中国能源系统全链式碳中和路径优化：基于随机-模糊双重不确定性的2060年净零排放策略

针对能源系统全链式碳中和路径设计中的随机性与模糊性双重不确定性挑战，研究人员构建了中国能源系统不确定性优化模型（China-UE模型），通过模糊可信度机会约束规划（FCCP）方法，揭示2060年可再生能源占比需超75%、终端电气化率达72.3%的关键路径，并量化了空气质量协同效益，为碳中和目标下能源系统稳健规划提供决策支持。

　　

全球气候变暖正以史无前例的速度加剧，2024年全球地表温度较工业化前水平升高1.55±0.13°C，创历史新高。作为全球最大能源消费国和碳排放国，中国能源相关CO₂排放量占全球总量近三分之一。尽管中国提出2030年前碳达峰、2060年前碳中和的战略目标，但能源系统转型面临全链条协同优化、随机与模糊双重不确定性等核心挑战。传统确定性优化模型难以应对未来能源需求波动、政策偏好模糊等复杂情境，亟需开发新型不确定性优化方法。

为此，研究人员开发了基于模糊可信度机会约束规划（Fuzzy Credibility Chance-Constrained Programming, FCCP）的中国能源系统不确定性优化模型（China-UE模型）。该模型整合了能源生产（3类资源开发）、加工（8类技术）、转换（23类技术）、贸易（13类进出口）到终端消费（7大部门16类用能）的全链条数据，并纳入CO₂与3类污染物排放约束。通过20种情景设计，在最大化净效益目标下平衡经济性、减排目标与系统风险。

关键方法：研究采用FCCP方法处理社会经济波动（随机性）与政策偏好（模糊性）双重不确定性；构建包含728个约束方程的China-UE模型；通过蒙特卡洛模拟验证系统可靠性；基于中国2021-206年能源统计数据校准参数。

未来能源供给与消费：

• 一次能源供给将于2034年达峰（6.85-7.09亿吨标煤），2060年降至6.28亿吨标煤。
• 可再生能源占比从2021年15.7%跃升至2060年75.2%，其中风光发电量占比超60%。
• 终端电气化率需从2021年26.1%提升至2060年72.3%，工业部门电气化率先突破（2060年达81.5%）。

协同减排效应：

• CO₂排放2027-2030年达峰（10.2-10.5 Gt），2060年降至1.3 Gt；
• SO₂、NO_x、PM_2.5排放较峰值下降76%-83%，空气质量改善效益显著。

结论与政策建议：

1. 供应侧：2060年前需建成12.4 TW风光装机，配套发展抽水蓄能（2060年达520 GW）与氢能（占终端能源8.3%）。
2. 需求侧：交通部门应优先推广电动汽车（2060年渗透率68%），建筑领域推广热泵技术（2060年覆盖率54%）。
3. 不确定性管理：建议设置10%-15%系统弹性空间以应对风光出力波动，建立动态碳价机制（2060年达300美元/tCO₂）。

该研究首次实现中国能源系统全链条不确定性优化，揭示风光电力为主导、化石能源战略备份的转型路径，其提出的"经济-环境-可靠性"三重优化框架为全球碳中和进程提供范式参考。论文发表于《Resources, Conservation and Recycling》，获国家重点研发计划（2024YFE0209100）与中国博士后创新人才计划（BX20240191）支持。