基于碳排放約束的河北省能源結構多目標優化預測

倪健康 閆海波

◆摘? 要：碳達峰背景下以碳排放成本最小作為目標引導能源消費結構優化，以河北省為例，綜合經濟社會發展、能源強度、能源消費結構、碳排放上限等指標，構建河北省能源發展多目標優化決策模型，利用其2006—2017年相關數據進行分析。研究得到2025年的能源發展多目標優化結果為：河北省煤炭消耗占比降低至66%，石油占比降幅在個位數以內，天然氣和一次電子及其他清潔能源的占比有較大提升，天然氣占比突破到了十個百分點，清潔能源占比達到了17個百分點。

◆關鍵詞：多目標優化決策模型;能源結構;碳排放

氣候問題是二十一世紀以來世界都普遍關心的問題。從全國的能源結構優化來說，林伯強等指出，中國的經濟發展、能源需求的階段性特征、節能減排的基本國策、全球變暖與溫室效應的限制，都需要對中國的能源戰略作出相應的調整，在節能與減排的限制下，實現最優的能源結構，范德成等以“十二五”碳排放最低排放指標為指導，建立了以經濟增長和節能減排為目的的線性規劃優化數學模型，并對我國能耗結構進行了優化。計算了能源結構對碳強度和GDP的貢獻潛力。王彩明等使用馬爾可夫鏈模型，對京、津、冀地區的一次能源消費結構進行了預測，并根據京津冀地區的不同預設情景，對2020年的一次能源消耗進行了預測。

本文以建立數學規劃的方法構建了以碳排放成本最小為目標函數，以萬元gdp能耗、能源消費結構、經濟發展約束及碳排放量為約束函數的預測2025年河北省能源消費結構模型，得到對河北省2025年能源消費結構占比的預測。

1 研究設計

1.1目標函數處理

以煤炭、石油、天然氣和清潔能源的消費為變量，設定了最優的碳排放成本總量最小。本文采用中國發改委能源研究所推薦的碳元素排放系數，整理成表如下。

設置目標函數如下：

1.2多目標約束

1.2.1碳排放約束

2021年河北省政府工作報告指出2025年需要比2020年萬元GDP二氧化碳排放降低19%，由于2020年數據空缺，所以結合《河北省“十三五”能源發展規劃》提出的：2020年單位GDP二氧化碳排放濃度較 2015 年下降 20.5%。A是2015年單位生產總值的CO2排放濃度，經計算為2.560469。[αi]為每種能源的二氧化碳碳排放系數。

1.2.2萬元GDP能耗約束

2021年河北省政府工作報告指出2025年需要比2020年萬元GDP能耗降低15%，由于2020年數據空缺，所以結合《河北省“十三五”能源發展規劃》提出的：2020年單位GDP能耗比2015年下降19%。B為2015年單位GDP能耗，經計算為0.98622。

1.2.3能源消費結構約束

①[ x15]/[i=14xi5≤0.66] 每年煤炭比例不低于0.5 ②[ 0.11≤x35]/[i=14xi5] ③[ 0.13≤x45/i=14xi5≤0.2] 每年都小于0.2。河北能源發展報告（2020）預測，我國的煤炭消費量每年下降，直到66%左右。天然氣和非化石能源的比例將達到11%和13%?！笆濉笨稍偕茉窗l展計劃提出，到2020年我國一次能源消耗的化石能源將達到20%，2030年達到15%。

1.2.4經濟約束

本文為了簡化模型并有針對性地分析問題構建超越對數生產函數如下。

使用1980-2017的河北省的數據經過建立超越對數模型，t的范圍為1980年至2017年，除此之外，還有非負約束：[xij]≥0。

2 結果分析

根據本文建立的多目標決策優化模型，得到的優化預測結果如表所示。

結果顯示2025年預測的河北省煤炭消耗占比降低至66%，與2017年全國的水平相當。石油占比降幅在個位數以內，天然氣和一次電子及其他清潔能源的占比有較大提升，天然氣突破到了十個百分點，清潔能源達到了17個百分點是除煤炭外占比最大的能源消耗品種。

煤炭在能源消費中所占比例較大，導致能源效率低下，碳排放量大，故能源結構調整的空間較大，碳減排潛力較大?；谏鲜鼋Y果本文提出了以下建議：提高能源使用效率。在大力發展清潔能源、清潔能源替代技術的同時，國家要大力支持和支持能源的相關政策。

參考文獻

[1]林伯強，姚昕，劉希穎.節能和碳排放約束下的中國能源結構戰略調整[J].中國社會科學，2010（01）：58-71+222.

[2]范德成，王韶華，張偉.低碳能耗結構優化模型構建及實證分析[J].哈爾濱工程大學學報，2013，34（07）：939-944.

[3]王彩明，李健.一次能源消費結構調整對京津冀碳強度目標的貢獻力分析[J].科技管理研究，2017，37（07）：226-233.

作者簡介

倪健康（1997-），男，重慶酉陽人，碩士研究生，主要研究方向大數據分析。

閆海波（1997-），男，安徽淮南人，碩士研究生，主要研究方向大數據分析。