一种面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种面向能源‑经济‑环境系统的电源结构演化方法，包括以下步骤：1)建立包含生产部门、环境部门、家庭及政府的多部门动态经济学增长模型，以描述经济增长过程及其对环境的影响，得政府环境支出；2)建立集总电源规划模型，然后将集总电源规划模型作为能源的子模块纳入能源‑经济‑环境系统中，并以此计算电源环境效率；3)基于松弛算法，以电源环境效率与政府环境支出为交互变量，实现多部门动态经济学增长模型与集总电源规划模型的耦合，并保证多部门动态经济学增长模型及集总电源规划模型收敛，该方法实现3E系统中各元素的耦合，有效提高长期电源规划方案的全面性，可行性较高。

A power structure evolution method for energy economy environment system

【技术实现步骤摘要】
一种面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法
本专利技术属于电力系统和经济学的交叉领域，涉及一种面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法。
技术介绍
我国作为世界上能源消费和碳排放量最大的国家，推进能源革命任务尤其紧迫和艰巨，这不仅涉及对国际社会的庄严承诺，更关系到我国能否在新一轮技术革命中占据有利位置，实现经济结构和能源结构的成功转型，因此研究电源结构调整方法已经迫在眉睫。专利技术人在实现本专利技术的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足：(1)3E系统各元素间两两耦合、相互协调，忽略经济与环境因素，孤立地讨论能源系统发展是片面的。(2)电源结构规划模型从具体技术入手，将经济、环境因素作为边界条件给定，以简化对经济和环境的描述，规划方案的全面性及经济性较差，可持续发展的长期停留在概念上。(3)宏观经济模型，集中地表现能源消费与经济、环境的关系，无法对电源规划的具体细节进行描述，不能保证方案的可行性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法，该方法实现3E系统中各元素的耦合，有效提高长期电源规划方案的全面性和技术可行性。为达到上述目的，本专利技术所述的面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法包括以下步骤：1)基于无限期动态经济增长理论，建立包含生产部门、环境部门、家庭及政府的多部门动态经济学增长模型，以描述经济增长过程及其对环境的影响，得政府环境支出；2)构建电力系统内部及外部约束，以投资运行总费用最小为目标，建立集总电源规划模型，然后将集总电源规划模型作为能源的子模块纳入能源-经济-环境系统中，并以此计算电源环境效率；3)基于松弛算法，以电源环境效率与政府环境支出为交互变量，实现多部门动态经济学增长模型与集总电源规划模型的耦合，并保证多部门动态经济学增长模型及集总电源规划模型收敛。步骤1)的具体操作为：11)搭建生产部门、环境部门、家庭及政府的多部门动态经济学增长模型，再根据极大似然估计对多部门动态经济学增长模型的参数进行校验；12)以无限期社会效用最大化作为目标函数，将环境质量作为一种商品计入效用函数中，通过选择提升消费水平或环境质量，以实现个人效用的最大化，从而在多部门动态经济学增长模型中实现经济与环境之间的耦合；13)通过无限期经济增长模型，对社会、经济、能源及环境在未来无限长时间内能够维持均衡增长的状态进行定量描述，结合无限期规划，以定量反映可持续发展的内在需求；14)计算经济增长鞍点路径上各时期的均衡解，逐期分析宏观经济对电源规划方案的影响，实现动态增长过程中环境质量需求和经济持续增长的平衡，得政府环境支出。步骤2)的具体操作为：21)将电力电量需求数据作为边界条件实现能源和经济的耦合；22)构建外部一次能源出力和政府环境支出约束、内部电力电量平衡及调峰调频备用约束，以投资费用和运行费用的等年值最小为目标，建立集总电源规划模型；23)将集总电源规划模型作为能源的子模块纳入能源-经济-环境系统中，并以此计算电源环境效率。步骤3)的具体操作为：31)将电源环境效率及政府环境支出作为能源环境系统的交互变量，其中，电源环境效率直接反映电力系统在单位环境支出下可以减少的二氧化碳排放量，政府环境支出表示在设定环境效率下多部门动态经济学增长模型的最优解；32)将政府环境支出作为清洁能源补贴传递到集总电源规划模型中，以换取环境的减排，集总电源规划模型在政府环境支出的约束下，投建新能源，模拟电力系统运行，同时计算得到电源环境效率最大的解并返回至多部门动态经济学增长模型中，实现集总电源规划模型与多部门动态经济学增长模型的耦合。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术所述的面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法在具体操作时，通过建立包含生产部门、环境部门、家庭及政府的多部门动态经济学增长模型，以描述经济增长过程及其对环境的影响，避免孤立地讨论能源系统的发展，另外，以建立集总电源规划模型，然后将集总电源规划模型作为能源的子模块纳入能源-经济-环境系统中，并以电源环境效率及政府环境支出为交互变量，实现多部门动态经济学增长模型与集总电源规划模型的耦合，进而实现3E系统的构建，有效提高长期电源规划方案的全面性，可行性较高。附图说明图1为本专利技术中面向3E系统的电源结构的规划流程图；图2为本专利技术中的最优经济增长轨迹及其转移过程图；图3为本专利技术中的电源结构图；图4为本专利技术中电力行业的二氧化碳排放轨迹图；图5为本专利技术中政府环境支出对GDP的影响图；图6为本专利技术中的迭代收敛图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：如图1所示，本专利技术面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法在具体操作时分为三个部分，即上层动态经济模型、下层集总电源结构规划模型及用于模型迭代收敛的协调层。A:上层动态经济模型(1)建立包含生产部门、环境部门、家庭及政府的多部门动态经济学增长模型。1、生产部门：采用Cobb-Douglas型函数描述厂商的产出过程，其方程表述为：，其中，Yt为厂商的产出，Kt为资本存量，Kt>0，At代表技术水平，Lt代表劳动力人口，AtLt代表有效劳动力，α为生产弹性系数，0<α<1，yt代表人均产出，kt代表人均资本存量，yt及kt的动态方程为：将式(2)的两边同时除Lt，得k′t＝yt-ct-govt-(n+δ)kt(3)其中，n为人口增长率，g为技术进步率，δ为资产折旧率，Govt为产出的百分比，Govt为：其中，φ为环境支出占GDP的比例，0≤φ≤Renv，0<ct<yt，yt>0，ct>0，Renv为最大环境支出占GDP的比例，δ为折旧率。2、环境部门：将污染视为生产过程中的副产品，则污染存量与GDP成正比，污染存量与环境支出成反比，环境部门可表示为：式(5)为环境-经济的耦合方程，式(5)表示生产过程中产生的污染yt·zt与政府环境治理效率govtσt和环境自我净化能力ηpt的差值，其中，zt表示碳排放强度，govt为政府环境支出，govt通过下层电源规划及生产模拟得到，η为环境自我净化速率，Pt表示污染物存量，Pt>0，σt表示电源环境效率，σt由下层模型模拟得到，σt表示在电力行业中单位环境支出可以减少的二氧化碳排放量，σt由底层电气相关技术发展水平决定。3、代表性家庭：采用常相对风险规避函数，将环境质量作为一种商品计入效用函数，即其中，u(c,p)为瞬时效用函数，θ和ω分别代表消费及污染的跨区弹性系数，L为劳动力人口，wt为家庭单位劳动收入，ρ为主观贴现率，污染越严重，pt值越大，环境质量越差，居民通过最大化个人效用可实现经济和环境的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n1)基于无限期动态经济增长理论，建立包含生产部门、环境部门、家庭及政府的多部门动态经济学增长模型，以描述经济增长过程及其对环境的影响，得政府环境支出；/n2)构建电力系统内部及外部约束，以投资运行总费用最小为目标，建立集总电源规划模型，然后将集总电源规划模型作为能源的子模块纳入能源-经济-环境系统中，并以此计算电源环境效率；/n3)基于松弛算法，以电源环境效率与政府环境支出为交互变量，实现多部门动态经济学增长模型与集总电源规划模型的耦合，并保证多部门动态经济学增长模型及集总电源规划模型收敛。/n

【技术特征摘要】
1.一种面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)基于无限期动态经济增长理论，建立包含生产部门、环境部门、家庭及政府的多部门动态经济学增长模型，以描述经济增长过程及其对环境的影响，得政府环境支出；
2)构建电力系统内部及外部约束，以投资运行总费用最小为目标，建立集总电源规划模型，然后将集总电源规划模型作为能源的子模块纳入能源-经济-环境系统中，并以此计算电源环境效率；
3)基于松弛算法，以电源环境效率与政府环境支出为交互变量，实现多部门动态经济学增长模型与集总电源规划模型的耦合，并保证多部门动态经济学增长模型及集总电源规划模型收敛。


2.根据权利要求1所述的面向能源-经济-环境系统的电源结构演化方法，其特征在于，步骤1)的具体操作为：
11)搭建生产部门、环境部门、家庭及政府的多部门动态经济学增长模型，再根据极大似然估计对多部门动态经济学增长模型的参数进行校验；
12)以无限期社会效用最大化作为目标函数，将环境质量作为一种商品计入效用函数中，通过选择提升消费水平或环境质量，以实现个人效用的最大化，从而在多部门动态经济学增长模型中实现经济与环境之间的耦合；
13)通过无限期经济增长模型，对社会、经济、能源及环境在未来无限长时间内能够维持均衡增长的状态进行定量描述，结合无限期规划，以定量反映可持续发展的内在需求；...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐磊，王秀丽，王志成，齐世雄，朱承治，刘烨，赵博阳，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司，西安交通大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33