《Processes》：Hybrid Energy Systems Integrating Biofuels and Renewable Sources: Enhancing Energy Conversion Efficiency Through System Optimization and Intelligent Control
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可变太阳能和风能发电的日益普及需要能够改善能量平衡、可靠性和可再生能源利用率的灵活资源。本综述批判性地评估了生物燃料集成混合能源系统作为可再生能源整合补充架构的作用，连接了系统配置、能量转换效率、存储与调度、智能控制、环境性能和可扩展性。研究采用批判性叙述与整
可变太阳能和风能发电的日益普及需要能够改善能量平衡、可靠性和可再生能源利用率的灵活资源。本综述批判性地评估了生物燃料集成混合能源系统作为可再生能源整合补充架构的作用，连接了系统配置、能量转换效率、存储与调度、智能控制、环境性能和可扩展性。研究采用批判性叙述与整合性方法，使用了从Scopus和Web of Science检索的文献，并按太阳能-生物能、风能-生物能、多源、存储支持、微电网和多能源配置进行组织。证据表明，生物质衍生燃料可以提供可调度和可存储的可再生能源，补充可变发电并支持分布式和多能源应用。然而，没有一种架构是普遍优越的，更高的混合化程度并不固有地带来更高的热力学效率。性能在很大程度上取决于资源互补性、原料可用性和质量、转化路径、存储需求和运行策略。先进的能量管理、模型预测控制（MPC）、机器学习和数字孪生可以改善系统协调性，尽管大部分现有证据仍基于仿真或在实验规模上有限。环境效益同样依赖于路径和边界，特别是在考虑避免排放、副产品分配、基础设施和原料供应链时。总体而言，生物燃料集成混合系统代表了一种依赖应用的灵活性选项，而非普遍最优的解决方案；未来的进展需要动态不确定性感知建模、协调的技术经济和生命周期评估（LCA），以及更多的中试和工业规模验证。
**1. 引言**
全球向低碳能源系统转型加速了可再生能源部署，2025年全球可再生能源装机容量约5149 GW。然而，太阳能光伏和风能固有的间歇性对电力系统平衡、可靠性和灵活性提出更高要求。混合可再生能源系统（HRES）通过整合多种能源和储能技术应对这一挑战。生物能因其可存储性和可调度性成为重要补充，但性能依赖资源条件和运行策略。现有研究证据碎片化，缺乏跨系统架构、热力学性能、智能控制和可持续性的综合评估。
**2. 方法论与范围**
采用批判性叙述综述方法，检索Scopus和Web of Science数据库（2010–2026年），重点关注2020年后的研究。纳入标准涵盖系统配置、生物燃料整合、能量与?性能、存储调度、智能控制、环境评估及技术经济可行性。因环境研究在系统边界和分配方法上存在差异，生命周期评估（LCA）数值结果未进行跨研究汇总。
**3. 混合可再生能源系统的全球背景**
3.1 可再生能源整合与系统灵活性：可再生能源占比提高使系统灵活性成为核心需求，可通过可调度发电、储能、需求响应和电网互联提供。3.2 间歇性、可靠性与能量平衡：可变可再生能源引入频率稳定风险，需考虑多时间尺度平衡和备用容量。3.3 储能作为使能技术：电池储能适用于短期平衡，热储能、氢储能和机械储能适应不同时间和规模需求；储能应与可调度发电协同优化。3.4 生物燃料作为可调度的可再生能源载体：沼气、生物柴油等燃料可储存并按需发电，适用于离网和微电网系统，但其可持续性取决于原料供应链和转化效率。3.5 分布式发电、循环资源利用与能源安全：本地生物质利用可促进循环经济和能源安全，但原料空间分布和竞争性用途需区域评估。3.6 智能能量管理与集成系统运行：能量管理系统（EMS）作为监管层协调发电、储能和负荷；人工智能（AI）、预测和MPC等方法提升不确定条件下的决策能力。
**4. 集成生物燃料的混合能源系统配置**
4.1 太阳能-生物燃料混合系统：光伏（PV）-沼气架构通过资源互补减少化石燃料依赖，光伏/热（PV/T）-生物质系统可利用热储存增强灵活性。4.2 风能-生物燃料混合系统：可调度生物能有效补偿风电波动，研究显示4.5 MW生物质电厂可补偿40 MW风电约90%的运行缺口。4.3 太阳能-风能-生物燃料多源系统：资源多样性可减少组件冗余，但控制复杂度上升；情景分析表明确定性优化可能低估不确定条件下的运行成本。4.4 生物燃料-存储集成配置：可调度生物能可减少储能容量需求，储能亦可降低生物能单元的循环和燃料消耗；储能技术选择应与燃料可用性协同优化。4.5 并网、离网和微电网架构：并网系统通过电网互动降低存储和冗余需求；离网系统需自主协调多种资源；微电网支持并网-孤岛转换，孤岛期间以生物能提供参考电压。4.6 多能源与热电联
