一种能源转型路径寻优方法与流程

1.本发明涉及能源转型技术领域，具体涉及一种能源转型路径寻优方法。


背景技术：

2.化石能源的开发利用是二氧化碳排放的主要来源，当前能源结构以煤为主，碳排放总量偏高，电力是二氧化碳排放体量最大的行业，占全省排放总量的40％左右，减排任务很重，有必要开展能源电力低碳转型路径寻优，明确中长期能源电力发展的具体目标，在满足经济社会发展用能用电需要的同时，满足目标的约束；该方法对于服务宏观政策制定、以及中长期能源电力发展目标的设定具有一定的实用意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种对于服务宏观政策制定、以及中长期能源电力发展目标的设定具有一定实用意义的能源转型路径寻优方法。
4.本发明的目的是这样实现的：1、一种能源转型路径寻优方法，它包括以下步骤：
5.步骤1、以一个地区为研究对象，需要搜集当前水平年能源消费强度，煤、石油、天然气、非化石能源消费量及历史变化幅度，各品类能源的碳排放系数，中长期经济发展目标；
6.步骤2、能源领域碳排放量测算
7.c＝∑
ici
＝∑
iki
×ei
＝∑
iki
×
si×
e＝∑
iki
×
si×i×
gdp
ꢀꢀ
(1)
8.上式中，c为能源领域碳排放量，ci为各品类化石能源消费产生的碳排放 (i＝1，2，3，其中1代表煤炭、2代表石油、3代表天然气)，ki为各品类化石能源对应的碳排放系数，ei为各品类化石能源消费量，si为一次能源消费结构，e为一次能源消费量，i为能源消费强度，gdp为经济发展目标；
9.步骤3、关键指标的设定
10.为测算2021～2060年能源领域碳排放，锁定两个关键指标；一是能源消费强度i，表征能源与经济的关系，随着节能降耗技术和用能效率的提升，i呈下降趋势，是国家“能源双控”的指标之一；二是能源消费结构si，表征能源与环境的关系，能源低碳转型就是消费结构优化，路径是非化石能源占一次能源消费比重的上升；
11.步骤4：关键指标组合
12.基于中长期经济发展目标以及2021～2060年逐年的能源消费强度i、能源消费结构s，根据式(1)计算2021～2060年逐年的碳排放量；
13.步骤5：满足组合寻优
14.充分考虑本地区中长期生态碳汇能力的巩固提升，预估2060年能源领域的碳排放空间c
s-2060
，碳排放量c
2060
小于等于碳排放空间c
s-2060
的组合即满足；
15.步骤6、满足能源电力发展指标设定
16.基于最优的关键指标组合，中长期能源电力转型发展路径即可明确，在已知现状i2020
和最优指标i
2060-opt
的基础上，利用数据拟合或趋势分析方法，生成 2021～2060年逐年的能源消费强度i
opt
，再结合中长期经济发展目标，可计算 2021～2060年逐年的能源消费总量e
opt
，在已知现状s
2020
和最优指标s
2060-opt
的基础上，利用数据拟合或趋势分析方法，生成2021～2060年逐年的能源消费结构s
opt
。
17.步骤3中以水平年2020年的能源消费强度i
2020
为基准，线性设定2060年的能源消费强度i
2060
，初步设定可参考表1第1行，参考历史年份能源消费强度i的变化规律和幅度，在已知现状i
2020
和远期目标i
2060
的基础上，利用数据拟合或趋势分析方法，生成2021～2060年逐年的能源消费强度i。
18.步骤3中线性设定非化石能源占一次能源消费比重s
2060
，同时，考虑能源消费转型趋势，煤炭消费占比稳中有降、天然气消费稳步提升，石油消费占比保持相对稳定，参考历史年份各品类能源消费结构变动幅度，在已知现状s
2020
和远期目标s
2060
的基础上，利用数据拟合或趋势分析方法，生成2021～2060年逐年的能源消费结构s。
19.步骤5中碳排放量c
2060
小于等于碳排放空间c
s-2060
的组合即为满足的组合，考虑到2060年的能源消费强度i
2060
越低、非化石能源占一次能源消费比重s
2060
越高，2060年的碳排放量越低。
20.步骤6中在已知能源消费总量e
opt
、能源消费结构s
opt
的基础上，即可明确逐年的煤炭消费量c
oal-opt
和非化石能源消费量r
enew-opt
，对应形成了对煤电装机规模上限的要求、以及风电、光伏等可再生能源发电装机的下限要求。
21.本发明的有益效果：本发明是针对能源转型路径寻优的一种方法，提出一个最优的省级区域中长期能源消费总量、消费结构以及能源发展路径，更进一步可提出工业、建筑等领域电气化率发展目标、电源发展路径，可满足能源领域的目标。
具体实施方式
22.实施例
23.(一)数据需求
24.以一个省为研究对象，需要搜集当前水平年能源消费强度，煤、石油、天然气、非化石能源消费量及历史变化幅度，各品类能源的碳排放系数，中长期经济发展目标。
25.(二)能源领域路径寻优
26.1.能源领域碳排放量测算
27.c＝∑
ici
＝∑
iki
×ei
＝∑
iki
×
si×
e＝∑
iki
×
si×i×
gdp
ꢀꢀꢀꢀ
(1)
28.上式中，c为能源领域碳排放量，ci为各品类化石能源消费产生的碳排放(i＝1，2，3，其中1代表煤炭、2代表石油、3代表天然气)，ki为各品类化石能源对应的碳排放系数，ei为各品类化石能源消费量，si为一次能源消费结构，e 为一次能源消费量，i为能源消费强度，gdp为经济发展目标。
29.2. 2060年关键指标的设定
30.为测算2021～2060年能源领域碳排放，锁定两个关键指标。一是能源消费强度i，表征能源与经济的关系，随着节能降耗技术和用能效率的提升，i呈下降趋势，是国家“能源双控”的指标之一。二是能源消费结构si，表征能源与环境的关系，能源低碳转型就是消费结构优化，路径是非化石能源占一次能源消费比重的上升。
31.为快速框定满足的包络区间，优先设定远景2060年目标。
32.以水平年2020年的能源消费强度i
2020
为基准，线性设定2060年的能源消费强度i
2060
，初步设定可参考表1第1行。参考历史年份能源消费强度i的变化规律和幅度，在已知现状i
2020
和远期目标i
2060
的基础上，利用数据拟合或趋势分析方法，生成2021～2060年逐年的能源消费强度i。
33.线性设定非化石能源占一次能源消费比重s
2060
，初步设定可参考表1第1列。同时，考虑能源消费转型趋势，煤炭消费占比稳中有降、天然气消费稳步提升，石油消费占比保持相对稳定，参考历史年份各品类能源消费结构变动幅度，在已知现状5
2020
和远期目标s
2060
的基础上，利用数据拟合或趋势分析方法，生成 2021～2060年逐年的能源消费结构s。
34.表1能源领域时间测算工作表
[0035][0036]
3.满足的关键指标组合
[0037]
基于中长期经济发展目标以及2021～2060年逐年的能源消费强度i、能源消费结构s，根据式(1)计算2021～2060年逐年的碳排放量，并将碳排放达到峰值的年份标注在表1中。
[0038]
表1中所有年份在2030年之前的行与列的组合均为满足的关键指标组合。考虑到2060年的能源消费强度i
2060
越低、非化石能源占一次能源消费比重s
2060
越高，年限约有可能提前。初步可判断满足的关键指标组合集中在表1的左下部，示例见表2中√号部分。
[0039]
表2满足的关键指标组合示例
[0040][0041]
(三)满足的组合寻优
[0042]
充分考虑本地区中长期生态碳汇能力的巩固提升，预估2060年能源领域的碳排放空间c
s-2060
。
[0043]
基于中长期经济发展目标以及关键指标组合(表2中√号部分)，根据式(1) 计算
2060年的碳排放量c
2060
，并将碳排放量c
2060
标注在表2中√号部分。
[0044]
碳排放量c
2060
小于等于碳排放空间c
s-2060
的组合即为满足的组合。考虑到 2060年的能源消费强度i
2060
越低、非化石能源占一次能源消费比重s
2060
越高， 2060年的碳排放量越低。初步可判断满足的关键指标组合进一步靠近表2的左下部，示例见表3中√号部分。
[0045]
表3满足的关键指标组合示例
[0046][0047][0048]
考虑到2060年的能源消费强度i
2060
越低、非化石能源占一次能源消费比重 s
2060
越高，实施难度越大，对技术突破和成本投入的需求越大。表3小√号部分右上角的组合即为最优解。
[0049]
(四)能源电力发展指标设定
[0050]
基于最优的关键指标组合，中长期能源电力转型发展路径即可明确。在已知现状i
2020
和最优指标i
2060-opt
的基础上，利用数据拟合或趋势分析方法，生成 2021～2060午逐午的能源消费强度i
opt
。再结合中长期经济发展目标，可计算 2021～2060午逐午的能源消费总量e
opt
。在已知现状s
2020
和最优指标s
2060-opt
的基础上，利用数据拟合或趋势分析方法，生成2021～2060年逐年的能源消费结构s
opt
。
[0051]
在已知能源消费总量e
opt
、能源消费结构s
opt
的基础上，即可明确逐午的煤炭消费量c
oal-opt
和非化石能源消费量r
enew-opt
，对应形成了对煤电装机规模上限的要求、以及风电、光伏等可再生能源发电装机的下限要求。
[0052]
(五)应用成效
[0053]
该方法有助于优选满足的能源转型路径，有助于明确能源领域实现的时间表，以及2021～2060年的能源电力发展年度目标。尤其是能源消费强度、能源消费结构关键指标的优选，有助于服务宏观政策制定、以及中长期能源电力发展目标的设定。