研究背景

能源是为人类生产生活提供各种能力和动力的物质资源，它是国民经济的重要物质基础。从世界各国的发展历史来看，能源的变革推动了世界的进步，世界各国的逐渐发展使得能源需求量也逐渐加大，我国作为世界上最大的发展中国家，近年来对能源的需求量也在不断加大^[1]。目前我国所取得的巨大成就与我国综合能源系统提供的强有力的支持密切相关，能源是保证我国国民经济持续、稳定、健康发展的重要基础之一，也是贯彻全面、协调、可持续发展的关键领域之一。因此，针对我国综合能源系统的科学分析和理论研究非常具有现实意义。

我国作为世界第二大经济体，是世界上人口最多的国家，同时也是世界上第一大能源生产和消费国。近年来，我国宏观经济稳中向好态势持续发展，主要经济指标好于市场预期，带动了我国综合能源消费继续保持回暖^[2]。未来，我国能源供需矛盾将日益突出，主要原因如下：（1）我国人均能源消费低。我国人均消耗能源仅3.2吨标准煤，而德国、法国和日本在5吨左右，美国在10吨左右，差距还很大。随着新型工业化、城镇化持续推进，人民生活水平不断提高，实现全面小康，国内生产总值达到中等发达国家水平，我国能源消费总量还将增加^[3]。（2）我国综合能源的生产和消费结构之间存在矛盾。2017年底入冬以来，天然气价格暴涨，液化天然气（LNG）价格上涨至历史新高，全国天然气缺口超113亿立方，环保部紧急出台《关于请做好散煤综合治理确保群众温暖过冬工作的函》特急文件，提出“进入供暖季，凡属没有完工的项目或地方，继续沿用过去的燃煤取暖方式或其他替代方式”。并且这次的天然气荒并非首次出现。（3）我国综合能源利用率较低。2002-2010年，我国省际能源利用效率在总体上是呈下降趋势的，能源利用低效率问题仍然比较突出^[4]，目前我国能源综合利用率仅30％，而欧洲发达国家的能源综合利用率为42％左右，日本和美国的能源综合利用率可以达到51％^[5]。（4）我国能源关键处理技术相对缺乏。（2017年10月18日）习总书记在十九大报告中提出，坚持人与自然和谐共生，要树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。同时，自2018年1月1日起，《中华人民共和国环境保护税法》开始施行。这意味着以往只注意能源的生产、不注意后续处理的现象将进一步减少，而这就需要掌握能源关键处理技术。（5）随着我国宏观经济持续发展，我国综合能源的消费将继续增加。

研究现状

综合能源模型为各国能源管理部门提供了相关的技术手段，为能源管理决策及能源政策制定等提供了科学依据。

国外综合能源系统模型主要有Ana Quelhas^[7]等人提出了美国综合能源系统的多周期广义网络流模型^[6]，该模型主要考虑了能源供需平衡问题、SO₂排放量限制问题、能源传送过程中的损耗等问题，然后引入拉格朗日乘子运用单纯形法求出最优解，与实际进行对比，并通过三个案例分别计算求解，验证了模型的可靠性；María Gil^[8]等人主要研究了电力和天然气系统的相互依赖性，在欧洲监管框架下，对分别以电力和天然气系统为主导对象的两种方法计算出来的结果进行比较，并以三个公司为研究对象，计算了公司的利润；S Messner^[9]等人提出了MESSAGE模型，该模型将能源供应模型与微观经济学模型联系起来，主要用于研究综合能源系统中长期规划以及能源政策分析等，模型以总成本最小为目标函数，采用线性规划和混合整数规划的方法进行优化求解。

国内学者提出的综合能源系统模型主要有开平安^[10]等人提出的观点，对模型进行总结和分析，将能源—经济模型分类为开环能源模型、闭环能源模型和能源—经济闭环模型，分别对三种不同类别的模型进行举例说明；张丽峰^[11]提出的能源预测模型，综合了系统动力学、灰色系统、向量自回归及变权重组合预测等模型，对我国综合能源系统结构进行了中长期预测；黎静华^[12]等人提出了一种综合能源系统的优化规划和运行框架，分析了能源综合的优势，并探讨了建立综合能源系统的关键技术；杜琳^[13]等人提出了一种电—气联合系统优化模型，分析了电转气设备应用对负荷供能情况及可再生能源过剩情况的影响；张晓萱^[14]以北京市为研究对象，应用区间规划和机会约束规划的方法建立了不确定的电厂优化配煤模型，该模型使满足负荷变化的同时，减少了浪费和污染；刘金朋^[5]从能源供给、消费和运输三个方面总结了影响能源供需格局的内部因素，从经济、社会、政策和国际因素四个方面总结了影响能源供需格局的外部因素，构建了能源需求VAR模型，并验证了模型的稳定性和协调性。