基于多目标动态投入产出优化模型的能源系统研究.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 基于多目标动态投入产出优化模型的能源系统研究 姓名：李强强 申请学位级别：硕士 专业：热能工程 指导教师：李爱军;黄树红 20090526 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 摘 要 我国正处在经济高速发展时期，对能源的需求量越来越大，能源资源能否在环境 容量限制内支撑得起经济的快速增长，这是需要进行研究并回答的问题目前，国家 逐渐调整能源战略，研究重点由能源系统供需平衡转向能源、经济、环境协调发展， 目的为寻求可持续的能源系统，在保证经济正常发展的同时，既可使能源资源消耗最 低，又不至于带来严重的环境污染 本文以投入产出分析为基础，结合多目标规划理论，分别建立用于分析企业与国 家能源系统的多目标投入产出模型文中简要介绍了以武钢为例的企业能源系统优化 模型，重点阐述如何进行国家能源系统优化研究首先，对国家 2002 年投入产出表 进行改造：为研究能源系统，把国家 42 部门的投入产出表划分为 5 个能源部门，6 个非能源部门，共 11 部门的投入产出表；为建立动态模型，需引进投资矩阵，需把 投入产出表中的固定资产向量改为投资矩阵。

其次，考虑经济、能源、环境因素，分别在这三方面设定目标函数，以投入产出 理论与能源发展实际限制为约束条件，建立一个国家能源系统多目标动态投入产出优 化模型，寻求我国 2003-2030 年能源系统的合理规划 最后，以 2002 年国家投入产出表和历年统计年鉴为数据来源，经过对直接消耗 系数修正、投资系数的获得与修正以及最终净消费预测的数据处理，运用遗传算法进 行求解，可得到我国 2003-2030 年各能源部门与非能源部门的总产出，经转换计算可 得到在规划期内 GDP 的变化，以及各部门占 GDP 的比重变化通过分析，本文认为 我国若想实现能源、经济、环境的协调发展，需加大力度对优质能源的开发和使用， 同时要加快产业结构调整 关键词： 能源系统优化 动态投入产出模型 多目标规划 遗传算法 I 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 Abstract China is in the period of rapid economic growth, demand for energy is increasing, it is a question we need to answer that whether energy is enough for holding up economic growth in the limited environment capability. At present, China has adjusted energy strategy, the research priority changes from the balance between supply and demand of energy to the coordinated development of energy, economic and environment, it is necessary to look for sustainable energy system to reduce energy consumption and environmental pollution while ensuring economic growth. This paper is based on the input-output analysis, combining multi-objective programming, to set up multi-objective and input-output optimization model on energy system of the nation and corporation. Taking WISCO for example, the model of corporation is in brief, the research of national energy system is focal point of this paper. Firstly, it is necessary to rebuild input-output table of 2002 by dividing into five energy departments and six other departments and leading into investment matrix. Secondly, considering energy, economic and environment, the multi-objective and dynamic input-output optimization model contains three objective functions and some constraint conditions on input-output theory and energy practice. This model can look for reasonable programming of national energy system from 2003 to 2030. Finally, all of data come from the national input-output table of 2002 and statistical yearbook, after updating direct consume coefficients and calculating and updating investment coefficients and forecasting final net consumption, the model is calculated by genetic algorithm, then the predicted results of the total output, GDP, and the proportion of every department in GDP of 11 departments from 2003 to 2030 are given. Analyzing the results, this paper thinks that it is urgent to explore and use high quality energy and adjust industrial structural for achieving the coordinated development of energy, economic and environment. Keywords:Energy system Dynamic Input-output Model Multi-objective programming Genetic algorithm II 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献 的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许 论文被查阅和借阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文 保 密□，在____________年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密□ （请在以上方框内打“√”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 绪 论 1.1 研究背景 能源是社会发展的重要物质基础自1973年世界上第一次石油危机对经济产生巨 大冲击之后， 能源问题的严重性为人们所认识， 成为重大的国际政治与经济问题之一。

世界各国纷纷开展对于能源资源、能源需求与供应、能源政策和能源战略的研究，并 制订国家、地区与部门的能源规划[1] 能源系统包括能源勘探、开发、生产、加工、转换、运输、分配、储备、使用、 以及环境保护等各个环节，每个环节均由国民经济的若干部门组成这些环节彼此制 约和相互影响而形成一个复杂的整体，起着为国民经济发展和人民生活需要提供能量 和原料等物质基础的作用[2]能源系统不是独立系统，它与经济、环境紧密的联系在 一起，三者相互支撑、相互制约 图 1-1 能源、经济、环境三者关系演变图 能源与经济发展之间存在着密切的联系[3]表现为能源是经济增长的动力，经济 增长对能源有依赖性；同时，能源的发展是以经济增长为前提的据测算，由于能源 不足所引起的工业产值的损失大约为能源本身价值的 20-60 倍 能源消耗对环境产生较大的影响[4]在人类获得能源的过程中，原有的自然环境 遭到破坏，发生了改变以化石能源为例，在开采过程中破坏了当地的自然景观与生 态平衡，直接或间接地影响到人类的健康；同时，使用这些能源的过程中，会排放出 大量的废气，对环境造成严重污染 1 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1.2 研究目的及意义 我国为实现全面建设小康社会和实现第三步战略目标，必须保证快速发展的经济 增长，从而对能源的需求量也就越来越大。

从能源资源角度来分析，我国一次能源， 除煤炭、水电、风电较丰富外，石油、天然气、核能都算不上丰富，同时我国还是一 个人口大国，人均资源量就更小，加之能源消费结构不合理，环境污染也很严重[5] 这些都是我国所面临的严峻形势，我国应该采取怎样的能源策略来摆脱困境，便成了 现阶段应当深入研究的问题 如果能够找到合理的能源使用策略，就可以在保证经济正常发展的同时，降低能 源的消耗量，既可以缓解能源短缺的问题，又可以减轻能源大量消耗而带来的环境问 题，因而能源系统优化研究是必要能源系统已经和环境学、经济学紧密的结合在一 起，成为个综合系统在进行能源系统优化时，需多种因素综合考虑，建立一个包含 能源、经济、环境的能源系统优化模型，为我国能源战略与规划提供依据 1.3 相关领域研究进展 1.3.1 国外能源预测模型 二战后，能源与经济之间的冲突较为严重，这一时期西方发达国家的学者主要集 中在能源效率、 能源供求、 能源安全方面的研究 Christensen-Jorgenson-Lau 提出了 “超 越对数函数” 方法在能源消费需求上的应用 这种方法是从效用最大化 （或成本最小） 中得出能源消费需求，而不是先假定具体的需求关系，一般应用于能源消费需求、工 业或民用部门、宏观能源在指数或具体的能源（如电力）研究上面[6]。

Hogan-Manne 构建了一个使用能源作为投入要素的 CES 型生产函数， 较好地研究了如何用资本与能 源之间的替代弹性确定宏观经济与能源之间的相互关系以及确定出能源需求同时还 有一些研究能源价格变化与经济之间的关系的模型[7] 上世纪 。