基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法、系统、装置、存储介质，其步骤是：采集能源、经济、社会发展和排放的基础数据，构建模型数据库；基于能源供给和能源需求的均衡理论和数据库中的基础数据，从微观层面自底向上构建基于LEAP模型的能源系统；基于数据库中的基础数据和LEAP模型输出，从宏观层面构建基于RICE模型的经济系统和气候系统；通过两个反馈环路将经济系统、能源系统和气候系统耦合在一起,构建不同系统间的耦合关系,对可再生能源的发展进行综合评估；本发明专利技术通过建立能源、经济、气候系统之间耦合的模型，将宏观层面的非理性行为和能源技术层面的储能和智能电网纳入分析，全面、客观地评估可再生能源的发展，以弥补现有模型的不足，提高评价的准确性及客观性。提高评价的准确性及客观性。提高评价的准确性及客观性。

【技术实现步骤摘要】
基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及新能源领域，尤其涉及一种基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法、系统、装置和存储介质。

技术介绍

[0002]气候变化将带来显著的经济社会损失，而化石能源燃烧导致的二氧化碳过量排放是导致全球气候变化的主要原因，因此全球范围内减排二氧化碳是减缓气候变化的最主要手段。可再生能源在提供电力的同时不产生二氧化碳排放，各国把大力发展可再生能源作为减少排放的重要措施，已有方法或者从微观层面关注可再生能源发展的成本效益、某个政策的影响等，或者从宏观层面研究经济发展与气候系统的相互影响，没有从整体和全局角度对其进行综合评估，更缺少将微观能源模型与宏观气候
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经济模型耦合起来的方法和工具。
[0003]LEAP(LowEmissionAnalysisPlatform，LEAP)模型是由瑞典斯德哥尔摩环境研究所与美国波士顿大学共同开发的一种自下而上的能源
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环境核算模型，该模型从工程技术模型出发，以能源流动过程为基础，对能源生产、能源加工转换与能源消费全过程进行模拟，适用于基于能源供需预测、减排潜力与投资需求等的技术路线决策。但其仅仅关注能源系统自身，在研究能源系统与经济系统和气候系统相互影响方面存在不足。RICE(Regional Integratedmodel of Climateand the Economy，RICE)模型是由美国耶鲁大学教授W.D.Nordhaus和Z.Yang开发的用于研究多区域动态综合气候经济问题的模型，RICE模型重点关注社会经济变量和气候环境的互动，研究各经济区域进行生产活动、消费活动和温室气体减排行为的最优化决策，但基于传统经济学的假设，没有考虑非理性行为。RICE模型中的生产函数中没有考虑能源投入，模型中没有能源模块，使用了总产出的能源强度这一变量将能源和碳排放引入模型。
[0004]随着气候变化问题成为引起全球关注的重要问题，为应对气候变化，各国纷纷提出碳中和目标，在此背景下可再生能源在经济社会发展中的作用越来越显著，仅从能源或经济行为的单个视角评估可再生能源的发展，往往会造成偏差。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要解决的技术问题是提供一种基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法、系统、装置、存储介质，通过建立能源、经济、气候系统之间耦合的模型，将宏观层面的非理性行为和能源技术层面的储能和智能电网纳入分析，全面、客观地评估可再生能源的发展，以弥补现有模型的不足的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0007]采集能源、经济、社会发展和排放的基础数据，并构建模型数据库；
[0008]基于能源供给和能源需求从微观层面自底向上构建基于LEAP模型的能源系统；
[0009]基于数据库中的基础数据从宏观层面构建基于RICE模型的经济系统和气候系统；
[0010]通过两个反馈环路将经济系统、能源系统和气候系统耦合在一起,构建不同系统间的耦合关系,对可再生能源的发展进行综合评估。
[0011]进一步的，基础数据包括分品种能源生产量、分品种能源消费量、包括终端能源需求和能源供应各环节的各项能源技术参数和成本、总产出、投资额、消费额、人口规模、城镇化率。
[0012]进一步的，所述能源系统的构建过程为：
[0013]1)、对能源供应和能源需求两个模块进行子部门划分，并采用自底向上逐层建立LEAP模型；
[0014]2)、确定能源需求中子部门的活动水平和能耗强度，使用能源需求计算公式得到子部门能源需求：
[0015]ED
i,t
＝activity
i,t
×
intensity
i,t
(1)
[0016]式中，ED
i,t
表示子部门年份能源需求，i为能源需求子部门，t为年份；EDS
i,j,t
是能源系统的输出结果，将每个子部门的能源需求映射到不同能源供应的子部门j。
[0017]3)、基于上步中计算得到的子部门能源需求，以及能源平衡供需平衡关系，可得能源供应量等于能源需求减去能源净出口量；
[0018]ES
j,t
＝∑
i
EDS
i,j,t
‑
NI
i,t
(2)
[0019]式中，NI
i,t
表示子部门年份能源净出口量，i为部门，t为年份。ES
j,t
作为RICE模型经济模块的输入，连接两个系统。
[0020]进一步的，对能源供应和能源需求两个模块进行子部门划分的方式为：首先将能源系统划分为能源供应、能源需求两个模块；其中，能源供应部门又包括4个子部门，分别是一次能源供应、化石电力供应、非化石电力供应、储能与智能电网；能源需求包括4个子部门，分别是农林牧渔、工业和建筑业、第三产业、居民。
[0021]进一步的，经济系统和气候系统的构建过程为：
[0022]1)、基于Nordhaus的RICE模型，修改RICE模型的效用函数，以每5年或10年一个时间截点，具体效用函数如下：
[0023][0024]式中，k代表不同经济体，t代表时间点，ω表示对当期总消费的权重，由人员进行确定；剩余权重(1
‑
ω)赋于实际减排与对国家承诺减排计划的差距上；
[0025]2)、修改RICE的生产函数，在生产函数中加入能源要素，进行与LEAP模型的耦合,具体如下式：
[0026][0027]式中，为总产出，生产函数第一部分为标准的基于全要素生产率A、资本K和劳动力L的Cobb
‑
Douglas函数，第二部分含能源要素，为可再生能源RE和化石能源NE之和，形成整体生产函数，整体生产函数为科技、资本和劳动的部分与能源投入的恒替代弹性生产
函数(Constant elasticity of substitution production function,CES)，其中可再生能源RE和化石能源NE的需求量来自LEAP模型输出的分能源品种的加总，资本和劳动力等来自收集构建的数据库，A为全要素生产率、γ和ρ为校准参数；
[0028]3)、修改RICE模型中关于碳排放量的假设，从化石能源消耗产出的碳排放计算如下：
[0029][0030]式中，σ为从化石能源产出的碳排放的转换系数，为减排措施占比，在模型中由各经济体效用最大化中决定，根据该变量可计算实际减排为：
[0031][0032]相应需为减排付出成本的计算公式与原RICE相同；
[0033]4)、将修改的部分与RICE原有模型合并，根据Nordhaus给出的计算均衡的算法进行求解。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法，其特征在于：包括以下步骤：采集能源、经济、社会发展和排放的基础数据，并构建模型数据库；基于能源供给和能源需求从微观层面自底向上构建基于LEAP模型的能源系统；基于数据库中的基础数据从宏观层面构建基于RICE模型的经济系统和气候系统；通过两个反馈环路将经济系统、能源系统和气候系统耦合在一起，构建不同系统间的耦合关系，对可再生能源的发展进行综合评估。2.根据权利要求1所述的基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法，其特征在于：基础数据包括分品种能源生产量、分品种能源消费量、包括终端能源需求和能源供应各环节的各项能源技术参数和成本、总产出、投资额、消费额、人口规模、城镇化率。3.根据权利要求1所述的基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法，其特征在于：所述能源系统的构建过程为：1)、对能源供应和能源需求两个模块分别进行子部门划分，并采用自底向上逐层建立LEAP模型；2)、确定能源需求中子部门的活动水平和能耗强度，使用能源需求计算公式得到子部门能源需求：ED
i，t
＝activity
i，t
×
intensity
i，t
(1)式中，ED
i，t
表示子部门年份能源需求，i为能源需求子部门，t为年份；EDS
i，j，t
是能源系统的输出结果，将每个子部门的能源需求映射到不同能源供应的子部门j；3)、基于上步中计算得到的子部门能源需求，以及能源平衡供需平衡关系，可得能源供应量等于能源需求减去能源净出口量；ES
j，t
＝∑
i
EDS
i，j，t
‑
NI
i，t
(2)式中，NI
i，t
表示子部门年份能源净出口量，i为部门，t为年份。ES
j，t
作为RICE模型经济模块的输入，连接两个系统。4.根据权利要求3所述的基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法，其特征在于：对能源供应和能源需求两个模块进行子部门划分的方式为：首先将能源系统划分为能源供应、能源需求两个模块；其中，能源供应部门又包括4个子部门，分别是一次能源供应、化石电力供应、非化石电力供应、储能与智能电网；能源需求包括4个子部门，分别是农林牧渔、工业和建筑业、第三产业、居民。5.根据权利要求1所述的基于LEAP和RICE模型耦合的可再生能源综合评估方法，其特征在于：经济系统和气候系统的构建过程为：1)、基于Nordhaus的RICE模型，修改RICE模型的效用函数，以每5年或10年一个时间截点，具体效用函数如下：式中，k代表不同经济体，t代表时间点，ω表示对当期总消费的权重，由人员进行确定；剩余权重(1
‑
ω)赋于实际减排与对国家承诺减排计划的差距上；2)、修改RICE的生产函数，在生产函数中加入能源要素，进行与LEAP模型的耦合，具体
如下式：式中，为总产出，生产函数第一部分为标准的基于全要素生产率A、资本K和劳动力L的Cobb
‑
Douglas函数，第二部分含能源要素，为可再生能源RE和化石能源NE之和，形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：许光清，张文丹，鲍薇，辛忠良，庞军，王克，张波，燕跃豪，翟进乾，苏艺，
申请(专利权)人：中国人民大学国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：