一种能源-水资源-碳耦合系统跨区域交互模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种能源

【技术实现步骤摘要】
一种能源
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水资源
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碳耦合系统跨区域交互模拟系统


[0001]本专利技术涉及城市耦合分析
，具体为一种能源
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水资源
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碳耦合系统跨区域交互模拟系统。

技术介绍

[0002]近年来城市耦合分析方向的热点研究首先关注发电过程中的水消耗量核算、水系统中的能量消耗量核算以及农业和粮食供应、土地利用和空气质量中体现的能
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水关系，也有某些研究将碳排放纳入能
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水关系分析，分析能源、水资源和碳减排单一管理政策可能引起的“互利”或“权衡”现象，或选择某个重点行业/区域研究其内部能源和水资源的并行消耗和多目标协同，针对城市的耦合研究不仅体现在能源、水资源和碳排放在经济社会活动中的并行存在，更是在全生命周期和全产业链上的高度耦合。在对全产业链的耦合足迹研究中，生命周期分析、系统动力学分析、投入产出模型均为研究者们常用于分析隐含在经济系统中的耦合联系的可行方法。其中，基于投入产出分析的能源
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水
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碳关系的研究多集中在评估能源行业的用水量、识别能耗、用水与碳排放之间的权衡节点、模拟跨国能源、水资源与温室气体流动等方面。
[0003]现有研究技术的多目标评估大多基于能源、水资源和碳排放等单独要素独立进行，即只做要素之间的“权衡分析”而忽略了各要素内部的有机联系，并未将以耦合为导向的足迹与能源足迹、水足迹、碳足迹放入同一个代谢框架内同时进行评估和优化，因此，从资源供给视角来研究城市群与其他区域之间的资源安全的远程连接机制，从环境问题转移的视角研究城市群多元资源耦合是当下可持续发展研究的重点和难点所在。
[0004]为此我们提出一种能源
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水资源
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碳耦合系统跨区域交互模拟系统用于解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种能源
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水资源
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碳耦合系统跨区域交互模拟系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种能源
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水资源
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碳耦合系统跨区域交互模拟系统，包括区域间投入产出模型构建、区域内能源
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水资源
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碳耦合直接流动的核算、区域间能源
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水资源
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碳耦合隐含流动追踪及能源
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水资源
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碳耦合足迹评估，所述区域内能源
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水资源
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碳耦合直接流动的核算包括能源核算、能源相关用水核算、碳排放核算、直接耗水量核算、水用能核算以及水排碳核算，所述能源
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水资源
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碳耦合足迹评估包括人均本土端足迹及消费端足迹。
[0007]优选的，所述区域间投入产出模型构建基于两个区域建立引力模型，估算部门层面的货币流动货币流动估算按下公式计算：式中：为区域r内某一行业i的总流出量，为区域s内某一行业i的总流入量，d
rs
为区域r与区域
s之间的地理距离，为比例常数；μ1,μ2,μ3为权重参数，μ1,μ2分别表示流出量、流入量的权重，μ3表示与距离相关的权重，通过对实际贸易数据的调查，采用普通最小二乘法(OLS)对方程参数进行估计；
[0008]区域间贸易系数是指区域r与区域s之间的贸易占s区域i部门总投入的比例，它是用区域间贸易除以接收区域内某个部门i的总投入计算出来的；对于在中间投入中不区分进口产品和本地投入产品的的竞争型投入产出表，接收区域s某个部门i的总投入为本地总产出、国外进口和国内进口之和如下公式：
[0009]区域间投入产出表也提供了区域内部的经济流动信息，也就是区域自给自足的实际部分；在本研究中，表示的是区域r部门i总投入中来源于区域r内部生产的所占比例，其计算方法是用区域r总产出除以区域r总产出、国外进口和国内进口之和：
[0010]假设区域s对来源于区域r的进口产品在中间消费和最终消费中有相同的分配比例；计算区域r和区域s之间的中间消费流动和最终消费流动并计算区域内中间消费和最终消费计算方程式如下：计算方程式如下：式中是区域间贸易系数的对角矩阵；和来源于区域r的单区域竞争投入产出表，表示中间消费矩阵和最终消费矩阵，通过上述计算，完成区域间投入产出模型构建。
[0011]优选的，所述能源核算、能源相关用水核算以及碳排放核算的核算数学过程如下：式中：E
i
为区域内部门i的直接能源消耗，为直接电力生产淡水消耗，C
i
为与能源燃烧相关的碳排放；为特定类型能源(k)的消耗量，h
k
为特定类型能源(k)的热值；p
i
代表部门i的耗电量，α
i
是特定区域发电用水强度(能用水系数)，代表单位发电量的耗水量；与燃料燃烧相关的直接碳排放是根据某一种燃料的消耗量对应的热值(h
k
)、碳排放因子(δ
k
)和氧化速率(r
k
)计算的。
[0012]优选的，所述直接耗水量核算、水用能核算以及水排碳核算核算数学过程如下：
式中：W
i
，和分别代表某个区域领土内部门i的直接耗水量、与水相关的能耗(水用能)和与水相关的碳排放(水排碳)；w
i
表示某类水资源的消耗量，n表示具体的水资源种类；β
i
代表水用能系数，即单位耗水量在运输、供水和后续废水处理中需要的能耗；γ
i
是单位水用能产生的碳排放。
[0013]优选的，所述区域间能源
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水资源
‑
碳耦合隐含流动追踪中两地经济部门能耗、水耗、碳排放、水用能消耗、能用水消耗、水排碳强度计算公式如下：式中：是区域内某个部门i某中类型元素t的强度；区域内某个部门i某中类型元素t的流量，譬如能耗、水耗、碳排放等；Xi是部门i的总产出货币价值；
[0014]所述区域间能源
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水资源
‑
碳耦合隐含流动追踪中的耦合转移具体的计算公式如下列公式：L＝(I
‑
A)
‑1，A＝[a
ij
]、]、式中：L是列昂惕夫逆矩阵也就是总需求系数矩阵，代表所有部门生产单位总产出所需要的其他部门的投入，包括直接投入和基于全供应链的间接投入；A是直接需求系数矩阵，代表所有部门生产单位总产出所需要的其他部门的直接投入；在投入产出分析中，A是通过a
ij
＝x
ij
/X
j
来核算的，其中x
ij
是部门i到部门j以货币形式的中间流动，X
j
代表部门j的总产出；f
t
代表描述区域内和区域间的能源
‑
水资源
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能源
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水资源
‑
碳耦合系统跨区域交互模拟系统，包括区域间投入产出模型构建、区域内能源
‑
水资源
‑
碳耦合直接流动的核算、区域间能源
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水资源
‑
碳耦合隐含流动追踪及能源
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水资源
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碳耦合足迹评估，其特征在于：所述区域内能源
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水资源
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碳耦合直接流动的核算包括能源核算、能源相关用水核算、碳排放核算、直接耗水量核算、水用能核算以及水排碳核算，所述能源
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水资源
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碳耦合足迹评估包括人均本土端足迹及消费端足迹。2.根据权利要求1所述的一种能源
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水资源
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碳耦合系统跨区域交互模拟系统，其特征在于：所述区域间投入产出模型构建基于两个区域建立引力模型，估算部门层面的货币流动货币流动估算按下公式计算：式中：为区域r内某一行业i的总流出量，为区域s内某一行业i的总流入量，d
rs
为区域r与区域s之间的地理距离，为比例常数；μ1,μ2,μ3为权重参数，μ1,μ2分别表示流出量、流入量的权重，μ3表示与距离相关的权重，通过对实际贸易数据的调查，采用普通最小二乘法(OLS)对方程参数进行估计；区域间贸易系数是指区域r与区域s之间的贸易占s区域i部门总投入的比例，它是用区域间贸易除以接收区域内某个部门i的总投入计算出来的；对于在中间投入中不区分进口产品和本地投入产品的的竞争型投入产出表，接收区域s某个部门i的总投入为本地总产出、国外进口和国内进口之和如下公式：区域间投入产出表也提供了区域内部的经济流动信息，也就是区域自给自足的实际部分；在本研究中，表示的是区域r部门i总投入中来源于区域r内部生产的所占比例，其计算方法是用区域r总产出除以区域r总产出、国外进口和国内进口之和：假设区域s对来源于区域r的进口产品在中间消费和最终消费中有相同的分配比例；计算区域r和区域s之间的中间消费流动和最终消费流动并计算区域内中间消费和最终消费计算方程式如下：计算方程式如下：式中是区域间贸易系数的对角矩阵；和来源于区域r的单区域竞争投入产出表，表示中间消费矩阵和最终消费矩阵，通过上述计算，完成区域间投入产出模型构建。3.根据权利要求1所述的一种能源
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水资源
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碳耦合系统跨区域交互模拟系统，其特征在于：所述能源核算、能源相关用水核算以及碳排放核算的核算数学过程如下：
式中：E
i
为区域内部门i的直接能源消耗，W
ie
为直接电力生产淡水消耗，C
i
为与能源燃烧相关的碳排放；为特定类型能源(k)的消耗量，h
k
为特定类型能源(k)的热值；p
i
代...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈绍晴，张琳梅，谭旖琦，王湘茹，王雅斐，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：