目前我国的能源和环境问题日益严峻,石化企业的节能减排势在必行。其中蒸汽动力系统是过程工业的重要组成部分,它消耗大量的一次能源为过程系统提供蒸汽、电力等。在实际蒸汽动力系统优化设计中不可避免包含蒸汽电力需求变化、能源价格波动等不确定因素。不确定因素会使系统操作偏离最优设计状态,造成设计策略保守或过程不合理,甚至带来安全隐患,所以在蒸汽动力系统设计中进行不确定优化研究具有重要的理论和实际意义。因此,本论文提出应用随机规划策略对不确定蒸汽动力系统设计优化进行研究。首先分析了蒸汽动力系统设计包含的不确定因素的特性及其对系统优化目标和约束条件的影响。将不确定因素的表达分成两类：基于时间变化表达和基于发生概率表达。对基于时间变化表达的因素,转化为多周期问题进行处理；对外部工艺过程变化引起的汽电需求不确定波动等基于发生概率表达的因素,应用随机规划策略补偿不确定参数的实现可能引起的约束背离。建立多周期带补偿的随机规划MILP模型对蒸汽动力系统进行设计优化。然后,在此基础上,同时考虑蒸汽过热度来优化蒸汽参数的选择、设备选择和各设备的操作负荷。并通过案例来分析过热度对蒸汽动力系统结构配置和性能的影响。此外,将污染物排放纳入蒸汽动力系统的设计优化中,从而在系统设计中选择最优燃料,实现经济成本和环境影响的最佳权衡。案例研究表明：本文提出的多周期带补偿的随机规划(MP-SPR)方法是一种确定设备尺寸、操作负荷和系统运行工况的有效工具。对不确定因素采取随机规划策略,通过调节决策和惩罚不足协调运行的补偿方式来指导操作,使调度调节更加合理,实现了结构和操作的同时优化,将年操作费用降低了9.51%,年投资费用降低了4.57%。与传统确定性方法相比,MP-SPR方法不仅能应对各种汽电需求的不确定变化,同时保证了系统的安全稳定运行和经济效益最优,提出的设计方案使年总费用降低了8.72%。蒸汽过热度会影响蒸汽动力系统的性能,如蒸汽分配以及产电量等。在系统设计中,它还会影响设备选择以及各设备尺寸等。在适当的过热度范围内,当改变高压蒸汽过热度时,随着过热度的增大,呈现投资费先减小后增加,总费用先减小后增加的趋势。本研究考虑各种不确定因素以及环境因素的影响,能为我国的节能减排事业做出巨大贡献,具有重要的理论和实际意义。