改進型模糊規(guī)劃方法及城市能源系統(tǒng)管理.pdf

1、快速的城市人口增長、高速的經濟發(fā)展和加快的城市化演進進程，帶動了城市能源需求和消費迅猛增長，加劇了能源供需矛盾，引發(fā)了電力供給不足、過度依賴化石燃料或進口電力造成的能源對外依存度過高等能源系統(tǒng)不安全性問題，以及大氣污染和溫室氣體過量排放等環(huán)境問題。城市能源系統(tǒng)是一個能源資源開發(fā)、加工、轉化、輸送、消費等多個環(huán)節(jié)相互交織在一起的復雜網絡系統(tǒng)，系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)復雜的互動關系導致大量不確定性信息的存在。這些復雜性和不確定性對能源資源供應、電力消費

2、結構、甚至電力部門決策者將做出的相關決策方案有潛在影響，加劇了電力供應的不安全性。因此，如何將上述現實問題歸結為相應的數學問題，如何將城市能源系統(tǒng)的特征及其內在聯系抽象到數學模型中，如何利用數學規(guī)劃方法表征城市能源系統(tǒng)中的多種不確定性，如何反映不確定性參數之間互動關系與變化規(guī)律，如何揭示參數不確定性和決策不確定性之間的聯系以及其相互影響，皆是城市能源系統(tǒng)規(guī)劃研究的關鍵問題。
　　針對上述問題，本論文基于城市能源系統(tǒng)復雜性辨識，引入

3、必然性測度，改進了傳統(tǒng)模糊規(guī)劃方法，綜合模糊可能性規(guī)劃、模糊強健性規(guī)劃、區(qū)間數學規(guī)劃以及兩階段隨機數學規(guī)劃等不確定性規(guī)劃方法的優(yōu)點，開發(fā)一套改進型模糊規(guī)劃方法用于城市能源系統(tǒng)管理研究，構建一套基于改進型模糊規(guī)劃方法的城市尺度能源模型，具體包括:(1)分位數強健隨機規(guī)劃方法。該方法通過引入必然性測度改進傳統(tǒng)模糊強健性規(guī)劃，能同時處理目標函數和約束中表現為模糊隸屬函數和隨機分布函數的不確定性信息。方法應用于基于不同溫室氣體和大氣污染物的環(huán)境

4、管理政策下的城市電力系統(tǒng)規(guī)劃，建立基于分位數強健隨機規(guī)劃方法的城市電力系統(tǒng)模型，得到不同情景下城市能源結構調整方案，分析了其對能源生產消費和系統(tǒng)成本的影響。(2)分位數模糊區(qū)間混合整數規(guī)劃方法。該方法通過整合了模糊可能性規(guī)劃和區(qū)間參數規(guī)劃，處理目標函數中表現為模糊邊界區(qū)間數的雙重不確定性信息。本論文選擇深圳市能源系統(tǒng)作為案例研究，建立基于分位數模糊區(qū)間混合整數規(guī)劃方法的深圳市能源模型，提出了能源供應、電力生產、電力設備擴容、大氣污染物減

5、排等深圳市能源系統(tǒng)優(yōu)化方案，并權衡系統(tǒng)成本、環(huán)境影響以及系統(tǒng)失敗風險之間的關系。(3)模糊區(qū)間可能性規(guī)劃方法。該方法通過引入期望值算子和必然性水平，解決目標函數和約束中的表現為確定性區(qū)間數和模糊邊界區(qū)間數的不確定性信息。將清潔發(fā)展機制引入到城市能源優(yōu)化模型的構建中，構建基于模糊區(qū)間可能性規(guī)劃方法的深圳市清潔發(fā)展機制模型，深入分析二氧化碳減排、能源供需平衡約束違約風險、電力供應安全和經濟目標之間的平衡關系，研究結果揭示了清潔發(fā)展對城市電力

6、系統(tǒng)碳減排的影響機制，揭示了不確定性對清潔發(fā)展機制框架和城市電力系統(tǒng)的影響，有助于決策者在清潔發(fā)展機制下制定有關碳減排和城市低碳發(fā)展的未來政策。(4)強化可能性混合整數規(guī)劃方法。該方法在可能性混合整數規(guī)劃的基礎上，引入強健性水平和必然性水平，改進傳統(tǒng)模糊規(guī)劃，處理目標函數和約束中的模糊不確定性，追索不確定性目標函數與其期望值之間的偏差和不確定性約束的潛在違背風險，最小化風險帶來的懲罰，避免將高風險強加于決策者，有助于尋求具有最優(yōu)性和可行

7、性強健的解。以深圳市電力系統(tǒng)為例，建立基于強化可能性混合整數規(guī)劃方法的深圳市電力系統(tǒng)模型，分析城市電力消費結構、電力平衡和能源自給情況，提出經濟和可持續(xù)的發(fā)電方案，分析城市電力供應潛在風險及能源政策對電力系統(tǒng)影響，權衡了決策者對風險態(tài)度的控制水平、系統(tǒng)成本和供應安全之間的互動關系，揭示了不確定性對城市能源資源供應、電力消費結構和系統(tǒng)成本的影響。
　　本論文開發(fā)的一套改進型模糊規(guī)劃方法，從定性和定量角度來刻畫并解決城市能源系統(tǒng)和清潔

8、發(fā)展機制框架中復雜性和不確定性，揭示了多重不確定性參數對模型輸出的影響及其之間的交互關系。建立一套不確定性城市能源系統(tǒng)模型涵蓋能源供應、能源加工、電力生產、設備擴容、能源輸送、終端能源消費、溫室氣體及大氣污染物排放、清潔發(fā)展機制項目的實施、核證減排量的簽發(fā)等過程，有助于推動城市能源消費結構轉變，實現城市電力供應方式變革，制定有關可再生能源發(fā)展和電力供應安全的政策，分析城市能源系統(tǒng)與經濟、環(huán)境、市場之間的相互作用以及隨時間推移應作出的能源