西部可持续能源开发利用模型研究

刘炳赫(北京石油化工学院机械工程学院,北京102627)

摘要：本文利用各种模型对西部可持续能源的开发利用进行了研究和分析，得到了西部能源对于东部需求的对应关系和发展趋势，集中探讨了西气东输、西电东送等可持续能源开发利用情况并给出了合理的建议和对策，对于西部可持续能源的开发利用方面的研究意义重大。

关键词：西部；可持续；能源；开发；模型；研究

中国西部地区的能源在整个国家能源分布和组成中都占有举足轻重的地位，对于西部可持续能源的有效开发和利用是我们当前面临的一个急需解决的问题，在此问题的研究过程中需要对西部清洁能源利用、可持续能源需求、西电东送、西气东输、可持续水资源等各个方面的因素进行考虑。本文建立了西部可持续能源开发利用的模型，并根据模型分析结果给出了能源开发的结论与建议。

有污染物产生量分析模块系统，能够通过对可持续能源生产、开采、加工过程中的废弃物量进行分析研究，得到最优的污染废弃物排放标准和参数，通过对污染物排放进行从而实现自然环境质量的好转。耦合模块系统将上述系统进行了统一整合并绘制了相应的规律曲线，在耦合模块系统下能够将费用较高、科技含量较高的技术整合到一起进而实现可持续能源的综合开发利用。

2模型的情景设置

模型的情景设计中对西部可持续能源在后期的发展进行了基本设置，我们称之为基本情景。可持续能源开发利用模型对于基本情景状态下的能源系统的末端状况、不可再生能源、电力能源、二氧化碳、水污染物、固体废弃物等进行了相关研究和分析，并得到了需要的参数。同时我们也意识到基本情景无法对所有的西部可持续能源开发利用进行分析，比如西部地区资源丰富，在满足东部地区使用的同时如何满足自身发展需求，如何对西部地区资源进行合理开发利用。西北地区相对而言水资源不够丰富，对于水资源的可持续开发利用至关重要。所以，基本情景设计中包含了可持续能源东运情景、可持续能源再生情景、可持续水资源合理利用情景、废弃物处理分析情景。

1西部可持续能源开发利用模型概述

笔者在进行西部可持续能源模型研究过程中主要运用了lmarkal系统模型对能源的合理开发进行优化，该模型包含了以系统、固液气处理系统等。

下几个不同的单元：能源使用需求分析系统、可用水资源分析

1.1markal模型简介

该模型是欧美等国加相关研究机构经过辛苦的研究才开发成功的，该模型的周期规划方案是动态变化的，采用的规划系统具有线性发展规律。该模型对于可持续能源开发过程中的能源开采技术、成品加工技术、化学产品转化技术、可持续能源分配及消费动态统计分析等进行了规律性的研究，并给出了合理的参数信息。在分析过程中，通过对模型计算和技术分析得到费用最低的模型结果，从而使可持续能源的需求量满足计划规定和需求，一般设计模型的目的是使规定范围内的费用成本最低。该模型的边界条件和初始条件一般包含以下几个方面：能源传递均衡、生产工艺加工的最大量、电能约束、温度约束、能量量化积累方程、可持续能源需求分析方程等。

2.1基本情景假设

基本情景的假设主要是在特定的环境下进行的，这里的特定环境主要表现在西部地区的社会发展进度，同时也设计了可持续能源发展的最高水平井，将可持续能源风电、天然气等具有清洁特点的能源进行了统计分析和研究。在基本的参数假设中，我们设定人口总数为十四亿，中国的城镇化率为百分之六十五，西部地区人口四亿，西部地区城镇化率百分之五十，全国生产总值的量为十亿，天然气的开采最大值为七百六十亿立方米，煤层气的最大开采量为两百亿立方米，西部地区天然气东输量为两百四十亿立方米，西部水发电量为两百二十兆千瓦，西部水电东输量为一百七十亿千万。

1.2配套模型分析

可持续能源需求分析系统是由多种预测分析系统综合构成的，该系统的分析前提是需要对西部可持续能源需求量和社会发展进程进行确定，在此基础上对农、工、交、居等各个方面的可持续能源需求进行综合分析。在该模型系统中，笔者对水资源可使用量系统中的参数进行了设置，主要涉及可持续能源采出、可持续能源成品加工、可持续能源技术等方面，在系统参数优化分析中笔者对可持续能源开发利用技术进行了阐述，对该技术对应的可持续水资源利用量进行了分析。该模型系统对于水资源约束边界条件进行了设定，能够有效对西部地区的可持续水资源的开发利用进行分析研究。同时，该模块系统具

2.2其它参数的设置分析

对于其它参数的设计我们一般是以基本情景为基础，然后对相关参数做针对性的比较和设计，本部分对参数的设计主要是对于基本情景参数设计不同的方面进行了说明和阐述。在可持续能源东输系统中，在基本情景的基础上，设计了三种不同的方案，分别是TE-01、TE-02、TE-03等，三种方案的共同特点是对于可持续电能的西电东输规模量加大。在TE-01和TE-02方案中要求两年后火力发电量的增长速度要达到百分之三和百分之五，对于可持续利用的水力发电要求西电东输增长量要达到百分之一。在TE-03方案设计中，要求两年后火力发电

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环保与节能量的增长速度要达到百分之六点五，对于可持续利用的水力发电要求西电东输增长量要达到百分之二。

清洁天然气燃料CP情景中对于西部可持续能源的特点进行了分析和参数设定，在该基本情景中加大了西部清洁天然气能源向东北输送的量，这样可以避免进口天然气对西部可持续资源的冲击。该情景中设计了五种不同的方案，分别为CP1、CP2、CP3、CP4、CP5。其中在CP1和CP2方案中对于进口能源的量为对应基本情景中的量的百分之六十和百分之三十。在地区输送的数量。

CP3、CP4和CP5的设计中进一步加大了清洁天然气能源向东部

在可持续能源发展速度RN情景中主要分析了如果增强对可持续能量发电，如风能发电、地热发电、光伏发电、生物发电等对整个西部可持续能源开发利用的综合影响，笔者设计了RN1和RN2两种不同的方案对策，其中，在RN1方案中设定在分之四十、百分之四十和百分之二十。在RN2方案中，设定在本世纪中叶风能发电、光伏发电以及生物发电等占比要达到一百五十兆瓦、一百兆瓦和四十兆瓦。在海外油气能源进口量方面，RN1和RN2情景均与基本情景类似。

可持续水资源WA情景中主要涉及了一种方案，该系统主要研究可持续水资源的量变化时对西部可持续能源的影响程度。在该方案中，对于不同计划期的水资源使用量设置为基本情景的百分之七十五，对于海外油气能源进口量方面与基本情景相同。

本世纪中叶风能发电、光伏发电以及生物发电等占比要达到百

的量将大大增加，根据模型的计算结果分析，未来西部可持续能源的来源构成更加丰富，将由天然气的一家独大逐渐向清洁天然气、固体煤制气和煤层气等方向发展。在基本情景中，传统的化石燃料占比依然较大，其对应的二氧化碳的排放量也大大增加，但是对应的二氧化硫和氮氧化物排量有所降低，主要是因为脱硫技术和脱氮技术的研究和应用降低了其燃烧产物的含量。

3.2其它模型结论与分析

在其它模型的分析研究中，笔者发现随着西部可持续能源的开发力度增加、西部能源东送的力大加大，配套的输送设备数量也大大增加，固体煤发电的设备成本较低，因此在未来成为重要组成部分。但是煤燃料使用量的增加对于西部可持续能源的构成造成影响，同时也增加了污染物的排放。煤炭的大量开采也促使了西部能源开发中对水资源的使用量。所以综合考虑，在进行煤炭发电的模型和实际应用中，需要将其对环境的影响纳入研究模型中，确保资源和环境均能够实现可持续发展。在加速可持续能源开发利用的过程中，太阳能和风能等可持续清洁能源发展速度大大增快，传统煤电占比有所降低。

4西部能源可持续开发利用建议

综上分析和研究，笔者建议在西部可持续能源的开发利用过程中加大对可再生能源的开发力度，对西气东输、西电东送等项目进行优化，在西部可持续能源的开发利用过程中要充分考虑各方整体效益，对于可持续资源配置过程中的分布问题进行合理规划。建议大力发展清洁能源技术，减少传统煤电的占比，同时积极推进低消耗水资源项目的开发和利用。

3模型结论与分析

笔者对各个方案进行了详细的对比分析，对基本情景的模型计算分析得到了如下结果：终端能源消费增长率达到百分之三点四，发电总增长率为百分之四点六，二氧化碳的年增长率为百分之三点二，二氧化硫废弃物的排放年增长率为百分之一点七，可持续水资源的增长量为百分之三点六。

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3.1基本情景结论与分析

笔者对基本模型的计算结果表明：未来半个世纪中增长速度较快的单元是末端消费团体的能源消耗量，同时该单元的相关组成有了一定的变化。清洁能源天然气和风电能大量使用，大大降低了西部地区的环境污染。在基本情景下，西部能源的使用量较当前有了较大的提高，但其中煤炭的占比降低，仅为百分之六十。由于天然气和风能等可再生能源的大力开发，十年后能源消耗总的煤炭占比降为百分之五十。随着西气东输和西电东送使用量的加大，可持续能源的开发力度保持不变，在十年后煤炭发电量有了大幅提高，其占比最终达到了百分之六十五。其中的一个重要原因是未来十年油气需求量大大增加，这里面有很大一部分的油气是使用固体煤进行加工后获得的液体和气体燃料。随着交通运输业的快速发展，对燃油的需求进一步加大，较好的解决办法是海外采购或对固体煤进行加工后获得油气。到本世纪末，西部能源的构成中原油开采占比为百分之二十，固体煤制品占比为百分之二十五，另外的百分之五十五的油气来自海外进口。同时，气体燃料如清洁天然气

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作者简介：刘炳赫（1995-），男，汉族，山东省菏泽市曹县，工学学士，单位：北京石油化工学院机械工程学院，研究方向：油气储运以及运输；可持续能源的开发与利用。

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