多重不确定扰动下能源-环境系统建模及优化路径研究—以京津冀为例

It is significant to study energy-environment system optimization modeling for Beijing-Tianjin-Hebei region, but the multiple uncertainties obviously affect the optimization modeling for energy-environment system. This study devotes to research for energy-environment system modeling and optimization pathways under multiple uncertainties. The method of this study is innovation, and it could effectively tackle the bottleneck for managing of energy-environment system. In detail, the research mainly include: (1) develop a dual stochastic robust optimization method to tackle the multiple uncertainties of energy-environment system; (2) propose an energy-environment optimization model based on dual stochastic robust optimization method. The proposed model can reveal the mechanism for the interaction between overall energy and environment, and balance the contradiction among the economic development, energy mix, atmospheric pollution, and climatic change, as well as propose the optimized pathways for energy-environment system; (3) propose a carbon trading sub-model to study the effects of carbon trading mechanism on the energy mix transformation from coal-dominated to low-carbon electric power region, and carbon emission mitigation, as well as system cost; (4) the proposed multiple uncertainties energy-environment system optimization model will be applied to the planning of regional scale energy-environment system of Beijing-Tianjin-Hebei region, where the contradiction between energy and environment is serious. These findings of this study will accelerate the sustainable development of Beijing-Tianjin-Hebei region, and promote the national energy integration strategy for Beijing-Tianjin-Hebei region, as well as provide a scientific basis for energy - environment system management.

开展京津冀地区能源-环境系统优化建模研究具有重要意义，而多重不确定性对于能源-环境系统具有显著的扰动作用。本研究致力于开展多重不确定扰动下能源-环境系统建模及优化路径研究。该研究不仅在方法上有所创新，而且可以解决区域尺度能源-环境系统管理的瓶颈。主要研究内容包括：（1）开发基于双重随机鲁棒的多重不确定性优化方法，降低多重不确定性信息对于系统的扰动作用；（2）构建多重不确定扰动下的能源-环境系统优化模型，揭示全口径能源活动-环境之间的动态响应机理，平衡经济发展、能源结构与大气环境、气候变化之间的矛盾，提出能源-环境系统优化路径；（3）构建碳交易子优化模型，深入研究碳交易机制对于能源结构绿色转型、碳减排及系统成本的影响；（4）选择京津冀地区为案例研究对象。研究结果可以促进京津冀地区能源-环境系统的可持续发展，促进国家京津冀能源一体化战略的推进，为能源-环境系统管理提供科学的决策支持。

开展京津冀地区能源-环境系统优化建模研究具有重要意义，而多重不确定性对于能源-环境系统具有显著的扰动作用。本研究致力于开展多重不确定扰动下能源-环境系统建模及优化路径研究。该研究不仅在方法上有所创新，而且可以解决区域尺度能源-环境系统管理的瓶颈。本项目在以下几个方面取得重要进展：（1）本研究基于模糊优化、两阶段随机优化、鲁棒优化等方法开发了双重鲁棒优化算法，所开发的方法能够有效地处理决策过程中的随机及模糊不确定性参数，有效克服传统随机和模糊方法存在的系统偏差问题，利于决策者全面权衡系统的经济性和风险性。（2）基于开发的双重鲁棒优化方法，构建京津冀区域特色型多重不确定性扰动下的能源-环境系统优化模型。所构建的多重不确定扰动下的能源-环境系统优化模型涵盖一次能源配置、二次能源加工转换和能源终端消费以及大气污染物和碳减排的能源活动及环境影响过程。构建的模型有效揭示了能源系统与环境系统的互动关联性，平衡经济发展、“高碳”型能源结构与大气环境质量之间的矛盾，并且生成了能源-环境系统优化方案，具体包括：一次能源生产、化石能源配置、焦炭生产、原油生产、供热、发电、电力扩容、污染物管理及碳减排等方案。（3）构建一系列碳政策子优化模型，定量化评估碳交易、电力绿证政策对于能源结构绿色转型、碳减排以及系统经济性的影响，定量化识别不同碳政策对经济与环境的“双重红利”效应，进而促进研究区域的能源结构绿色转型及碳减排。（4）提出“京津冀一体化”战略背景下的能源-环境系统优化路径及管理策略。本研究通过对构建的模型生成的成果进行总结及凝练，最终提出了“京津冀一体化”背景下的能源-环境系统优化路径及管理策略。研究成果可以为政府部门及管理机构科学的制定各项政策提供有效的决策支持，推进国家京津冀能源一体化战略，为大气环境质量改善和区域能源工业发展产生更加长远的经济效益和示范效应。