂。本文通过分子动力学模拟方法，研究了CH₄-C₂H₆-CO₂ 三元混合物在低温下相平衡的气液界面特性。首先，采用了不同的分子力场模型构建了初始气液界面，并验证了模型的准确性。接着，通过模拟三元混合物在不同温度下的行为，分析了气液界面的密度分布、应力分布及共沸现象。结果表明，C₂H₆-CO₂ 在特定条件下形成了二元共沸混合物，且温度的变化显著影响气液界面的结构和特性。本文的研究为理解低温精馏中的气液界面现象提供了重要的微观视角，并为优化相关分离工艺提供了理论基础。

随着氢能列车在全球范围内的技术进步和应用推广，持续突破的长续航需求增大了加氢站的匹配设计难度。移动式加氢站因其机动灵活性更适应列车运营要求，但需要在规定的封闭空间内集成所有部件。因此减小站用储氢系统体积，对其降低成本、增加氢气利用率、减小占地面积等具有重要意义。论文针对面向氢能列车的移动式加氢站储氢系统开展配置建模及分析。首先，分析了站用储氢系统的压力级数和压力切换点的影响，提出7 级平均压力切换点分级策略；然后，建立了从站用端到车载端的加氢站热力学模型，模拟了不同加氢枪数下基于分级策略的加注过程。结果表明：1) 随着压力级数的增加，站用储氢系统的体积减小，且平均压力切换点策略对应体积较小；2) 随着加氢枪数增加，质量流量增大，加注时长变短、峰值温度升高、加注质量减少、预冷峰值功率增加、预冷比能耗减小。综合考虑加注时间和预冷功耗，确定满足加注质量(500 kg) 和时长(30 min)的较优配置方案为7 级平均压力切换点分级和4 枪并行加注。本研究为氢能列车应用场景下的加氢站设计提供了重要参考。

随着可再生能源发电量在电网中所占份额的不断增加，需要提高现有燃煤机组的灵活性以保持电网稳定。将熔盐储能系统集成燃煤机组是一种简单可行的方法。针对315 MW 亚临界燃煤机组，提出了主蒸汽和再热蒸汽的复合抽汽方式进行储能，同时设计了蒸汽循环回凝汽器、低压缸以及利用蒸汽引射器驱动汽轮机末级乏汽的供热等3 种储热方式。基于热力学第一定律和第二定律，对不同调峰系统进行了全面评估。结果表明，MR-C-a 系统(储/释热过程的组合方案) 的热经济性最优，其调峰深度为16.19%，其储/释热全过程循环热效率和综合发电煤耗分别为50.92% 和482.198 g/kWh。进一步的㶲分析表明，储释热装置是影响系统收益㶲效率的关键影响因素，其中MR-C-a 系统以37.866% 的㶲效率表现最佳性能。研究还发现，提升高温储能罐(R1) 的运行温度可显著提升系统的收益㶲效率。从电厂运行角度分析改造前后的效益，该系统的投资回收期为9.22 年，且调峰时间对投资回收期的影响比贴现率更为显著。本研究为燃煤机组深度调峰技术提供了重要的理论依据和工程参考。