不确定城市能源系统规划模型研究及应用

论文摘要

随着我国城市化进程快速发展,保障城市能源安全,降低用能成本,减少环境影响,实施低碳城市战略,使科学的城市能源系统管理成为现实需求。口前城市能源系统规划研究多为确定性模型,然而,在城市能源系统管理过程中,存在诸多不确定性因素,如能源资源开发与供应、能源品质、价格、技术选择、新增容量与选址、需求预测等,尚缺乏对这些不确定性条件下城市能源系统管理的支持。因此,本研究将重点开发不确定性能源系统规划模型,并分别从不确定性规划方法、模型假例应用、北京市能源系统实际应用等三个方面进行了细致的研究。在不确定性规划方法研究方面,针对区间线性规划已有算法存在的缺陷,基于可能度概念给出了区间线性规划的有效解、弱有效解、最优解及其解域的定义和性质,提出了三种改进算法,所得区间解为以上解域的子集。为探讨不确定能源系统规划模型的应用,建立区间数机会约束混合整数不确定性能源系统规划模型,并将其应用于一假例研究。结果表明,该模型可以较好地处理口标函数及约束条件左右两侧存在的区间不确定性,并可有效处理系统成本及系统风险“妥协”问题,表明该模型可以应用于实际能源系统规划研究。在实际应用方面,以北京市为对象区域,对其能源系统结构、特征进行分析,并利用因素分解模型（LMDI）研究了能源系统发展的驱动力,为北京市能源系统模型构建提供基础框架和相关参数,开发了确定性能源系统规划模型。以其为框架,开发了区间不确定性北京能源系统规划模型,并将既有建筑节能改造作为虚拟能源技术引入模型分析政策的实施；进一步开发机会约束区间不确定性北京能源系统规划模型（CCIESM）,将相对电量模型、电力需求预测模型及Shapiro-Wilk统计检验方法结合,进行中长期电力需求概率预测,所得随机信息被引入CCIESM。以上研究结果表明：（1）在能源需求不断增长的情况下,能源系统规划模型研究,能够为北京市中长期能源供应、加工转换、能源利用等优化配置提供决策支持；（2）区间不确定性北京能源系统规划模型,能够处理口标函数和约束条件左右两侧存在的不确定性,可以辅助决策者根据能源、环境约束及对风险的考虑制定能源系统发展规划；（3）既有建筑改造是规划模型的优先选择,从而实现对《北京市既有建筑节能改造专项实施方案》政策的评价；（4） CCIESM能够较好地处理能源系统管理的区间、概率不确定性问题；电力需求保障程度提高,系统风险降低,能源系统成本将上升,反之亦然；电力需求保障程度对能源生产、能源调入、发电装机、新能源与可再生能源发展、供暖、节能改造以及污染排放等均有一定影响。本研究开发了几种不确定性能源系统规划模型对现实城市能源系统进行研究,探讨不确定性条件下的决策响应,以降低决策风险,相关模型和方法可供其他研究借鉴。本研究主要关注了城市能源系统的区间、随机等方面的不确定性,而实际情况并不限于此；目前能源系统研究有转向实时、小尺度的趋势；能源系统与城市系统其它子系统关系密切,反映能源管理的综合城市系统研究口前还较少。以上问题都值得作深入探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究意义
• 1.3 研究目标与研究内容
• 1.4 研究技术路线
• 1.4.1 城市能源系统规划模型研究
• 1.4.2 不确定性优化方法研究
• 1.4.3 不确定性城市能源系统规划模型的研究
• 1.4.4 典型案例的研究
• 1.5 论文框架
• 第2章 能源系统规划模型的研究进展
• 2.1 确定性能源系统规划研究
• 2.1.1 线性规划
• 2.1.2 多目标规划
• 2.1.3 能源系统规划模型的应用
• 2.2 不确定性条件下的能源系统规划
• 2.2.1 随机优化
• 2.2.2 模糊优化
• 2.2.3 区间优化
• 2.3 文献综述总结
• 第3章 区间线性规划及其区间解的研究
• 3.1 引言
• 3.2 区间数相关定义
• 3.3 区间线性规划形式及性质
• 3.4 区间（弱）有效解的解法
• 3.5 求解区间最优解的讨论
• 3.6 数值例子及讨论
• 3.7 小结
• 第4章 区间机会约束混合整数能源系统规划模型的研究及应用
• 4.1 引言
• 4.2 ICMIEM模型的开发
• 4.2.1 模型表述
• 4.2.2 求解方法
• 4.3 基于ICMIEM模型的能源系统规划
• 4.3.1 某地区能源系统概述
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 小结
• 第5章 实例分析:北京能源系统概况及分析
• 5.1 研究区域的选取
• 5.2 北京能源系统分析
• 5.2.1 能源系统结构
• 5.2.2 用能需求
• 5.2.3 能源供应
• 5.2.4 能源加工与转换
• 5.2.5 能源输送
• 5.3 小结
• 第6章 确定性能源系统规划模型在北京市的应用
• 6.1 引言
• 6.2 能源系统规划模型
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 能源供应
• 6.3.2 电力、供热转换技术
• 6.3.3 电力与供热污染物排放
• 6.4 小结
• 第7章 基于不确定性优化方法的北京市能源系统规划研究
• 7.1 引言
• 7.2 区间不确定性北京能源系统规划模型的建立
• 7.2.1 北京市能源系统的特点
• 7.2.2 基准期设定
• 7.2.3 北京市能源政策
• 7.2.4 区间不确定性能源系统规划模型
• 7.2.5 区间不确定性能源系统规划模型的求解
• 7.3 计算结果与分析
• 7.3.1 能源供应
• 7.3.2 能源加工转换技术
• 7.3.3 既有建筑节能改造
• 7.3.4 污染物排放
• 7.4 小结
• 第8章 基于电力需求概率预测的机会约束区间不确定性北京能源系统规划研究
• 8.1 引言
• 8.2 CCIESM模型
• 8.3 北京中长期电力需求概率预测
• 8.3.1 建模方法
• 8.3.2 中长期电力需求预测
• 8.3.3 中长期电力需求概率预测
• 8.4 计算结果与分析
• 8.4.1 系统成本
• 8.4.2 能源供应
• 8.4.3 能源加工转换技术
• 8.4.4 既有建筑节能改造
• 8.4.5 污染物排放
• 8.5 小结
• 第9章 结论
• 9.1 主要结论
• 9.2 贡献与创新
• 9.3 展望
• 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