【GAMS實(shí)際案例】使用 GAMS 為歐盟建模交通碳強(qiáng)度目標(biāo)

時(shí)間：2023-04-04作者：北京友萬(wàn)信息科技有限公司瀏覽：149

GAMS為“General Algebraic Modeling Systems”的縮寫，透過簡(jiǎn)單的操作模式，GAMS排除了許多技術(shù)性問題，讓用戶能專心于模塊的建立。其語(yǔ)言編輯器近似于其他常用的程序語(yǔ)言，讓多的使用者能受惠于GAMS。在使用過程中，運(yùn)算數(shù)據(jù)可以經(jīng)由常用的表格加載、清晰的模塊架構(gòu)讓用戶可以隨時(shí)重用之前撰寫的模塊，進(jìn)行代數(shù)符號(hào)的修改。GAMS亦可以對(duì)包含時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)模塊進(jìn)行運(yùn)算。通用代數(shù)建模系統(tǒng)(GAMS)是特別為建模線性,非線性和混合整數(shù)優(yōu)化問題而設(shè)計(jì)的.本系統(tǒng)對(duì)于大型的,復(fù)雜的問題特別有幫助.GAMS可以運(yùn)行在個(gè)人計(jì)算機(jī)、工作站、大型機(jī)和級(jí)計(jì)算機(jī)上。




GAMS實(shí)際案例

背景

清潔交通 (ICCT) 是一個(gè)非營(yíng)利組織，幫助和政策者做出正確的決定，以減少所有交通方式的空氣污染和燃料消耗?？紤]到交通部門的復(fù)雜性，如果可以使用整個(gè)部門的復(fù)雜、集成模型使用一致的規(guī)則集來模擬政策選項(xiàng)，政策者只能做出明智的決定。GAMS 等代數(shù)建模語(yǔ)言 (AML) 已被證明是開發(fā)此類模型的有用工具。對(duì)于歐盟發(fā)起的交通部門脫碳項(xiàng)目，ICCT 要求 GAMS 開發(fā)、測(cè)試和運(yùn)行歐盟交通部門的部分均衡模型，包括輕型車輛、重型車輛和代表的航空部門。該模型的目的是測(cè)試幾種政策情景，包括重疊的溫室氣體 (GHG) 減排目標(biāo)、資格上限和其他優(yōu)惠待遇。在 GAMS 中，我們可以同時(shí)應(yīng)用所有這些約束集并求解模型以衡量市場(chǎng)對(duì)這些政策的反應(yīng)。這項(xiàng)工作的結(jié)果饋入歐盟 關(guān)于氣候變化的“綠色協(xié)議”計(jì)劃，目標(biāo)是到 2030 年將溫室氣體排放量減少 55%，到 2050 年實(shí)現(xiàn)氣候中和。以下文本以濃縮格式總結(jié)了研究的某些方面。

考慮的政策情景

總共考慮了 10 個(gè)政策情景，這些情景是與 ICCT 的研究人員合作開發(fā)的。每個(gè)場(chǎng)景代表以下組合：

●溫室氣體減排目標(biāo)或可再生能源指令

●限制以食品和飼料為基礎(chǔ)的生物燃料

●的生物燃料授權(quán)

●非生物來源的可再生燃料 (RFNBO)

●可持續(xù)航空燃料 (SAF) 規(guī)定

●航空電子燃料規(guī)定

●預(yù)計(jì)電動(dòng)汽車年增長(zhǎng)率

●限制使用某些中間作物（如大豆或玉米）生產(chǎn)生物燃料

場(chǎng)景參數(shù)總結(jié)如下：




該模型

該模型被為靜態(tài)局部平衡模型，使用多個(gè)代理。這些代理中的每一個(gè)都充當(dāng)成本小化器，同時(shí)遵守一組擬議的政策目標(biāo)：

消費(fèi)者代理為輕型車輛或采用不同發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)（汽油、柴油、電力、氫燃料或壓縮氣）的重型車輛做出購(gòu)買決策。

消費(fèi)者代理做出有關(guān)要購(gòu)買的混合燃料的購(gòu)買決定。

攪拌機(jī)代理，負(fù)責(zé)向消費(fèi)者代理提供燃料，滿足政策要求。設(shè)向攪拌機(jī)供應(yīng)的混合料符合等彈供應(yīng)曲線。

關(guān)于擴(kuò)展數(shù)學(xué)規(guī)劃（EMP）

平衡問題的實(shí)現(xiàn)可能很繁瑣，但GAMS作為的代數(shù)建模語(yǔ)言，提供了“擴(kuò)展數(shù)學(xué)規(guī)劃”（EMP）擴(kuò)展，并為這些問題提供了特殊支持。EMP可以將單個(gè)代理實(shí)現(xiàn)為單獨(dú)的子問題，然后將其自動(dòng)重新為可由商業(yè)求解器有效解決的格式。這種重新配方技術(shù)的真正威力在于，它能夠進(jìn)行模型再開發(fā)，而不需要考慮與重新配方調(diào)試驗(yàn)證周期相關(guān)的必要工作人員時(shí)間。如果有必要進(jìn)行后期改，這種重新開發(fā)的周期可能會(huì)很快變得勢(shì)不可擋，這是一個(gè)旨在為不斷演變的政策對(duì)話提供的項(xiàng)目所固有的。

結(jié)果

圖 1 總結(jié)了用于滿足每種情景的政策要求的燃料類型。情景之間的一些差異正如預(yù)期的那樣，例如，當(dāng)溫室氣體目標(biāo)降低時(shí)，可再生能源總量較低（情景 2），當(dāng)基于食物的上限設(shè)置為 0% 時(shí)，沒有基于食物的生物燃料（情景 3） 、4 和 10）。一個(gè)顯著的結(jié)果是，在大多數(shù)情況下，大量的中間作物生物燃料不受基于食物的生物燃料上限的限制。當(dāng)政策變得加雄心勃勃時(shí)，例如將能源指令水平從情景 8 提高到情景 9，中間作物生物燃料將填補(bǔ)可再生燃料總需求增長(zhǎng)的大部分。特別是，我們發(fā)現(xiàn)大豆加氫植物油 (HVO) 的含量大幅增加。簡(jiǎn)單地降低目標(biāo)水平，例如從場(chǎng)景 1 到 2，大幅減少中間作物生物燃料的使用量。我們發(fā)現(xiàn)，一旦子任務(wù)和上限得到遵守，中間作物是實(shí)現(xiàn)溫室氣體目標(biāo)或可再生能源任務(wù)的便宜的合規(guī)選擇。







問題在于，大多數(shù)中間作物都是主要商品作物，它們?cè)谏锶剂现械氖褂妙A(yù)計(jì)會(huì)導(dǎo)致間接土地利用變化 (ILUC)，就像以糧食為基礎(chǔ)的生物燃料一樣。當(dāng)我們考慮 ILUC 排放時(shí)，中間作物大豆生物燃料產(chǎn)生的非常高的溫室氣體排放總量顯著減損了整個(gè)政策的溫室氣體減排。我們可以在表 2 中看到這一點(diǎn)，該表顯示了每種情景的溫室氣體減排總量，以及碳減排的平均成本、溫室氣體信用價(jià)格以及可再生能源在公路和航空領(lǐng)域的總份額。




這項(xiàng)研究的一個(gè)重要發(fā)現(xiàn)是，溫室氣體排放目標(biāo)比可再生能源指令產(chǎn)生的溫室氣體減排量要大得多。情景 8 代表了 26% 的可再生能源授權(quán)，導(dǎo)致可再生燃料總量與情景 1 相似，但僅提供了總體溫室氣體減排量的三分之一左右。因此，情景 8 的碳減排成本大約是情景 1 的三倍。與可再生能源授權(quán)相比，溫室氣體目標(biāo)似乎也是實(shí)現(xiàn)氣候減緩的一種具成本效益的手段。

可再生燃料政策很復(fù)雜，政策變化的影響并不總是直觀的。如此處所示，定量建模可以成為一種有用的工具，可以客觀地分析指南變化帶來的廣泛影響，并允許決策者做出明智的決定。


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