城市能源消耗与大气环境质量关系研究及在北京的应用

摘要

能源是国民经济的命脉，随着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，对能源的需求量也迅速增加，经济发展面临的能源约束矛盾和能源环境问题将更加突出。因此通过对能源消耗量、能源结构以及大气污染进行全面分析，确定能源消耗与大气污染排放量之间相关机制，定性定量的研究能源消耗与大气环境污染之间的关系，将为北京市能源结构调整，减少大气环境污染做出有力贡献。
　　 本文采用偏最小二乘法（PLS）进行北京几类主要能源消费量的中长期预测，分别研究在2010年、2015年和2020年北京城市能源的消耗情况。根据能源消耗影响因子的历史变化数据，按北京城市规模及发展速度将能源消耗预测分为高、中、低三个情景进行研究。考虑到在进行未来中长期能源消耗预测时，各能源消耗影响因子变化的不确定性，本研究采用了VaR（Value at Risk）风险评估法对北京市中长期能源需求进行概率化的预测和分析，从而充分考虑到能源预测结果的不确定性，为北京市能源系统优化提供直接的决策支持。
　　 本研究通过对能源消耗量、能源结构以及大气污染等因素进行全面分析，确定了能源消耗与大气污染排放量之间相关机制，基于大气污染排放与能源、气象、区域地理环境之间的相互影响，通过数值模拟的方法，定性定量的研究能源消耗与大气环境污染之间的关系，应用国际先进的ARPS-MM5-CMAQ耦合模型深入模拟分析不同排放情景下各能源消耗行业对大气环境质量的影响，并对各行业PM10排放量数据与大气环境质量模拟数据进行拟合分析，建立了两者间的相关关系。针对北京市能源系统，通过纳入建立起的行业PM10排放量数据与浓度贡献的关系，以及能源预测模型对未来目标年的预测结果，本文利用双目标线性规划方法对城市能源供应成本和PM10浓度贡献进行了优化，并将算法集成，制作出城市能源-大气耦合模型可视化软件。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 能源模型

1.2.2 气象模型

1.2.3 环境质量模型

1.2.4 能源-大气相关机制研究

1.3 本论文研究目的、内容和思路

1.3.1 研究目标

1.3.2 研究内容

1.3.3 技术路线

第2章 北京市能源发展现状研究

2.1 能源及其相关基本概念

2.1.1 能源基本概念及其分类

2.1.2 能源与经济关系

2.2 北京市能源发展现状

2.2.1 北京市能源供给现状

2.2.2 北京市能源消费现状

2.2.3 北京市能源状况基本评价

第3章 能源消耗预测模型的研究

3.1 能源预测方法及介绍

3.1.1 能源预测方法

3.1.2 本文所采用的能源预测方法

3.2 北京PLS能源模型的建立

3.2.1 偏最小二乘回归模型（PLS）的研究

3.2.2 北京PLS能源预测模型的建立及模型验证

3.3 北京能源消耗量的PLS预测及不确定性分析

3.3.1 VaR不确定性分析方法

3.3.2 北京未来目标年能源消耗量预测及不确定性分析

3.4 灰色偏最小二乘组合能源模型的研究

3.4.1 灰色模型

3.4.2 影响因子的灰色建模及验证

3.4.3 灰色偏最小二乘组合能源模型的建立

3.5 本章小结

第4章 城市能源-大气耦合优化模型的研究

4.1 能源与环境质量相关机制研究

4.1.1 ARPS-MM5-CMAQ耦合模型研究及验证

4.1.2 北京能源消耗与大气环境质量关系的建立

4.2 城市能源-大气耦合优化模型的研究

4.2.1 北京能源-大气耦合模型双目标方程的建立

4.2.2 北京能源-大气耦合模型的运算

4.3 城市能源-大气耦合模型的可视化软件制作

4.4 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 研究总结

5.2 本研究的主要特色和创新

5.3 展望

参考文献

附录

攻读硕士学位间发表的学术论文

致 谢