2024-11-28-北京理工大学-中国碳达峰碳中和路径优化方法_11页_983kb

中国碳达峰碳中和路径优化方法

摘要

实现碳中和是一项涉及自然、社会、经济、行为、技术和能源等多系统耦合的复杂系统工程，面临跨系统耦合、行业异构性、技术成本动态性、非线性演变与不确定性等挑战。为开展复杂系统建模与路径优化，自主设计构建了自下而上的国家能源技术模型（C3IAM/NET），耦合能源全链条与行业全流程，实现“五维一体”优化（需求预测-技术优化-动态演变动态成本-供需约束耦合）。该模型以能源系统成本最小化为目标，纳入社会经济动态预测、技术渗透率、设备存量与自然碳汇约束等多维不确定性情景，成功应用于中国碳达峰路径（2030）、碳中和路径（2060）的精细模拟与技术协同路径优化。

C3IAM/NET模型框架

• 目标函数：能源系统年化总成本最小化（设备初始投资、运维成本、燃料成本）。
• 约束条件：
  • 产品/能源服务需求约束
  • 能源总量/品种分行业约束
  • 排放路径约束（含碳汇）
  • 设备运行/技术渗透率约束
• 供需耦合过程：全链条连接一次/二次能源供应与终端需求，实现“以需定产、供需联动、技术经济协同”。

关键特性

1. 复杂系统视角：首次整合技术、行为、经济、社会与自然系统跨维度反馈，刻画非线性低碳转型路径。
2. 时间轴分解：
   • 宏观：社会经济参数（GDP/城镇化/产业结构）
   • 中观：20个行业子模型（含钢铁、化工、交通等）
   • 微观：800+重点技术成本动态与技术替代机制
3. 多情景设定：基于需求不确定性、碳汇可用性及能源转型速度设计3类经济（高/中/低速增长）+3类碳汇情景（10/20/30亿吨）。

场景与应用

• 基准情景（BAU）：延续当前政策与技术渗透。
• 能源转型情景：结合碳汇约束下的“峰值-中和”时间节奏验证最优减排路径组合。
• 姊妹篇计划：模型将为《中国碳达峰碳中和时间表与路线图研究》提供底层模拟工具。

创新价值

开发支持多部门协同转型的全耦合模型，填补全球首个覆盖800技术类别的复杂系统建模工具，特别适用于中国高碳行业（钢铁、建筑、化工等）低碳化路径冲突协调与成本—收益—风险集成评估。