基于动态投入产出原理的能源系统建模和供给侧发展路线优化

Energy supply side innovation is the key to promote clean, high-efficient energy utilization in China. Currently, the energy supply side in China has to deal with three major problems: structurally over-capacity, inappropriate regional distribution of energy supply facilities, and the extensive way of energy utilization which does not meet the requirement of clean, low-carbon development target. This project proposes a way to study energy supply-demand system based on dynamic input-output principle. First, a dynamic input-output model of energy supply-demand system is established. Then, mixed-integer programming is applied for the development route optimization of energy supply technologies, and superstructure modeling is applied for the regional distribution optimization of energy supply facilities. By establishing the dynamic input-output model, this project studies the dynamic interaction mechanism of energy supply and consumption, and provides dynamic changing vision of the total amount and structure of China’s energy supply and consumption in the future. This project will take into account of the period for building and retirement of each kind of energy production, transport and storage facilities, and the regional disparities of resources, ecosystem, and economic development, and provide the optimization of technological development route and regional distribution for China’s energy supply in the future with multiple objectives of energy efficiency, environmental and economic performances. The optimization will provide reliable and quantitative reference for China’s energy supply side innovation.

能源供给侧改革是推进我国能源清洁、高效利用的关键。目前，我国能源供给侧面临的主要问题是结构性产能过剩，区域布局不合理，以及粗放的能源利用方式不适应清洁、低碳的发展目标。本课题提出了一个基于动态投入产出原理的能源供需系统研究思路，在建立能源供给-消费的动态投入产出模型的基础上，结合混合整数规划方法研究能源供给技术路线选择的优化问题，结合超结构建模方法研究能源供给的区域布局优化问题。通过建立模型，本课题将研究能源消费与供给之间的动态关联关系，并得出我国未来能源供给、消费的总量和构成的动态变化图景。本课题将在综合考虑各类能源生产、运输、储存设施的产能建设和退役周期，考虑我国各区域的资源禀赋、生态环境承受能力、经济发展水平差异的情况下，以整体能源利用效率、环境性能、经济性等为优化目标，给出我国未来能源供给的技术路线选择和区域产能布局的优化方案，为我国能源供给侧改革提供科学、定量的参考依据。

能源供给侧改革是推进我国能源清洁、低碳、高效利用的关键。在本课题的研究中，首先对我国生产部门的二氧化碳排放以及区域的能源消费特征进行了定量评估，从而对我国现阶段的能源消费和二氧化碳排放情况及其背后的驱动因素形成了较为全面、深入的认识。然后，建立了我国能源-经济系统的动态投入产出模型，并在动态投入产出模型的基础上对我国未来的能源供给和消费进行了多目标优化，得出了我国能源供给和关键性需求部门在不同情景下的发展路线。在此基础上，以炼油部门和交通部门为例，采用超结构优化方法，对这两个部门的长期产能建设路径进行了定量优化分析。最后，为了考察区域差异性对能源基础设施布局的影响，以储能设施的发展为例，采用演化博弈方法，对储能接入电力系统的布局路径进行了理论推导和仿真分析。研究结果表明，虽然现阶段我国的能源结构仍然以化石能源为主，但合理的规划路径可以兼顾经济效益、环境排放和能源利用效率，在2050年左右实现以可再生能源为主力的能源供给结构。从中长期来看，国民经济各生产部门的碳排放潜力逐渐从重工业部门转向第三产业。推动可再生能源大规模发展、构造低碳安全稳定的电力供应体系，储能将起到关键性的作用。但是，储能设施的布局短时间内不宜大面积铺开，而应先在较适合发展储能的华东和华南地区展开试点。.本课题的研究通过建立复杂的多部门能源系统动态模型，研究了能源的供给、转化、消费的长期演化过程，得出了兼顾经济效益、环境影响和能源效率的能源系统发展路线，并对能源系统中的重要部门的产能建设和区域布局进行了较为深入的定量研究。从方法上，本课题的研究框架拓展了能源系统工程领域的研究思路，可以进一步应用于研究不同种类、不同区域的能源系统问题，具有一定的方法创新性和科学推广价值。从研究成果和内容上，本课题的研究为我国的能源供给侧改革提供了科学、定量的参考方案，有利于推动我国的能源转型发展。