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新一代能源规划建模的6点新思考

来源:能源研究俱乐部 | 作者:能源研究俱乐部 | 2020年7月21日() | 打印内容 打印内容

能源是现代经济的重要支撑,能源战略是国家发展战略的重要组成部分,能源规划模型是分析研判能源战略的有力工具,模型背后所蕴含的理念认识将直接影响能源决策判断的质量。当前,世界政治、经济格局深刻调整,能源供求关系深刻变化,我国能源资源约束日益加剧,生态环境问题突出,调整能源结构、提高能效和保障能源安全的压力进一步加大,能源发展的内外部形势和发展阶段出现重大变化,能源规划模型的建模理念、理论和方法等应充分考虑这些新变化。

(来源:微信公众号“能源研究俱乐部”)

一、能源发展趋势及能源规划模型演变过程简要回顾

能源规划模型的演变与能源发展形态紧密相连,不同时期的能源发展形态影响了能源规划模型的规划理念、规划对象、建模方法和精细化程度等。因此,在研究新一代能源规划模型时需对能源发展形态进行分析研判,提出与新一代能源形态相适应的能源规划模型。

(一)能源发展趋势

纵观人类能源史,能源的发展经历了漫长的薪柴时代、异军突起的煤炭时代、全面爆发的石油时代、激流勇进的天然气时代、蓬勃发展的电气时代和新能源时代。归纳分析能源发展轨迹能清晰的认识其发展脉络,为研判未来能源变化趋势提供思路。

从能源物理形态上看,能源发展史是一个从固体(如薪柴和煤)到液体(石油)、气体(天然气)再到波、场(风能、光能可视为光波的直接利用)等形态变化的利用过程。

从能源化学构成上看,能源转型是一个不断氢化的过程。木柴中氢碳原子数比例为1:10,煤炭为1:2,石油为2:1,天然气则为4:1。据专家计算,目前的能源结构中有2/3是氢原子,海夫纳1甚至预言21世纪内剩余的1/3碳原子将会全被消除,为人类提供完全依赖氢能的可持续能源系统,这将是能源大转型的最终格局。

从能源利用形式上看,能源转型是一个从太阳能的间接利用到直接利用的过程。煤油气等化石能源均是太阳能经漫长的地质反应转化而来,风能、光能等新能源则省去了很多中间转换环节,变为太阳能的直接利用。该过程中能源的能量密度呈逐渐降低的趋势,风能、光能等低能源品质的开发利用需配合储能等手段改善能源利用品质。

综上判断,未来能源系统将朝着以风能、光能等低密度能源为主的太阳能直接利用方式转变,走可再生能源和新能源的能源发展新路是不断减缓能源系统“熵增”的过程,建立新一代能源系统是构建环境友好和谐社会的重要基础。

(二)能源规划模型演变

伴随着能源发展趋势的不同,能源规划模型也经历了不同阶段。从建模方法来看,传统刻画能源技术与能源经济的模型主要有自上而下、自下而上以及综合模型等。自下而上模型的历史可以追溯到上世纪70年代,1973年Hoffman开发出BESOM模型,自此拉开了自下而上模型发展的序幕,这一时期的代表模型有国际能源署(IEA)开发的MARKAL模型等;此后,为分析石油危机等能源问题对经济的影响,很多自上而下模型得以开发,以美国太平洋西北实验室1991年开发的SGM模型较为有名;之后,基于以上两类模型开发的基础,很多机构开发出混合模型,如美国Brookhaven实验室和斯坦福大学开发的MARKAL-MACRO模型。自此,能源系统模型进入了快速发展时期。随着一般均衡理论的发展,一大批以GREEN、PAGE和EPPA为代表的可计算一般均衡(CGE)模型得到了快速发展;之后以AIM、MESSAGE和TIMES模型为代表的自下而上模型,以及以MERGE、MESSAGE-MACRO和IPAC等模型为代表的综合评价模型也不断涌现出来。

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