基于系统动力学建模的中国“能源-环境-经济”系统研究

摘要............................................................................................................................ I Abstract...................................................................................................................... III 目录..........................................................................................................................VI Contents ...................................................................................................................VIII 第1章绪论 (1)

1.1 课题研究的背景及意义 (1)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.2.1 国外研究现状 (2)

1.2.2 国内研究现状 (3)

1.2.3 国内外研究简析 (4)

1.3 研究方法与研究的主要内容 (4)

1.3.1 研究方法 (4)

1.3.2 本文研究的主要内容 (5)

第2章中国3E系统发展状况定性分析 (6)

2.1 能源子系统的定性分析 (6)

2.2 环境子系统的定性分析 (8)

2.3 经济子系统的定性分析 (10)

2.4 本章小结 (12)

第3章中国3E系统SD建模 (14)

3.1 建模基础 (14)

3.1.1 建模思路 (14)

3.1.2 模型边界 (14)

3.1.3 模型框架 (15)

3.2 SD模型构建 (15)

3.2.1 系统因果循环图的建立及分析 (15)

3.2.2 系统流图的建立及分析 (16)

3.3 SD模型中变量方程的确定 (19)

3.3.1 历年数据的收集及对缺失数据的补充 (19)

3.3.2 模型中变量的赋值 (19)

3.4 SD模型的可靠性检验 (45)

3.4.1 模型的逻辑检查 (45)

3.4.2 灵敏度检验 (46)

3.4.3 模型验证及误差分析 (49)

3.5 本章小结 (54)

第4章中国3E系统的未来预测及情景分析 (55)

4.1 模型的完善 (55)

4.1.1 模型中部分函数关系的改写 (55)

4.1.2 表函数法赋值的变量方程的修改 (56)

4.2 未来预测及分析 (56)

4.3 情景分析 (61)

4.4 本章小结 (64)

结论 (65)

参考文献 (67)

攻读硕士学位论文期间发表的论文及其他成果 (70)

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明和使用权限 (71)

致谢 (71)

附录 (73)

附录1：模拟结果及统计数据的对比（2000-2013） (73)

附录2：模型中涉及到的方程 (75)

VII

Contents

Abstract (In Chinese)................................................................................................... I Abstract (In English) ................................................................................................ III Contents (In Chinese) ................................................................................................VI Contents (In English) ..............................................................................................VIII Chapter 1 Introduction. (1)

1.1 Backgrounds and significance of the subject (1)

1.2 Research status (2)

1.2.1 Research status abroad (2)

1.2.2 Domestic research status (3)

1.2.3 Analysis of the research status (4)

1.3 Research methods and main research contents (4)

1.3.1 Research methods (4)

1.3.2 Main research contents in this paper (5)

Chapter 2 Qualitative of the developing status of the 3E system in China (6)

2.1 Qualitative of the developing status of the Enegy system (6)

2.2 Qualitative of the developing status of the Environment system (8)

2.3 Qualitative of the developing status of the Economy system (10)

2.4 Brief summary (12)

Chapter 3 Establishment of the SD model for the 3E system in China (14)

3.1 Foundation for building the model (14)

3.1.1 Model idea (14)

3.1.2 Model Boundary (14)

3.1.3 Model Framework (15)

3.2 Establishment of the SD model (15)

3.2.1 Establishment and analysis of the causal loop diagram (15)

3.2.2 Establishment and analysis of the flow diagram (16)

3.3 Determination of the eauqtions for the variables in the SD model (19)

3.3.1 Collection of statistic data and complement of missing data (19)

3.3.2 Assignment for the variables in the model (19)

3.4 Reliability test of the SD model (45)

VIII

3.4.1 Logical test of the SD model (45)

3.4.2 Sensitivity analysis (46)

3.4.3 Model validation and error analysis (49)

3.5 Brief summary (54)

Chapter 4 Future prediction and scenario analysis of the 3E system (55)

4.1 Perfection of the model (55)

4.1.1 Revision of the equations for some of the variables (55)

4.1.2 Rewrite of the equations using Look-up function (56)

4.2 Future prediction and analysis (56)

4.3 Scenario analysis (61)

4.4 Brief summary (64)

Conclusions (65)

References (67)

Papers published in the period of master study (70)

Statement of copyright and Letter of authorization (71)

Acknowledgements (71)

Appendixes (73)

Appendix 1: Comparison of simulation results and statistic data（2000-2013） .. 73 Appendix 2: Equations in the model (75)

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

第1章绪论

1.1 课题研究的背景及意义

我国经济发展迅速，到2020年，国民生产总量将是2000年的四倍，人均达到36000余元；能源消费总量变为2000年的两倍，总量达到约280000万吨标准煤。因此，中国能源发展将面临如何满足长期而巨大能源需求的挑战。

中国已进入工业化发展阶段，在经济和社会等各方面都在经历重大改革，能源方面也面临各种挑战，包括能源消费、能源效率和能源结构。与能源消费随之而来的是环境污染问题[1]。如何提高能源利用率，增强国民经济总体竞争力，如何解决国内能源环境等关系与国家可持续发展的问题，成为研究者和决策者共同关注的话题。

从资源储量看，中国是世界上人均资源比较少的国家。中国人口总量约为世界人口总量的20%，已经探明的煤炭资源占世界煤炭总储量的大约11%，原油占大约 2.4%，天然气占大约 1.2%。人均能源资源占有量不足世界平均水平的50%，石油则仅为世界平均水平的10%。

从能源结构来看，化石燃料占全球能源供应的80%，其中石油所比例例最大，为35%，煤炭占23%，天然气占21%。可再生能源占全球供应的14%（含水电），其余6%为核能。中国的能源主要以煤炭为主，2012年，煤炭消费占68.5%，原油消费占17.7%，天然气占4.7%，核能0.8%，水电7.1%，其余可再生能源1.2%[2]。中国以煤炭为主的能源结构给环境带来了诸多问题，使得能源消耗与经济增长、环境保护之间的矛盾变得突出。

能源消费与经济增长给环境带来很多负面影响，如何治理和预防环境污染成为中国可持续发展的重要课题。由于社会和经济的发展、科技进步以及国家的宏观政策都会直接影响能源系统的运行，而能源系统的变化也会直接对经济结构、社会发展和环境状况产生影响，因此，能源、环境、经济密不可分，成为本文的研究主题。文中将应用系统动力学、能源经济学、统计学等多种分析方法和理论，与对中国能源环境的历史及现状进行分析，从而对未来能源环境发展作较为科学的预测，进而提出相应能源环境政策的建议。这对中国能源利用、环境保护与社会经济的可持续发展具有积极意义。