区域可再生能源规划仿真模型研究

刘 贞，张希良

（1.重庆理工大学 工商管理学院，重庆 400054；2.清华大学 能源环境经济研究所，北京 100084）

0 引言

系统分析的主要目的是明确要解决的问题是什么，对所要解决的问题是否有可行的解决方案，用户对系统的基本需求有哪些、附加需求有哪些，在此基础之上确定目标系统应具有哪些功能[1]。

区域可再生能源规划模型基本原理：不同政策、不同时期的项目成本和环境外部价值对成本曲线产生影响，其交叉点为不同时期的可再生能源规划模型的成本最优量。

区域可再生能源规划模型系统流程[2]：（1）依据资源特征、技术特性、资本等求解不同项目的可再生能源单位度量成本；（2）依据单位度量成本，年能源产能形成各种可再生能源技术成本曲线；（3）各时期各种可再生能源规模及可再生能源结构；（4）可再生能源优先发展领域及项目布局；（5）可再生能源总投资及政策成本分析；（6）社会效益分析。

结合规划和能源分布现状的实际情况，利用现有的条件设计与开发基于（Client/Server）C/S的新能源规划系统。

1 规划系统框架技术

1.1 C/S体系结构

在网络连接模式中,除对等网外,还有另一种形式的网络，即客户机/服务器网，Client/Server。在客户机/服务器网络中，服务器是网络的核心，而客户机是网络的基础，客户机依靠服务器获得所需要的网络资源，而服务器为客户机提供网络必须的资源。这里客户和服务器都是指通信中所涉及的两个应用进程（软件）。使用计算机的人是计算机的“用户”（user）而不是“客户”（client）。但在许多国外文献中，也经常把运行客户程序的机器称为client（这种情况下也可把client译为“客户机”），把运行服务器程序的机器称为server。所以有时要根据上下文判断client与server是指软件还是硬件。它是软件系统体系结构，通过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到Client端和Server端来实现，降低了系统的通讯开销。目前大多数应用软件系统都是Client/Server形式的两层结构，由于现在的软件应用系统正在向分布式的Web应用发展，Web和Client/Server应用都可以进行同样的业务处理，应用不同的模块共享逻辑组件；因此，内部的和外部的用户都可以访问新的和现有的应用系统，通过现有应用系统中的逻辑可以扩展出新的应用系统。这也就是目前应用系统的发展方向。

1.2 C#、.NET技术

（1）NET Framework简介

ASP.NET是Microsoft.NET结构的一部分，其中NET Framework是Microsoft.NET的核心，它区隔了操作系统和所有NET开发出来的应用程序，目的是要将所有以NET开发出来的应用程序顺利地移植到更多硬件平台或操作系统。

NET Framework是一个安全、高性能与扩展性佳的运行环境，支持统一的类库如Visual Basic、Visual C#、Visual C++等.NET兼容的语言调用。NET Framework分为三个结构层，如图1示:

底层是一个通用语言运行环境(Common Language Runtime,简称CLR)，除负责运行程序外，还要提供内存管理、线程管理（thread management）、安全管理、版本管理、异常处理、通用类型系统（Common Type System,简称CTS）与生命周期监控等核心服务。

图1 NET结构

中间那层是NET Framework类库，提供了许多类和接口，例如ADO.NET、XML、IO、网络、调试、安全、多线程等。NET Framework是以命名空间（namespace）的方式来组织类库，命名空间和类库的关系就像文件系统中的目录和文件的关系一样，例如，专门用来处理XML文档的XML类是隶属于System命名空间。

最上层是用户接口和应用程序接口，其中“Win Forms”是全新的窗口应用程序接口，而“Web Forms”与“Web服务”则组成了全新的因特网应用程序接口，.NET Framework将之称为“ASP.NET”。

（2）C#简介

C#编程语言是由微软公司的Anders Hejlsberg和Scott Willamette领导的开发小组专门为.NET平台设计的语言，它可以使程序员移植到.NET上。这种移植对于广大的程序员来说是比较容易的，因为C#从C，C++和Java发展而来，它采用了这三种语言最优秀的特点，不仅具有封装、继承和多态性等特点，并加入了它自己的特性，它能较好的适应软件工程的需要，是目前主流开发开发射虎语言之一，C#是事件的驱动的，完全面向对象的可视化编程语言，我们可以使用集成开发环境来编写C#程序。使用IDE，程序员可以方便的建立，运行，测试和调试C#程序，这就将开发一个可用程序的时间减少到不用IDE开发时所用时间的一小部分。使用IDE迅速建立一个应用程序的过程称为快速反映开发。

1.3 Access数据库

Access是微软公司推出的基于Windows的桌面关系数据库管理系统（RDBMS），是Office系列应用软件之一。它提供了表、查询、窗体、报表、页、宏、模块7种用来建立数据库系统的对象；提供了多种向导、生成器、模板，把数据存储、数据查询、界面设计、报表生成等操作规范化；为建立功能完善的数据库管理系统提供了方便，也使得普通用户不必编写代码，就可以完成大部分数据管理的任务。之所以选择Access数据库，是因为它具有以下特点：

（1）Access是一个中、小型关系数据库管理系统，适合于开发中、小型管理信息系统。

（2）Access又是一个完全面向对象，采用事件驱动机制的最新关系数据库管理系统，使得数据库的应用与开发更加便捷、灵活。

（3）Access是一个同时面向数据库最终用户和数据库开发人员的关系数据库管理系统。

（4）Access是一个典型的开放式数据库管理系统，通过ODBC(开放式数据库互连)能与其它数据库(例如，Oracle、Sybase、Visual FoxPro等)相连，实现数据交换与共享。

（5）Access作为Microsoft Office套装办公软件专业版的一个组件，承担了数据处理、查询和管理的责任。它与Excel、Word、PowerPoint等办公软件进行数据交换与数据共享更加容易，构成了一个集文字处理、图表生成和数据管理于一体的高级综合办公平台。

（6）Access支持多媒体的应用与开发。

（7）Access内置了大量的函数，其中包括数据库函数、算术函数、文本函数、日期／时间函数、财务函数等。

（8）Access提供了许多宏操作。宏操作在用户不介入的情况下能够执行许多常规的操作。用户只要按照一定的顺序组织Access提供的宏操作，就能够实现工作的自动化。

（9）Access提供了宏语言VBA（Visual Basic for Application），允许用户通过编程的方式完成较复杂的任务。

2 规划系统分析

2.1 可行性分析

（1）技术可行性。使用.NET技术和数据库技术可以实现整个系统的设计与开发。首先，利用.NET技术可以基于Windows的应用程序开发，即可以实现基于C/S模式的信息系统的开发；其次，利用数据库技术 可以对实施能源规划的人员主体、客体信息进行统一管理，从而可以实现应用程序与数据库的交互。

（2）操作可行性。系统界面设计简洁、友好，综合考虑参与所有教学督导工作人员对计算机的掌握能力，方便各类用户进行操作。

（3）效果可行性。系统实用性强，设计过程中结合实际工作要求，尽量减少有关人员手工劳动，发挥计算机善于处理大量数据的特长。例如，该系统可以根据规划人员设定的情景模式和当前资源的信息情况自动生成最有规划情景等等。这样就使得整个规划工作的开展更加顺利。

2.2 需求分析

2.2.1 使用对象分析

该系统的使用对象为所有规划人员，此外还有对整个系统进行维护的系统管理员。

2.2.2 系统管理员工作流程分析

系统管理员负责对系统中涉及的所有的信息（包括各类用户的信息和规划信息等等）进行维护，使得整个系统能够正常地运转。系统管理员的工作流程图如图2所示：

图2 系统管理员工作流程图

2.2.3功能需求分析

通过文献查询分析，确定系统的基本目标是基于Windows桌面应用程序，对整个能源规划流程进行设计，并对能源的信息进行录入、查询、统计分析，从而为的能源开发工作提供准确的数据信息并是整个新能源开发工作更为高效的执行。

经对咨询结果的分析，确定系统初步应具有基础数据准备、资源现状信息录入、静态成本和动态成本曲线生成、投资和供应分析查询、情景模式设计、规划目标分解和规划评价等基本功能，在此基础上实现对新能源开发的具体规划方案的实施。

2.2.4 数据需求分析

数据需求主要包括：

（1）组织（组织编号，省份名，市名，县市名）；

（2）生物质能资源（所属种类，作物类别，单位，草谷比，剩余比，折算率）；

（3）地热能资源（编号，种类，热容，采收率）；（4）小水电（名称，水体容重，换算系数）；

（5）太阳能资源（编号，名称，利用率，折算系数）；

（6）风能资源（月份，折算系数）；

（7）海洋能资源（编号，种类，海水密度，重力加速度，折算系数）；

(8)项目数据（组织编号，项目编号，项目名称，技术类别，装机总容量，满负荷上网时间，项目周期，设备费用，其他费用，税率，折旧率，工作人员数量，人均年收入，材料量，材料单价，平均维护费用，边际回报率，单位电力成本，产品，网络约束成本，生产吨标煤量，是否已开发标志位）；

(9)资源评价数据信息（组织编号，资源种类名称，标准煤）；

(10)技术信息（编号，种类）；

(11)技术评价数据信息（技术种类，2010year，2015year，2020year，2025year，2030year，提供产品）；

(12)情景设计外部成本数据（情景编号，成本类型，2010year，2015year，2020year，2025year，2030year）；

(13)情景设计规划目标数据（情景编号，产品类型，2010year，2015year，2020year，2025year，2030year）；

(14)基本现状信息（组织编号，组织名称，GDP，人口数量，消费总量，资源总量）；

(15)项目分解结果数据信息（组织编号，组织名称，分配份额）；

(16)规划评价结果数据信息（情景编号，年份，经济投资，提供就业岗位，减排二氧化碳量，减排二氧化硫量）；

(17)系统管理员（用户名，密码，联系方式，电子邮件）。2.2.5软硬件需求分析

通过对全校各个学院、各个教研室教师电脑使用情况的调查结果，使用电脑配置全部为128M以上内存，40G以上硬盘，操作系统均为Windows XP及以上版本，办公软件为Office 2000以上版本，浏览器为Internet Explorer 6.0以上版本。因本系统采用基于Microsoft.NET环境的C/S开发模式，用户上述软硬件情况完全可以满足访问系统的要求。

3 系统设计

3.1 系统设计目标

系统以能源开发为研究对象，以能源信息需求为基础，在新能源技术指标和数据库管理等理论指导下，依据统一规范和数据格式，以C#，.NET技术和数据库技术为支撑建立起来的。其基本目标是：

(1)建立各省市县能源现状开发信息基本数据库，实现对能源信息的统一管理；

(2)根据各省市县能源现状信息，生成饼图信息，实现对各市县能源量的对比，为规划提供数据支持；

(3)通过系统各功能模块设计，最终为新能源规划等决策提供信息支持。

3.2 设计原则

根据工作具体要求，系统设计遵循以下原则：

(1)保证数据的有效性、完整性和安全性。由于本系统关系到整个能源规划开发工作的正常运行，任何事物都可能对能源规划的最终结果造成较大的影响，因此，整个系统的正常运行，对规划工作的正常运转意义重大。为此，数据的有效性、完整性和安全性极为重要。系统应当具有较强的数据校验功能，对于隐含的数据错误能够及时发现。

图3 系统总体结构图

(2)易于管理。考虑到使用部门对计算机的掌握能力，系统设计需要简单方便，易于操作。

(3)实用性强。结合实际工作要求，尽量减少有关人员手工劳动，发挥计算机善于处理大量数据的特长，使规划人员能够很轻松的完成规划流程，得出规划结果。

3.3 系统结构设计

通过对能源规划的需求分析，采用模块化设计技术进行系统设计，以微软公司Microsoft Visual Studio 2008简体中文专业版为平台，以C#.NET技术和Access数据库为服务器端构建应用系统，系统总体结构如图3所示。

采用模块设计确定系统功能结构，模块化是将一个系统分解为若干个标准化的构建或模块，再按照一定的要求采用一定的方法组合成各种各样的集合体，以达到便于组装、更换和使用的目的。采用模块化设计能使系统性能显著提高，主要表现在灵活性增大、适应性增强、可靠性提高。在功能分析的基础上该系统主要由以下模块组成：

(1)规划输入模块。规划输入规划工作开展的前提，而规划的制定要依赖于基础数据，如省份县市信息，资源现状信息、开发现状信息、开发技术信息、开发潜力信息和情景设计信息等。

(2)数据统计模块。本模块主要是可以根据省份、市、县来统计资源等相关信息，并且可以将各县市的数据以饼图的形式进行对比，根据资源开发信息和技术评价信息生成静态成本曲线和动态成本曲线。

(3)规划评价模块。根据设定的情景模式和默认的最优经济情景生成规划评价结果：经济效益评价、环境效益评价和社会效益评价。

(4)用户自助模块。为方便系统中所有的用户对自己个人信息的管理，本模块提供给系统所有用户的个人信息查询、修改及密码修改的功能。

(5)系统维护模块。本模块提供对系统组织数据信息，资源数据信息，技术数据信息等的维护功能。

4 结论

通过区域可再生能源规划实施模型实现：

（1）资源评价：对生物质能、风能、太阳能、小水电、地热、海洋能资源进行综合评价，得到各种可再生能源总量及结构比例。

（2）开发现状评价：对当前可再生能源开发现状进行评价，得到当前各种可再生能源及技术的开发总量及结构比例。

（3）技术评价：对当前及未来各种可再生能源技术进行评价，生成各种可再生能源的成本下降率曲线。

（4）开发潜力评价：对可再生能源的开发潜力进行评价。输出未来可开发利用的各种可再生能源总量及各种可再生能源技术总量。

（5）生成动态成本曲线模型：分别生成供电、供热、供气、供油四类可再生能源动态成本曲线。

（6）对供应分析：给定不同的地区，依据单位开发成本对不同可再生能源技术的进行排序。

（7）对投资分析：给定不同的可再生能源技术，依据开发技术单位成本对不同的地区进行排序。

（8）规划情景设定：按常规情景、促进情景和最优情景，由规划人员输入给定年份的指标。

（9）规划评价：选择给定规划目标和给定规划年限，得到给定年限的各种可再生能源结构比例、各种可再生能源的投资总量、就业人口、碳减排总量及污染物减排总量。

（10）目标分解与实施：选择目标分解方式，给出不同地区的可再生能源发展总量，从而把省级规划目标分解到具体的地区和市县。

[1]吴欧密.浅谈农村能源综合建设发展对策[J].特区经济,2005,(8).

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