【摘要】：經(jīng)濟的持續(xù)和快速的發(fā)展帶來了工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的急速擴張,導(dǎo)致了能源消費量的不斷上升,帶來了越來越多的環(huán)境問題。能源系統(tǒng)是復(fù)雜的巨系統(tǒng),其中的不確定性錯綜復(fù)雜、不易辨識。所以,如何表征能源系統(tǒng)中存在的高度不確定性因素及其互動關(guān)系,如何將這種抽象關(guān)系映射到實際的規(guī)劃模型中,如何根據(jù)能源系統(tǒng)的特點確定規(guī)劃方法等均是能源與環(huán)境系統(tǒng)規(guī)劃面臨的關(guān)鍵問題。針對以上問題,本文將在能源系統(tǒng)不確定性辨識的分析研究基礎(chǔ)上,整合多目標、多時期、多情景、多元素的動態(tài)性和復(fù)雜性,開發(fā)一系列綜合全無限規(guī)劃方法應(yīng)用于能源系統(tǒng)管理,具體包括：(1)區(qū)間全無限規(guī)劃方法。該方法結(jié)合了全無限規(guī)劃和區(qū)間線性規(guī)劃,它可以處理存在于成本、影響因子和系統(tǒng)目標當中的表達為脆性區(qū)間值和函數(shù)區(qū)間的不確定問題。本方法應(yīng)用于一個控制污染物排放的能源規(guī)劃系統(tǒng),得到了四個發(fā)電廠的能源供應(yīng)、電力分配和污染物控制的決策方案。(2)區(qū)間全無限混合整數(shù)規(guī)劃方法。該方法是在區(qū)間全無限規(guī)劃方法的基礎(chǔ)上,引入混合整數(shù)規(guī)劃方法來處理電力系統(tǒng)裝機擴容問題。本文以北京市能源規(guī)劃為例,提出了區(qū)間全無限混合整數(shù)-城市尺度能源模型。該模型可以制定多時期、多選項環(huán)境下產(chǎn)能設(shè)備的容量擴充規(guī)劃,同時協(xié)調(diào)經(jīng)濟成本、系統(tǒng)效率、減緩污染和能源供應(yīng)安全之間的相互關(guān)系。(3)全無限模糊隨機數(shù)學(xué)規(guī)劃方法。該方法將模糊數(shù)學(xué)規(guī)劃和隨機數(shù)學(xué)規(guī)劃引入全無限規(guī)劃中,增加了模型對模糊集等不確定信息的表征能力。全無限模糊隨機數(shù)學(xué)規(guī)劃被應(yīng)用到了北京市電力系統(tǒng)的內(nèi)部碳交易建模中,以幫助系統(tǒng)在歐盟碳交易的框架下控制溫室氣體排放。(4)基于風險分析的混合整數(shù)全無限規(guī)劃方法�？紤]到碳交易系統(tǒng)的風險性,該方法直接風險區(qū)間線性規(guī)劃方法引入到兩階段隨機規(guī)劃、全無限規(guī)劃和區(qū)間參數(shù)混合整數(shù)規(guī)劃中。采用北京市電力系統(tǒng)碳排放交易規(guī)劃案例對該方法進行了驗證。模型結(jié)果可以規(guī)避碳交易過程中的系統(tǒng)風險,有助于權(quán)衡電力供應(yīng)風險、系統(tǒng)成本和二氧化碳減排計劃之間的關(guān)系。(5)區(qū)間參數(shù)機會約束全無限規(guī)劃方法。該方法整合了機會約束規(guī)劃區(qū)、間數(shù)學(xué)規(guī)劃,全無限規(guī)劃,以及區(qū)間參數(shù)混合整數(shù)規(guī)劃。以北京市能源系統(tǒng)為例建立的模型能夠有效地處理不確定信息,得到不同概率水平下的決策方案,以此檢驗不確定條件下系統(tǒng)約束的可靠性,從而針對不同的環(huán)境、經(jīng)濟和能源安全條件,求得不同概率水平下的預(yù)期結(jié)果。(6)區(qū)間參數(shù)全無限聯(lián)合概率混合整數(shù)規(guī)劃方法。此方法援引了聯(lián)合概率的理論,結(jié)合區(qū)間數(shù)學(xué)規(guī)劃,全無限規(guī)劃,機會約束規(guī)劃以及區(qū)間參數(shù)混合整數(shù)規(guī)劃方法,在處理系統(tǒng)不確定性的基礎(chǔ)上,提供違背了聯(lián)合概率約束的風險水平。以北京市電力系統(tǒng)為例建立模型,結(jié)果可以幫助管理者選取最優(yōu)決策,在聯(lián)合概率的約束下對系統(tǒng)成本,電力需求安全性和空氣污染控制進行權(quán)衡折衷。(7)多階段隨機全無限整數(shù)規(guī)劃方法。為應(yīng)對多情景條件下的能源系統(tǒng)動態(tài)特性,多階段隨機全無限整數(shù)規(guī)劃方法借助多階段隨機數(shù)學(xué)規(guī)劃降低系統(tǒng)風險,用多情景樹的形式反映了電能生產(chǎn)決策的動態(tài)特性。多階段隨機全無限整數(shù)規(guī)劃方法被應(yīng)用到了一個城市能源系規(guī)劃模型中。MSFIP模型能夠幫助制定最佳電力補救策略,降低系統(tǒng)故障的風險。(8)全無限區(qū)間兩階段混合整數(shù)規(guī)劃方法。該方法將區(qū)間數(shù)學(xué)規(guī)劃、兩階段隨機規(guī)劃和全無限規(guī)劃方法相結(jié)合,其模型應(yīng)用到了北京市電力系統(tǒng)的碳交易模型中。通過對多重不確定信息的表征和處理,可以得出最優(yōu)碳準許排放限額和不同電廠的碳交易量。模型結(jié)果可以降低系統(tǒng)的碳排放量從而為電廠選擇購買排放許可或者承受經(jīng)濟懲罰提供決策支持。 本文開發(fā)的一系列不確定性優(yōu)化模型可以更好地詮釋能源系統(tǒng)的不確定性和風險閾值的復(fù)雜性。模型結(jié)果涵蓋能源系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié),包括能源的加工和供需、電力的生產(chǎn)和供應(yīng)、污染物的減排、碳交易的實施和運行、系統(tǒng)的成本和投資風險等等�？梢詾檎{(diào)節(jié)現(xiàn)有能源供需模式提供數(shù)據(jù)支持,從而協(xié)調(diào)經(jīng)濟成本、系統(tǒng)效益、污染排放和能源供應(yīng)的關(guān)系。這不僅可以為政府部門和決策者提供現(xiàn)有能源政策的分析和評估,以輔助制定能源系統(tǒng)的相關(guān)政策,進行系統(tǒng)設(shè)備擴容的動態(tài)分析和今后生產(chǎn)模式的發(fā)展規(guī)劃。值得一提的是,模型結(jié)果不僅可以為政府部門提供情景分析和決策,還可以給出能源系統(tǒng)分析及其環(huán)境問題的前瞻性建議,分時期逐步解決或者減緩未來能源系統(tǒng)所可能面臨的相關(guān)問題,幫助能源系統(tǒng)實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。
【圖文】：

1965 1970 1976 1982 1988 1994 2000 2006 2012圖1-1全球一次能源消耗量（資料來源：國際能源署世界能源展望2013)i

我國能源消費過多地依賴煤炭。由此產(chǎn)生的煤煙型污染主要集中在城市地區(qū)，，城市人口是城市大氣污染的主要受害者。近年來，我國大氣污染狀況十分嚴重，絕大多數(shù)城市大氣環(huán)境中總懸浮顆粒物濃度超標，一些地區(qū)二氧化硫污染保持在較高水平，機動車尾氣污染物排放總量迅速增加，氮氧化物污染呈加重趨勢，全國形成華中、西南、華東、華南多個酸雨區(qū)，以華中酸雨區(qū)為重。年均值低于5.6的酸雨區(qū)域面積己占我國國土面積的40%。如果在能源發(fā)展的同時，城市大氣環(huán)境得不到有效的治理，空氣環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化。根據(jù)《2012
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：F206

【參考文獻】

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本文編號：2684354