伊朗可再生能源发电发展中的政策工具：模型预测控制方法

《Renewable Energy》：Policy instruments in the Development of Electricity Generation from Renewable Energies in Iran: Model Predictive Control Approach

　　

Masoomeh Alipourian|Ali Hussein Samadi|Ali Akbar Safavi|Ebrahim Hadian|Fatemeh Ostovar

伊朗设拉子大学经济系

摘要。

本研究运用模型预测控制算法，并以2030年为时间目标，探讨各类政策工具——不可再生能源发电、能源补贴、可再生能源发电能力、技术合作援助以及外国直接投资——如何共同推动伊朗的可再生能源电力发展。研究结果表明，在现实约束条件下，实现电力消费中可再生能源占比20%的同时保持2%的国内生产总值增长是可行的。这些约束包括将年度不可再生能源增长率限制在10%，可再生能源发电能力增长率限制在25%，而外国直接投资则受国际制裁制约。通过采取渐进式策略，对电力消费、可再生能源发电、二氧化碳排放量及国内生产总值等关键变量每年调整10%，可逐步实现这些目标。该模型综合考虑了特定国家的地缘政治约束，为可再生能源发展提供了切实可行的规划路径，这与其他允许自由外资进入地区的框架有所不同。

引言

本文基于模型预测控制框架，在多种约束条件下，研究多种政策工具对伊朗可再生能源发电发展的综合影响。全球范围内，各国政府纷纷采用各类政策手段，旨在降低可再生能源的生产成本、减少对不可再生能源的依赖、提升装机容量，并吸引国内外投资用于可再生能源领域。伊朗也采取了能源补贴、可再生能源发电能力提升、技术合作援助以及吸引外国直接投资等多种政策工具，以促进可再生能源的发展。

尽管伊朗拥有丰富的太阳能和风能资源，且出台了诸多支持政策，但其电力生产中可再生能源的占比仍低于1%。制度障碍、监管不确定性、过高的能源补贴以及国际制裁等因素，都制约了相关政策的实施，也抑制了私营部门的参与意愿。尤其是国际制裁使得外国直接投资受到极大限制，进而影响了资金和技术的获取。这些挑战凸显出需要一种能够适应各种约束条件的政策设计框架。

本文正是为应对这一需求而运用模型预测控制方法来模拟和评估不同的政策路径。其目的是探讨政策制定者如何在资源与地缘政治约束条件下，动态调整不可再生能源、能源补贴、可再生能源发电能力、技术合作援助以及外国直接投资等控制变量，从而在2030年前实现电力消费、可再生能源发电、二氧化碳排放量及国内生产总值等方面的预期目标。

本文的结构如下：第2节回顾相关文献；第3节阐述问题建模；第4节介绍模型预测控制方法；第5节展示模拟结果并展开政策讨论；最后第6节总结全文。

章节节选

文献综述

关于可再生能源发电发展的现有文献大致可分为两大类。第一类研究关注政策工具对可再生能源产能增长的影响，第二类则侧重于先进控制算法，尤其是模型预测控制算法，在能源系统管理和优化中的应用。

联立方程组

近几十年来，研究人员越来越关注能源消费、二氧化碳排放量与经济增长之间的相互关系[7]、[19]。虽然大多数研究都分析了这些核心变量之间的关联，但也有一些研究将分析范围扩大到可再生能源和不可再生能源、能源补贴以及外国直接投资等因素[9]、[20]。

本研究旨在通过引入调节因素来突破这些局限。因此，首先构建一个联立方程组

模型预测控制的数学建模

本文的目标是运用模型预测控制器，回答以下问题：政策制定者该如何调整不可再生能源、可再生能源发电能力、能源补贴、技术合作援助以及外国直接投资等控制变量，才能在2030年实现电力消费、可再生能源发电、二氧化碳排放量及国内生产总值等方面的预期目标？这些控制变量的调整是否在该国现有条件允许的范围内？如果不在，政策制定者应如何结合控制变量的约束来达成目标？

为实现预期目标，模型预测控制器可以

数据

本文所使用的数据为1990年至2020年的年度时间序列数据，这些数据来源于[22]、[23]、[24]。

结论

本研究运用模型预测控制框架，通过两种分析方法——以2030年目标值为导向的输出跟踪分析，以及沿理想渐进路径的输出跟踪分析——来评估在资源与地缘政治约束条件下，不可再生能源、能源补贴、可再生能源发电能力、技术合作援助以及外国直接投资等各类政策工具如何共同推动伊朗的可再生能源转型。

主要研究发现如下：在伊朗当前的约束条件下，最可行的2030年发展情景是电力消费中可再生能源占比达到20%，同时国内生产总值每年增长2%。为此，需采取一系列政策组合，其中不可再生能源的发展速度应为

CRediT作者贡献说明

Masoomeh Alipourian：撰写——初稿撰写、软件应用、正式分析、数据整理。Ali Akbar Safavi：撰写——审阅与编辑、软件应用、方法论设计、正式分析。Ali Hussein Samadi：撰写——审阅与编辑、项目监督、正式分析、概念构思。Fatemeh Ostovar：软件应用、方法论设计、正式分析。Ebrahim Hadian：正式分析、概念构思

利益冲突声明

? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知利益冲突或个人关系。