北京环境减排目标下能源替代分析与优化模型研究

摘要

能源、环境和经济是人类社会发展的三要素，他们互相影响，彼此制约共同构成了人类经济社会发展的大系统。能源是推动经济社会发展必不可少的源动力，一方面，经济的增长离不开能源的支持，即能源促进了经济的增长，另一方面，能源的可持续发展必须以经济增长为前提条件。而人类在经济发展的过程中，往往忽视了它们之间协调发展的关系，总是顾此失彼。今天的中国，经济实现了持续30多年的快速增长，虽然不断为人们提供了丰富的物质和精神文化产品，但环境污染、生态破坏、资源匮乏等问题日益严重。一些地方政府将经济发展简单地理解为GDP增长，单纯地依靠投入大规模生产要素以获取经济的高速增长，造成资源浪费严重，环境污染惊人。但是，根据发达国家的经验，实现经济社会可持续发展事关我国的生存与发展。因此，我国于1992年正式向联合国环境与发展大会提交了《中华人民共和国环境与发展报告》，明确提出了实现可持续发展的观点，此后，我国在部署各项工作时都把可持续发展作为开展工作的重要指导方针和战略目标。为了分析我国能源消费与环境减排之间的具体关系，提出能源结构与电源结构优化的具体方法和途径，本文主要开展了以下几方面的研究: (1)分析了北京市能源消费现状、污染物排放现状及两者之间的相互关系，结合国内外关于能源替代交易研究成果，提出了能源替代优化途径，既大力开展电能替代一次能源交易、用户参与电能替代交易和清洁能源参与火电替代交易和区域间电能替代交易。 (2)为了把握能源消费与环境减排间的相关关系，构建了北京市能源消费与环境减排系统动力学分析模型，分析了能源消费与污染物排放之间间的因果关系，构建了流量存量图，应用往年历史数据检验所提模型的真实性和有效性，对北京市环境减排目标下能源消费与环境减排的关系进行系统仿真，并设定了不同的发展情景对所得结果进行敏感性分析。 (3)引入峰谷分时电价，构建了基于峰谷分时电价下的风火电节能调度优化抹模型;然后，构建了风电、抽水蓄能电站联合运行替代火电交易二阶段优化模型，并应用二进制粒子群算法进行模型求解;最后，提出了分布式能源发电替代传统火电交易优化模型并进行了相应的算例分析。 (4)在区域间电能替代交易基本理论的基础上，提出了基于改进粗糙集法的区域发电效益评价模型，对比分析了不同区域的发电效益，并引入CVaR方法，分析了不同风险态度和环境减排压力对区域间电能替代交易的影响和比较了核心法和Shapley值法在电能替代交易利润分配方面的适用性。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 能源消费与环境减排关系研究现状

1．2．2 电能替代一次能源交易研究现状

1．2．3 用户参与电能替代交易研究现状

1．2．4 清洁能源替代火力发电交易研究现状

1．2．5 区域间电能替代交易研究现状

1．2．6 引导环境减排的相关机制研究现状

1．3 论文研究内容及框架

1．4 论文的创新点

第2章 北京市能源消费、环境减排及能源替代途径分析

2．1 北京能源消费的现状分析

2．1．1 能源总体消费

2．1．2 煤炭消费

2．1．3 汽油消费

2．1．4 电力消费

2．2 能源消费与环境减排关系分析

2．2．1 总体关系分析

2．2．2 能源消费与经济发展关系分析

2．2．3 经济发展与环境减排关系分析

2．2．4 能源消费与环境减排关系分析

2．3 能源替代途径分析

2．3．1 电能替代一次能源交易

2．3．2 用户参与电能替代交易

2．3．3 清洁能源替代火力发电交易

2．3．4 区域间电能替代交易

2．4 小结

第3章 北京能源消费与环境减排关系分析模型

3．1 系统动力学分析模型

3．1．1 基本理论

3．1．2 因果关系分析

3．1．3 因果回路图构建

3．1．4 子系统变量设定

3．1．5 流量存量图构建

3．2 系统仿真与检验

3．2．1 基本参数选取

3．2．2 系统动力学方程

3．2．3 真实性检验

3．2．4 仿真结果分析

3．3 多情景敏感性分析

3．3．1 敏感性分析法

3．3．2 情景分析法

3．3．3 结果分析

3．4 小结

第4章 北京电能替代一次能源环境减排效益分析模型

4．1 电能替代一次能源效益分析

4．1．1 经济效益分析

4．1．2 环境效益分析

4．1．3 社会效益分析

4．2 地源热泵以电代煤效益分析模型

4．2．1 节能减排效益分析模型

4．2．2 技术经济分析模型

4．2．3 算例分析

4．3 电动汽车以电代油效益分析模型

4．3．1 电动汽车保有量预测模型

4．3．2 环境减排效益分析模型

4．3．3 算例分析

4．4 小结

第5章 环境减排目标下清洁能源替代火力发电优化模型

5．1 清洁能源替代火力发电效益分析

5．1．1 经济效益分析

5．1．2 环境效益分析

5．2 风电替代火电交易优化模型

5．2．1 节能调度环境下风电替代火电模型

5．2．2 峰谷分时电价下电能替代模型

5．2．3 算例分析

5．3 风电、抽水蓄能电站联合运行替代火电交易优化模型

5．3．1 二阶段优化模型

5．3．2 电源功率输出模型

5．3．3 风电、抽水蓄能电站替代火电二阶段模型

5．3．4 二进值粒子群算法

5．3．5 算例分析

5．4 分布式能源发电替代火电交易优化模型

5．4．1 目标函数

5．4．2 约束条件

5．4．3 求解方法

5．4．4 算例分析

5．5 虚拟电厂替代火电交易优化模型

5．5．1 基本概念

5．5．2 虚拟电厂竞价策略

5．5．3 虚拟电厂替代火力发电交易模型

5．5．4 算例分析

5．6 小结

第6章 环境减排目标下区域间电能替代交易优化模型

6．1 区域电能替代交易基本理论

6．1．1 基本内涵

6．1．2 交易机制

6．1．3 交易主体

6．1．4 交易流程

6．2 基于改进粗糙集法的区域发电效益评价模型

6．2．1 发电效益评价指标

6．2．2 改进粗糙集法评价模型

6．2．3 算例分析

6．3 基于CVaR理论的区域电能替代交易优化模型

6．3．1 VaR和CVaR方法介绍

6．3．2 风险中立时电能替代交易

6．3．3 风险非中立时电能替代交易

6．4 区域间电能替代交易利润分配模型

6．4．1 核心法

6．4．2 Shapley值法

6．4．3 算例分析

6．5 小结

第7章 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

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