生经态环 济境 系系 统统
森林、草场、河湖、 土地、大气、矿物资源…
水 资 源
污 染 、 补 偿 生 态 环 境 用 水
2 耦合系统互动关系量化模型
经济—能源安全耦合系统模型建模方法
将经济安全系统模型和能源安全系统模型放在一起，进行 耦合计算。其基本思路是：逐个箱体（计算单元）采用子 模型循环迭代，直至误差小于某一预定值，终止迭代。
M i M Pi M Ii M Ai
经济能源安全耦合模型培训课件(ppt6 5页)
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（3）经济系统模型与能源系统模型的耦合 从以上模型方程可以看出：
（1）在经济社会指标作因变量的动力学方程中，自变量含 能源、经济指标（如能源利用量等）；
（2）在经济社会活动对能源系统影响的中间变量方程中， 表达了能源消耗因素。这些中间变量又是能源—经济系统 模型的自变量。
经济——能源安全耦合 模型项目论证
经济安全与能源安全
主要内容
1
能源安全
2
经济—能源安全耦合系统模型
3
量化准则及量化指标体系
4
量化方法
5
应用实例
能源安全
1 能源安全的概念及由来
2 经济—能源安全耦合系统模型
经济—能源安全耦合系统 在经济—能源安全耦合系统中，各部分的功能
与关系如下： （1）经济系统和能源系统是一国经济—社会系统
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耦合计算与说明 耦合计算的基本思路：
利用计算机强大的计算功能，从t0时刻开始，采用逐 个模型循环迭代计算，直至误差小于某一预定值，终止 迭代，完成t0+1时刻计算，得到t0+1时刻状态变量计算结 果。再按照同样方法，计算下一时刻结果。直至到目标 时刻t终止。
（4）在经济—能源复合系统中，任一个子系统出现问题都 会危机到其他子系统的发展，而且问题会通过反馈作用加 以放大和扩展，最终导致整个大系统的衰退。
经济—能源安全耦合系统关系图
经社济会—经社济会系系统统
人口
工 程 基 础 资 源 、 环 境
水 文 基 础
社会
经济
水资源系统 水资 能源源配供置给系系 统统 水资 能源 源循生环成系系 统统
赖以存在和发展的物质基础，其为经济社会发 展提供持续不断的自然能源。
（2）经济—社会系统在发展的同时，通过消耗能源，降低 经济系统和能源系统的承载能力。
（3）能源系统在经济—社会系统和经济系统之间起到纽带 作用。从能源利用的可持续性上能够直接反映出“人与自 然”的协调关系。能源的可持续利用必须同经济社会的发 展和经济保护相结合。
农业总产值：YA
dYA dt
YA k2 (t)
YA tt0 YA0 （初始条件）
YA minQWA aA (t) , AA cA (t) （能源对农业增长的约束）
式中， YA —农业总产值；k2 (t) —t时段农业增长率（减小率 为源负量）；a；A (Yt)A0——t时t0 时段刻农的业农万业元总产产值值利；用Q能WA源—量农；A业A —可耕利地用面能 积；cA (t) —t时段单位耕地面积的产值。
耦合系统动力学模型（SEWED）
（1）经济社会指标作为因变量的动力学方程
人口：P
dP dt
P[r1 (t )
r2
(t)Βιβλιοθήκη r3 (t)r4(t)]
P t t0
P0
(初始条件）
P
min QWP
aP (t)（, WG
WG入
WG出） bP
(t) , PP
(t), Et
（在预定生活水平下（如小康水平、中等发达水平等）， 对人口的约束）
式中，P—人口总数；t—时间变量（ t=1，2，
3，…）；r1(t)—t时段出生率； r2 —(t)t时段死亡率； r—3 (tt)时 段迁入率； —r4 (tt时) 段迁出率； — P时0 刻的t0人口总 数；QW—P 生活可利用能源量； aP—(t)t时段预定生活水平下 的人均最小需水量； —WG粮食产量； —W从G入外区域调入的 粮食总量； —W向G出外区域调出的粮食总量； —tb时P (段t) 预定 生活水平下的人均粮食最低标准； —人口P政P (策t) 约束指 标； —人均生Et活耗能约束指标。
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工业
dM Ii dt
YI
eIi
(t)
M' Ii
（能源的消耗）
式中，
M
I
—第i种能源用于工业消耗量；e
i
I
i
(t )—t时段万元
工业产值消耗能源量；M 源为0）；
' Ii
—能源可再生量（不可再生能
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农业
dM Ai dt
YA
e Ai
(t)
M
' Ai
（能源的消耗）
式元能中农源，业为M产0）A值i —；消第耗i种能能源源量用；M于A'农i —业能消源耗可量再；生eAi 量(t)（—不t时可段再万生
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综合以上方程式，得到能源消耗总量方程为：
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（2）经济社会活动对能源系统影响的中间变量 人口
dM Pi dt
P
ePi
(t)
M
' Pi
（能源的消耗）
式段为中人0），均M；消Pi 耗—能第源i种量能；M源P'i用—于能人源的可生再活生消量耗（量不；e可Pi (再t)生—能t时源
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工业总产值：YI
dYI dt
YI k1 (t)
YI tt0 YI 0 （初始约束）
YI QWI aI (t) （能源对工业增长的约束）
式中， YI —工业总产值；k1(t)—t时段工业增长率（减小
率为负）； 用能源量；a
YI 0 I (t)
—
t0
时刻的工业总产值；
QW
—工业可利
I
—t时段工业万元产值利用能源量。
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需要说明的是：
① 针对具体区域，选择的主要量化指标各异，需要具体 对待，但相应的动力学方程基本形式相似；
② 模型参数的获得有多种途径，比如，预先人为确定、 其他方程推算、系统识别等；
③ 微分方程模型的计算有多种途径，一种是针对简单的 微分方程，可以采用精确解计算；一种是采用数值方 法近似计算。