“十三五”期间我国经济——能源——环境系统变量发展预测

本文以动态可计算一般均衡模型为基础,2010年投入产出表延长表为基准数据,对"十三五"期间我国经济——能源——环境系统相关变量进行了预测。分析结果显示:"十三五"期间我国经济将实现新常态下的稳定适宜增长,GDP增速保持在6.5%左右,产业结构进一步优化,第三产业比重明显上升,第二产业明显下降。由于经济增长的原因,能源消费总量与碳排放总量依然较高,但能源消费结构进一步优化,碳排放强度明显降低,节能减排的形势依然比较严峻。

IEA国家经济-能源-环境-社会四元系统时空演化特征研究

经济、能源、环境和社会之间存在耦合协调关系。基于46个IEA国家的样本,构建经济-能源-环境-社会(3E1S)综合评价指标体系,并利用改进的耦合协调度模型,对3E1S耦合协调度进行时间和空间差异分析。研究发现,IEA国家2000-2020年整体的耦合协调度呈现波动上升趋势,维持在0.60~0.70之间,属于初级协调水平。若进一步将46个国家划分为14个地理亚区,可以看出各地区空间上呈现随机分布趋势,总体上差异较小,但北欧、西欧形成了明显的“高-高”集聚效应,能够带动周边地区发展。研究的结论强调了促进3E1S协调发展的重要性,建议政府加强政策协同、促进区域合作与经验交流,激励创新和技术发展,并加强耦合协调度的监测与评估。

区域能源-经济-环境系统耦合协同度实证研究

双碳战略的提出对我国能源结构提出挑战,能源-经济-环境耦合协同成为关注热点。利用2016-2021年各省份面板数据,基于熵权法构建耦合协同度评价体系,采用不同准则组成的四种评价方法测算全国30个省份能源-经济-环境系统耦合协同度,并对不同方法测算结果进行一致性检验及测算区域均衡情况。研究表明:①各省份目前均处在中度失调与低度失调状态,耦合协同度呈上升趋势。②组内差距是导致发展不均衡的主要原因。

长三角地区能源、经济与环境系统协调度发展评价

长三角是我国最重要的经济区之一,文章把长三角看作一个整体,通过构建能源-经济-环境系统评价指标体系,运用层次分析法对长三角地区的能源-经济-环境系统协调度发展进行了分析,结果发现长三角地区能源-经济-环境系统协调度整体趋势呈“N”型,协调度较低,但仍有很大发展空间,总体呈现向上增长的趋势,可以通过区域协调,加快产业结构升级、加强能源利用效率、加大环境污染治理力度等措施进行改善。

安徽省能源、经济与生态环境三大系统耦合协调发展研究

为推进能源、经济与生态环境相互融合、协调发展,采用改进熵值法测算2016—2020年安徽省16个地级市能源、经济与生态环境系统综合发展值,并采用耦合协调度模型评价各系统间协调发展水平.得出结论:2016—2020年间三大系统综合发展水平为生态环境系统>经济系统>能源系统,三大系统耦合协调度呈“上升-下降”状态,其中经济与生态环境协调度最高.从演变格局来看,能源与经济耦合协调发展呈现“皖北>皖南”格局,其中皖南地区呈“U型”发展;经济与生态环境协调发展呈现安徽省中部城市低于其相邻城市的分布特征,并且高耦合协调度城市由皖南地区逐步向北扩散.能源与生态环境耦合协调发展呈现“皖北>皖中>皖南”格局,其中皖北地区呈现波动式上升趋势.

低碳矿区综合能源系统经济运行优化研究

针对煤矿开采过程中碳排放量高以及乏风、瓦斯、矿井涌水等伴生能源得不到及时有效利用的问题,提出一种低碳经济运行的矿区综合能源系统(coal mine integrated energy system, CMIES)。首先,为使矿区伴生能源得到充分利用,搭建了一个包含燃气轮机、乏风氧化发电单元、水源热泵等设备的CMIES模型。其次,为降低矿区碳排放量,在CMIES中加入光伏、风电、电转气与氢燃料电池等设备。同时,引入阶梯式碳交易机制与绿色证书交易机制(green certificate trading, GCT),通过“双机制”模型来约束系统碳排放、激励新能源设备出力。最后,调用CPLEX商业求解器,以购能成本、新能源设备运行成本、碳排放成本最小为目标函数进行求解。结果表明:优化后的CMIES碳排放量显著降低,运行成本大幅减少。

含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度

随着中国“碳达峰·碳中和”战略的不断推进,综合能源系统的绿色低碳转型迫在眉睫。针对传统碳捕集电厂灵活性较差、风电并网难以消纳等问题,提出一种含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度模型。首先,引入储液罐对传统碳捕集电厂进行改造,提高电厂应对风电波动的运行灵活性;其次,构建含两段式电转气、氢燃料电池、储氢罐和掺氢热电联产在内的氢能多元利用结构,以充分挖掘氢能利用与碳捕集电厂的协同运行潜力。在此基础上,引入阶梯碳交易机制,建立以碳交易、碳封存、燃煤及购气成本之和最小为优化目标的低碳经济调度模型。算例结果表明,文中模型能够有效提高系统的风电消纳水平和能源利用效率,具有显著的低碳经济效益。此外,碳交易基准价格的合理设定能够引导系统提高碳捕集水平。

储液式CCS耦合P2G的综合能源系统低碳经济调度

为应对电转气P2G(power-to-gas)和碳捕集系统CCS(carbon capture system)在可再生能源出力不足时耦合失效的问题,考虑对常规CCS引入CO_(2)储液罐以加强P2G和CCS的耦合。首先,构建储液式CCS和P2G的耦合模型,利用储液罐将CCS捕集的CO_(2)时移至可再生能源富足时段,供P2G再利用;其次,构建储液式CCS与P2G耦合的电热气综合能源系统日前优化调度模型;最后,以北方某工业园区为例进行仿真。结果证明所提模型可以充分利用CCS捕集的CO_(2),从而获得更好的经济和环境效益。

基于近端策略优化算法含碳捕集的综合能源系统低碳经济调度

为了实现园区综合能源系统(PIES)的低碳化经济运行和多能源互补,解决碳捕集装置耗电与捕碳需求之间的矛盾,以及不确定性源荷实时响应的问题,提出了基于近端策略优化算法含碳捕集的综合能源系统低碳经济调度方法。该方法通过在PIES中添加碳捕集装置,解决了碳捕集装置耗电和捕碳需求之间的矛盾,进而实现了PIES的低碳化运行;通过采用近端策略优化算法对PIES进行动态调度,解决了源荷的不确定性,平衡了各种能源的供给需求,进而降低了系统的运行成本。实验结果表明:该方法实现了不确定性源荷的实时响应,并相比于DDPG(deep deterministic policy gradient)和DQN(deep Q network)方法在低碳化经济运行方面具有有效性及先进性。

基于深度强化学习的园区综合能源系统低碳经济调度

为降低园区综合能源系统的运行成本和碳排放量,同时应对系统不确定性带来的随机波动,提出一种考虑阶梯式碳交易的园区综合能源系统低碳经济调度模型,并采用深度强化学习方法求解。首先构建园区阶梯式碳交易模型,将碳交易成本考虑在内对园区综合能源系统低碳经济调度问题进行数学描述;其次将该调度问题表述为马尔可夫决策过程框架,定义系统的观测状态、调度动作和奖励函数;继而采用近端策略优化算法进行低碳经济调度决策。所提方法无需进行负荷预测或不确定性建模,能够对源和荷的随机波动做出实时响应。最后基于多场景多算法进行算例仿真,结果表明所提方法提高系统运行经济性的同时降低了系统碳排放量。

能源产业政策与能源-环境-经济协同发展

本文基于2000-2021年2822条能源产业政策,采用文本挖掘与人工赋分结合的方法,从化石与非化石两大能源类别,行政、引导和激励三种措施类型对能源产业政策进行多重组合量化分析,采用非期望超效率SBM模型测度能源-环境-经济效率,探究能源产业政策对能源-环境-经济协同发展的影响。研究表明:①能源产业政策整体效力呈波动趋势,平均效力较平稳;②化石与非化石两大能源类别、三种措施类型与十种细分能源的政策整体效力均存在差异;③化石能源引导政策、非化石能源激励政策能够显著提升能源-环境-经济效率,非化石能源与化石能源行政政策均呈现抑制效果,该结果具有稳健性。东部和东北地区的化石能源引导政策、中部地区的非化石能源激励政策具有正向促进效果,西部地区的政策效果不明显。

基于VECM模型的湖北省经济增长、环境污染和能源消耗的关系研究

本文将2000~2019年湖北省SO2的排放数据和湖北省人均生产总值以及湖北省人均原油消耗量,分别作为污染指标、经济增长指标、能源消耗指标,用以探究湖北省经济增长、环境污染和能源消耗关系。通过建立VECM模型,经由Johansen检验和Granger因果关系检验的分析,探讨湖北省经济增长与环境污染和能源消耗这三种指标在时间维度上的相互影响的机制与动态关系。研究结果表明:湖北省的经济–环境–能源之间存在着长期稳定的协整关系,且环境污染与经济呈现负相关关系,与能源呈正相关关系;环境污染与能源消耗对经济的影响较大,环境污染会抑制经济的发展,而能源消耗会促进经济的增长。

考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度

为了保护综合能源系统中不同运营主体的信息隐私,权衡系统运行低碳性和经济性,解决天然气网络鲁棒模型难以求解的问题,提出了考虑碳-绿证耦合机制的电-气-热综合能源系统分布式鲁棒低碳经济调度方法。考虑天然气网络和热力网络的动态特性、碳-绿证耦合机制,构建综合能源系统动态低碳经济调度模型;为了保护各网络运营商的数据隐私,根据能量耦合关系对综合能源系统解耦,建立电-气-热网络的分布式协同优化模型;在此基础上,考虑风电出力和多能负荷的不确定性,提出基于一致性交替方向乘子法的分布式鲁棒优化框架,并利用二阶锥对偶理论与交替优化方法实现含二阶锥约束和二元变量的鲁棒子问题求解。以修改的IEEE 39节点电力网络、比利时20节点天然气网络和15节点热力网络为算例进行仿真分析,验证所提方法能够在源荷不确定性条件下实现综合能源系统各网络分散自治运行,同时兼顾系统运行的低碳性和经济性。

基于碳势-能源价格双响应的综合能源系统低碳经济调度

利用电-气-热多元负荷节点碳势引导需求响应是实现综合能源系统(IES)低碳运行的有效手段。IES中多能流耦合关系复杂、动态特性交织,碳排放特性难以准确表达。文中针对IES中低碳运行潜力挖掘不足的问题进行了研究,提出了一种基于节点碳势-能源价格双响应的经济调度方法,用于IES源-荷协同,实现低碳运行。一方面,通过剖析气、热动态特性对碳排放流的影响机理,引入动态特性等价替换思想,得出计及动态特性的碳排放流模型,进而得到负荷节点的碳势,实现碳排放责任的分摊;另一方面,从碳视角出发,考虑多元负荷的碳排放责任,设计了基于多元负荷节点碳势-能源价格双响应的IES源-荷低碳互动机制,充分挖掘IES中多元负荷的低碳潜力。通过对IES中碳排放产生、传输、消费全过程的追踪与计量,制定兼顾经济性与低碳性的调控策略。以电网14节点-热网6节点-天然气网6节点(E14-H6-G6)和E57-H12-G12测试系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。

园区综合能源系统低碳经济优化调度模型研究

现有的园区综合能源系统调度方案,存在成本高、污染环境且能源利用率低等问题。因此,提出一种计及电转气和碳交易机制的园区综合能源系统低碳经济优化调度模型。首先,重点分析电转气过程甲烷化环节强放热特性,研究其对系统优化调度的影响;其次,构建含补偿系数的综合园区能源系统阶梯式碳交易机制,以约束园区碳排放;最后,建立以运行成本、弃能功率、碳排放量最小为目标的园区综合能源系统优化调度模型,并进行多目标优化计算。结果表明:所提优化模型的总成本、弃能功率和碳排放量分别下降了15.4%、98.3%和19.7%。因此,该文所提园区综合能源系统优化调度模型提高了对能源的利用效率和经济性,并有效降低了园区的碳排放。

海港综合能源系统低碳经济发展研究综述

在我国“碳达峰与碳中和”愿景下,海港综合能源系统正通过全面电气化降低二氧化碳排放,实现海洋能源的可持续发展,但多能流融合给海港能源配置与优化运行带来新挑战。该文首先结合海港节能减排政策,对海港综合能源系统低碳经济发展进行概述;然后,从能源侧、负荷侧和能源存储3个层次分析海港综合能源系统特点,总结促进海港低碳减排的能源交易、碳捕集与利用封存、储能系统优化配置和多能互补协同优化运行关键技术;最后,对基于储能系统的未来海港低碳经济发展研究方向进行展望。

计及电动汽车的综合能源系统多主体协同低碳经济调度

针对未充分挖掘具有源荷双重特性的电动汽车集群调度潜力以辅助电力系统低碳运行的问题,提出了计及电动汽车的综合能源系统内多主体协同低碳经济调度策略。首先,考虑综合能源系统内多主体的电能交易构建了风电主体优化运行模型、计及碳捕集与电转气系统综合灵活运行的电-热耦合系统优化运行模型以及电动汽车主体优化运行模型;其次,基于纳什谈判理论建立了综合能源系统内多主体合作运行模型,将其分解为多主体联盟效益最大化子问题和电能交易支付谈判子问题,并采用交替方向乘子法对上述两个子问题进行了分布式求解以保护各主体的隐私;最后,通过算例仿真验证了所提策略能够充分挖掘碳捕集-电转气系统和电动汽车集群支撑风电消纳实现综合能源系统碳减排的潜力,提高各主体的运行效益以及合作联盟的整体效益,有效实现综合能源系统内各主体协同互济,促进新能源消纳、提升系统低碳性和经济性。

考虑源荷双重不确定性的多源系统鲁棒模糊动态综合环境经济调度

“双碳”目标下,以风电、光伏、光热发电为主的源端新能源规模化并网以及荷端供给需求和种类的多样性使得系统源荷平衡受到极大影响,给新型电力系统运行带来严峻挑战。基于此,以风电-光伏-光热-火电联合发电系统为研究对象,提出一种考虑源荷双重不确定性的鲁棒模糊动态综合环境经济调度模型。首先,分别基于鲁棒理论和模糊理论对多源系统源荷不确定因素建模,同时构建鲁棒模糊数学模型并推导其等价确定模型;其次,综合考虑各种环境经济因素,构建多源系统鲁棒模糊动态综合环境经济调度模型;然后,根据其等价确定转化思想对模型进行转化并采用基于差分进化的粒子群算法求解;最后,基于新疆哈密电网实际数据和改进IEEE-39节点系统,验证所建模型的寻优效果在环境经济上的可行性、有效性及优越性。

黄河流域九省(区)人口-水资源-经济-生态环境系统耦合协调发展及障碍因素分析

黄河流域九省(区)人口扩张和经济发展带来一系列资源和环境问题,亟待探究其人口-水资源-经济-生态环境(PWEE)系统耦合协调关系,促进黄河流域高质量发展。针对黄河流域九省(区)构建了PWEE系统耦合协调发展评价指标体系,采用熵权法、耦合协调度模型和障碍度模型,对2008—2020年黄河流域九省(区)PWEE系统综合发展水平、耦合协调状态和障碍因素进行分析。结果表明:黄河流域九省(区)PWEE系统及其各子系统综合发展水平呈上升趋势,耦合协调度从2008年的0.56上升至2020年的0.69,由勉强协调进入初级协调阶段,水资源子系统一直是影响九省(区)PWEE系统协调发展的限制因素,其平均障碍度从2008年的49.05%增加至2020年的55.48%,人均水资源量为主要障碍因子。

铁路车站光伏储能系统设计及生命周期环境经济分析

为探究光伏储能系统节能、减排及降本潜力,开展铁路车站太阳能光伏储能系统设计,构建全生命周期环境经济核算方法模型。以铁路车站为例,设计屋顶式光伏储能系统,核算全生命周期碳排放当量为2.62×10^(3)t CO_(2)e,仅为国家电网发电和可再生能源占比较高的地方电网发电碳排放当量的10%和37%;光伏储能系统全生命周期大气污染物不产生PM2.5排放,SO_(2)和NOx大气污染物排放量分别为4.58 t和3.66 t,远低于国家电网;光伏储能系统全生命周期经济成本也最低,仅为地方电网和国家电网供电电费的20%和25%。相比于国家电网和区域电网供电方式,光伏储能供电的碳排放回收期分别为2.5年和9.3年,显著低于光伏组件使用年限25年,具有优越的环境与经济效益,为铁路车站运营供电方式选择提供借鉴。