基于碳排放约束的河北省能源消费结构优化研究

1、华分套力去皆硕士学位论文基于碳排放约束的河北省能源消费结构优化研究Research on Optimization of Energy ConsumptionStructure in Hebei Province Based on Carbon EmissionConstraints周庆伟2019年3月学校代码：10079密级：公开国内图书分类号：F206 国际图书分类号：338.2硕士学位论文基于碳排放约束的河北省能源消费结构优化研究硕士 fijK究生导师申请学位学科专业所在学院答辩日期授予学位单位周庆伟王敬敏教授管理学硕士管理科学与工程 管理科学与工程 经济与管理学院2019年3月华北电力

2、大学Classified Index: F206U.D.C: 338.2Thesis for the Master DegreeResearch on Optimization of Energy ConsumptionStructure in Hebei Province Based on Carbon EmissionConstraintsCandidate:Supervisor:Academic Degree Applied for:Subject:Speciality:School:Date of Defence:Zhou QingweiProf. Wang JingminMaster

3、 of ManagementBusiness AdministrationManagement Science and EngineeringSchool of Economics and ManagementMarch, 2019Degree-Conferring-Institution:North China Electric Power University华北电力大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于碳排放约束的河北省能源消费结 构优化研究，是本人在导师指导下，在华北电力大学攻读硕士学位期间独立进行研究 工作所取得的成果。据本人所知，论文中除己注明部分外不

4、包含他人已发表或撰写过的 研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式注明。 本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名：虱衣罕 日期:州年3月X日华北电力大学硕士学位论文使用授权书基于碳排放约束的河北省能源消费结构优化研究系本人在华北电力大学攻读 硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电力大学所 有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电力大学关于保 存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手

5、段保存、可以公布论文的全部或部分内容。本学位论文属于（请在以上相应方框内打: 保密口，在年解密后适用本授权书不保密M作者签名：去年日期:列？年3月用导师签名;摘要摘要随着全国经济的迅速发展，全国煤炭、石油等高碳排放能源的消费量居高不下， 二氧化碳的排放量也与日俱增，气候变暖带来的一系列副作用已经开始威胁到人们 的正常生存环境和生命健康。如何控制碳排放，清洁绿色发展成为人们日益关注的 重要课题。河北省能源消费主要以高碳排放的煤炭为主，新能源消费比例偏低，能 源消费结构相对不合理，经济的快速发展和大规模城市化建设产生大量的能源需求, 由此导致河北省的环境污染问题日益严重。为了实现河北省的环境、经济

6、可持续发 展，亟需对其能源消费结构进行优化。在此背景下，本文首先通过河北省能源平衡表、河北省历年能源消费数据对河 北省的能源现状进行分析，分析发现河北省能源自给率低、煤炭消费比重高、清洁 能源及天然气消费比重过低等问题；之后本文找出经济发展、人口数量、产业结构、 能源结构、技术水平等对河北省能源消费的可能影响因素，并利用相关分析法证明 了这些因素确实与河北省能源消费有很强的相关程度，各影响因素与能源消费的相 关系数均在0.9以上；本文将深度学习方法LSTM神经网络模型引入能源消费的预 测中，将之前确定的影响因素作为输入向量构建了河北省能源消费预测模型，通过 调整确定LSTM模型的内部参数，参数

7、确定后对模型进行30次测试，测试结果的 平均误差为0.703%,证明所构建的LSTM模型有很好的预测精度；最后根据预测 结果构建了基于经济、环境、能源协调发展的河北省能源消费结构多目标优化模型， 将环境污染治理成本最小和碳排放成本最小作为优化目标，将煤炭、油类、天然气 和一次电力及其它能源的消费量作为决策变量，通过对模型的求解，阐明了未来河 北省能源结构的优化发展方向，提出了碳排放约束下河北省能源发展的优化建议， 对河北省的可持续发展有重要意义。关键词：能源消费结构；碳排放；LSTM神经网络；多目标决策模型AbstractWith the rapid development of the na

8、tional economy, the consumption of high-carbon energy such as coal and oil in the country is still high, and the emission of carbon dioxide is increasing day by day. A series of side effects caused by climate warming have begun to threaten peoples normal living environment and healthy. How to contro

9、l carbon emissions, clean green development has become an important topic of increasing concern. The energy consumption in Hebei Province is mainly based on high-carbon emissions, the proportion of new energy consumption is low, the energy consumption structure is very unreasonable. Rapid economic d

10、evelopment and large-scale urbanization have generated a large amount of energy demand, which has led to an increasingly serious environmental pollution problem in Hebei Province. In order to realize the environmental and economic sustainable development of Hebei Province, it is urgent to optimize i

11、ts energy consumption structure.In this context, this paper first analyzes the energy status of Hebei Province through the energy balance table of Hebei Province and the energy consumption data of Hebei Province over the years. It is found that Hebei Province has low energy self-sufficiency rate, hi

12、gh proportion of coal consumption, and the proportion of clean energy and natural gas consumption. Low-level issues; Afterwards, this paper finds out the possible factors affecting energy consumption in Hebei Province, such as economic development, population, industrial structure, energy structure

13、and technology level, and uses relevant analysis methods to prove that these factors are indeed very different from energy consumption in Hebei Province. The correlation coefficient between each influencing factor and energy consumption are all above 0.9; this paper introduces the deep learning meth

14、od LSTM neural network model into the prediction of energy consumption, and uses the previously determined influencing factors as input vectors to construct energy consumption in Hebei Province. The prediction model is determined by adjusting the internal parameters of the LSTM model. After the para

15、meters are determined, the model was tested 30 times. The average error of the test results is 0.703%, which indicates that the LSTM neural network model has higher prediction accuracy. Finally, based on the prediction results, a multi-objective optimization model of energy consumption structure in

16、Hebei Province based on coordinated development of economy, environment and energy was constructed, which minimizes the cost of environmental pollution control and minimizes the cost of carbon emissions. The consumption of coal, oil, natural gas and primary electricity and other energy sources is us

17、ed as a decision variable to solve the model. It clarifies the future development direction of energy structure in Hebei Province, and puts forward the optimization proposal for energy development in Hebei Province under the constraint of carbon emission, which is of great significance to the sustai

18、nable economic development of Hebei Province.Keywords: Energy consumption structure; Carbon emission; LSTM neural network; Multi-objective decision model目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 摘要IAbstractI HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark34 o C

19、urrent Document 研究背景及意义1 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 1.2研究现状2 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 1.2.1能源需求预测研究现状2 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 1.2.2能源结构优化研究现状3 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 1.2.3碳约束与经济发展研究现状4 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 1.3

20、论文的主要研究内容5 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 1.3.1论文研究内容5 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 1.3.2论文的结构6 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 1.4论文的仓0新点6 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 第2章相关理论与河北省能源消费现状介绍7 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 2.1相关概念7 HYPERLINK l

21、bookmark69 o Current Document 2.1.1能源种类的划分7 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 2.1.2能源消费结构8 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 2.2相关理论基础8 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 2.2.1低碳经济理论8 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 2.2.2可持续发展理论9 HYPERLINK l bookmark101 o Current Doc

22、ument 2.3河北省能源现状分析102.3.1能源发展现状分析102.3.2河北省能源结构分析14 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 2.3.3河北省能源碳排放现状15 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 2.4本章小结16 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 第3章河北省能源消费预测18 HYPERLINK l bookmark113 o Current Document LSTM神经网络18 HYPERLINK l bookmark11

23、6 o Current Document 3.2河北省能源消费影响因素的筛选及分析20 HYPERLINK l bookmark119 o Current Document 3.2.1河北省能源消费影响因素的识别20 HYPERLINK l bookmark127 o Current Document 3.2.2基于相关分析的河北省能源消费影响因素分析23 HYPERLINK l bookmark147 o Current Document 3.3基于LSTM的河北省能源消费预测25 HYPERLINK l bookmark153 o Current Document 3.4本章小结27 HY

24、PERLINK l bookmark156 o Current Document 第4章河北省能源消费结构优化29 HYPERLINK l bookmark159 o Current Document 4.1模型构建29 HYPERLINK l bookmark162 o Current Document 4.1.1基本假设29 HYPERLINK l bookmark169 o Current Document 4.1.2多目标决策模型29 HYPERLINK l bookmark172 o Current Document 4.2模型数据处理31 HYPERLINK l bookmark1

25、75 o Current Document 4.3约束条件实证分析33 HYPERLINK l bookmark182 o Current Document 4.4模型求解34 HYPERLINK l bookmark188 o Current Document 4.5本章小结36 HYPERLINK l bookmark191 o Current Document 第5章河北省能源结构优化发展的建议37 HYPERLINK l bookmark194 o Current Document 5.1加强能源替代，降低煤炭需求37 HYPERLINK l bookmark197 o Current

26、 Document 5.1.1清洁取暖37 HYPERLINK l bookmark200 o Current Document 5.1.2 淘汰落后产能37 HYPERLINK l bookmark203 o Current Document 5.2完善基础设施建设，保障低碳能源供应38 HYPERLINK l bookmark206 o Current Document 5.2.1电网基础设施建设38 HYPERLINK l bookmark209 o Current Document 5.2.2燃气网基础设施建设39 HYPERLINK l bookmark212 o Current D

27、ocument 5.2.3热力网基础设施建设39 HYPERLINK l bookmark215 o Current Document 5.2.4可再生能源基础设施建设39 HYPERLINK l bookmark218 o Current Document 5.3推广节能技术40 HYPERLINK l bookmark221 o Current Document 5.3.1建筑节能40 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 5.3.2交通节能41 HYPERLINK l bookmark227 o Current Document 5.4发展

28、清洁能源新技术41 HYPERLINK l bookmark233 o Current Document 第 6 章研究成果和结论43 HYPERLINK l bookmark241 o Current Document 参考文献45 HYPERLINK l bookmark302 o Current Document 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果49 HYPERLINK l bookmark321 o Current Document 致谢50第1章绪论1.1研究背景及意义能源是社会进步和经济发展的重要保障。自新世纪开始，传统化石能源一直在 全球能源消费中占主导地位，但是通过科学

29、家的预测未来全球煤炭仅供再开采200 年，石油可供开采30-40年，天然气为60年。而新能源的开采和利用还没有实现规 模化，想要以新能源来支撑起全球能源的消耗还需要大量的时间和成本的付出。因 此，为了控制二氧化碳的排放量、推动低碳经济的发展，促进未来经济、环境和能 源的协调可持续发展，有必要采取适当的措施，探索进一步的优化方案。我国的经济发展逐步步入转型期，第三产业在经济发展开始占据越来越重要的 地位，是我国未来经济增长的主要动力来源。2016年国家相关部门印发能源生产 和消费革命战略(2016-2030)，战略中提出今后的十余年的时间是我国完成现代化 建设的重要发展阶段，能源的发展就不再是总

30、量的扩张而是向高效、高质量发展。 我国的能源消费量将继续增长，主要一方面，随着经济社会的不断发展，人均能源 消费量将逐渐增多。另一方面经济发展进入新常态，粗放式的能源消费行为将不复 存在，能源消费增量的需求实现主要依靠清洁能源。为了实现这一战略目标有必要 重新规划能源布局和设计能源消费结构。河北省2016年能源消费量为29794.4万吨标准煤，煤炭消费量为25328.2万吨 标准煤，煤炭消费量占比85.01%,相较于2010年煤炭消费占比下降4.7%；油品消 费2571.2万吨标准煤，占比8.63%,较2010年增加了 1.08%；天然气消费935.5万 吨标准煤，占比3.14%,较2010年

31、增加了 1.63%； 一次电力及其他能源的消费量从 2010年的1.03%提高至2016年的3.22%,对比以前的发展来说一次电力及其他能 源近几年发展较快。河北省2016年的能源产量仅有消费量的22.7%,能源供给缺口 巨大。河北省的能源结构不合理，煤炭消费占比过高，大量化石能源的消耗给环境 造成了极大破坏。河北省的经济水平增速较快，但能源消费结构亟待优化。随着河北省经济的快 速增长，工业经济活动和居民生活消费对化石能源需求量的不断增加，导致因消费 能源而产生的污染物增加了城市的二氧化碳排放成本和环境污染治理成本，进而抑 制了经济的增长。所以，如果按照政府规划，河北省GDP水平要实现2020

32、年较2010 年翻一番以上的预期，则必须协调经济、能源与环境的发展关系，优化能源消费结 构，减少碳排放总量，才更有利于河北省实现中长期可持续发展的战略目标。研究河北省能源消费结构基于碳排放的优化问题，能保证现有能源供应量下实 现能源资源的有效配置，能缓解能源消费过程中所带来的环境恶化压力，对现代能 源体系的构建具有重要的理论支撑，对河北省生态环境、能源战略和经济发展均具 有重要的理论意义。近年来，随着河北省能源消费量的增加给环境带来的问题日益 加剧，已逐渐制约了河北省社会经济水平的发展。研究如何优化河北省的能源消费 结构，减少碳排放量，对缓解因能源消费给环境带来的巨大承载压力和促进河北省 经济

33、中长期的发展均具有重要的现实意义。1.2研究现状1.2.1能源需求预测研究现状在以往的研究中，已经有很多方法和技术被应用在能源需求预测上，其中较 为常见的有计量经济学模型，神经网络模型和灰色预测模型等。文献U-2利用ARIMA 分别对土耳其的能源需求量和芬兰的电力需求量以及电力价格做了预测；Akpinar and Yumusak应用指数平滑的方法和ARIMA模型对城市的天然气需求量进行了预 测，Taspinar4利用改进的ARIMA模型对土耳其的天然气消费量进行预测；Boran 提出滚动灰色预测模型对土耳其的天然气需求进行了预测；张婷向构建了基于灰色 神经预测和神经网络组合的预测模型，以灰色预

34、测的结果和影响因素作为神经网络 预测模型的输入变量，对2020年的能源需求量进行了预测；HaldenbilenS将GA模 型应用的交通能源预测中口】；Kumar and Jain,提出了灰色马尔科夫模型对印度的能 源消费进行了预测罔；文献Wi分别对灰色模型做出了不同的改进，以提升其在能源 需求预测中的精确度。随着时代的发展，AI方法逐渐被应用到能源需求预测模型中；其中常见的有 ANN方法，如Hamzageb和Kutay利用人工神经网络对电力能源消费进行了预估， 并将预测结果与RA模型进行对比，证明了所提出模型的准确性。Sozen等人利 用ANN模型预测了未来的净能源消费量Ml； GeemZW,

35、等人用ANN模型对South Korea的能源需求进行了预测回；Yu-Rong Zeng,等人利用差分改进的BPNN模型 对中国的总能耗和美国的电能消耗进行了预测，预测结果表明提出的模型相对于传 统的反向传播神经网络相比有更好的准确性；Brown提出了 ANN网络模型对天 然气需求进行预测，并将预测结果与传统的回归模型进行对比，验证了所提出模型 的准确性U7-18； Ruiz提出改进的ENN模型对建筑能源需求进行预测I。除此之外，还有其他几种智能技术。这其中有群体智能优化算法，如Behrang MA,等人应用蜂群算法对伊朗的能源需求进行了预测，并通过与其他模型对比结 果证明所提出模型预测的精确

36、性2。； Baskan et al.利用基于ACO优化算法的预测模 型对Turkey的能源需求进行预测】；Toksari MD利用ACO模型对Turkey的能源 需求和电力能源需求分别进行了预测22-23。文献24提出了改进的粒子群算法(PSO), 并对传统的神经网络进行优化，对中国的碳排放进行预测；Amjadi等人，构建了通 过粒子群算法改进的线性和非线性预测机制，对伊朗的电力需求进行了预测，预测 结果表明PSO算法是有用的优化模型25】；武群丽等人将蝙蝠算法和高斯扰动算法 等算法提出新的组合模型(BGA-SA),利用所提出的模型对中国的能源需求量进行 预测mi。近期以来，深度学习的方法被越

37、来越多的应用的预测中，这其中LSTM因 其在时间序列预测中的优异表现而被广泛应用。1.2.2能源结构优化研究现状目前有关于能源结构优化的研究相对较少，这类研究主要集中于能源结构不合 理的国家。我国能源结构优化研究方面。李美莹27从能源供给的角度出发，用综合 评价模型评价了我国低碳化水平，用ARIMA、灰色GM(1,1)和指数平滑三种模型进 行结合预测了我国2015-2020的能源产生量，设立不同情境研究能源供给结构低碳 化的预测与分析，建立多目标约束的能源结构优化模型，又分析了我国能源生产结 构的合理路径，最终提出了能源生产结构合理发展的对策。董炜/I在低碳转型背景下，设计了基准情景与约束情景

38、，对我国的2015-2020 年的能源消费量进行预估，构建了能源结构调整的多目标优化模型，基于政府与各 个企业的委托-代理内在联系，构建政府与高碳能源消费企业之间的多任务委托代理 模型，提出相关的政策建议。陆彬29】分析了能源结构与经济增长间的关系，二氧化碳排放与能源消费结构之 间的关系，提出了影响能源消费结构的主要影响因素，结合多目标模型对不同地区 的能源消费结构分别进行优化探究。国外的能源结构优化研究方面。Canyurt利用GA模型对土耳其化石燃料需求 进行了预测，并探究能源结构优化方式I。】； John Symons通过对二氧化碳税和消费 需求的不同组合情况的研究，预测英国的碳排放量变化

39、，并以此为依据分析英国的 能源消费结构。我国各省市能源结构优化研究方面。张丽丽32分析了各国家不同的能源消费发 展战略，接下来进一步对比分析了国内有特点的几个省市的能源结构，提出了针对 浙江省能源消费结构优化发展的具体建议。侯宇33通过对北京市的能源消费结构分析，建立了基于马尔科夫预测的北京市 的结构改进模型并进行实证研究，控制碳强度，建立了三种不同的情景模式，其中“有能源消费结构约束”的情景碳排放强度降低效果理想。范佳佳34针对京津冀地区的情况，通过时间序列等多种算法探究能源消费和经 济增长之间的关系，从而预测能源消费量和改善能源消费结构，最终提出节能降耗 的对策。用GA算法实现BP算法的提

40、升，引入了模糊多目标粒子群算法对相应的 改进模型求解。张春莲35】首先用能流图分析了河北省的能源情况，结构优化目标以河北省能 源发展十二五规划，河北省节能减排十二五规划综合确定，进一步通过回归分 析，偏相关分析确立能源结构优化的多目标决策模型，用GA算法求解了该模型, 提出能源结构优化发展的对策。廖祥宾36对能源替代效应对低碳能源消费结构的影响进行了研究，构建了基于 超越对数生产函数的能源代替弹性模型，之后从能源替代角度出发研究能源消费结 构的优化路径，构建基于ELC （环境学习曲线）模型的能源消费总量预测模型，之 后基于碳夹点完成对江苏省能源消费结构优化的路径分析。1.2.3碳约束与经济发展

41、研究现状低碳经济就是研究如何在碳排放的约束下保持经济高速发展，“低碳经济这 一概念是由德国政府在2003年首次提出的，2007年美国经济学家指出如果每个国 家能将GDP的1%用于发展低碳经济，那么每年由恶劣气候带来的经济损失可以减 少2%到20%o随后英国、日本等国都开始发展低碳经济。国外学者对于低碳经济的研究。Ann Daniel和Daniel Kammen对全球温室 气体的控制提出了几种建议措施：给予政策和税收优惠以支持低成本碳排放项目的 推广；中短期内，以不同国家的温室气体产生量为重点控制对象；在长期，诸多国 家应该大力合作，以期达到低碳经济下的合理生活。Nicholas Stem通过经

42、济学原 里的分析，认为各国目前之间的努力已经在一定程度上遏制了全球变暖进程。到 2050年，在全球经济增长了 3至4倍时，温室气体的排出量减少1/4。UgurSoytas 等人通过VAR模型分析美国的经济发展、能源消耗和碳排放量之间的相互作用， 碳排出量增长的主要驱动力是能源消耗的增加。因此优化能源结构、推广清洁能源 利用以及提升能源效率能够有效的达到节能减排的目的的。Koji Shimada等设计了 针对低碳经济可针对不同地区计算碳排放量的公式，并将此公式应用到日本的不同 地区。分析结果证明，土地的合理规划，清洁能源的推广利用和居民用能方式的改 变可以有效的减少碳排放印OMao Hak 等通

43、过研究认为，合理的制定低碳发展计划能够帮助控制柬埔寨的 碳排放量，进而达到其可持续发展的目标。Calderon等四对哥伦比亚的能源系统和 碳排放之间的影响关系作了调查，研究结果表明碳税的征收可以促进清洁能源的应 用，最终会减少能源消耗量。Jong-Soo Lim, Yong-Gun Kim 43通过实际研究发现, GDP的增长可以建立在碳排放量保持不变的基础上，而要实现这一效果需要在增加 碳税的同时给予研发补贴，以促进企业改进用能技术。R.Quentin Graftom44等人研 究发现对生物能源进行经济补贴能有效的减少二氧化碳的排放量。国内学者对于低碳经济的研究。低碳技术及产业结构的作用方面

44、，刘兆征Ml通 过对技术、管理等几个方面的研究，说明了我国现在发展低碳经济的重要性。石敏 俊等人46的研究表明，低碳技术的创新能够提高能源效率，促进能源结构的转换, 能够有效的帮助节能减排目标的实现。陈诗一等47研究结果表明不同产业占比的低 碳化对整体经济的低碳发展有重要意义。马涛等48通过实证分析，证明了产业结构 的变化对能源消耗量和碳排放有重要作用。景跃军等49的研究表明，优化能源消费 结构，提升清洁能源、天然气的总体消费占比对降低碳排放有重要意义。碳税及碳交易政策作用方面。张汉江阅等研究表明征收碳税能够有效地降低碳 排放。赵黎明研究发现政府的碳税政策能够有效的影响企业决策，初始免费的碳

45、排放权和合理的碳税体系对降低二氧化碳的排放有一定的影响。谢鑫鹏等SI研究发 现，政府的不同碳交易政策也会对企业的节能减排有一定影响，如碳配额分派的不 同会使企业采用有差异的减排措施。令狐大智的研究表明，相对自由的碳配额分配 更能推动企业的技术升级，进而减少二氧化碳排放。政府政策补贴作用方面。楼高翔等23的研究表明增加补贴力度，同样会使企业 向低碳、清洁化转型，减少二氧化碳的排放。李军等啊通过消费者的能源消费与碳 排放之间的关系探究，发现加强对使用者的监督、引导，能够改善其能源消费行为 继而推动低碳经济的进步。孙希波等Bl从群众、企业和政府三个层面出发，分析他 们之间的不同的利益关系和决策动机，

46、制定出能促进低碳经济发展的激励政策。曹 春辉等56从企业的角度出发，研究发现在当前碳排放约束的发展背景下，企业选择 适合自身发展的减排策略能够提升其市场竞争力。1.3论文的主要研究内容1.3.1论文研究内容本文通过能源流程图和河北省历年的能源消费数据进行分析，找出河北省能源 结构中存在的不足和缺陷。然后利用相关分析法确定影响河北省能源消费量的关键 影响因素，利用深度学习方法LSTM神经网络构建能源消费预测模型，将所找的影 响因素带入到LSTM模型中对河北省的能源消费量进行预测。然后将能源消费量的 预测结果作为约束条件之一，结合其他规划要求，构建了河北省能源结构优化的多 目标决策模型。通过模型的

47、求解，阐明了未来河北省能源结构的发展方向，然后提 出了针对河北省能源发展的建议，以期能够为未来河北省的能源发展提供方向指导。1.3.2论文的结构本文的主要研究内容可以分为以下几个部分：第一章绪论。本章主要是对本文的整体研究思路进行介绍，包括研究的背景及 意义，能源需求预测、低碳经济、能源结构优化的研究现状，主要研究内容和创新 点等。第二章相关理论和河北省能源消费现状介绍，本章主要介绍了能源、能源结构、 碳排放的相关概念，碳排放约束与经济发展的理论，河北省的能源现状等。第三章首先介绍了深度学习方法LSTM神经网络，并利用相关分析方法确定 能源消费的关键影响因素，构建LSTM神经网络模型，然后用分

48、析得到的因素数据 作为LSTM神经网络的输入向量，对河北省未来的能源消费量进行预测。第四章根据河北省的能源现状和上一章的预测结果，构建了河北省能源结构优 化的多目标决策模型，利用遗传算法对模型求解，得到河北省最优的能源消费结构， 并阐明未来河北省能源结构的发展方向。第五章 提出河北省能源消费结构发展过程中的优化建议，从降低煤炭需求、保 障低碳能源供给、推广节能技术、研发新能源技术几个角度提出。第六章研究成果和结论。本章是对全文内容的总结，说明本研究所得出的结论 和阐述本文的研究成果，并总结本文的研究不足之处，对未来的延伸研究进行展望。1.4论文的创新点论文将深度学习方法LSTM神经网络应用到能

49、源需求预测领域，通过大量 的测试数据分析说明论文构建的LSTM神经网络有很高的预测精度，能够实现对河 北省能源消费量的精准预测。论文通过分析河北省的实际情况，构建了针对河北省能源消费结构优化的 多目标决策模型，通过模型的求解，阐明了未来河北省的能源消费结构发展的方向， 对促进未来河北省的可持续发展有重要的现实意义。第2章相关理论与河北省能源消费现状介绍本章首先介绍了能源的相关概念和理论，然后介绍了河北省目前的能源状况， 为下文的能源消费量预测和能源结构优化提供理论依据。2.1相关概念2.1.1能源种类的划分关于能源的定义有多种，我国和国外均有对于能源的不同定义。（1）按来源划分1）来自宇宙的能

50、源（太阳能为主）。除了直接照射产生能量之外，地外能源也 是风能、矿物能生成的根本。太阳提供了人类生存所需的绝大部分能量，其中植物 的光合作用将太阳能转化，继而埋藏在地底经过漫长的时间之后，形成了我们常见 的煤炭等化石燃料。而太阳能会转化为风能、水能等。2）来自地球本省的能量。地球本身含有丰富的热能，原子核的不断作用会产生 原子核能。地热的最直观的体现在生活中是火山喷发、温泉等。地球的地幔层大部 分有岩浆组成，其厚度可达2900公里，这一部分也是火山爆发中岩浆的来源。而地 球最为核心的部分地核的最高温可达2000度，由此可见地球自身热能储量巨大。3）在宇宙中天气之间的相互作用同样会生成能源，在地

51、球上最常见的是潮汐能。（2）按产生划分1）一次能源一次能源指的是已经存在，不需加工可以直接使用的能源。如煤炭等常见的化 石类能源，还包括太阳能、风能等可以多次生成的能源。本文的能源消费预测及能 源结构优化中的能源指的是一次能源，且将其分类为煤炭、石油、天然气、一次电 力及其他能源。2）二次能源二次能源说的是一次能源经过改造成为其他形式的能源，例如：汽油、电力、 煤气、沼气、洗精煤等都被归类于二次能源。（3）按污染程度划分1）清洁能源清洁能源主要指的是太阳能，地热能，风能，潮汐能和核能等。2）非清洁能源非清洁能源主要指的是传统的煤炭、石油、天然气等。（4）按使用类型划分1）常规能源常规能源指的是

52、技术相对完备，适宜范围广的能源。目前常见的是煤炭、石油、 天然气和水能等，人们的日常生活中的经常都可以用到。2）新型能源刚开始推广应用或者正处于研发阶段的能源。新型能源中包含太阳能、风能、 地热能、氢能等许多正在研发或者推广的能源。新型能源常见的特点是稳定性较差、 具有间歇性，按目前的科学技术水平来说，大规模的应用成本过高，只能根据不同 地域特点，有针对性的开发利用。但这种能源大部分是可再生、无污染的能源，且 储量丰富，将来应会成为主体能源。2.1.2能源消费结构能源消费结构是指在一定时期内，按消费部门分类的能源消费量和在整个能源 消费量中占的比例，代表了一个国家或地区的主要能源消费品种，以及

53、各能源品种 占比情况。能源的消费模式直接影响能源的消费结构，而一次能源消费结构的优劣 直接影响能源结构的合理性，所以本文主要从该角度探究能源消费结构的优化问题。能源消费结构优化实际含义的判断可以有多种解读。从能源规划的角度来看， 能源消费结构的优化需要把经济的长期发展，经济、环境和能源的共同稳定进步深 入考虑，统筹安排能源活动中各个环节的资源配置情况，以期达到科学高效的实施 目的;从能源利用效率来看，通过提高能源利用的水平和能源分配的水平，综合市场 调节、政府宏观调控和对环境的影响程度，可以达成能源高效利用。能源消费结构是能源系统的关键构造，是一个关系民计民生重要的且复杂的分 流体系。所以，基

54、于碳排放约束的能源消费结构优化需要依据能源部门的策略要求， 合理的分配各能源品种的消费占比，以期实现能源总量和煤炭消费量的控制、低碳 能源的大力发展以及减少碳排放达到预期规划目标的目的。2.2相关理论基础2.2.1低碳经济理论低碳经济指的是在经济发展的过程中，经济保持高增长水平的同时能源消耗量 低、环境污染小。要低碳经济，必定要对已有的能源经济模式进行改进，才能达到 能源、经济和环境共同可持续发展的模式。要改变现有的化石能源为主要能源的能 源消费结构，提升清洁能源的消费占比。在整个能源的供应环节、消费环节都要实 现低碳化，以实现利益最大化同时环境污染最小的前进目标。低碳经济理论内涵为能源消费结

55、构和转变经济发展方式两方面。从低碳角度考 虑，低碳经济的重点就是保持经济的平稳增长，并且在经济发展的过程中要对能源 消费结构进行优化，降低高碳能源的利用比例，控制能源消费带来的二氧化碳排放。 在从经济角度考虑，要全力研发新的低碳技术，持续的对能源消费结构进行优化, 以实现经济不断增长的同时碳排放下降的目标。低碳经济是社会建设应该追求的重 要方向之一，政府应该各与大量政策支持和引导。低碳经济的前进模式是相对于原有高投入，高消耗，高污染，低收益的模式来 说的，低碳经济发展模式可以总结如图2-1：222可持续发展理论可持续发展理论脱生于生态环境学。随着经济水平的增长和对自然资源需求的 日益扩大，人们

56、注意到环境危机日益凸显，在此过程中产生了可持续发展理论。可 持续发展理念倡导人们在只求自身利益最大化的同时，也需要统筹兼顾社会经济的 发展、自然资源的利用情况以及环境的友好和谐相处。随着可持续发展理论的进步，现己广泛应用于各大领域。就本文的研究内容， 可持续发展的核心应用如下：第一，经济的可持续发展。提出的以经济发展为关键的可持续发展理念，是基 于传统经济的发展模式。经济的可持续发展，是在谋求经济稳定增长的条件下，提 高各经济体对生态环境的保护力度和物料利用效率。可持续发展理念的提出目的，是扭转传统“三高”的发展模式，提倡以低碳消费模式 为主。第二，环境的可持续发展。环境的可持续发展理念要求人

57、们的经济活动需要在 自然环境可承载的范围内进行，经济的发展需要限制和约束在环境可承担的限度以 内完成。环境可持续发展的提出，是为了转变传统的经济增长和环境发展相互矛盾 的发展模式，从根源上解决经济和环境发展中存在的历史矛盾。第三，能源的可持续发展。能源是人类生活和经济活动的基本条件，是经济可 持续发展的保障，是环境保持健康重要依据。虽然目前各个地区受经济水平和能源 禀赋等约束，经济活动对各能源品种的消费需求显示出较大的差异，各地区推进能 源消费结构优化和实现碳排放的目标也存在一定程度的差异，但是在可持续发展的 庞大系统内，实现经济、能源和环境的合理进步，有助于推进整个现代能源体系完 善。2.3

58、河北省能源现状分析2.3.1能源发展现状分析河北省2016年能源平衡表（实物量）如下表所示:表2-1河北省2016年能源平衡表项目煤合计（万吨）原煤（万吨）洗精煤（万吨）焦炭（万吨）油品合 计（万 吨）天然气（亿立方米）电力 （亿千 瓦小 时）其他能 源（万 吨标 煤）一.可供本地区消费的 能源量28105.6428608.041391.532767.311788.5068.63892.05154.481.一次能源生产量6484.326484.32545.967.78258.12154.482.外省（区、市）调入 量25712.1022596.632811.763571.352477.8061

59、.04633.93进口量境内轮船和飞机在405.54405.543.05境外的加油量5.本省（区、市）调出 量（-）3526.451361.36725.991227.89出口量（-）境外轮船和飞机在237.24237.2441.3526.60境内的加油量（-）8.库存增（-）、减（+）量-732.63-641.21-58.87-36.7016.18-0.19接下表续表2-1项目煤合计原煤洗精煤焦炭油品合 计（万 吨）天然气（亿立方米）电力（亿千其他能 源（万（万吨）（万吨）（万吨）（万吨）瓦小 时）吨标 煤）二.加工转换投入（-）产 出（+）量19614.4920912.301391.5353

60、12.18-82.08-1.102372.47-87.811.火力发电-8930.39-8864.70-3.13-0.012372.47123.532.供热-1844.44-1793.72-4.65-0.90-5.003.洗选煤-1709.49-9995.655721.24.炼焦-7178.63-65.857112.785312.185.炼油及煤制油173.12#油品再投入量（-）-247.426.制气#焦炭再投入量天然气液化煤制品加工回收能48.46-192.38-0.1940.72三.损失量13.10196.70四.终端消费量8491.167695.758079.41693.3167.53