全球能源互联网电力能源与经济系统交互仿真研究

摘要

能源和环境问题是当今世界共同面临的重大挑战。长期过度开发使得传统化石能源趋于枯竭，碳排放超限造成气候变暖趋势加剧。面对日益严峻的化石能源困局及其引发的诸多全球性难题，树立全球能源观，构建全球能源互联网(Global Energy Interconnection，GEI)，统筹全球能源开发、配置和消费，为世界可持续发展提供清洁、安全的能源，已成为国际社会的共识。
　　全球能源互联网不仅是物理系统和信息系统的有机融合，同时也是能量流与信息流的交互融合，具有复杂的动力学特性。如何量化分析国际经济、电力能源间的关系，建立描述全球能源互联网宏观特性的电力能源-经济系统动力学模型，设计适于研究全球能源互联网宏观特性的数值仿真程序，模拟和推演在不同国际经济局势、能源消费情景下全球能源和经济发展格局，对于构建全球能源互联网过程中的宏观决策等具有指导意义。本文针对世界电力能源-经济系统的交互仿真进行了如下研究:
　　首先，阐述了全球能源互联网的宏观特性涵盖的内容，然后基于能源消费和经济发展的关系、全球能源优化配置这两个宏观特性方面的内容展开研究。利用原始数据和H-P滤波数据对能源消费和经济发展的长期均衡关系和短期波动情况进行研究，通过向量自回归(vector autoregressive，VAR)模型将全球能源消费、经济发展和电力消费纳入统一研究框架，应用脉冲响应和方差分解法研究三者的动态关系，分析发现以清洁能源生产电力代替化石能源消费可以有效支持世界经济的发展;基于最小偏差法研究全球能源优化配置，结果表明电能传输替代具有巨大的经济效益。
　　其次，界定了描述全球能源互联网宏观特性的世界电力能源-经济系统的边界，基于宏观特性涵盖的内容及显著影响因素，将该系统划分为电力能源消费、经济和碳排放三个子系统，选取各系统关键变量，形成了因果关系图和系统流图，并将三个子系统细化为能源消费、电力、经济和碳排放4个模块，分别介绍了各模块的主要数学方程式，从而构建了描述全球能源互联网宏观特性的世界电力能源-经济系统动力学模型，为数值仿真和情景分析提供了有效的模型。
　　最后，基于构建的描述全球能源互联网宏观特性的世界电力能源-经济系统动力学模型，分别利用改进欧拉法和龙格库塔法实现模型的变步长求解计算，并设计了相应的仿真程序和软件界面。基于系统模型，模拟构建全球能源互联网的第一阶段世界电力能源-经济系统的运行情况，分析构建全球能源互联网对世界经济、能源和环境的影响，然后模拟不同能源消费比例、新能源装机容量、经济发展和研发投入的情景下的世界电力经济、能源与环境的发展情况，为构建全球能源互联网过程中的宏观决策等提供理论基础。

目录

声明

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 全球能源互联网宏观特性研究基础

1．2．2 全球能源互联网世界电力能源与经济系统仿真

1．3 本文的主要工作

第2章 全球能源互联网宏观特性研究基础

2．1 全球能源互联网宏观特性定性分析

2．2 全球能源、电力消费和经济发展关系量化分析

2．2．1 全球能源消费和经济发展的长期均衡和短期波动关系

2．2．2 全球能源、电力消费和经济发展的动态关系研究

2．3 全球能源优化配置

2．3．1 基于最小偏差法的优化方法

2．3．2 不同传输方式下的全球能源优化配置

2．4 本章小结

第3章 描述全球能源互联网宏观特性的电力能源-经济系统建模

3．1 研究思路

3．2 系统动力学理论

3．3 世界电力能源-经济系统动力学建模

3．3．1 子系统关键指标

3．3．2 系统因果关系图

3．3．3 系统流图

3．3．4 主要模块说明

3．4 本章小结

第4章 交互仿真系统设计开发与情景分析

4．1 交互仿真系统设计与模型检验

4．1．1 程序设计

4．1．2 模型与程序有效性检验

4．2 基于全球能源互联的情景分析

4．2．1 构建全球能源互联网对世界能源、经济和环境影响分析

4．2．2 全球能源互联背景下世界能源、环境与经济发展分析

4．3 本章小结

5．1 本文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的成果