制度-政策-技术交互下电力转型理论与规划方法研究

摘要

“十三五”及未来一段时期，我国能源发展面临着推进能源生产和消费革命、保障国家能源战略安全、实现由能源大国向能源强国转变的艰巨任务。电力系统作为能源转型的重要领域，电力部门的低碳发展和低碳转型成为关键。作为我国耗煤主体，电力系统的能源结构优化大大滞后于发达国家，积极推动我国电力系统的低碳转型，是应对气候减排、环境和能源安全等问题与经济发展目标之间日益严峻的冲突的必然途径。
　　首先，本文基于系统转型管理理论以及新型产业创新发展过程，采用多层视角模型(MLP)分析了转型过程及其关键动力过程，研究中国电力系统宏观图景、技术社会范式和细缝技术，构建制度-政策-技术协同演化模型，深入分析制度、政策、技术、市场之间的交互机理。
　　其次，通过对学习曲线模型因素分析与选择，构建基于累积装机容量和累积研发投入作用下的动态双因素学习曲线模型，定量评估能源政策与技术创新和应用的关系，研究电力技术学习率和单位投资成本演变趋势。
　　再次，基于对主要电力技术发展的前瞻性分析，通过考虑财务参数、投资参数、运维参数、税收参数、容量参数等构建多因素平准化发电成本模型，对主要电力技术进行全面的技术经济性评估，在维持现有减排措施的情景中，可再生能源于2030年之后才具备与煤电相竞争的价格优势，而通过征收高水平的煤炭资源税、碳税和环境污染税以及光伏电价补贴，2020年可再生能源电力已经低于煤电价格，经济性明显，在此基础上提出不同发展阶段的电力系统转型路径。
　　通过设定政策转移概率矩阵，建立基于马尔科夫决策过程的动态综合资源战略规划模型，以全社会总成本最小化为目标，以电力需求、电力负荷、装机规模、灵活电源、污染物排放为约束条件，明确不同政策组合以及实施强度对电力规划的影响以及不同电源纳入规划的时间及规模，采用粒子群文化算法求解不同政策集合下的电力规划路径，情景—复制路径中，延续和发展现有体制结构和运营模式，仍然保持以煤电为主导的电力技术发展路径，煤电作为主流电源保证电力需求。情景二解构和重构路径中，可再生能源电力技术从细缝技术突破技术封锁转型成为主流技术发展路径，煤电作为调峰电源为可再生能源电力提供支撑，促使旧有社会—技术范式发生转型。情景三和情景四技术替代和范式再建路径中可再生能源发电技术与当前主流煤电技术相互竞争，煤电在2020年达到峰值，风电与太阳能发电分别在2020年、2030年实现大规模发展。
　　最后，基于新世纪的能源安全观从经济性、环保性、适应性三个准则提出电力规划多属性决策体系，采用粗糙集理论确定指标权重，并利用区间型多属性决策的目标规划模型对各方案进行综合评价，推荐情景二作为电力转型的最优路径规划。
　　通过上述研究工作，本文的主要创新点:
　　第一，基于多层视角分析模型构建了制度-政策-技术的协同演化模型，研究了制度、政策、技术、市场、价格等在不同发展阶段的交互机理，构建了电力系统转型的理论基础与分析框架。
　　第二，在多层视角分析框架下研究了动态双因素学习曲线模型，分析累积研发与累积装机容量共同作用下能源政策与技术创新之间的定量关系，探讨技术学习规律对发电成本、电力规划的动态影响机理，形成了一套“宏观图景-转型路径-政策交互-技术寻优-情景仿真”的电力转型和政策优化理论体系。
　　第三，构建了基于马尔科夫决策过程的动态综合资源战略规划模型，通过设计政策转移概率矩阵，将政策变量引入电源规划中，给出了中国2015-2050年不同政策实施路径下的动态电力规划方案。
　　第四，基于新世纪的能源安全观，根据经济性、环保性、适应性三个准则构建电力规划情景的多尺度决策体系，建立区间型多属性决策的目标规划模型，对电力规划情景方案进行综合比较与评价。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景及其意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状及发展动态分析

1．2．1 能源政策与技术创新定量关系研究

1．2．2 能源(电力)系统低碳转型理论研究

1．2．3 电力规划理论与方法研究

1．2．4 不确定优化技术在能源(电力)系统规划中的应用研究

1．2．5 研究动态与展望

1．3 研究内容及主要的创新点

1．3．1 本文的研究内容

1．3．2 本文的主要创新

第2章 制度-政策-技术的协同演进转型机理研究

2．1 系统转型管理理论

2．1．1 范式变迁理论

2．1．2 系统转型路径及其分类

2．2 中国电力系统多层视角(MLP)分析

2．2．1 多层视角(MLP)分析框架

2．2．2 中国电力系统多层视角分析

2．3 制度-政策-技术协同演化转型机理模型

2．3．1 制度-政策-技术交互下的系统转型假设

2．3．2 政策在系统转型中的作用机制

2．3．3 制度-政策-技术协同演化转型机理模型

2．4 本章小结

第3章 能源政策对技术创新和扩散的影响机理研究

3．1 基于制度-政策-技术交互的可再生能源产业

3．2 可再生能源产业的政策类型与阶段性

3．2．1 可再生能源政策类型

3．2．2 可再生能源政策阶段性

3．2．3 中国可再生能源电力的激励政策及实施效果

3．3 能源政策与技术创新／应用的定量关系建模

3．3．1 学习曲线模型因素分析与选择

3．3．2 累积研发与累积装机共同作用下的学习曲线

3．4 本章小结

第4章 电力技术平准化发电成本模型研究

4．1 主要电力技术的技术发展路线

4．1．1 清洁煤发电技术

4．1．2 风电技术

4．1．3 核电技术

4．1．4 太阳能发电技术

4．2 基于平准化发电成本模型的电力技术经济评估

4．2．1 平准化发电成本模型(LCOE)

4．2．2 情景说明

4．2．3 燃煤发电技术经济评估

4．2．4 风电技术经济评估

4．2．5 太阳能光伏发电技术经济评估

4．3 电力行业低碳转型路径

4．3．1 不同发电技术经济评估分析

4．3．2 不同发展阶段的电力系统转型路线

4．4 本章小结

第5章 动态综合资源战略规划模型构建研究

5．1 综合资源战略规划模型简介

5．2 基于马尔科夫决策过程的动态综合资源战略规划模型

5．2．1 模型分析

5．2．2 模型结构

5．2．3 模型目标函数

5．2．4 模型约束条件

5．2．5 模型求解算法

5．3 动态电力规划方案比较

5．3．1 情景说明

5．3．2 情景设定

5．3．3 情景一结果分析

5．3．4 情景二结果分析

5．3．5 情景三结果分析

5．3．6 情景四结果分析

5．3．7 四个情景结果综合分析

5．4 本章小结

第6章 电力规划情景多层次多尺度决策模型研究

6．1 新世纪的中国能源安全观

6．2 基于新能源安全观的电力规划多属性决策体系构建

6．2．1 粗糙集确定权重法

6．2．2 区间型多属性决策的目标规划方法

6．2．3 电力规划情景多属性决策体系构建

6．3 电力规划情景多属性决策模型

6．3．1 电力规划情景多属性决策指标权重确定

6．3．2 电力规划情景多属性决策评价

6．4 本章小结

第7章 研究成果与结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

攻读博士学位期间参加的科研工作

致谢

作者简介