多目標(biāo)規(guī)劃求解“最佳”能源概況

張文潔 劉書(shū)佳

摘要：為了更好地利用清潔的可再生能源，美國(guó)和墨西哥邊境的加利福尼亞州（CA），亞利桑那州（AZ），新墨西哥州（NM）和德克薩斯州（TX）希望形成一個(gè)現(xiàn)實(shí)的新能源契約。為了簡(jiǎn)化模型，我們假設(shè)所有能源分為兩類(lèi)，包括清潔能源和非清潔能源，能源消費(fèi)部門(mén)分為四大類(lèi)。為了確定“最佳”能源概況標(biāo)準(zhǔn)，我們定義了一個(gè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)并建立了多目標(biāo)規(guī)劃模型。我們得出結(jié)論：最優(yōu)策略是完全使用清潔能源。然后建立州發(fā)展?jié)M意度排序模型。結(jié)果是，CA州具有使用清潔能源的“最佳”配置。

關(guān)鍵詞：多目標(biāo)規(guī)劃 最佳 能源

一、背景

能源是城市生存和發(fā)展的必要條件，是城市功能正常運(yùn)行的基本保證。任何經(jīng)濟(jì)發(fā)展都不能與生產(chǎn)和使用能源分開(kāi)。能源一直是美國(guó)政府的重要工作領(lǐng)域之一。為了最大限度地開(kāi)發(fā)和利用能源，美國(guó)已經(jīng)提出了州際通信的合同安排，其中就特定的政策問(wèn)題和關(guān)于區(qū)域或國(guó)家交易合作的一套標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)則達(dá)成了協(xié)議。

為了更好地利用清潔的可再生能源，美國(guó)和墨西哥邊境的加利福尼亞州（CA），亞利桑那州（AZ），新墨西哥州（NM）和德克薩斯州（TX）希望形成一個(gè)現(xiàn)實(shí)的新能源契約。為了得到這四個(gè)州在2009年哪一個(gè)具有最佳的能源使用概況，本文對(duì)已有數(shù)據(jù)進(jìn)行了處理，構(gòu)建了一個(gè)多目標(biāo)規(guī)劃模型。

二、數(shù)據(jù)處理

根據(jù)表中的描述，我們分析了四個(gè)州使用的能源類(lèi)型和各個(gè)能源消費(fèi)部門(mén)，根據(jù)提取的能源類(lèi)型對(duì)表中的變量進(jìn)行了分類(lèi)和總結(jié)，因此各部門(mén)每個(gè)州都可以獲得各種能源的能源消耗并獲得各州的能源概況。

首先，為了建立一個(gè)二維表格，我們給出了總表格數(shù)據(jù)中兩個(gè)空位現(xiàn)象的解決方案：

對(duì)于某些MSN，缺少1960年至2009年50年的部分?jǐn)?shù)據(jù)。根據(jù)會(huì)計(jì)原則，這些空缺年份的數(shù)據(jù)記錄為0。對(duì)于某些MSN來(lái)說(shuō)，在變量描述表中找不到相應(yīng)的變量解釋?zhuān)瑢?duì)于這部分變量，我們不知道它的意思，所以不需要處理，也沒(méi)有集成到二維數(shù)據(jù)表中。

其次，要建立一個(gè)605*50的二維表格，以MSN為二維表格作為行標(biāo)題，年份為列標(biāo)題，所以根據(jù)四個(gè)狀態(tài)碼表將數(shù)據(jù)顯示為四個(gè)狀態(tài)表項(xiàng)。由于我們的目的是提取國(guó)家能源消耗的特點(diǎn)和建立國(guó)家間的合作關(guān)系，所以最好將州代碼分成四個(gè)二維表格。

第三，我們進(jìn)一步掌握了數(shù)據(jù)，根據(jù)標(biāo)題所提供的信息，我們將能源分為三類(lèi)：化石燃料，清潔能源，核能。能源部門(mén)分為四類(lèi)：交通，住宅和商業(yè)，工業(yè)和電力（發(fā)電）。因?yàn)槲覀兿Ｍ總€(gè)州的每個(gè)部門(mén)每年都消耗每一種能源，所以我們會(huì)根據(jù)部門(mén)類(lèi)別和能源類(lèi)別找到相應(yīng)的MSN。找到MSN后，可以在詳細(xì)的二維表年度數(shù)據(jù)上找到相應(yīng)的總和，我們可以得到該單位到年份的能耗和國(guó)家能源部門(mén)的能耗表（在這張表中，我們只考慮消耗量）。同樣的方法可以用來(lái)建立國(guó)家能源產(chǎn)出和消費(fèi)量表。

為了更好地解釋這些問(wèn)題，處理所有四個(gè)州的能源消耗表并建立能源表。各州的能源消費(fèi)量是以部門(mén)能源消費(fèi)量為線(xiàn)，年消費(fèi)量為單位來(lái)計(jì)算的。

值得一提的是，由于電力和乙醇是二次能源，我們認(rèn)為它是一種商品，這種商品的生產(chǎn)需要消耗各種能源。因此，在這個(gè)步驟中，數(shù)據(jù)的性質(zhì)可以根據(jù)單位的名稱(chēng)進(jìn)行分類(lèi)。通過(guò)這種方式，建立了一個(gè)匯總表來(lái)反映宏觀(guān)情況。至于為什么選擇實(shí)體的名稱(chēng)和能量單位作為最終的測(cè)量方式，這是因?yàn)槟芰繂挝皇墙y(tǒng)一的，可以通過(guò)觀(guān)察，能量單位和MSN對(duì)應(yīng)的描述來(lái)找到并重疊其他單位。這可以理解為這樣一個(gè)事實(shí)，即在表中使用兩個(gè)或多個(gè)變量來(lái)表示統(tǒng)一物質(zhì)的消耗（生產(chǎn)），可以推斷這些變量的含義基本相同。