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TIMES(集成MARKAL-EFOM系统)模型生成器是由ETSAP(能源技术系统分析计划)开发的,该计划是国际能源署的技术合作计划。 ETSAP 是一个国际社区,利用长期能源情景进行深入的能源和环境分析。 TIMES 模型生成器结合了两种不同但互补的系统方法来建模能源:技术工程方法和经济方法。 TIMES 是一种技术丰富、自下而上的模型生成器,它使用线性编程来生成成本最低的能源系统,并根据许多用户约束在中长期时间范围内进行优化。简而言之,TIMES 用于“基于对比情景探索可能的能源未来”。
TIMES 模型涵盖从主要资源到将能源转换、运输、分配和转换为能源消费者所需的能源服务供应的流程链的所有步骤。在能源供应方面,包括燃料开采、初级和次级生产以及外源进出口。能源供应方的“代理人”就是“生产者”。通过各种能源载体,能源被输送到需求方,需求方可分为住宅、商业、农业、交通和工业部门。时代的需求部门完全灵活且适应性强。能源需求方的“代理人”就是“消费者”。这些能源“生产者”和“消费者”之间的数学、经济和工程关系是支撑 TIMES 模型的基础。
TIMES 产生的主要见解是通过情景分析获得的。首先通过在没有任何政策约束的情况下运行模型来生成参考能源情景。参考情景的这些结果通常并不完全符合国家能源预测(通过模拟未来能源需求和供应生成),主要是因为 TIMES 优化了能源系统,提供了成本最低的解决方案。然后通过对模型施加(多个中的一个)政策约束(例如可再生能源的最小份额、温室气体排放的最大量或能源安全的最低水平)来建立第二种情景,并且该模型生成不同的最低成本能源系统不同的技术和燃料选择。将结果与参考场景的结果进行比较时,可以确定以最低成本实现政策约束的不同技术选择。
一旦所有输入、约束和场景都到位,该模型将尝试求解并确定在整个时间范围内以最低成本满足能源服务需求的能源系统。它通过按地区同时做出设备投资决策和运营、一次能源供应和能源贸易决策来实现这一目标。 TIMES 假设有完美的远见,也就是说,每个时期的所有投资决策都是在充分了解未来事件的情况下做出的(模型的短视运行也是可能的)。它可以水平(跨所有部门)和垂直(跨施加限制的所有时间段)进行优化。结果将是每个时期技术和燃料的最佳组合,以及满足需求的相关排放量。该模型配置了商品(即燃料、材料和能源服务)的生产和消费及其价格;当模型将供给与需求(即能源生产者与能源消费者)相匹配时,就可以说处于均衡状态。从数学上讲,这意味着该模型最大化了生产者和消费者剩余。该模型的建立使得生产商品的价格影响对该商品的需求,而同时需求又影响该商品的价格。当没有消费者愿意购买少于 q 且没有生产者愿意以价格 p 生产多于 q 时,就称市场在价格 p 和数量 q 上达到均衡。当所有市场处于均衡状态时,总经济剩余最大化(即生产者剩余和消费者剩余之和)。主要输出TIMES是能源系统配置,它以最低成本满足终端能源服务需求,同时遵守各种约束(例如80%的排放减少、40%的可再生电力渗透率)。首先,TIMES 模型解决了这样的问题:目标是否可行?如果能源系统是可能的,那么就可以对其进行检查,成本是多少?该模型的输出是能源流量、能源商品价格、温室气体排放、技术能力、能源成本和边际减排成本。
详细文档可在 ETSAP 网站上找到:
i) 概念和理论。 ii) 综合参考手册。 iii) TIMES 代码的操作。
GitHub 上提供了演示模型。
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