1、華分套力去皆碩士學位論文基于碳排放約束的河北省能源消費結構優化研究Research on Optimization of Energy ConsumptionStructure in Hebei Province Based on Carbon EmissionConstraints周慶偉2019年3月學校代碼：10079密級：公開國內圖書分類號：F206 國際圖書分類號：338.2碩士學位論文基于碳排放約束的河北省能源消費結構優化研究碩士 fijK究生導師申請學位學科專業所在學院答辯日期授予學位單位周慶偉王敬敏教授管理學碩士管理科學與工程 管理科學與工程 經濟與管理學院2019年3月華北電力

2、大學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華北電力大學碩士學位論文原創性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學位論文基于碳排放約束的河北省能源消費結 構優化研究，是本人在導師指導下，在華北電力大學攻讀碩士學位期間獨立進行研究 工作所取得的成果。據本人所知，論文中除己注明部分外不

4、包含他人已發表或撰寫過的 研究成果。對本文的研究工作做出重要貢獻的個人和集體，均己在文中以明確方式注明。 本聲明的法律結果將完全由本人承擔。作者簽名：虱衣罕 日期:州年3月X日華北電力大學碩士學位論文使用授權書基于碳排放約束的河北省能源消費結構優化研究系本人在華北電力大學攻讀 碩士學位期間在導師指導下完成的碩士學位論文。本論文的研究成果歸華北電力大學所 有，本論文的研究內容不得以其它單位的名義發表。本人完全了解華北電力大學關于保 存、使用學位論文的規定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和 電子版本，允許論文被查閱和借閱。本人授權華北電力大學，可以采用影印、縮印或掃 描等復制手

5、段保存、可以公布論文的全部或部分內容。本學位論文屬于（請在以上相應方框內打: 保密口，在年解密后適用本授權書不保密M作者簽名：去年日期:列？年3月用導師簽名;摘要摘要隨著全國經濟的迅速發展，全國煤炭、石油等高碳排放能源的消費量居高不下， 二氧化碳的排放量也與日俱增，氣候變暖帶來的一系列副作用已經開始威脅到人們 的正常生存環境和生命健康。如何控制碳排放，清潔綠色發展成為人們日益關注的 重要課題。河北省能源消費主要以高碳排放的煤炭為主，新能源消費比例偏低，能 源消費結構相對不合理，經濟的快速發展和大規模城市化建設產生大量的能源需求, 由此導致河北省的環境污染問題日益嚴重。為了實現河北省的環境、經濟

6、可持續發 展，亟需對其能源消費結構進行優化。在此背景下，本文首先通過河北省能源平衡表、河北省歷年能源消費數據對河 北省的能源現狀進行分析，分析發現河北省能源自給率低、煤炭消費比重高、清潔 能源及天然氣消費比重過低等問題；之后本文找出經濟發展、人口數量、產業結構、 能源結構、技術水平等對河北省能源消費的可能影響因素，并利用相關分析法證明 了這些因素確實與河北省能源消費有很強的相關程度，各影響因素與能源消費的相 關系數均在0.9以上；本文將深度學習方法LSTM神經網絡模型引入能源消費的預 測中，將之前確定的影響因素作為輸入向量構建了河北省能源消費預測模型，通過 調整確定LSTM模型的內部參數，參數

7、確定后對模型進行30次測試，測試結果的 平均誤差為0.703%,證明所構建的LSTM模型有很好的預測精度；最后根據預測 結果構建了基于經濟、環境、能源協調發展的河北省能源消費結構多目標優化模型， 將環境污染治理成本最小和碳排放成本最小作為優化目標，將煤炭、油類、天然氣 和一次電力及其它能源的消費量作為決策變量，通過對模型的求解，闡明了未來河 北省能源結構的優化發展方向，提出了碳排放約束下河北省能源發展的優化建議， 對河北省的可持續發展有重要意義。關鍵詞：能源消費結構；碳排放；LSTM神經網絡；多目標決策模型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目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 摘要IAbstractI HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 第1章緒論1 HYPERLINK l bookmark34 o C

19、urrent Document 研究背景及意義1 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 1.2研究現狀2 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 1.2.1能源需求預測研究現狀2 HYPERLINK l bookmark43 o Current Document 1.2.2能源結構優化研究現狀3 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 1.2.3碳約束與經濟發展研究現狀4 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 1.3

20、論文的主要研究內容5 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 1.3.1論文研究內容5 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 1.3.2論文的結構6 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 1.4論文的倉0新點6 HYPERLINK l bookmark63 o Current Document 第2章相關理論與河北省能源消費現狀介紹7 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 2.1相關概念7 HYPERLINK l

21、bookmark69 o Current Document 2.1.1能源種類的劃分7 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 2.1.2能源消費結構8 HYPERLINK l bookmark88 o Current Document 2.2相關理論基礎8 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 2.2.1低碳經濟理論8 HYPERLINK l bookmark94 o Current Document 2.2.2可持續發展理論9 HYPERLINK l bookmark101 o Current Doc

22、ument 2.3河北省能源現狀分析102.3.1能源發展現狀分析102.3.2河北省能源結構分析14 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 2.3.3河北省能源碳排放現狀15 HYPERLINK l bookmark107 o Current Document 2.4本章小結16 HYPERLINK l bookmark110 o Current Document 第3章河北省能源消費預測18 HYPERLINK l bookmark113 o Current Document LSTM神經網絡18 HYPERLINK l bookmark11

23、6 o Current Document 3.2河北省能源消費影響因素的篩選及分析20 HYPERLINK l bookmark119 o Current Document 3.2.1河北省能源消費影響因素的識別20 HYPERLINK l bookmark127 o Current Document 3.2.2基于相關分析的河北省能源消費影響因素分析23 HYPERLINK l bookmark147 o Current Document 3.3基于LSTM的河北省能源消費預測25 HYPERLINK l bookmark153 o Current Document 3.4本章小結27 HY

24、PERLINK l bookmark156 o Current Document 第4章河北省能源消費結構優化29 HYPERLINK l bookmark159 o Current Document 4.1模型構建29 HYPERLINK l bookmark162 o Current Document 4.1.1基本假設29 HYPERLINK l bookmark169 o Current Document 4.1.2多目標決策模型29 HYPERLINK l bookmark172 o Current Document 4.2模型數據處理31 HYPERLINK l bookmark1

25、75 o Current Document 4.3約束條件實證分析33 HYPERLINK l bookmark182 o Current Document 4.4模型求解34 HYPERLINK l bookmark188 o Current Document 4.5本章小結36 HYPERLINK l bookmark191 o Current Document 第5章河北省能源結構優化發展的建議37 HYPERLINK l bookmark194 o Current Document 5.1加強能源替代，降低煤炭需求37 HYPERLINK l bookmark197 o Current

26、 Document 5.1.1清潔取暖37 HYPERLINK l bookmark200 o Current Document 5.1.2 淘汰落后產能37 HYPERLINK l bookmark203 o Current Document 5.2完善基礎設施建設，保障低碳能源供應38 HYPERLINK l bookmark206 o Current Document 5.2.1電網基礎設施建設38 HYPERLINK l bookmark209 o Current Document 5.2.2燃氣網基礎設施建設39 HYPERLINK l bookmark212 o Current D

27、ocument 5.2.3熱力網基礎設施建設39 HYPERLINK l bookmark215 o Current Document 5.2.4可再生能源基礎設施建設39 HYPERLINK l bookmark218 o Current Document 5.3推廣節能技術40 HYPERLINK l bookmark221 o Current Document 5.3.1建筑節能40 HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 5.3.2交通節能41 HYPERLINK l bookmark227 o Current Document 5.4發展

28、清潔能源新技術41 HYPERLINK l bookmark233 o Current Document 第 6 章研究成果和結論43 HYPERLINK l bookmark241 o Current Document 參考文獻45 HYPERLINK l bookmark302 o Current Document 攻讀碩士學位期間發表的學術論文及其它成果49 HYPERLINK l bookmark321 o Current Document 致謝50第1章緒論1.1研究背景及意義能源是社會進步和經濟發展的重要保障。自新世紀開始，傳統化石能源一直在 全球能源消費中占主導地位，但是通過科學

29、家的預測未來全球煤炭僅供再開采200 年，石油可供開采30-40年，天然氣為60年。而新能源的開采和利用還沒有實現規 模化，想要以新能源來支撐起全球能源的消耗還需要大量的時間和成本的付出。因 此，為了控制二氧化碳的排放量、推動低碳經濟的發展，促進未來經濟、環境和能 源的協調可持續發展，有必要采取適當的措施，探索進一步的優化方案。我國的經濟發展逐步步入轉型期，第三產業在經濟發展開始占據越來越重要的 地位，是我國未來經濟增長的主要動力來源。2016年國家相關部門印發能源生產 和消費革命戰略(2016-2030)，戰略中提出今后的十余年的時間是我國完成現代化 建設的重要發展階段，能源的發展就不再是總

30、量的擴張而是向高效、高質量發展。 我國的能源消費量將繼續增長，主要一方面，隨著經濟社會的不斷發展，人均能源 消費量將逐漸增多。另一方面經濟發展進入新常態，粗放式的能源消費行為將不復 存在，能源消費增量的需求實現主要依靠清潔能源。為了實現這一戰略目標有必要 重新規劃能源布局和設計能源消費結構。河北省2016年能源消費量為29794.4萬噸標準煤，煤炭消費量為25328.2萬噸 標準煤，煤炭消費量占比85.01%,相較于2010年煤炭消費占比下降4.7%；油品消 費2571.2萬噸標準煤，占比8.63%,較2010年增加了 1.08%；天然氣消費935.5萬 噸標準煤，占比3.14%,較2010年

31、增加了 1.63%； 一次電力及其他能源的消費量從 2010年的1.03%提高至2016年的3.22%,對比以前的發展來說一次電力及其他能 源近幾年發展較快。河北省2016年的能源產量僅有消費量的22.7%,能源供給缺口 巨大。河北省的能源結構不合理，煤炭消費占比過高，大量化石能源的消耗給環境 造成了極大破壞。河北省的經濟水平增速較快，但能源消費結構亟待優化。隨著河北省經濟的快 速增長，工業經濟活動和居民生活消費對化石能源需求量的不斷增加，導致因消費 能源而產生的污染物增加了城市的二氧化碳排放成本和環境污染治理成本，進而抑 制了經濟的增長。所以，如果按照政府規劃，河北省GDP水平要實現2020

32、年較2010 年翻一番以上的預期，則必須協調經濟、能源與環境的發展關系，優化能源消費結 構，減少碳排放總量，才更有利于河北省實現中長期可持續發展的戰略目標。研究河北省能源消費結構基于碳排放的優化問題，能保證現有能源供應量下實 現能源資源的有效配置，能緩解能源消費過程中所帶來的環境惡化壓力，對現代能 源體系的構建具有重要的理論支撐，對河北省生態環境、能源戰略和經濟發展均具 有重要的理論意義。近年來，隨著河北省能源消費量的增加給環境帶來的問題日益 加劇，已逐漸制約了河北省社會經濟水平的發展。研究如何優化河北省的能源消費 結構，減少碳排放量，對緩解因能源消費給環境帶來的巨大承載壓力和促進河北省 經濟

33、中長期的發展均具有重要的現實意義。1.2研究現狀1.2.1能源需求預測研究現狀在以往的研究中，已經有很多方法和技術被應用在能源需求預測上，其中較 為常見的有計量經濟學模型，神經網絡模型和灰色預測模型等。文獻U-2利用ARIMA 分別對土耳其的能源需求量和芬蘭的電力需求量以及電力價格做了預測；Akpinar and Yumusak應用指數平滑的方法和ARIMA模型對城市的天然氣需求量進行了預 測，Taspinar4利用改進的ARIMA模型對土耳其的天然氣消費量進行預測；Boran 提出滾動灰色預測模型對土耳其的天然氣需求進行了預測；張婷向構建了基于灰色 神經預測和神經網絡組合的預測模型，以灰色預

34、測的結果和影響因素作為神經網絡 預測模型的輸入變量，對2020年的能源需求量進行了預測；HaldenbilenS將GA模 型應用的交通能源預測中口】；Kumar and Jain,提出了灰色馬爾科夫模型對印度的能 源消費進行了預測罔；文獻Wi分別對灰色模型做出了不同的改進，以提升其在能源 需求預測中的精確度。隨著時代的發展，AI方法逐漸被應用到能源需求預測模型中；其中常見的有 ANN方法，如Hamzageb和Kutay利用人工神經網絡對電力能源消費進行了預估， 并將預測結果與RA模型進行對比，證明了所提出模型的準確性。Sozen等人利 用ANN模型預測了未來的凈能源消費量Ml； GeemZW,

35、等人用ANN模型對South Korea的能源需求進行了預測回；Yu-Rong Zeng,等人利用差分改進的BPNN模型 對中國的總能耗和美國的電能消耗進行了預測，預測結果表明提出的模型相對于傳 統的反向傳播神經網絡相比有更好的準確性；Brown提出了 ANN網絡模型對天 然氣需求進行預測，并將預測結果與傳統的回歸模型進行對比，驗證了所提出模型 的準確性U7-18； Ruiz提出改進的ENN模型對建筑能源需求進行預測I。除此之外，還有其他幾種智能技術。這其中有群體智能優化算法，如Behrang MA,等人應用蜂群算法對伊朗的能源需求進行了預測，并通過與其他模型對比結 果證明所提出模型預測的精確

36、性2。； Baskan et al.利用基于ACO優化算法的預測模 型對Turkey的能源需求進行預測】；Toksari MD利用ACO模型對Turkey的能源 需求和電力能源需求分別進行了預測22-23。文獻24提出了改進的粒子群算法(PSO), 并對傳統的神經網絡進行優化，對中國的碳排放進行預測；Amjadi等人，構建了通 過粒子群算法改進的線性和非線性預測機制，對伊朗的電力需求進行了預測，預測 結果表明PSO算法是有用的優化模型25】；武群麗等人將蝙蝠算法和高斯擾動算法 等算法提出新的組合模型(BGA-SA),利用所提出的模型對中國的能源需求量進行 預測mi。近期以來，深度學習的方法被越

37、來越多的應用的預測中，這其中LSTM因 其在時間序列預測中的優異表現而被廣泛應用。1.2.2能源結構優化研究現狀目前有關于能源結構優化的研究相對較少，這類研究主要集中于能源結構不合 理的國家。我國能源結構優化研究方面。李美瑩27從能源供給的角度出發，用綜合 評價模型評價了我國低碳化水平，用ARIMA、灰色GM(1,1)和指數平滑三種模型進 行結合預測了我國2015-2020的能源產生量，設立不同情境研究能源供給結構低碳 化的預測與分析，建立多目標約束的能源結構優化模型，又分析了我國能源生產結 構的合理路徑，最終提出了能源生產結構合理發展的對策。董煒/I在低碳轉型背景下，設計了基準情景與約束情景

38、，對我國的2015-2020 年的能源消費量進行預估，構建了能源結構調整的多目標優化模型，基于政府與各 個企業的委托-代理內在聯系，構建政府與高碳能源消費企業之間的多任務委托代理 模型，提出相關的政策建議。陸彬29】分析了能源結構與經濟增長間的關系，二氧化碳排放與能源消費結構之 間的關系，提出了影響能源消費結構的主要影響因素，結合多目標模型對不同地區 的能源消費結構分別進行優化探究。國外的能源結構優化研究方面。Canyurt利用GA模型對土耳其化石燃料需求 進行了預測，并探究能源結構優化方式I。】； John Symons通過對二氧化碳稅和消費 需求的不同組合情況的研究，預測英國的碳排放量變化

39、，并以此為依據分析英國的 能源消費結構。我國各省市能源結構優化研究方面。張麗麗32分析了各國家不同的能源消費發 展戰略，接下來進一步對比分析了國內有特點的幾個省市的能源結構，提出了針對 浙江省能源消費結構優化發展的具體建議。侯宇33通過對北京市的能源消費結構分析，建立了基于馬爾科夫預測的北京市 的結構改進模型并進行實證研究，控制碳強度，建立了三種不同的情景模式，其中“有能源消費結構約束”的情景碳排放強度降低效果理想。范佳佳34針對京津冀地區的情況，通過時間序列等多種算法探究能源消費和經 濟增長之間的關系，從而預測能源消費量和改善能源消費結構，最終提出節能降耗 的對策。用GA算法實現BP算法的提

40、升，引入了模糊多目標粒子群算法對相應的 改進模型求解。張春蓮35】首先用能流圖分析了河北省的能源情況，結構優化目標以河北省能 源發展十二五規劃，河北省節能減排十二五規劃綜合確定，進一步通過回歸分 析，偏相關分析確立能源結構優化的多目標決策模型，用GA算法求解了該模型, 提出能源結構優化發展的對策。廖祥賓36對能源替代效應對低碳能源消費結構的影響進行了研究，構建了基于 超越對數生產函數的能源代替彈性模型，之后從能源替代角度出發研究能源消費結 構的優化路徑，構建基于ELC （環境學習曲線）模型的能源消費總量預測模型，之 后基于碳夾點完成對江蘇省能源消費結構優化的路徑分析。1.2.3碳約束與經濟發展

41、研究現狀低碳經濟就是研究如何在碳排放的約束下保持經濟高速發展，“低碳經濟這 一概念是由德國政府在2003年首次提出的，2007年美國經濟學家指出如果每個國 家能將GDP的1%用于發展低碳經濟，那么每年由惡劣氣候帶來的經濟損失可以減 少2%到20%o隨后英國、日本等國都開始發展低碳經濟。國外學者對于低碳經濟的研究。Ann Daniel和Daniel Kammen對全球溫室 氣體的控制提出了幾種建議措施：給予政策和稅收優惠以支持低成本碳排放項目的 推廣；中短期內，以不同國家的溫室氣體產生量為重點控制對象；在長期，諸多國 家應該大力合作，以期達到低碳經濟下的合理生活。Nicholas Stem通過經

42、濟學原 里的分析，認為各國目前之間的努力已經在一定程度上遏制了全球變暖進程。到 2050年，在全球經濟增長了 3至4倍時，溫室氣體的排出量減少1/4。UgurSoytas 等人通過VAR模型分析美國的經濟發展、能源消耗和碳排放量之間的相互作用， 碳排出量增長的主要驅動力是能源消耗的增加。因此優化能源結構、推廣清潔能源 利用以及提升能源效率能夠有效的達到節能減排的目的的。Koji Shimada等設計了 針對低碳經濟可針對不同地區計算碳排放量的公式，并將此公式應用到日本的不同 地區。分析結果證明，土地的合理規劃，清潔能源的推廣利用和居民用能方式的改 變可以有效的減少碳排放印OMao Hak 等通

43、過研究認為，合理的制定低碳發展計劃能夠幫助控制柬埔寨的 碳排放量，進而達到其可持續發展的目標。Calderon等四對哥倫比亞的能源系統和 碳排放之間的影響關系作了調查，研究結果表明碳稅的征收可以促進清潔能源的應 用，最終會減少能源消耗量。Jong-Soo Lim, Yong-Gun Kim 43通過實際研究發現, GDP的增長可以建立在碳排放量保持不變的基礎上，而要實現這一效果需要在增加 碳稅的同時給予研發補貼，以促進企業改進用能技術。R.Quentin Graftom44等人研 究發現對生物能源進行經濟補貼能有效的減少二氧化碳的排放量。國內學者對于低碳經濟的研究。低碳技術及產業結構的作用方面

44、，劉兆征Ml通 過對技術、管理等幾個方面的研究，說明了我國現在發展低碳經濟的重要性。石敏 俊等人46的研究表明，低碳技術的創新能夠提高能源效率，促進能源結構的轉換, 能夠有效的幫助節能減排目標的實現。陳詩一等47研究結果表明不同產業占比的低 碳化對整體經濟的低碳發展有重要意義。馬濤等48通過實證分析，證明了產業結構 的變化對能源消耗量和碳排放有重要作用。景躍軍等49的研究表明，優化能源消費 結構，提升清潔能源、天然氣的總體消費占比對降低碳排放有重要意義。碳稅及碳交易政策作用方面。張漢江閱等研究表明征收碳稅能夠有效地降低碳 排放。趙黎明研究發現政府的碳稅政策能夠有效的影響企業決策，初始免費的碳

45、排放權和合理的碳稅體系對降低二氧化碳的排放有一定的影響。謝鑫鵬等SI研究發 現，政府的不同碳交易政策也會對企業的節能減排有一定影響，如碳配額分派的不 同會使企業采用有差異的減排措施。令狐大智的研究表明，相對自由的碳配額分配 更能推動企業的技術升級，進而減少二氧化碳排放。政府政策補貼作用方面。樓高翔等23的研究表明增加補貼力度，同樣會使企業 向低碳、清潔化轉型，減少二氧化碳的排放。李軍等啊通過消費者的能源消費與碳 排放之間的關系探究，發現加強對使用者的監督、引導，能夠改善其能源消費行為 繼而推動低碳經濟的進步。孫希波等Bl從群眾、企業和政府三個層面出發，分析他 們之間的不同的利益關系和決策動機，

46、制定出能促進低碳經濟發展的激勵政策。曹 春輝等56從企業的角度出發，研究發現在當前碳排放約束的發展背景下，企業選擇 適合自身發展的減排策略能夠提升其市場競爭力。1.3論文的主要研究內容1.3.1論文研究內容本文通過能源流程圖和河北省歷年的能源消費數據進行分析，找出河北省能源 結構中存在的不足和缺陷。然后利用相關分析法確定影響河北省能源消費量的關鍵 影響因素，利用深度學習方法LSTM神經網絡構建能源消費預測模型，將所找的影 響因素帶入到LSTM模型中對河北省的能源消費量進行預測。然后將能源消費量的 預測結果作為約束條件之一，結合其他規劃要求，構建了河北省能源結構優化的多 目標決策模型。通過模型的

47、求解，闡明了未來河北省能源結構的發展方向，然后提 出了針對河北省能源發展的建議，以期能夠為未來河北省的能源發展提供方向指導。1.3.2論文的結構本文的主要研究內容可以分為以下幾個部分：第一章緒論。本章主要是對本文的整體研究思路進行介紹，包括研究的背景及 意義，能源需求預測、低碳經濟、能源結構優化的研究現狀，主要研究內容和創新 點等。第二章相關理論和河北省能源消費現狀介紹，本章主要介紹了能源、能源結構、 碳排放的相關概念，碳排放約束與經濟發展的理論，河北省的能源現狀等。第三章首先介紹了深度學習方法LSTM神經網絡，并利用相關分析方法確定 能源消費的關鍵影響因素，構建LSTM神經網絡模型，然后用分

48、析得到的因素數據 作為LSTM神經網絡的輸入向量，對河北省未來的能源消費量進行預測。第四章根據河北省的能源現狀和上一章的預測結果，構建了河北省能源結構優 化的多目標決策模型，利用遺傳算法對模型求解，得到河北省最優的能源消費結構， 并闡明未來河北省能源結構的發展方向。第五章 提出河北省能源消費結構發展過程中的優化建議，從降低煤炭需求、保 障低碳能源供給、推廣節能技術、研發新能源技術幾個角度提出。第六章研究成果和結論。本章是對全文內容的總結，說明本研究所得出的結論 和闡述本文的研究成果，并總結本文的研究不足之處，對未來的延伸研究進行展望。1.4論文的創新點論文將深度學習方法LSTM神經網絡應用到能

49、源需求預測領域，通過大量 的測試數據分析說明論文構建的LSTM神經網絡有很高的預測精度，能夠實現對河 北省能源消費量的精準預測。論文通過分析河北省的實際情況，構建了針對河北省能源消費結構優化的 多目標決策模型，通過模型的求解，闡明了未來河北省的能源消費結構發展的方向， 對促進未來河北省的可持續發展有重要的現實意義。第2章相關理論與河北省能源消費現狀介紹本章首先介紹了能源的相關概念和理論，然后介紹了河北省目前的能源狀況， 為下文的能源消費量預測和能源結構優化提供理論依據。2.1相關概念2.1.1能源種類的劃分關于能源的定義有多種，我國和國外均有對于能源的不同定義。（1）按來源劃分1）來自宇宙的能

50、源（太陽能為主）。除了直接照射產生能量之外，地外能源也 是風能、礦物能生成的根本。太陽提供了人類生存所需的絕大部分能量，其中植物 的光合作用將太陽能轉化，繼而埋藏在地底經過漫長的時間之后，形成了我們常見 的煤炭等化石燃料。而太陽能會轉化為風能、水能等。2）來自地球本省的能量。地球本身含有豐富的熱能，原子核的不斷作用會產生 原子核能。地熱的最直觀的體現在生活中是火山噴發、溫泉等。地球的地幔層大部 分有巖漿組成，其厚度可達2900公里，這一部分也是火山爆發中巖漿的來源。而地 球最為核心的部分地核的最高溫可達2000度，由此可見地球自身熱能儲量巨大。3）在宇宙中天氣之間的相互作用同樣會生成能源，在地

51、球上最常見的是潮汐能。（2）按產生劃分1）一次能源一次能源指的是已經存在，不需加工可以直接使用的能源。如煤炭等常見的化 石類能源，還包括太陽能、風能等可以多次生成的能源。本文的能源消費預測及能 源結構優化中的能源指的是一次能源，且將其分類為煤炭、石油、天然氣、一次電 力及其他能源。2）二次能源二次能源說的是一次能源經過改造成為其他形式的能源，例如：汽油、電力、 煤氣、沼氣、洗精煤等都被歸類于二次能源。（3）按污染程度劃分1）清潔能源清潔能源主要指的是太陽能，地熱能，風能，潮汐能和核能等。2）非清潔能源非清潔能源主要指的是傳統的煤炭、石油、天然氣等。（4）按使用類型劃分1）常規能源常規能源指的是

52、技術相對完備，適宜范圍廣的能源。目前常見的是煤炭、石油、 天然氣和水能等，人們的日常生活中的經常都可以用到。2）新型能源剛開始推廣應用或者正處于研發階段的能源。新型能源中包含太陽能、風能、 地熱能、氫能等許多正在研發或者推廣的能源。新型能源常見的特點是穩定性較差、 具有間歇性，按目前的科學技術水平來說，大規模的應用成本過高，只能根據不同 地域特點，有針對性的開發利用。但這種能源大部分是可再生、無污染的能源，且 儲量豐富，將來應會成為主體能源。2.1.2能源消費結構能源消費結構是指在一定時期內，按消費部門分類的能源消費量和在整個能源 消費量中占的比例，代表了一個國家或地區的主要能源消費品種，以及

53、各能源品種 占比情況。能源的消費模式直接影響能源的消費結構，而一次能源消費結構的優劣 直接影響能源結構的合理性，所以本文主要從該角度探究能源消費結構的優化問題。能源消費結構優化實際含義的判斷可以有多種解讀。從能源規劃的角度來看， 能源消費結構的優化需要把經濟的長期發展，經濟、環境和能源的共同穩定進步深 入考慮，統籌安排能源活動中各個環節的資源配置情況，以期達到科學高效的實施 目的;從能源利用效率來看，通過提高能源利用的水平和能源分配的水平，綜合市場 調節、政府宏觀調控和對環境的影響程度，可以達成能源高效利用。能源消費結構是能源系統的關鍵構造，是一個關系民計民生重要的且復雜的分 流體系。所以，基

54、于碳排放約束的能源消費結構優化需要依據能源部門的策略要求， 合理的分配各能源品種的消費占比，以期實現能源總量和煤炭消費量的控制、低碳 能源的大力發展以及減少碳排放達到預期規劃目標的目的。2.2相關理論基礎2.2.1低碳經濟理論低碳經濟指的是在經濟發展的過程中，經濟保持高增長水平的同時能源消耗量 低、環境污染小。要低碳經濟，必定要對已有的能源經濟模式進行改進，才能達到 能源、經濟和環境共同可持續發展的模式。要改變現有的化石能源為主要能源的能 源消費結構，提升清潔能源的消費占比。在整個能源的供應環節、消費環節都要實 現低碳化，以實現利益最大化同時環境污染最小的前進目標。低碳經濟理論內涵為能源消費結

55、構和轉變經濟發展方式兩方面。從低碳角度考 慮，低碳經濟的重點就是保持經濟的平穩增長，并且在經濟發展的過程中要對能源 消費結構進行優化，降低高碳能源的利用比例，控制能源消費帶來的二氧化碳排放。 在從經濟角度考慮，要全力研發新的低碳技術，持續的對能源消費結構進行優化, 以實現經濟不斷增長的同時碳排放下降的目標。低碳經濟是社會建設應該追求的重 要方向之一，政府應該各與大量政策支持和引導。低碳經濟的前進模式是相對于原有高投入，高消耗，高污染，低收益的模式來 說的，低碳經濟發展模式可以總結如圖2-1：222可持續發展理論可持續發展理論脫生于生態環境學。隨著經濟水平的增長和對自然資源需求的 日益擴大，人們

56、注意到環境危機日益凸顯，在此過程中產生了可持續發展理論。可 持續發展理念倡導人們在只求自身利益最大化的同時，也需要統籌兼顧社會經濟的 發展、自然資源的利用情況以及環境的友好和諧相處。隨著可持續發展理論的進步，現己廣泛應用于各大領域。就本文的研究內容， 可持續發展的核心應用如下：第一，經濟的可持續發展。提出的以經濟發展為關鍵的可持續發展理念，是基 于傳統經濟的發展模式。經濟的可持續發展，是在謀求經濟穩定增長的條件下，提 高各經濟體對生態環境的保護力度和物料利用效率。可持續發展理念的提出目的，是扭轉傳統“三高”的發展模式，提倡以低碳消費模式 為主。第二，環境的可持續發展。環境的可持續發展理念要求人

57、們的經濟活動需要在 自然環境可承載的范圍內進行，經濟的發展需要限制和約束在環境可承擔的限度以 內完成。環境可持續發展的提出，是為了轉變傳統的經濟增長和環境發展相互矛盾 的發展模式，從根源上解決經濟和環境發展中存在的歷史矛盾。第三，能源的可持續發展。能源是人類生活和經濟活動的基本條件，是經濟可 持續發展的保障，是環境保持健康重要依據。雖然目前各個地區受經濟水平和能源 稟賦等約束，經濟活動對各能源品種的消費需求顯示出較大的差異，各地區推進能 源消費結構優化和實現碳排放的目標也存在一定程度的差異，但是在可持續發展的 龐大系統內，實現經濟、能源和環境的合理進步，有助于推進整個現代能源體系完 善。2.3

58、河北省能源現狀分析2.3.1能源發展現狀分析河北省2016年能源平衡表（實物量）如下表所示:表2-1河北省2016年能源平衡表項目煤合計（萬噸）原煤（萬噸）洗精煤（萬噸）焦炭（萬噸）油品合 計（萬 噸）天然氣（億立方米）電力 （億千 瓦小 時）其他能 源（萬 噸標 煤）一.可供本地區消費的 能源量28105.6428608.041391.532767.311788.5068.63892.05154.481.一次能源生產量6484.326484.32545.967.78258.12154.482.外省（區、市）調入 量25712.1022596.632811.763571.352477.8061

59、.04633.93進口量境內輪船和飛機在405.54405.543.05境外的加油量5.本省（區、市）調出 量（-）3526.451361.36725.991227.89出口量（-）境外輪船和飛機在237.24237.2441.3526.60境內的加油量（-）8.庫存增（-）、減（+）量-732.63-641.21-58.87-36.7016.18-0.19接下表續表2-1項目煤合計原煤洗精煤焦炭油品合 計（萬 噸）天然氣（億立方米）電力（億千其他能 源（萬（萬噸）（萬噸）（萬噸）（萬噸）瓦小 時）噸標 煤）二.加工轉換投入（-）產 出（+）量19614.4920912.301391.5353

60、12.18-82.08-1.102372.47-87.811.火力發電-8930.39-8864.70-3.13-0.012372.47123.532.供熱-1844.44-1793.72-4.65-0.90-5.003.洗選煤-1709.49-9995.655721.24.煉焦-7178.63-65.857112.785312.185.煉油及煤制油173.12#油品再投入量（-）-247.426.制氣#焦炭再投入量天然氣液化煤制品加工回收能48.46-192.38-0.1940.72三.損失量13.10196.70四.終端消費量8491.167695.758079.41693.3167.53