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        基于碳排放約束的河北省能源結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化預(yù)測(cè)

        2022-04-11 14:50:16倪健康閆海波
        速讀·中旬 2022年2期
        關(guān)鍵詞:能源結(jié)構(gòu)碳排放

        倪健康 閆海波

        ◆摘? 要:碳達(dá)峰背景下以碳排放成本最小作為目標(biāo)引導(dǎo)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化,以河北省為例,綜合經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、能源強(qiáng)度、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、碳排放上限等指標(biāo),構(gòu)建河北省能源發(fā)展多目標(biāo)優(yōu)化決策模型,利用其2006—2017年相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。研究得到2025年的能源發(fā)展多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果為:河北省煤炭消耗占比降低至66%,石油占比降幅在個(gè)位數(shù)以內(nèi),天然氣和一次電子及其他清潔能源的占比有較大提升,天然氣占比突破到了十個(gè)百分點(diǎn),清潔能源占比達(dá)到了17個(gè)百分點(diǎn)。

        ◆關(guān)鍵詞:多目標(biāo)優(yōu)化決策模型;能源結(jié)構(gòu);碳排放

        氣候問(wèn)題是二十一世紀(jì)以來(lái)世界都普遍關(guān)心的問(wèn)題。從全國(guó)的能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化來(lái)說(shuō),林伯強(qiáng)等指出,中國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、能源需求的階段性特征、節(jié)能減排的基本國(guó)策、全球變暖與溫室效應(yīng)的限制,都需要對(duì)中國(guó)的能源戰(zhàn)略作出相應(yīng)的調(diào)整,在節(jié)能與減排的限制下,實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的能源結(jié)構(gòu),范德成等以“十二五”碳排放最低排放指標(biāo)為指導(dǎo),建立了以經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和節(jié)能減排為目的的線性規(guī)劃優(yōu)化數(shù)學(xué)模型,并對(duì)我國(guó)能耗結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。計(jì)算了能源結(jié)構(gòu)對(duì)碳強(qiáng)度和GDP的貢獻(xiàn)潛力。王彩明等使用馬爾可夫鏈模型,對(duì)京、津、冀地區(qū)的一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了預(yù)測(cè),并根據(jù)京津冀地區(qū)的不同預(yù)設(shè)情景,對(duì)2020年的一次能源消耗進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

        本文以建立數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法構(gòu)建了以碳排放成本最小為目標(biāo)函數(shù),以萬(wàn)元gdp能耗、能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展約束及碳排放量為約束函數(shù)的預(yù)測(cè)2025年河北省能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)模型,得到對(duì)河北省2025年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)占比的預(yù)測(cè)。

        1 研究設(shè)計(jì)

        1.1目標(biāo)函數(shù)處理

        以煤炭、石油、天然氣和清潔能源的消費(fèi)為變量,設(shè)定了最優(yōu)的碳排放成本總量最小。本文采用中國(guó)發(fā)改委能源研究所推薦的碳元素排放系數(shù),整理成表如下。

        設(shè)置目標(biāo)函數(shù)如下:

        1.2多目標(biāo)約束

        1.2.1碳排放約束

        2021年河北省政府工作報(bào)告指出2025年需要比2020年萬(wàn)元GDP二氧化碳排放降低19%,由于2020年數(shù)據(jù)空缺,所以結(jié)合《河北省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》提出的:2020年單位GDP二氧化碳排放濃度較 2015 年下降 20.5%。A是2015年單位生產(chǎn)總值的CO2排放濃度,經(jīng)計(jì)算為2.560469。[αi]為每種能源的二氧化碳碳排放系數(shù)。

        1.2.2萬(wàn)元GDP能耗約束

        2021年河北省政府工作報(bào)告指出2025年需要比2020年萬(wàn)元GDP能耗降低15%,由于2020年數(shù)據(jù)空缺,所以結(jié)合《河北省“十三五”能源發(fā)展規(guī)劃》提出的:2020年單位GDP能耗比2015年下降19%。B為2015年單位GDP能耗,經(jīng)計(jì)算為0.98622。

        1.2.3能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)約束

        ①[ x15]/[i=14xi5≤0.66] 每年煤炭比例不低于0.5 ②[ 0.11≤x35]/[i=14xi5] ③[ 0.13≤x45/i=14xi5≤0.2] 每年都小于0.2。河北能源發(fā)展報(bào)告(2020)預(yù)測(cè),我國(guó)的煤炭消費(fèi)量每年下降,直到66%左右。天然氣和非化石能源的比例將達(dá)到11%和13%?!笆濉笨稍偕茉窗l(fā)展計(jì)劃提出,到2020年我國(guó)一次能源消耗的化石能源將達(dá)到20%,2030年達(dá)到15%。

        1.2.4經(jīng)濟(jì)約束

        本文為了簡(jiǎn)化模型并有針對(duì)性地分析問(wèn)題構(gòu)建超越對(duì)數(shù)生產(chǎn)函數(shù)如下。

        使用1980-2017的河北省的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)建立超越對(duì)數(shù)模型,t的范圍為1980年至2017年,除此之外,還有非負(fù)約束:[xij]≥0。

        2 結(jié)果分析

        根據(jù)本文建立的多目標(biāo)決策優(yōu)化模型,得到的優(yōu)化預(yù)測(cè)結(jié)果如表所示。

        結(jié)果顯示2025年預(yù)測(cè)的河北省煤炭消耗占比降低至66%,與2017年全國(guó)的水平相當(dāng)。石油占比降幅在個(gè)位數(shù)以內(nèi),天然氣和一次電子及其他清潔能源的占比有較大提升,天然氣突破到了十個(gè)百分點(diǎn),清潔能源達(dá)到了17個(gè)百分點(diǎn)是除煤炭外占比最大的能源消耗品種。

        煤炭在能源消費(fèi)中所占比例較大,導(dǎo)致能源效率低下,碳排放量大,故能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的空間較大,碳減排潛力較大。基于上述結(jié)果本文提出了以下建議:提高能源使用效率。在大力發(fā)展清潔能源、清潔能源替代技術(shù)的同時(shí),國(guó)家要大力支持和支持能源的相關(guān)政策。

        參考文獻(xiàn)

        [1]林伯強(qiáng),姚昕,劉希穎.節(jié)能和碳排放約束下的中國(guó)能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略調(diào)整[J].中國(guó)社會(huì)科學(xué),2010(01):58-71+222.

        [2]范德成,王韶華,張偉.低碳能耗結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型構(gòu)建及實(shí)證分析[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào),2013,34(07):939-944.

        [3]王彩明,李健.一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)京津冀碳強(qiáng)度目標(biāo)的貢獻(xiàn)力分析[J].科技管理研究,2017,37(07):226-233.

        作者簡(jiǎn)介

        倪健康(1997-),男,重慶酉陽(yáng)人,碩士研究生,主要研究方向大數(shù)據(jù)分析。

        閆海波(1997-),男,安徽淮南人,碩士研究生,主要研究方向大數(shù)據(jù)分析。

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