改進(jìn)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(jīng)濟(jì)發(fā)展和加快的城市化演進(jìn)進(jìn)程，帶動(dòng)了城市能源需求和消費(fèi)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(jìn)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(gè)能源資源開發(fā)、加工、轉(zhuǎn)化、輸送、消費(fèi)等多個(gè)環(huán)節(jié)相互交織在一起的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)復(fù)雜的互動(dòng)關(guān)系導(dǎo)致大量不確定性信息的存在。這些復(fù)雜性和不確定性對能源資源供應(yīng)、電力消費(fèi)

2、結(jié)構(gòu)、甚至電力部門決策者將做出的相關(guān)決策方案有潛在影響，加劇了電力供應(yīng)的不安全性。因此，如何將上述現(xiàn)實(shí)問題歸結(jié)為相應(yīng)的數(shù)學(xué)問題，如何將城市能源系統(tǒng)的特征及其內(nèi)在聯(lián)系抽象到數(shù)學(xué)模型中，如何利用數(shù)學(xué)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(shù)之間互動(dòng)關(guān)系與變化規(guī)律，如何揭示參數(shù)不確定性和決策不確定性之間的聯(lián)系以及其相互影響，皆是城市能源系統(tǒng)規(guī)劃研究的關(guān)鍵問題。
　　針對上述問題，本論文基于城市能源系統(tǒng)復(fù)雜性辨識，引入

3、必然性測度，改進(jìn)了傳統(tǒng)模糊規(guī)劃方法，綜合模糊可能性規(guī)劃、模糊強(qiáng)健性規(guī)劃、區(qū)間數(shù)學(xué)規(guī)劃以及兩階段隨機(jī)數(shù)學(xué)規(guī)劃等不確定性規(guī)劃方法的優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)一套改進(jìn)型模糊規(guī)劃方法用于城市能源系統(tǒng)管理研究，構(gòu)建一套基于改進(jìn)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(shù)強(qiáng)健隨機(jī)規(guī)劃方法。該方法通過引入必然性測度改進(jìn)傳統(tǒng)模糊強(qiáng)健性規(guī)劃，能同時(shí)處理目標(biāo)函數(shù)和約束中表現(xiàn)為模糊隸屬函數(shù)和隨機(jī)分布函數(shù)的不確定性信息。方法應(yīng)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(shù)強(qiáng)健隨機(jī)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(jié)構(gòu)調(diào)整方案，分析了其對能源生產(chǎn)消費(fèi)和系統(tǒng)成本的影響。(2)分位數(shù)模糊區(qū)間混合整數(shù)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(shù)規(guī)劃，處理目標(biāo)函數(shù)中表現(xiàn)為模糊邊界區(qū)間數(shù)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(shù)模糊區(qū)間混合整數(shù)規(guī)劃方法的深圳市能源模型，提出了能源供應(yīng)、電力生產(chǎn)、電力設(shè)備擴(kuò)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(quán)衡系統(tǒng)成本、環(huán)境影響以及系統(tǒng)失敗風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)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(biāo)函數(shù)和約束中的表現(xiàn)為確定性區(qū)間數(shù)和模糊邊界區(qū)間數(shù)的不確定性信息。將清潔發(fā)展機(jī)制引入到城市能源優(yōu)化模型的構(gòu)建中，構(gòu)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(jī)制模型，深入分析二氧化碳減排、能源供需平衡約束違約風(fēng)險(xiǎn)、電力供應(yīng)安全和經(jīng)濟(jì)目標(biāo)之間的平衡關(guān)系，研究結(jié)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(jī)制，揭示了不確定性對清潔發(fā)展機(jī)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(jī)制下制定有關(guān)碳減排和城市低碳發(fā)展的未來政策。(4)強(qiáng)化可能性混合整數(shù)規(guī)劃方法。該方法在可能性混合整數(shù)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，引入強(qiáng)健性水平和必然性水平，改進(jìn)傳統(tǒng)模糊規(guī)劃，處理目標(biāo)函數(shù)和約束中的模糊不確定性，追索不確定性目標(biāo)函數(shù)與其期望值之間的偏差和不確定性約束的潛在違背風(fēng)險(xiǎn)，最小化風(fēng)險(xiǎn)帶來的懲罰，避免將高風(fēng)險(xiǎn)強(qiáng)加于決策者，有助于尋求具有最優(yōu)性和可行

7、性強(qiáng)健的解。以深圳市電力系統(tǒng)為例，建立基于強(qiáng)化可能性混合整數(shù)規(guī)劃方法的深圳市電力系統(tǒng)模型，分析城市電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)、電力平衡和能源自給情況，提出經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)的發(fā)電方案，分析城市電力供應(yīng)潛在風(fēng)險(xiǎn)及能源政策對電力系統(tǒng)影響，權(quán)衡了決策者對風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度的控制水平、系統(tǒng)成本和供應(yīng)安全之間的互動(dòng)關(guān)系，揭示了不確定性對城市能源資源供應(yīng)、電力消費(fèi)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)成本的影響。
　　本論文開發(fā)的一套改進(jìn)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(jī)制框架中復(fù)雜性和不確定性，揭示了多重不確定性參數(shù)對模型輸出的影響及其之間的交互關(guān)系。建立一套不確定性城市能源系統(tǒng)模型涵蓋能源供應(yīng)、能源加工、電力生產(chǎn)、設(shè)備擴(kuò)容、能源輸送、終端能源消費(fèi)、溫室氣體及大氣污染物排放、清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目的實(shí)施、核證減排量的簽發(fā)等過程，有助于推動(dòng)城市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)城市電力供應(yīng)方式變革，制定有關(guān)可再生能源發(fā)展和電力供應(yīng)安全的政策，分析城市能源系統(tǒng)與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、市場之間的相互作用以及隨時(shí)間推移應(yīng)作出的能源