随着“能耗双控”与“碳达峰、碳中和”进程的加快推进,能源电力发展呈现出能源生产加速清洁化、能源利用率高效化等新趋势和新特点。建立在能量梯级利用概念基础之上的冷热电联供系统,不仅能够满足多领域新能源和多元负荷广泛接入的需求,而且能够促进资源高效、安全、灵活配置,提高能源整体利用效率,具有清洁低碳、安全可控、灵活高效、开放互动、智能友好等特点,但供给侧与需求侧之间的能量供需不匹配制约了冷热电联供技术的推广与发展。在此背景下,本文以冷热电联供系统为研究对象,针对能量供给与负荷需求之间的供需不匹配问题,多角度地探讨和研究了分布式电源、建筑类别和运行策略等影响能量供需匹配的关键因素对冷热电联供系统性能的影响。并从冷热电联供系统中不同分布式电源（燃气轮机、内燃发动机、斯特林发动机、燃料电池）与不同类别建筑的匹配方案、灵活性运行策略、低品味余热的高效回收利用、储能与冷热电联供系统实现能量互补优势等方面进行深入研究,为改善冷热电联供系统的能量供给与负荷需求之间的供需不匹配问题提供理论依据。本文的主要工作如下:首先,介绍冷热电联供系统的基本结构组成,依据能量平衡原理构建系统能耗模型,并从经济、节能和减排等方面建立了系统性能的评价指标体系。通过多因素方差分析方法,定性分析了分布式电源、建筑类别和运行策略等影响供需匹配的关键因素对冷热电联供系统性能的影响。采用相关性分析方法,得到不同运行策略下冷热电联供系统的性能评指标与建筑负荷特性指标间的相关程度。应用逐步回归分析方法,确定了冷热电联供系统的性能指标与建筑负荷特性指标间的定量关系,并通过筛选表明,建筑负荷的热电比是影响冷热电联供系统性能的最关键参数。其次,依据甘肃省建筑能耗动态监测平台所提供的兰州地区4种不同类别建筑（医院、商场、酒店和办公楼）的数据信息,分析了各类建筑的冷热电负荷特性,并在传统运行策略下,讨论了负荷热电比对基于不同分布式电源的冷热电联供系统性能的影响。此外,在分层模型框架下构建了基于灰色关联度的综合评价模型,对冷热电联供系统的经济、节能、减排和社会性能进行综合评价,以此来评估基于不同分布式电源的冷热电联供系统与不同类别建筑负荷的最佳匹配方案,并利用协同粒子群算法计算获得最佳匹配方案下冷热电联供系统各组成设备的额定容量。研究表明,分布式电源与建筑类别的合理匹配能够使冷热电联供系统获得更优的经济、节能、减排和社会效益,从而有效推动了冷热电联供系统在建筑领域的广泛应用。再次,通过对“以电定热”、“以热定电”和“混合热电”等传统运行策略的分析研究,明确了传统运行策略实现能源系统供需匹配的机理。依据能量供给与负荷需求间的不匹配特性,分别利用“以热定电”运行策略下系统的“供电不匹配”程度与“以电定热”运行策略下系统的“供热不匹配”程度,揭示了系统的10种运行状态。在充分考虑需求侧负荷实时变化的特点后,提出一种通过主动控制分布式电源进气量的方式来改变系统运行状态的主动调控运行策略。研究表明,传统运行策略仅仅是主动调控运行策略中某种“供电不匹配”或“供热不匹配”程度所对应的特殊运行方式。主动调控运行策略作为一种新型优化运行策略不但能有效地平衡能耗、碳排放、运行成本对冷热电联供系统综合性能的影响,而且使运行策略具备了主动性与选择性。最后,利用热离子发电器与温差发电器工作在不同温度的特性,提出了一种由固体氧化物燃料电池、热离子发电器与温差发电器组成的混合动力单元。基于非平衡态热力学理论,确定了混合动力单元的输出功率和效率解析表达式。通过固体氧化物燃料电池的电流密度、工作温度、工作压力以及热离子发电器的阳极温度、阳极功函数和温差发电器热导率等重要性能参数的敏感性分析,讨论了性能参数对动力单元输出功率和效率的影响,并确定了性能参数的优化区域。通过分析现有储能技术的不足,建立了兼具抽水蓄能与压缩空气储能技术特点的抽水压缩空气储能单元。针对水气共容舱内预设压力和存储压力对抽水压缩空气储能单元性能的影响,以及等温过程和等熵过程下储能单元的储存能量水平作了进一步研究。研究表明,混合动力单元与抽水压缩空气储能单元的应用,能有效解决冷热电联供系统中低品位余热回收利用与削峰填谷问题,实现能量梯级利用,大幅度提高了能源利用效率,从而能够更好地满足负荷需求。