（环境科学专业论文）城市能源与大气环境耦合模型建立及在北京的应用研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的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，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本文所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名尊青 吼胗多， 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 张专青翩躲移坪嗍夕舰多乡 一 摘要 摘要 能源供给与大气环境是现代城市发展面临的两大重要问题。北京市属于能源 资源短缺地区，能源自给率低，大部分能源都由外省市提供，随着经济的快速增 长，能源需求逐年增大，能源供给、能源结构的优化与调整成为北京市政府关注 的一个重要问题。研究发现城市大气环境不仅与工业生产、人民生活相关，同时 与城市能源活动息息相关。因此建立城市能源与大气环境耦合模型系统，研究城 市能源消耗与大气环境间的互动关系，优化管理城市能源结构，控制大气污染排 放，改善大气环境质量，对促进经济发展、提升城市竞争力、改善城市人居环境 具有重要意义。 本文建立了北京及周边地区m m 5 c a m x p s a t 耦合大气环境质量模型，对 北京市s 0 2 、p m l o 大气环境质量进行了来源分析研究，定量分析了北京周边省 市、北京市各地理分区、北京市各行业、北京市行业地区综合排放源对北京市 大气环境质量的影响，筛选出了对北京市大气环境质量影响较大的本地主要行 业、主要地区和主要行业地区综合排放源。 基于北京市s 0 2 贡献来源分析结果，建立4 种s 0 2 减排情景分别对全市、本 地主要行业、本地主要地区、本地主要行业地区进行等量减排，应用m m 5 c a m x 耦合模型系统对减排后北京市s 0 2 大气环境质量的改善情况进行模拟预测。模拟 预测结果表明，通过优先或重点控制减排主要区域和主要行业的s 0 2 排放将有效 改善北京市s 0 2 大气环境质量，达到减排量相同而空气质量改善量最大的最优结 果。在对减排模拟预测结果、经济投入、技术可行性的综合分析的基础上，提出 了北京市改善s 0 2 大气环境质量的近期和远期减排控制方案。 建立了城市敏感源筛选方法，并基于此提出了减排控制方案的制定原则。在 筛选城市敏感源的过程中，提出了城市主要贡献源、城市减排效率较大的源和城 市敏感源的概念。城市主要贡献源是c e s c r ( 累计贡献率) 8 0 的城市排放源； 城市减排效率较大的源是c r u e r ( 污染物单位排放率的大气环境质量贡献率) _ a c r u e r ( 城市平均c r u e r ) 的排放源：城市敏感源即同时满足以上两个条 件的排放源。依据城市敏感源筛选方法对北京市行业、地区以及行业地区综合 敏感源进行了筛选，并根据筛选结果分别制定了减排控制方案。城市敏感源筛选， 可以为不同层次和不同目标的城市大气环境质量控制方案的制定提供科学、全面 的依据，该方法具有推广示范意义。 应用偏最小二乘法( p l s ) 进行了北京市主要能源消费量的中长期预测，同时 采用v a r ( v a l u ea tr i s k ) 风险评估法对北京市中长期能源需求预测结果的不确 定性进行了分析。通过构建能源消耗量、能源成本、大气污染排放量、大气污染 北京工业大学工学博士掌位论文 贡献浓度之间的影响关系，建立了北京市能源大气双目标优化管理模型。利用 先进的m m 5 a r p s c m a q 耦合模型系统对北京市p m l o 大气环境质量进行了模 拟分析，建立了各行业污染排放贡献浓度响应关系，为建立双目标城市能源大 气优化管理模型提供基础参数。与单目标优化模型相比北京市能源大气双目标 优化管理模型综合考虑了能源成本和p m l o 贡献浓度的优化问题，在不同限制条 件下均取得了较好的优化效果，得到了北京市能源成本和p m l o 贡献浓度的最优 化数据。同时，应用该双目标优化管理模型对北京市中长期的能源成本和p m 】o 贡献浓度进行优化模拟分析。根据城市能源大气管理需要，该模型能广泛的应用 于相关政策和措施实施后对能源成本和p m l o 贡献浓度影响的评估。该模型将为 城市能源大气优化管理与控制提供新方法。 关键词城市敏感源；大气环境；来源分析；能源优化；耦合模式 a b s t r a c t a bs t r a c t e n e r g ys u p p l ya n da i rp o l l u t i o na r ct w om a j o rp r o b l e m sf o rt h ed e v e l o p m e n to ft h em o d e r n c i t y b e i j i n gw h i c hi s l o c a t e di nt h er e g i o nw i t hr a r ee n e r g yr e s o l m c e sh a st h el o we n e r g y s e l f - s u p p o r t i n gr a t e ；t h e r e f o r e ，m u c ho ft h ee n e r g yi st r a n s p o r t e df r o mt h er e g i o no u t s i d eo f b e i j i n g w i t ht h et r e m e n d o u se c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，b e i j i n ge n e r g yd e m a n di si n c r e a s i n ge v e r y y e a r , a n de n e r g ys u p p l y , o p t i m i z a t i o na n da d j u s t m e n to fe n e r g yc o n s u m p t i o ns t r u c t u r ei sa n i m p o r t a n tp r o b l e mf a c i n gt ot h eb e i j i n gg o v e r n m e n t p r e v i o u sr e s e a r c hd e m o n s t r a t e dt h a tc i t ya i r q u a l i t yi sn o to n l yr e l a t e dt oi n d u s t r yp r o d u c t i o na n dc i t i z e nl i v i n g ，b u ta l s or e l a t e dt oc i t ye n e r g y c o n s u m p t i o n t h e r e f o r e ，e s t a b l i s ht h ec i t ye n e r g ya n da i rq u a l i t yi n t e g r a t e dm o d e l i n gs y s t e m ， s t u d yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nc i t ye n e r g yc o n s u m p t i o na n da i rq u a l i t y , o p t i m i z ea n dm a n a g ec i t y e n e r g ys t r u c t u r e ，c o n t r o le m i s s i o no fa i rp o l l u t a n t s ，a n di m p r o v et h ea i rq u a l i t yw i l lh a v ea s i g n i f i c a n tm e a n i n gt op r o m o t ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，e n h a n c ec i t yc o m p e t i n ga d v a n t a g e ，a n d i m p r o v et h el i v i n gc i r c u m s t a n c ef o rc i t i z e n i nt h i sp a p e r , a ni n t e g r a t e dm m 5 - c a m x p s a tm o d e l i n gs y s t e mw a se s t a b l i s h e dt os t u d yt h e s 0 2a n dp m i os o u r c ea p p o r t i o n m e n ti nb e i j i n g ，w h i c hc o u l dq u a n t i t a t i v e l ya n a l y s et h ee m i s s i o n c o n t r i b u t i o nf r o mr e g i o n sn e a r b yb e i j i n g ，r e g i o n si nb e i j i n g ，i n d u s t r i e si nb e i j i n g ，a n di n t e g r a t e d i n d u s t r y - r e g i o ns o u r c ei nb e i j i n g t h e r e f o r e ，t h em a i nl o c a li n d u s t r ys o u r c e s ，m a i nl o c a lr e g i o n s o u r c e s ，a n dm a i nl o c a li n t e g r a t e di n d u s t r y - r e g i o ns o u r c e sw h i c hh a v et h es i g n i f i c a n tc o n t r i b u t i o n v a l u et ob e i j i n ga i rq u a l i t yc o u l db ep i c ko u t b a s e do nt h er e s u l to ft h eb e i j i n g8 0 2s o u r c ea p p o r t i o n m e n ts t u d y , 4s c e n a r i o sa sr e d u c i n g s 0 2e m i s s i o ni n e n t i r ec i t y , i nm a i nl o c a li n d u s t r y , i nm a i nl o c a lr e g i o n ，a n di nm a i nl o c a l i n t e g r a t e di n d u s t r y - r e g i o ns o u r c eb ys a m ea m o u n th a v eb e e ne s t a b l i s h e d ，a n dt h ei n t e g r a t e d m m 5 c a m xm o d e l i n gs y s t e mw a sb e e nu s e dt op r e d i c tt h ei m p r o v e m e n to ft h ea i rq u a l i t yi n t h e s e4s c e n a r i o s i nt h i sr e d u c t i o ns c e n a r i o ss t u d y , w ef o u n dt h a tf o c u s i n go ns 0 2r e d u c t i o nf r o m t h em a i nc o n t r i b u t o r ya r e a sa n di n d u s t r i a ls o u r c e si nb e i j i n gc o u l di m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h e r e d u c t i o n t h i sw i l la l l o wu st od i s c o v e rm e t h o d st h a th a v et h es a m eo v e r a l la m o u n to fr e d u c t i o n b u to p t i m i z ef o rt h eg r e a t e s ta i rq u a l i t yi m p r o v e m e n ti nt h em e t r o p o l i t a na r e a c o n s i d e r a t i o no f n o to n l yt h em o d e lr e s u l t s ，b u ta l s ot h et e c h n o l o g i c a la n de c o n o m i cr e a l i t i e s ，w eh a v eg i v e nas e t o fs u g g e s t i o na sn e a rf u t u r ea n d 陆f u t u r ep l a n st oi m p r o v es 0 2a i rq u a l i t yi nb e i j i n g t h em e t h o dt oi d e n t i f yc i t ys e n s i t i v ee m i s s i o ns o u r c eh a sb e e ne s t a b l i s h e d ，b a s i n go nt h i s m e t h o dt h eg u i d e l i n et os e tu pt h ee m i s s i o nr e d u c t i o np l a nh a sa l s ob e e np r o p o s e d i nt h es t u d yo f t h ec i t ys e n s i t i v ee m i s s i o ns o u r c e ，w ep o i n t e do u tt h r e ec o n c e p t sa sm a i nc o n t r i b u t o rs o u r c e ，h i g h r e d u c t i o ne f f i c i e n ts o u r c e ，a n ds e n s i t i v ee m i s s i o ns o u r c e m a i nc o n t r i b u t o rs o u r c ei st h es o u r c e 北京工业大学工学博士学位论文 w h i c hs h o u l da c h i e v et h ec o n d i t i o na sc e s c r ( c u m u l a t i v ee m i s s i o ns o u r c ec o n t r i b u t i o n r a t i o p _ 8 0 ：h i g hr e d u c t i o ne f f i c i e n ts o u r c ei st h es o u r c ew h i c hs h o u l da c h i e v et h ec o n d i t i o na s c r u e r ( c o n t r i b u t i o nr a t i of o r u n i te m i s s i o nr a t i o ) a c r u e r ( a v e r a g ec o n t r i b u t i o nr a t i of o ru n i t e m i s s i o nr a t i o ) ；s e n s i t i v ee m i s s i o ns o u r c ei st h es o u r c ew h i c hs h o u l da c h i e v et h ea b o v et w o c o n d i t i o n s u s i n ga b o v em e t h o dw ei d e n t i f i e dt h ei n d u s t r y , r e g i o n ，a n di n t e g r a t e di n d u s t r y - r e g i o n s e n s i t i v ee m i s s i o ns o u r c ei nb e i j i n g ，a n ds e tu pt h ee m i s s i o nr e d u c t i o np l a nb a s i n go na b o v e s e n s i t i v ee m i s s i o ns o u r c er e s u l t s c i t ys e n s i t i v ee m i s s i o ns o u r c es t l l d yc o u l dp r o v i d es c i e n t i f i ca n d c o m p r e h e n s i v ep r o o f st oe s t a b l i s hc i t ye m i s s i o ns o u r c er e d u c t i o np l a n sf o rd i f f e r e n tl e v e l sa n df o r d i f f e r e n tp u r p o s e t h i sm e t h o dc a nb ew i d e l yu s e df o rc i t ya i rq u a l i t ym a n a g e m e n t t h ep l sm e t h o dw a su s e dt om a k ea m i d l o n gt e r mf o r e c a s to nm a j o re n e r g yc o n s u m p t i o ni n b e j i n g ，a n da tt h es a m et i m et h ev a r ( v a l u ea tr i s k ) a s s e s s m e mm e t h o dw a sa d o p t e dt of o r e c a s t t h ep r o b a b i l i t yo ft h ee n e r g yd e m a n d ab i - o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o nm o d e lw i t ht h ea i m st o t h e l o w e s te n e r g yc o s t sa n dt h el o w e s ta i rq u a l i t yc o n t r i b u t i o nv a l u ef r o me n e r g yr e l a t e di n d u s t r i e s w a se s t a b l i s h e di nb e i j i n gb ys e t u pt h el i n kb e t w e e ne n e r g yc o n s u m p t i o n ，e n e r g yc o s t s ，e m i s s i o n a m o u n t ，a n dc o n t r i b u t i o nv a l u e i nt h i sp a p e r , ah i g hr e s o l u t i o ni n t e g r a t e dm m 5 a r p s c m a q m o d e l i n gs y s t e mw a su s e dt oi n t e r p r e tt h e r e l a t i o nb e t w e e ne m i s s i o na m o u n ta n dp m l o c o n t r i b u t i o nv d i u ef r o me n e r g yr e l a t e di n d u s t r i e st oe s t a b l i s ht h ee m i s s i o n c o n t r i b u t i o nf u n c t i o ni n 目录 目录 摘 要一i a b s t r a c t i i i 目录v 第1 章绪论：1 1 1 研究背景1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 能源模型2 1 2 2 气象模型6 1 2 3 环境质量模型1 1 1 2 4 能源大气环境相关影响研究1 9 1 3 本文主要研究内容2 1 第2 章北京市概况2 3 2 1 自然地理概况2 3 2 1 1 地理地貌2 3 2 1 2 气候2 3 2 1 3 植物资源2 3 2 2 社会经济概况2 3 2 2 1 行政区划2 3 2 2 2 人口与经济2 4 2 2 3 农业：2 4 2 2 4 ：【! 业2 4 2 2 5 交通状况2 5 2 - 3 能源概况2 5 2 4 大气环境概况2 6 2 5 本章小节2 8 第3 章模型系统介绍及数据处理2 9 3 1 模式介绍2 9 3 1 1 气象模式一：2 9 3 1 2 空气质量模式3 4 3 2 能源数据的收集与整理5 1 3 2 1 能源供给5 1 3 2 2 能源消费5 2 3 3 气象数据的收集与整理5 6 3 3 1 气象站台资料的收集5 6 3 3 2 气象模式所需的其他资料5 6 3 4 污染源排放清单建立。：5 6 3 4 1 北京市污染源排放清单建立5 6 3 4 2 北京周边地区污染源清单建立5 8 v 北京工业大学t 学博七学位论文 3 5 本章小结5 9 第4 章北京市s 0 2 污染研究6 1 4 1 北京市s 0 2 污染介绍6 1 4 2 模拟设置6 2 4 2 1m m 5 一c a m x 设置6 2 4 2 2p s a t 设置6 4 4 - 3s 0 2 模拟值与监测值对比检验6 5 4 4 北京市s c h 来源分析6 5 4 4 1 周边地区贡献分析6 5 4 4 2 本地行业贡献分析6 8 4 4 3 本地地区贡献分析6 8 4 4 4 本地主要行业的地区贡献分析7 0 4 5 本地控制对策实施后北京市空气质量改善情景研究7 0 4 5 1 全市减排分析7 2 4 5 2 本地主要行业减排分析7 2 4 5 3 本地主要地区减排分析7 2 4 5 4 本地主要行业地区减排分析7 2 4 5 5 减排控制方案7 2 4 6 本章小节- 7 4 第5 章北京市p m l o 污染研究7 5 5 1 北京市p m l o 污染介绍7 5 5 2 模型设置7 6 5 2 1m m 5 c a m x 设置7 6 5 2 2p s a tj 发置7 6 5 3p m l o 模拟值与监测值对比检验7 6 5 4 北京市p m l o 来源分析7 7 5 4 1 周边地区贡献分析7 7 5 4 2 本地行业贡献分析8 0 5 4 3 本地地区贡献分析8 1 5 4 4 本地主要行业的地区贡献分析8 2 5 5 城市敏感源筛选方法介绍：8 5 5 5 1e s c r 和c r u e r 8 5 5 5 2 城市敏感源筛选方法8 6 5 5 3 减排控制方案的制定原则8 7 5 6 北京市敏感源筛选8 7 5 6 1 行业敏感源筛选8 8 5 6 2 地区敏感源筛选8 8 5 6 3 行业地区敏感源筛选9 0 5 6 4 敏感源筛选综合分析9 1 5 7 本章小节9 4 第6 章城市能源与大气环境优化管理模型建立9 5 6 1 能源消耗预测模型的研究9 5 6 1 1 偏最小二乘回归模型( p l s ) 9 5 6 1 2v a r 不确定性分析方法9 6 6 1 3p l s 能源预测模型建立9 7 6 1 4 北京目标年主要能源消耗量的预测：9 9 6 2 城市能源与大气环境优化管理模型框架1 0 0 6 2 1 能源成本10 3 6 2 2 大气污染物排放量10 3 6 2 3 大气污染贡献浓度10 5 6 3 能源大气双目标优化管理模型设置1 0 7 6 4 模型优化结果评估1 15 6 5 预测年优化结果分析：1 1 7 6 6 可视化软件制作1 2 1 6 7 本章小节1 2 4 第7 章结论和展望1 2 5 7 1 结论1 2 5 7 2 展望1 2 7 参考文献1 2 9 攻读博士学位期间发表的学术论文1 3 9 j i 殳谢1 4 1 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 研究背景 经过3 0 多年的发展，中国经历了快速的经济增长和城市化进程。这些发展 促进了物质文明的繁荣，提高了人们的生活质量，同时，空前的经济增长也产生 了各种资源环境问题，如能源浪费、资源短缺、土地利用冲突、大气和水体污染 等。特别是能源供给与大气环境问题，已经成为了中国现代化城市建设与发展所 面临的两大重要问题。 研究显示，近年来中国的能源需求量逐年快速增长，目前已经超过日本成为 了第二大能源消费国，预计到2 0 1 0 年前后中国将赶超美国成为第一大能源消费 国【l 】。然而，就人均能源消耗量来说，中国的煤、石油、天然气消耗仅为世界平 均水平的5 5 4 、1 1 1 和4 3 t2 | ，人均能源消耗量偏低。此外，中国的能源资 源分布不均，能源生产地普遍距城市和经济发达地区较远，需要通过铁路、公路、 水运等方式对资源进行调度和再分配【3 】。在这种能源背景下，不断增加的能源需 求量和不足的能源资源供给将成为限制中国经济发展的主要因素。能源消耗的可 持续发展已经成为当今世界面临的重要问题，特别是作为发展中大国的中国。就 我国目前的能源组成来看，能源消耗仍以煤炭为主，虽然近年来水电、核能、风 能等新能源和可再生能源的份额比例不断增大【4 】，但是我国以煤为主体的能源消 费结构在较长时期内将不会有实质性的改变。 能源的消费结构与大气环境质量息息相关。煤、石油等化石燃料的燃烧和使 用将产生p m 、s o s 、n o x 、c o 等大量大气污染物，而天然气、风能、太阳能等 能源的使用则可以实现低污染排放和零污染排放。目前，我国以煤为主体的能源 消费结构，不仅是能源利用效率低下和经济效益差的重要因素之一，同时也是造 成我国大气环境污染的主要原因之一。因此，提高能源利用效率，注重能源结构 的调整和优化，优先发展水电、核电等清洁能源，积极发展新能源和可再生能源， 对我国能源、环境发展战略具有重要意义。 能源供给和大气污染是目前北京市建设国际大都市所面临的重要问题。特别 是近年来随着机动车保有量的急剧增加，北京市的大气污染呈现出由煤烟型污染 向煤烟和机动车尾气复合型污染发展的趋势，能源供给和大气污染问题呈现出了 复杂性和交互性的特点。为了优化北京市能源配置结构、提高能源利用率、减少 大气污染物的排放、减轻大气污染对人体和环境的影响、改善城市宜居环境，北 京市政府采取了大量控制和改善措施。北京市从1 9 9 8 年开始陆续采取了1 5 阶段控 制大气污染物排放紧急措施，对城市工业布局进行调整，减排、关停、搬迁对大 气环境质量影响较大的企业；对能源消费结构进行调整，推进城市居民生活“煤 北京工业大学工学博士学位论文 改气”、“煤改电”工程，推行低硫煤，提高清洁能源和可再生能源的比重；淘汰 落后工艺，对全市茶炉、大灶、锅炉进行技术升级和改造：加强污染物排放的监 督和管理，实现企业炉窑的全达标排放；严格控制扬尘污染，力争做到工地沙土 1 0 0 覆盖、路面1 0 0 硬化，出工地车辆1 0 0 冲洗车轮、拆迁1 0 0 洒水压尘、 暂不开发地方1 0 0 绿化。 在北京市政府和有关科技工作者的努力，以及广大市民的支持下，北京市能 源利用效率和大气环境质量均有了明显的改善。但从总体来看，北京市能源利用、 能源分配和大气环境质量都离世界先进城市有一定距离，同时伴随着能源需求量 的增大，优质能源、清洁能源的短缺，势必对能源供应的可持续发展和大气环境 质量的改善提出更严峻的挑战。因此通过对能源消耗量、能源结构、能源需求、 能源供给以及大气污染控制措施等因素进行全面分析，确定能源消耗与大气污染 排放量之间相关机制，基于大气污染排放与能源、气象、区域地理环境之间的相 互影响，通过数值模拟的方法，定性定量的研究能源消耗与大气环境污染之间的 关系，将为北京市能源结构调整，提高能源利用效率，减少大气环境污染，提高 人民生活水平，增强企业经济社会效益，提升北京城市影响力做出有力贡献。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 能源模型 在国际范围内，在能源活动规律研究方面，通过剖析能源结构、能源技术、 能源价格、能源市场、能源使用效率等因素之间的互动机制，已有多个能源系统 模拟和优化模型推出，并应用于能源开发和气候变化对策的研究。它们包括优化 能源管理、开展政策分析的m a r k a l 模型【5 】，用于中长期的能源规划以及气候 变化对策分析的m e s s a g e 模型【6 】，预测能源需求的n e m s 模型 卜8 l ，以及评估 能源政策和可再生能源电力转换的目标政策的a b a r e 模型 9 】。下面主要介绍几 种常用的能源模型。 o ) m a r k a l m a r k a l 模型是以技术为基础的长期能源市场配额优化模型，该模型问世 于2 0 世纪7 0 年代末，是由一些西方国家共同开发的综合能源系统优化模型，在满 足给定的终端能源需求量和污染物排放量限制条件下，确定出使能源系统成本最 小化的一次能源供应结构和用能技术结构，8 0 年代以后这一模型在国际能源组织 成员国中得到广泛应用。 m a r k a l 模型是一个动态线性规划模型，以参考能源系统为基础，可对能 源系统中各种能源开采、加工、转换和分配环节以及终端用能环节进行详细的描 述，而且对每一环节不仅可以考虑现有的技术，还可以考虑未来可能出现的各种 先进技术【1 0 】。模型的优化目标是在满足各种有用能需求下规划期内能源系统贴现 的总供能成本最低。模型的约束主要有能载体平衡、电力基荷方程、电力峰荷方 第1 章绪论 程、低温热峰荷方程、容量转移方程、需求方程、描述转换技术与加工工艺的容 量与活动量间关系的方程、可获得的资源累积量方程、排放量计算方程、用户自 定义方程等。 ( 2 ) r a i n s - a s i a r a i n s a s i a 是由世界银行、亚洲开发银行与i i a s a 针对亚洲酸雨危害共同 组织开发实施的项目，分为两期。r a i n s a s i a 项目一期从1 9 9 2 年开始，在 r a i n s - a s i a 的开发过程中借鉴了r a i n s e u r o p e 的开发和使用经验，并邀请了 很多对亚洲具体情况研究深入的专家加入这个项目，开发过程中对模型的地理、 经济数据及各种参数都按照亚洲的实际情况进行了本地化调整。 r a i n s a s i a 的定位是成为一个酸雨与污染物排放政策分析的一体化集成 模型，用来发展与指导亚洲国家和地区的前景政策的制定。模型的设计涵盖了从 能源体系与排放到其对自然和人类社会系统最终影响的整个链条体系。 与r a i n s e u r o p e 类似，r a i n s - a s i a 第一期的模型由三个子模块组 成：r e g i o n a le n e r g ys c e n a r i o g e n e r a t i o nm o d u l e ( r e s g e n ) ； e n e r g ya n d e m i s s i o n sm o d u l e ( e n e m ) ；t h e d e p o s i t i o na n dc r i t i c a ll o a d s ( d e p ) 。模型覆盖 了东亚、南亚、东南亚的2 2 个国家和地区，地理范围从南纬1o 度到北纬5 5 度，东 经6 0 度到1 5 0 度。第一期开发于1 9 9 5 年结束。 r a i n s a s i a 第二期开发在1 9 9 9 年末基本完成，这一期开发后，该模型无论 是在数据，还是在软件上，都得到了很大的改进。这些改进包括：( 1 ) 能够提供 五年气象分析数据的大气转移矩阵；( 2 ) 提供了二氧化硫集中分布和硫沉降的转 移矩阵；( 3 ) 临界负荷数据的格栅精度提高n 0 1 o 1 度；( 4 ) 以五年为一个间隔 期；( 5 ) 模型的预测计算扩展到了2 0 3 0 ；( 6 ) 点源数量已扩展n 4 0 0 个；( 7 ) 区域的 定义更有柔性；( 8 ) 提供了排放控制策略最小成本优化工具【1 1 眩】。在完成这一期 的开发后，模型已经可以评估现在与将来二氧化硫消除水平以达到对人体健康的 适当浓度水平，以及完成对植物和水体生态系统造成破坏的硫沉降的估算评价。 同时，新的优化工具能够确定在最小成本下满足环境目标的排放控制策略。 o ) l g n v 模型 l e a p ( l o n g - r a n g ee n e r g ya l t e r n a t i v ep l a n n i n gs y s t e m ) 最初被用于19 8 0 年 b e i j e r 研究所的肯尼亚薪材燃烧项目，是由斯德哥尔摩环境协会与美国波士顿大 学共同开发的计量经济学模型，作为一个基于情景分析的能源一环境模型工具， 可以用来做能源的需求分析及其相应的环境影响分析和成本效益分析。l e a p 拥 有灵活的数据结构，使用者可以根据数据的可得性、分析的目的和类型等来构造 数据结构。 l e a p 模型建立在情景分析的基础上，其基本处理流程如下。首先，搜集影 响能源发展前景的主要因素，如政策、技术等；接着构建这些影响因素的框架； 然后进行情景设定。采用定性与定量分析结合的方式，对影响能源供求的宏观社 北京工业大学工学博士学位论文 会经济因素和政策因素以及未来可能的演变趋势进行定性分析，并进行量化。定 性分析考虑了预测年可能出现的产业结构调整、能源政策变化等不确定因素可能 对能源需求产生的影响。具体参数设置可采用专家评估的方法，并利用搜集的资 料和数据对量化的数据进行对比校正。接着根据不同专家对不同领域的展望，设 定不同的未来能源发展前景。对不同方案的情景设定、量化的指标进行评述。将 量化的指标输入相应的模型，对得出的结果进行定量分析。最后根据模型预测的 结果，结合实现这些目标的情景假定条件，得出不同层面的政策措施，从而为有 关部门提供决策依据。由于具有灵活简便的情景分析能力，现在l e a p 模型已经 被全球1 5 3 个国家应用，并广泛的用于能源消耗预测、能源消耗所造成的环境影 响分析、节能减排政策分析等方向【b _ 习。 ( 4 ) e f o m 模型 e f o m ( e n e r g yf l o wo p t i m i z a t i o nm o d e l ) 模型是欧盟1 9 8 2 年研究开发的复杂 能源供应系统线性规划模型。2 0 世纪8 0 年代被欧盟成员国广泛应用于能源系统 规划方面的研究。1 9 9 6 年a l e h t i l a 应用e f o m 模型研究芬兰的生物质能利用、 热电联产发电、污染物排放以及能源的最终消费，并为国家制定二氧化碳减排政 策提供了信息支捌1 6 】。随着模型的发展，开发了包括污染物排放和减排技术的 e f o m 拓展模型，e f o m e n v 模型是对原有的e f o m 模型的功能进行扩展和改 进，增加了污染物排放量的计算、减排技术的应用分析，以及二氧化碳排放控制 第1 章绪论 测，也可为能源政策的制定提供其他建议方案。 通常，m e d e e 建模技术包括以下几个步骤：( 1 ) 将总能量需求分解成适当 均一的终端使用类型或组成；( 2 ) 对被分解的每一组部件，系统地分析各种决定 长期能源需求进展的社会、经济和技术因素，并建立或识别其与