區域可再生能源規劃仿真模型研究

劉 貞，張希良

（1.重慶理工大學 工商管理學院，重慶 400054；2.清華大學 能源環境經濟研究所，北京 100084）

0 引言

系統分析的主要目的是明確要解決的問題是什么，對所要解決的問題是否有可行的解決方案，用戶對系統的基本需求有哪些、附加需求有哪些，在此基礎之上確定目標系統應具有哪些功能[1]。

區域可再生能源規劃模型基本原理：不同政策、不同時期的項目成本和環境外部價值對成本曲線產生影響，其交叉點為不同時期的可再生能源規劃模型的成本最優量。

區域可再生能源規劃模型系統流程[2]：（1）依據資源特征、技術特性、資本等求解不同項目的可再生能源單位度量成本；（2）依據單位度量成本，年能源產能形成各種可再生能源技術成本曲線；（3）各時期各種可再生能源規模及可再生能源結構；（4）可再生能源優先發展領域及項目布局；（5）可再生能源總投資及政策成本分析；（6）社會效益分析。

結合規劃和能源分布現狀的實際情況，利用現有的條件設計與開發基于（Client/Server）C/S的新能源規劃系統。

1 規劃系統框架技術

1.1 C/S體系結構

在網絡連接模式中,除對等網外,還有另一種形式的網絡，即客戶機/服務器網，Client/Server。在客戶機/服務器網絡中，服務器是網絡的核心，而客戶機是網絡的基礎，客戶機依靠服務器獲得所需要的網絡資源，而服務器為客戶機提供網絡必須的資源。這里客戶和服務器都是指通信中所涉及的兩個應用進程（軟件）。使用計算機的人是計算機的“用戶”（user）而不是“客戶”（client）。但在許多國外文獻中，也經常把運行客戶程序的機器稱為client（這種情況下也可把client譯為“客戶機”），把運行服務器程序的機器稱為server。所以有時要根據上下文判斷client與server是指軟件還是硬件。它是軟件系統體系結構，通過它可以充分利用兩端硬件環境的優勢，將任務合理分配到Client端和Server端來實現，降低了系統的通訊開銷。目前大多數應用軟件系統都是Client/Server形式的兩層結構，由于現在的軟件應用系統正在向分布式的Web應用發展，Web和Client/Server應用都可以進行同樣的業務處理，應用不同的模塊共享邏輯組件；因此，內部的和外部的用戶都可以訪問新的和現有的應用系統，通過現有應用系統中的邏輯可以擴展出新的應用系統。這也就是目前應用系統的發展方向。

1.2 C#、.NET技術

（1）NET Framework簡介

ASP.NET是Microsoft.NET結構的一部分，其中NET Framework是Microsoft.NET的核心，它區隔了操作系統和所有NET開發出來的應用程序，目的是要將所有以NET開發出來的應用程序順利地移植到更多硬件平臺或操作系統。

NET Framework是一個安全、高性能與擴展性佳的運行環境，支持統一的類庫如Visual Basic、Visual C#、Visual C++等.NET兼容的語言調用。NET Framework分為三個結構層，如圖1示:

底層是一個通用語言運行環境(Common Language Runtime,簡稱CLR)，除負責運行程序外，還要提供內存管理、線程管理（thread management）、安全管理、版本管理、異常處理、通用類型系統（Common Type System,簡稱CTS）與生命周期監控等核心服務。

圖1 NET結構

中間那層是NET Framework類庫，提供了許多類和接口，例如ADO.NET、XML、IO、網絡、調試、安全、多線程等。NET Framework是以命名空間（namespace）的方式來組織類庫，命名空間和類庫的關系就像文件系統中的目錄和文件的關系一樣，例如，專門用來處理XML文檔的XML類是隸屬于System命名空間。

最上層是用戶接口和應用程序接口，其中“Win Forms”是全新的窗口應用程序接口，而“Web Forms”與“Web服務”則組成了全新的因特網應用程序接口，.NET Framework將之稱為“ASP.NET”。

（2）C#簡介

C#編程語言是由微軟公司的Anders Hejlsberg和Scott Willamette領導的開發小組專門為.NET平臺設計的語言，它可以使程序員移植到.NET上。這種移植對于廣大的程序員來說是比較容易的，因為C#從C，C++和Java發展而來，它采用了這三種語言最優秀的特點，不僅具有封裝、繼承和多態性等特點，并加入了它自己的特性，它能較好的適應軟件工程的需要，是目前主流開發開發射虎語言之一，C#是事件的驅動的，完全面向對象的可視化編程語言，我們可以使用集成開發環境來編寫C#程序。使用IDE，程序員可以方便的建立，運行，測試和調試C#程序，這就將開發一個可用程序的時間減少到不用IDE開發時所用時間的一小部分。使用IDE迅速建立一個應用程序的過程稱為快速反映開發。

1.3 Access數據庫

Access是微軟公司推出的基于Windows的桌面關系數據庫管理系統（RDBMS），是Office系列應用軟件之一。它提供了表、查詢、窗體、報表、頁、宏、模塊7種用來建立數據庫系統的對象；提供了多種向導、生成器、模板，把數據存儲、數據查詢、界面設計、報表生成等操作規范化；為建立功能完善的數據庫管理系統提供了方便，也使得普通用戶不必編寫代碼，就可以完成大部分數據管理的任務。之所以選擇Access數據庫，是因為它具有以下特點：

（1）Access是一個中、小型關系數據庫管理系統，適合于開發中、小型管理信息系統。

（2）Access又是一個完全面向對象，采用事件驅動機制的最新關系數據庫管理系統，使得數據庫的應用與開發更加便捷、靈活。

（3）Access是一個同時面向數據庫最終用戶和數據庫開發人員的關系數據庫管理系統。

（4）Access是一個典型的開放式數據庫管理系統，通過ODBC(開放式數據庫互連)能與其它數據庫(例如，Oracle、Sybase、Visual FoxPro等)相連，實現數據交換與共享。

（5）Access作為Microsoft Office套裝辦公軟件專業版的一個組件，承擔了數據處理、查詢和管理的責任。它與Excel、Word、PowerPoint等辦公軟件進行數據交換與數據共享更加容易，構成了一個集文字處理、圖表生成和數據管理于一體的高級綜合辦公平臺。

（6）Access支持多媒體的應用與開發。

（7）Access內置了大量的函數，其中包括數據庫函數、算術函數、文本函數、日期／時間函數、財務函數等。

（8）Access提供了許多宏操作。宏操作在用戶不介入的情況下能夠執行許多常規的操作。用戶只要按照一定的順序組織Access提供的宏操作，就能夠實現工作的自動化。

（9）Access提供了宏語言VBA（Visual Basic for Application），允許用戶通過編程的方式完成較復雜的任務。

2 規劃系統分析

2.1 可行性分析

（1）技術可行性。使用.NET技術和數據庫技術可以實現整個系統的設計與開發。首先，利用.NET技術可以基于Windows的應用程序開發，即可以實現基于C/S模式的信息系統的開發；其次，利用數據庫技術 可以對實施能源規劃的人員主體、客體信息進行統一管理，從而可以實現應用程序與數據庫的交互。

（2）操作可行性。系統界面設計簡潔、友好，綜合考慮參與所有教學督導工作人員對計算機的掌握能力，方便各類用戶進行操作。

（3）效果可行性。系統實用性強，設計過程中結合實際工作要求，盡量減少有關人員手工勞動，發揮計算機善于處理大量數據的特長。例如，該系統可以根據規劃人員設定的情景模式和當前資源的信息情況自動生成最有規劃情景等等。這樣就使得整個規劃工作的開展更加順利。

2.2 需求分析

2.2.1 使用對象分析

該系統的使用對象為所有規劃人員，此外還有對整個系統進行維護的系統管理員。

2.2.2 系統管理員工作流程分析

系統管理員負責對系統中涉及的所有的信息（包括各類用戶的信息和規劃信息等等）進行維護，使得整個系統能夠正常地運轉。系統管理員的工作流程圖如圖2所示：

圖2 系統管理員工作流程圖

2.2.3功能需求分析

通過文獻查詢分析，確定系統的基本目標是基于Windows桌面應用程序，對整個能源規劃流程進行設計，并對能源的信息進行錄入、查詢、統計分析，從而為的能源開發工作提供準確的數據信息并是整個新能源開發工作更為高效的執行。

經對咨詢結果的分析，確定系統初步應具有基礎數據準備、資源現狀信息錄入、靜態成本和動態成本曲線生成、投資和供應分析查詢、情景模式設計、規劃目標分解和規劃評價等基本功能，在此基礎上實現對新能源開發的具體規劃方案的實施。

2.2.4 數據需求分析

數據需求主要包括：

（1）組織（組織編號，省份名，市名，縣市名）；

（2）生物質能資源（所屬種類，作物類別，單位，草谷比，剩余比，折算率）；

（3）地熱能資源（編號，種類，熱容，采收率）；（4）小水電（名稱，水體容重，換算系數）；

（5）太陽能資源（編號，名稱，利用率，折算系數）；

（6）風能資源（月份，折算系數）；

（7）海洋能資源（編號，種類，海水密度，重力加速度，折算系數）；

(8)項目數據（組織編號，項目編號，項目名稱，技術類別，裝機總容量，滿負荷上網時間，項目周期，設備費用，其他費用，稅率，折舊率，工作人員數量，人均年收入，材料量，材料單價，平均維護費用，邊際回報率，單位電力成本，產品，網絡約束成本，生產噸標煤量，是否已開發標志位）；

(9)資源評價數據信息（組織編號，資源種類名稱，標準煤）；

(10)技術信息（編號，種類）；

(11)技術評價數據信息（技術種類，2010year，2015year，2020year，2025year，2030year，提供產品）；

(12)情景設計外部成本數據（情景編號，成本類型，2010year，2015year，2020year，2025year，2030year）；

(13)情景設計規劃目標數據（情景編號，產品類型，2010year，2015year，2020year，2025year，2030year）；

(14)基本現狀信息（組織編號，組織名稱，GDP，人口數量，消費總量，資源總量）；

(15)項目分解結果數據信息（組織編號，組織名稱，分配份額）；

(16)規劃評價結果數據信息（情景編號，年份，經濟投資，提供就業崗位，減排二氧化碳量，減排二氧化硫量）；

(17)系統管理員（用戶名，密碼，聯系方式，電子郵件）。2.2.5軟硬件需求分析

通過對全校各個學院、各個教研室教師電腦使用情況的調查結果，使用電腦配置全部為128M以上內存，40G以上硬盤，操作系統均為Windows XP及以上版本，辦公軟件為Office 2000以上版本，瀏覽器為Internet Explorer 6.0以上版本。因本系統采用基于Microsoft.NET環境的C/S開發模式，用戶上述軟硬件情況完全可以滿足訪問系統的要求。

3 系統設計

3.1 系統設計目標

系統以能源開發為研究對象，以能源信息需求為基礎，在新能源技術指標和數據庫管理等理論指導下，依據統一規范和數據格式，以C#，.NET技術和數據庫技術為支撐建立起來的。其基本目標是：

(1)建立各省市縣能源現狀開發信息基本數據庫，實現對能源信息的統一管理；

(2)根據各省市縣能源現狀信息，生成餅圖信息，實現對各市縣能源量的對比，為規劃提供數據支持；

(3)通過系統各功能模塊設計，最終為新能源規劃等決策提供信息支持。

3.2 設計原則

根據工作具體要求，系統設計遵循以下原則：

(1)保證數據的有效性、完整性和安全性。由于本系統關系到整個能源規劃開發工作的正常運行，任何事物都可能對能源規劃的最終結果造成較大的影響，因此，整個系統的正常運行，對規劃工作的正常運轉意義重大。為此，數據的有效性、完整性和安全性極為重要。系統應當具有較強的數據校驗功能，對于隱含的數據錯誤能夠及時發現。

圖3 系統總體結構圖

(2)易于管理。考慮到使用部門對計算機的掌握能力，系統設計需要簡單方便，易于操作。

(3)實用性強。結合實際工作要求，盡量減少有關人員手工勞動，發揮計算機善于處理大量數據的特長，使規劃人員能夠很輕松的完成規劃流程，得出規劃結果。

3.3 系統結構設計

通過對能源規劃的需求分析，采用模塊化設計技術進行系統設計，以微軟公司Microsoft Visual Studio 2008簡體中文專業版為平臺，以C#.NET技術和Access數據庫為服務器端構建應用系統，系統總體結構如圖3所示。

采用模塊設計確定系統功能結構，模塊化是將一個系統分解為若干個標準化的構建或模塊，再按照一定的要求采用一定的方法組合成各種各樣的集合體，以達到便于組裝、更換和使用的目的。采用模塊化設計能使系統性能顯著提高，主要表現在靈活性增大、適應性增強、可靠性提高。在功能分析的基礎上該系統主要由以下模塊組成：

(1)規劃輸入模塊。規劃輸入規劃工作開展的前提，而規劃的制定要依賴于基礎數據，如省份縣市信息，資源現狀信息、開發現狀信息、開發技術信息、開發潛力信息和情景設計信息等。

(2)數據統計模塊。本模塊主要是可以根據省份、市、縣來統計資源等相關信息，并且可以將各縣市的數據以餅圖的形式進行對比，根據資源開發信息和技術評價信息生成靜態成本曲線和動態成本曲線。

(3)規劃評價模塊。根據設定的情景模式和默認的最優經濟情景生成規劃評價結果：經濟效益評價、環境效益評價和社會效益評價。

(4)用戶自助模塊。為方便系統中所有的用戶對自己個人信息的管理，本模塊提供給系統所有用戶的個人信息查詢、修改及密碼修改的功能。

(5)系統維護模塊。本模塊提供對系統組織數據信息，資源數據信息，技術數據信息等的維護功能。

4 結論

通過區域可再生能源規劃實施模型實現：

（1）資源評價：對生物質能、風能、太陽能、小水電、地熱、海洋能資源進行綜合評價，得到各種可再生能源總量及結構比例。

（2）開發現狀評價：對當前可再生能源開發現狀進行評價，得到當前各種可再生能源及技術的開發總量及結構比例。

（3）技術評價：對當前及未來各種可再生能源技術進行評價，生成各種可再生能源的成本下降率曲線。

（4）開發潛力評價：對可再生能源的開發潛力進行評價。輸出未來可開發利用的各種可再生能源總量及各種可再生能源技術總量。

（5）生成動態成本曲線模型：分別生成供電、供熱、供氣、供油四類可再生能源動態成本曲線。

（6）對供應分析：給定不同的地區，依據單位開發成本對不同可再生能源技術的進行排序。

（7）對投資分析：給定不同的可再生能源技術，依據開發技術單位成本對不同的地區進行排序。

（8）規劃情景設定：按常規情景、促進情景和最優情景，由規劃人員輸入給定年份的指標。

（9）規劃評價：選擇給定規劃目標和給定規劃年限，得到給定年限的各種可再生能源結構比例、各種可再生能源的投資總量、就業人口、碳減排總量及污染物減排總量。

（10）目標分解與實施：選擇目標分解方式，給出不同地區的可再生能源發展總量，從而把省級規劃目標分解到具體的地區和市縣。

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