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本发明涉及一种面向喀斯特地貌地区的溶洞能源利用系统及优化运行方法，包括作为供给端的能源侧和作为需求端的负荷侧；能源侧包括：并网发电的常规新能源、太阳能光伏聚热模块、溶洞储热模块、溶洞热发电模块、溶洞温差发电模块，其中溶洞温差发电模块与太阳能光热聚热、溶洞储热模块、溶洞热发电模块相互辅助共同形成溶洞能源发储用体系；负荷侧包括：电负荷、沼气/燃气负荷、热负荷；借助天然喀斯特地貌溶洞能源资源，充分挖掘“溶洞”大容量大空间载体和“恒温恒湿”气候优势，摈弃常规的电化学储能参与新能源消纳技术，加强农村自然环境保护，促进农村的分布式能源接入，解决农村用电短缺和绿色用能问题。