本發(fā)明涉及能源管理與優(yōu)化，具體為一種基于碳配額約束的能源轉(zhuǎn)型優(yōu)化方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著全球氣候的變化，碳排放問題已經(jīng)愈發(fā)凸顯，成為世界普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。且隨著科技的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的高碳能源模式難以適應(yīng)當(dāng)前及未來的可持續(xù)發(fā)展需求，需要向低碳、清潔、高效的能源體系轉(zhuǎn)變。

2、然而，在能源轉(zhuǎn)型的過程中，隨著碳市場的不斷完善和碳減排目標(biāo)的推進(jìn)，碳配額的分配將逐漸收緊。這種趨勢(shì)可能會(huì)增加減排壓力，尤其是在能源轉(zhuǎn)型初期，可能需要投入更多資金進(jìn)行技術(shù)改造和設(shè)備升級(jí)。且隨著碳交易的波動(dòng)，使得能源轉(zhuǎn)型路徑的選擇變得復(fù)雜且難以準(zhǔn)確量化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種基于碳配額約束的能源轉(zhuǎn)型優(yōu)化方法和系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種基于碳配額約束的能源轉(zhuǎn)型優(yōu)化方法，其能源轉(zhuǎn)型優(yōu)化方法步驟包括：

4、獲取區(qū)域內(nèi)的能源數(shù)據(jù)；所述能源數(shù)據(jù)包括能源消費(fèi)種類、能源消費(fèi)數(shù)據(jù)、污染物排放量數(shù)據(jù)、污染物減排成本數(shù)據(jù)；

5、確定區(qū)域總碳配額和整體優(yōu)化約束條件，利用污染物減排預(yù)測成本計(jì)算方法計(jì)算每種能源消費(fèi)種類對(duì)應(yīng)的污染物減排預(yù)測成本，匯總每種能源消費(fèi)種類對(duì)應(yīng)的污染物減排預(yù)測成本得到總污染物減排預(yù)測成本；

6、以區(qū)域內(nèi)的總污染物減排預(yù)測成本最低為整體目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法確定最佳碳配額分配方式；

7、根據(jù)每種能源的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的污染物排放量數(shù)據(jù)和污染物減排成本數(shù)據(jù)構(gòu)建路徑減排成本預(yù)測模型；

8、基于最佳碳配額分配方式，確定每個(gè)能源消費(fèi)種類的碳配額，利用路徑減排成本預(yù)測模型預(yù)測每個(gè)能源消費(fèi)種類中每種減排路徑的減排成本，并對(duì)預(yù)測的每種減排路徑的減排成本進(jìn)行從大到小排序，選取減排成本最低對(duì)應(yīng)的減排路徑作為相應(yīng)能源消費(fèi)種類中的能源轉(zhuǎn)型優(yōu)化方案。

9、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述能源消費(fèi)種類包括生活消費(fèi)、工廠消費(fèi)、交通消費(fèi)、農(nóng)業(yè)消費(fèi)和商業(yè)消費(fèi)；

10、所述能源消費(fèi)數(shù)據(jù)包括生活消費(fèi)數(shù)據(jù)、工廠消費(fèi)數(shù)據(jù)、交通消費(fèi)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)消費(fèi)數(shù)據(jù)和商業(yè)消費(fèi)數(shù)據(jù)；

11、所述污染物排放量數(shù)據(jù)包括生活消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物排放量、工廠消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物排放量、交通消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物排放量、農(nóng)業(yè)消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物排放量和商業(yè)消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物排放量；

12、所述污染物減排成本數(shù)據(jù)包括生活消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物減排成本數(shù)據(jù)、工廠消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物減排成本數(shù)據(jù)、交通消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物減排成本數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物減排成本數(shù)據(jù)和商業(yè)消費(fèi)對(duì)應(yīng)的污染物減排成本數(shù)據(jù)。。

13、不同的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)于能源的消耗量是不同的，因此在碳配額一定的情況下，需要根據(jù)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的需求對(duì)碳配額進(jìn)行合理的分配。

14、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述污染物減排預(yù)測成本計(jì)算方法的步驟包括：

15、利用路徑減排平均成本模型預(yù)測每種減排路徑的減排成本，得到路徑減排的平均成本；

16、根據(jù)每種路徑減排平均成本模型預(yù)測得到的路徑減排的平均成本和實(shí)際減排成本數(shù)據(jù)，采用動(dòng)態(tài)貝葉斯平均算法計(jì)算每種減排路徑的權(quán)重，構(gòu)建動(dòng)態(tài)權(quán)重序列；

17、基于動(dòng)態(tài)權(quán)重序列，對(duì)每種減排路徑預(yù)測減排成本計(jì)算加權(quán)平均得到污染物減排預(yù)測成本。

18、對(duì)不同污染物量進(jìn)行減排或者說是凈化，其所消耗的成本是不同的。不同減排路徑的減排成本是不同的，有些減排路徑的減排成本會(huì)隨著污染物量的增加而增加，有些減排路徑的減排成本可能在一定的污染物量范圍內(nèi)是固定的，超過一定的污染物量范圍減排成本會(huì)隨著污染物量的增加而增加，也有些減排路徑的減排成本可能是固定的。

19、因此，在以區(qū)域內(nèi)的總污染物減排預(yù)測成本為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行碳分配時(shí)，需要綜合考慮所有路徑減排的成本，因此可以利用動(dòng)態(tài)貝葉斯平均算法對(duì)每個(gè)路徑減排平均成本模型進(jìn)行加權(quán)，進(jìn)而得到綜合減排成本即污染物減排預(yù)測成本。

20、利用動(dòng)態(tài)貝葉斯平均算法對(duì)每個(gè)路徑減排平均成本模型進(jìn)行加權(quán)屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此不做詳細(xì)說明。

21、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述路徑減排平均成本模型：

22、cm＝almym；

23、式中，cm表示路徑減排m的平均成本，a表示碳排放量，lm表示路徑減排m的普及率，ym表示路徑減排m的單位減排成本。

24、由于每個(gè)路徑減排在區(qū)域內(nèi)的適用度、普及度、建設(shè)的難易程度等等進(jìn)行都會(huì)增加減排成本，因此需要考慮路徑減排的普及率。

25、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述整體目標(biāo)函數(shù)：

26、

27、其中，z表示區(qū)域內(nèi)的總污染物減排預(yù)測成本，n表示區(qū)域內(nèi)能源消費(fèi)種類的數(shù)量，ci表示第i個(gè)能源消費(fèi)種類的污染物減排預(yù)測成本。

28、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述整體優(yōu)化約束條件：

29、

30、式中，a1表示第1個(gè)能源消費(fèi)種類的碳配額，a2表示第2個(gè)能源消費(fèi)種類的碳配額，an表示第n個(gè)能源消費(fèi)種類的碳配額，a表示區(qū)域的總碳配額，k1表示第1個(gè)能源消費(fèi)種類的的能源消費(fèi)量，k2表示第2個(gè)能源消費(fèi)種類的的能源消費(fèi)量，kn表示第n個(gè)能源消費(fèi)種類的的能源消費(fèi)量，k表示區(qū)域的額定能源消費(fèi)總量，tn表示第n個(gè)能源消費(fèi)種類中能源控制技術(shù)的平均普及率，αn表示第n個(gè)能源消費(fèi)種類中能源控制技術(shù)的平均除碳率。

31、根據(jù)上述技術(shù)方案，所述遺傳算法執(zhí)行步驟包括：

32、s1、生成一個(gè)碳配額分配方式，根據(jù)能源消費(fèi)種類的數(shù)量確定初始種群的規(guī)模，并對(duì)初始種群進(jìn)行初始化；

33、s2、以整體目標(biāo)函數(shù)的倒數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)，計(jì)算種群的個(gè)體的適應(yīng)度；

34、s3、對(duì)種群內(nèi)的每個(gè)個(gè)體進(jìn)行選擇，具體執(zhí)行步驟包括：判斷迭代次數(shù)g是否大于等于閾值δ，若迭代次數(shù)g小于閾值δ則對(duì)種群內(nèi)每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度從大到小進(jìn)行排序，將適應(yīng)度排列在前2的個(gè)體數(shù)量進(jìn)行加倍，將排在最后面的2個(gè)個(gè)體進(jìn)行刪除操作，不進(jìn)入下一代，其余的個(gè)體進(jìn)行復(fù)制操作，并直接遺傳到下一代并進(jìn)行遺傳變異操作；迭代次數(shù)g大于等于閾值δ，則讓種群中的個(gè)體直接進(jìn)入下一代進(jìn)行遺傳變異操作；

35、s4、判斷是否滿足終止條件，若不滿足終止條件則跳轉(zhuǎn)到步驟s2繼續(xù)執(zhí)行；若滿足終止條件，輸出最佳碳配額分配方式。

36、根據(jù)上述技術(shù)方案，獲取每種能源的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的污染物排放量數(shù)據(jù)和污染物減排成本數(shù)據(jù)，構(gòu)建訓(xùn)練集和驗(yàn)證集；基于訓(xùn)練集和驗(yàn)證集利用神經(jīng)卷積網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建所述路徑減排成本預(yù)測模型。

37、還包括另一實(shí)施例，一種基于碳配額約束的能源轉(zhuǎn)型優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

38、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取區(qū)域內(nèi)的能源數(shù)據(jù)；所述能源數(shù)據(jù)包括能源消費(fèi)種類、能源消費(fèi)數(shù)據(jù)、污染物排放量數(shù)據(jù)、污染物減排成本數(shù)據(jù)；

39、碳配額分配模塊，用于確定區(qū)域總碳配額和整體優(yōu)化約束條件，以區(qū)域內(nèi)的總污染物減排預(yù)測成本最低為整體目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法確定最佳碳配額分配方式；

40、路徑減排成本預(yù)測模型構(gòu)建模塊，根據(jù)每種能源的能源消費(fèi)數(shù)據(jù)及其對(duì)應(yīng)的污染物排放量數(shù)據(jù)和污染物減排成本數(shù)據(jù)構(gòu)建路徑減排成本預(yù)測模型；

41、能源轉(zhuǎn)型優(yōu)化模塊，基于最佳碳配額分配方式，確定每個(gè)能源消費(fèi)種類的碳配額，利用路徑減排成本預(yù)測模型預(yù)測每個(gè)能源消費(fèi)種類中每種減排路徑的減排成本，并對(duì)預(yù)測的每種減排路徑的減排成本進(jìn)行從大到小排序，選取減排成本最低對(duì)應(yīng)的減排路徑作為相應(yīng)能源消費(fèi)種類中的能源轉(zhuǎn)型優(yōu)化方案。

42、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：本發(fā)明通過確定區(qū)域總碳配額和整體優(yōu)化約束條件，以總污染物減排預(yù)測成本最低為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了成本效益的優(yōu)化。這有助于在有限的資源下實(shí)現(xiàn)最大的減排效果。通過構(gòu)建路徑減排成本預(yù)測模型，可以對(duì)不同能源消費(fèi)種類的減排路徑進(jìn)行成本預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的路徑規(guī)劃。本發(fā)明通過整體優(yōu)化和精準(zhǔn)路徑規(guī)劃，能夠提升減排效率，確保在有限的碳配額下實(shí)現(xiàn)最大的減排效果。