基于不確定性優(yōu)化方法的能源環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃模型研究

1、基于不確定性優(yōu)化方法的能源環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃模型研究對(duì)于我國(guó)大中型城市,能源系統(tǒng)管理中的供需矛盾、能源結(jié)構(gòu)不合理、能源分配失調(diào)、減排控制不力和能源技術(shù)落后等障礙帶來(lái)了一系列能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)問(wèn)題。而且,數(shù)據(jù)、報(bào)告和相關(guān)研究顯示,在未來(lái)的幾十年內(nèi),隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,這些問(wèn)題還有進(jìn)一步加劇的趨勢(shì),從而制約我國(guó)城市的可持續(xù)發(fā)展。由此,需要開(kāi)展能源與環(huán)境系統(tǒng)綜合規(guī)劃,為能源開(kāi)發(fā)與利用、能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化、能源合理調(diào)配、環(huán)境質(zhì)量改善和能源技術(shù)革新等決策問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù)。然而,能源與環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃面臨諸多挑戰(zhàn)。在能源儲(chǔ)量及時(shí)空分布、能源技術(shù)發(fā)展、氣候變化、環(huán)境容量、社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)劃和國(guó)際能源格局等因素的交互作用下

2、,將煤炭、石油和天然氣等化石能源以及風(fēng)能、太陽(yáng)能和核能等可再生能源,通過(guò)能源生產(chǎn)、輸配、利用和減排等多級(jí)時(shí)空調(diào)配過(guò)程,滿足包括工業(yè)生產(chǎn)、居民生活、市政、商業(yè)、交通等在內(nèi)的終端需求,從而實(shí)現(xiàn)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)綜合效益的最大化。其中,系統(tǒng)內(nèi)部因子多重屬性及其多層互動(dòng)關(guān)系呈現(xiàn)出顯著的不確定性和動(dòng)態(tài)特征。此外,由于人類認(rèn)知水平的局限性,致使因素的定量表征具有不確定性和時(shí)空異質(zhì)性。進(jìn)而,使得以實(shí)現(xiàn)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的能源政策分析和戰(zhàn)略制定過(guò)程異常復(fù)雜。傳統(tǒng)的能源模型大都缺乏對(duì)這些復(fù)雜性和不確定性的準(zhǔn)確反映,并且國(guó)外成熟技術(shù)由于對(duì)我國(guó)具體國(guó)情考慮不足而難以適用。因此,本研究以我國(guó)大

3、中型城市能源與環(huán)境系統(tǒng)管理中的具體問(wèn)題為目標(biāo),從能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)系統(tǒng)耦合分析的角度出發(fā),針對(duì)多重不確定性、復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性等一系列技術(shù)難點(diǎn)和挑戰(zhàn),開(kāi)發(fā)一套不確定性能源環(huán)境系統(tǒng)優(yōu)化方法體系,并以北京市和齊齊哈爾市為例,為其能源系統(tǒng)規(guī)劃及節(jié)能減排等決策問(wèn)題提供了科學(xué)依據(jù)。具體包括：(1)針對(duì)電力系統(tǒng)中電力供需矛盾問(wèn)題,將極小極大遺憾規(guī)劃方法與區(qū)間規(guī)劃整合起來(lái),建立不確定性條件下的電力系統(tǒng)規(guī)劃模型,將電力供需風(fēng)險(xiǎn)定量化,有效權(quán)衡電力生產(chǎn)目標(biāo)與實(shí)際需求間的矛盾,產(chǎn)出切實(shí)可行的電力規(guī)劃方案。(2)為處理能源系統(tǒng)中存在的高度不確定性,引入射線區(qū)間理論,建立基于模糊射線區(qū)間規(guī)劃方法的能源系統(tǒng)規(guī)劃模型,該

4、模型可擴(kuò)寬決策空間,增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性,產(chǎn)生更強(qiáng)健的系統(tǒng)結(jié)果,提高能源規(guī)劃的科學(xué)性和可行性。(3)在對(duì)城市能源系統(tǒng)展開(kāi)全面分析的基礎(chǔ)上,開(kāi)發(fā)不確定條件下的北京與齊齊哈爾市能源系統(tǒng)規(guī)劃模型。在北京市能源模型中采用區(qū)間機(jī)會(huì)約束規(guī)劃、模糊規(guī)劃、違約風(fēng)險(xiǎn)分析、情景分析和能源替代效應(yīng),產(chǎn)出可再生能源利用和污染氣體減排情景下的能源規(guī)劃方案。針對(duì)齊齊哈爾能源系統(tǒng)的特征,建立基于區(qū)間規(guī)劃、魯棒優(yōu)化與貝葉斯預(yù)測(cè)方法的齊齊哈爾能源模型,不僅提高了模型的穩(wěn)定性與能源需求預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,而且可以定量分析經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)能源系統(tǒng)的影響,為齊齊哈爾的能源規(guī)劃提供決策支持。結(jié)果顯示新開(kāi)發(fā)的不確定性能源系統(tǒng)規(guī)劃模型,在反映處理系統(tǒng)復(fù)雜性和不確定性特征上相較于過(guò)去的優(yōu)化方法有很大創(chuàng)新,增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和規(guī)劃結(jié)果的可行性.此外,本研究還補(bǔ)充了完全