构建中国的能源-经济-环境系统评价模型

能源-经济-环境综合评价模型(3E模型)是开展国家能源系统规划的重要工具,中国在模型实际开发方面还落后于世界先进水平。该文根据国际流行的建模思路,构造了混合式3E模型TH-3EM(清华能源-经济-环境混合评价模型),利用可计算一般均衡模块描述经济系统整体,应用跨时段能源系统优化模块描述能源系统微观细节,通过在两个模块间建立双向闭合连接,描述能源系统与经济系统之间的互动关系,并保证模块结果的一致性。     

构建中国的能源-经济-环境系统评价模型

能源-经济-环境综合评价模型(3E模型)是开展国家能源系统规划的重要工具,中国在模型实际开发方面还落后于世界先进水平。该文根据国际流行的建模思路,构造了混合式3E模型TH-3EM(清华能源-经济-环境混合评价模型),利用可计算一般均衡模块描述经济系统整体,应用跨时段能源系统优化模块描述能源系统微观细节,通过在2个模块间建立双向闭合连接,描述能源系统与经济系统之间的互动关系,并保证模块结果的一致性。     

全球多区域CGE模型的构建及其3E扩展

全球多区域可计算一般均衡模型(computable general equilibrium,CGE)是最重要的全球气候政策评估工具之一。该文给出了自主开发的全球多区域可计算一般均衡模型(global applied general equilibrium model,GAGE)的理论框架,描述了区域内框架的地区账户收入分配方案和生产模块的嵌套结构以及区域间框架的国际贸易结构和2个虚拟国际机构的构建,即建立国际运输部门和国际银行用于描述国际贸易的运输服务供需以及投资的区域间流动。在标准GAGE模型的基础上进行了能源-环境-经济扩展,以描述能源与资本之间以及各类能源之间的替代关系。碳减排情景研究结果验证了GAGE模型理论框架的合理性,展示了能源替代对于减排潜力的显著影响。     

西部可持续能源开发利用模型

为了研究中国西部可持续的能源开发利用战略,建立了西部可持续能源开发利用模型。该模型以能源系统优化模型——MARKAL模型为内核,耦合了能源服务需求预测模块、水资源需求模块、污染物排放模块、经济分析模块和内生技术学习模块。应用该模型研究了2000—2050年间西部地区终端能源需求、一次能源供应、电力消费及构成、水资源需求以及污染物排放等。并分析了“能源东送”方案对西部能源系统的影响。结果显示,2050年中国西部终端能源消费量将达到12.43亿t,一次能源消费量将达到14.67亿t。预计“能源东送”方案实施后,一次能源消费、电力需求、水资源需求和污染物排放均会有较大幅度增加。     

可再生能源的双层结构模型的实例应用及灵敏度分析

基于PM_(10)、NO_x、SO_2等污染物排放量和可再生清洁能源投入运行系统成本的梯度决策关系现状,建立了一种可再生能源双层结构模型(REBLOM),并应用于北京市朝阳区电力系统规划。优化结果有:①REBLOM模型优化出不同规划期内区域电力系统发电量及扩容量的规划结果,如可再生能源在四个规划期内发电总量分别为2 066.47、3 553.95、3 958.78、4 138.78 GW·h,扩容量分别为0.44、0.13、0.05、0.02 GW,且当系统满意度为0.928时,朝阳区电力系统成本和污染物排放量在整个规划期内总量分别1.58×10~(10)元和25 000.74 t;②根据朝阳区"高精尖"经济结构模式,利用REBLOM模型优化不同水平的可再生能源利用量,结果表明太阳能、风能和水能在低、中和高水平下投入运行量分别为3 800、4 500、4 900、400、535、780、800、920、1 025 TJ,PM_(10)、NO_x、SO_2等污染物排放量为28 700、27 300、26 900 t;③通过REBLOM模型与REBLOM~U模型和REBLOML模型对比分析,REBLOM模型具有协调污染物排放量和可再生能源系统成本的梯度决策关系,有效地为决策者提供合理的污染物控制措施和规划方案。     

考虑深海能源土结构性的统一硬化模型

从定性和定量两方面对能源土的力学行为进行描述和计算,是高效安全开发天然气水合物资源的重要前提。基于结构性突变屈服破坏机理,可认为能源土结构性突变前为弹性变形,突变后为弹塑性变形。在统一硬化模型(UH模型)的框架下,引入结构性屈服压力;采用统一硬化参数和关联流动法则,构建了一个可以考虑能源土结构性的本构模型。相对于UH模型,改进的模型只增加了结构性屈服压力这一个参数,用以反映初始固结压力和水合物饱和度的综合影响。通过模型探讨和试验对比,所提模型能够在定量上吻合能源土的应力-应变关系,能在定性上反映能源土的剪胀特点。     

用MARKAL-MACRO模型研究碳减排对中国能源系统的影响

建立了能源-环境-经济耦合的非线性动态规划模型——中国MARKAL-MACRO模型,并以此对中国未来能源发展与碳排放的基准方案以及碳减排对中国能源系统的可能影响进行研究。模拟结果表明:若从2030年开始减排,减排率为10％～46％时碳边际减排成本在45～254美元/t之间;实施碳减排将导致化石能源等影子价格的上升、各种能源服务需求的下降,还将引起终端以及一次能源消费结构的变化。最终能源消费量将由于燃料结构的优化和能源服务需求的减少而减少,一次能源在高减排率下煤的比重将大大下降,而低碳和无碳能源特别是核能的比重将大幅度上升。中国未来碳减排的空间是有限的。     

客户驱动的MC广义产品配置模型

文章针对具有模块化特性的大批量定制生产的产品配置问题,提出了一种以客户驱动为基础的扩展虚拟模块的广义产品配置模型。通过客户需求分析建立驱动参数映射模型,结合虚拟模块特性建立广义的客户驱动参数描述格式和模块特性参数开放式柔性编码规则,从而得出量化的数学描述形式,把产品配置问题转变为模块的定量组合优化问题。     

SEEIP核心企业局域智慧能源网络框架及优化配置方法

智慧节能工业园区(SEEIP)的核心企业能源配置对产业集群的循环经济节能降耗具有重要作用。针对SEEIP建设与既有工业园区核心企业能源系统的智慧化改造,提出一种基于信息和通信技术(ICT)的局域智慧能源网络框架,并给出了能源生产模块、能源转换模块与能源蓄存模块中各种能源介质及品位的能量计算数学模型。以经济成本与环境影响为目标的函数,给出了SEEIP企业能源网络系统配置的优化模型,并采用改进的差异演化算法(DE)结合数据库查询技术求解该混合整数非线性规划(MINLP)优化问题,给出企业能源系统最佳配置方案,以满足用户冷、热、电需求。     

基于微分动力系统的阜阳市天然气能源系统模型研究

为对城市天然气能源系统进行研究,本文以城市天然气能源的消费量、天然气价格和城市经济增长为变量建立三维微分方程模型,提出天然气能源强度的概念和计算表达式,并首次定量讨论此系统内部变量间的演化关系。为具体分析该模型,以安徽省阜阳市为例,通过数据回归分析、曲线拟合、神经网络等方法得到模型参数。最后对此系统提出4种监控策略,通过Matlab仿真出每种监控策略的演化图;并对4种策略的各变量和天然气能源强度图做出比较,发现第三种策略(采取适当的行政措施)是目前最有效的行政监控策略。     

基于中国TIMES模型体系的低碳能源发展战略

为研究中国未来的低碳能源发展战略,应用系统分析原理建立了中国TIMES模型体系(China TIMES model system,C-TMS)。在对未来经济和社会发展进行合理假设的基础上,对2010—2050年间中国终端能源和一次能源的消费及构成进行了研究,并对2020年非化石能源在一次能源中的占比进行了分析,给出了未来低碳能源的发展战略。结果显示:在参考情景和政策情景下,中国的能源消费在2020年前均将处于持续快速增长态势,2020年的一次能源消费将分别达到49.1、47.6亿t标煤。在政策情景中,2020年不包括非商品能源的非化石能源,按供电煤耗折算将超过7亿t标煤,在一次能源消费的占比将达到14.8%。     

碳税与碳排放

二氧化碳 (CO2 )是引起全球气候变化的最重要的温室气体。碳税常常被认为是成本有效的碳减排政策工具 ,目前世界上已经有一些国家征收碳税或能源税。作者应用建立的一个中国 MARKAL -MACRO模型 ,研究了征收碳税对中国碳排放和宏观经济的影响。研究表明 :1)征收碳税将会导致较大的国内生产总值 (GDP)损失 ;2 )存在减排效果最佳的税率     

考虑碳交易成本及区域能源优化的配电网扩展规划研究

随着《碳排放权交易管理办法》的正式实施,加速了碳排放权交易的进度,在此背景下考虑区域综合能源系统(re-gional integrated energy system,RIES)接入配网后需求响应、可再生资源消纳和碳排放交易成本的影响,提出一种新的配电网规划方法.首先,对区域综合能源系统结构进行概述,介绍典型区域综合能...     

基于STIRPAT及解耦模型的河北省碳排放影响因素分析

运用解耦模型分析了2007年—2014年河北省的解耦状态:从增长性耦合到弱解耦,在波动中实现了强解耦.运用STIRPAT模型分析河北省碳排放影响因素,利用灰色模型GM(1,1)预测河北省2015年—2022年碳排放量,结果显示:产业结构对河北省碳排放影响最大;煤炭消费量、人均GDP、城镇人口占比、人口数对河北省碳排放量有促进作用,能源价格和研究与发展经费支出对河北省碳排放量的影响系数较小;能源结构、能源强度对河北省碳排放量有一定的抑制作用.GM(1,1)模型预测结果显示:应当重视河北省碳排放量的发展趋势,正视低碳发展的压力,通过调整各影响因素实现河北省低碳经济.     

电动汽车空调系统随机模型预测控制算法研究

为提高电动汽车空调系统的能量效率,提出一种基于马尔可夫链的随机模型预测控制算法. 热负荷扰动对空调系统的温度性能和能量效率存在较大影响,因此文中采用移动边界和集总参数方法,逐步建立了压缩制冷循环和车舱热负荷的动力学模型,建立的空调系统控制模型中包含了热负荷信息.采用马尔可夫链随机方法预测热负荷干扰,提出随机模型预测控制算法. 仿真结果表明,该算法提升了空调系统的温度性能和能量效率.      

压电能量俘获系统建模及仿真

针对压电悬臂梁结构能量俘获系统进行建模,利用电路系统和机械系统的相似关系,将压电俘能结构模型等效为电路系统模型;为建立压电能量俘获系统完整模型,基于LTC3588-1为核心的能量转换电路等效为降压及整流电路,并利用LTspice软件仿真验证该等效电路的正确性.在Matlab/Simulink系统中搭建压电能量俘获系统整体模型并进行仿真,根据仿真结果对模型参数进行优化.通过对实验数据对比、分析,验证系统模型的合理性,结果表明系统可以稳定输出3.3 V直流电压,最佳阻抗匹配条件下,输出功率为2.6 mW.      

考虑拓扑规划与管线选型的区域综合能源系统优化配置方法

区域综合能源系统是一种集多种能源生产与转换为一体的,具有能源利用效率高、多能源协调互补以及清洁低碳为特征的综合性能源生产形式。研究综合能源系统的优化配置方法有助于系统节能减排、保障地区用能安全以及促进可再生能源大幅消纳。本文建立了含拓扑规划的区域综合能源系统优化配置模型。其基本思路是以分布式能源站为基本供能单元,通过引入电力线路与输热管道的选型和容量配置约束,将分布在不同地区的能源系统连接在一起;其次,考虑了管网损耗、容量上限以及电压幅值等因素影响,以经济性最优为目标,综合考虑投资成本、替换成本与设备残值收益,构建了面向多区域能源互联系统的混合整数线性规划模型。算例测试结果表明,本文建立的规划模型可以有效减少冗余设备的安装容量,提高规划方案的经济性以及系统的综合能效,对于多区域综合能源系统的规划及建设具有一定的参考价值。