太阳能和生物质能以巨大资源量和开发利用清洁性的特点,成为应对当前能源短缺、环境污染和温室效应等难题的有效途径之一。但太阳能和生物质能等可再生能源的能流密度低、分布不均和间歇性等固有特性也严重制约其高效和规模化推广应用,为此研发高效的可再生能源利用技术成为二十一世纪能源科学研究重要研究领域。本学位论文依托国家自然科学基金重点项目等国家重要科研项目,探索太阳能和生物质能等可再生能源的高效综合利用方法。针对太阳能驱动生物质的热化学互补利用方式,开展互补利用能量转化机理、关键过程及系统集成等基础理论和实验研究。基于能的品位概念,研究了太阳能与生物质热化学互补利用的能量品位匹配和能量转换规律。为实现太阳能与生物质两种可再生能源的优势互补和综合梯级利用,提出基于太阳能驱动生物质气化的热化学互补利用方法,完成了太阳能的能量形式由热能到燃料化学能的转化,同时也实现了生物质燃料化学能的间接释放及梯级利用。在这一过程中,生物质燃料化学能品位的降低过程能作为“驱动力”用以提升太阳能的能量品位。上述的研究成果将为探寻太阳能与生物质能高效互补利用新方法提供理论依据。依据“品位对口,梯级利用”的系统集成思路,开展了太阳能与生物质能热化学互补利用的系统集成研究。通过构建太阳能-生物质气化的化工多联产系统实现了生物质气化产物的多元化利用,揭示了气化反应温度和未反应合成气循环倍率等关键参数对多联产系统热力性能和经济性能的影响规律。提出了太阳能-生物质气化过程与燃气-蒸汽联合循环发电系统相结合的互补利用系统,构建了全工况运行分析模型,开展了互补型联合循环发电系统的动态性能研究,揭示了太阳能与生物质能的互补利用耦合特性。开展了高寒地区中低温太阳能热化学制氢及发电等关键过程实验研究。研制了20 kW中低温太阳能热化学实验平台,该实验平台主要包括抛物槽式太阳能聚光集热及燃料转换装置、内燃机发电单元、原料预处理及气体分离装置和系统管网及热工控制系统。该实验平台现已初步实现在东北地区高寒气候条件下以20 kW满负荷电功率连续运行,同时完成了实验平台的运行特性规律和系统运行性能研究,将为开拓太阳能热化学互补的多地域应用奠定基础。