《能源资源系统工程理论方法及应用》以系统论思想为基础，从能源资源潜力评估、开发/转换、运输、存储、利用全过程管理视角出发，融合系统工程前沿理论方法，评估能源资源开发利用潜力，考虑“供—输—储—用”子系统以及政策间关联关系，提出能源资源的开发布局、传输和存储决策方法，分析能源利用的驱动因素。进而，研究能源资源系统对经济环境的影响、可再生能源开发利用绩效、能源政策的实施和改革效果。《能源资源系统工程理论方法及应用》有助于完善能源资源全过程管理的模型与方法体系，促进能源资源的合理开发利用，有助于“双碳”目标下我国新型能源体系的构建。《能源资源系统工程理论方法及应用》采用“理论方法+应用案例”架构，融合管理科学、工程、经济、系统工程等多学科领域前沿方法，融入团队的*新研究成果，对能源资源管理具有重要的学术和应用价值。

第1章绪论
　　1.1系统
　　1.1.1系统的概念
　　系统工程的研究对象是组织化的大规模复杂系统。系统作为系统理论、系统工程和整个系统科学的基本研究对象，需要被正确理解和深刻认识。系统是由两个及以上有机联系、相互作用的要素所组成的，具有特定功能、结构和环境的整体。该定义有以下四个要点（汪应洛，2016）。
　　（1）系统及其要素。系统是由两个及以上要素组成的整体，构成这个整体的各个要素可以是单个事物（元素），也可以是一群事物组成的分系统、子系统等。系统与其构成要素是一组相对的概念，取决于所研究的具体对象及其范围。
　　（2）系统和环境。任一系统又是它所从属的一个更大系统（环境或超系统）的组成部分，并与其相互作用，保持较为密切的输人输出关系。系统连同其环境超系统一起形成系统总体。系统与环境也是两个相对的概念。
　　（3）系统的结构。构成系统的诸要素之间存在着一定的有机联系，这样在系统的内部就形成一定的结构和秩序。结构即组成系统的诸要素之间相互关联的方式。
　　（4）系统的功能。任何系统都应有其存在的作用与价值，有其运作的具体目的，即都有其特定的功能。系统功能的实现受到其环境和结构的影响。
　　1.1.2系统的一般属性
　　（1）整体性。整体性是系统*基本、*核心的特性，是系统性*集中的体现，具有相对*立功能的系统要素以及要素间的相互关联，根据系统功能依存性和逻辑统一性的要求，协调存在于系统整体之中。系统的构成要素和要素的机能、要素的相互联系和作用要服从系统整体的目的与功能，在整体功能的基础上展开各要素及相互之间的活动，这种活动的总和形成了系统整体的有机行为。在一个系统整体中，即使每个要素并不是完善的，但它们也可以协调、综合成为具有良好功能的系统；反之，即使每个要素都是良好的，但作为整体却不具备某种良好的功能，也就不能称之为完善的系统。任何一个要素不能离开整体去研究，要素间的联系和作用也不能脱离整体的协调去考虑。
　　（2）关联性。构成系统的要素是相互联系、相互作用的。同时，所有要素均
　　隶属于系统整体，并具有互动关系。关联性表明了这些联系或关系的特性，并且形成了系统结构问题的基础。
　　（3）环境适应性。系统的开放性及环境影响的重要性是当今系统问题的新特征，且日益引起人们的关注。任何一个系统都存在于一定的环境之中，并与环境产生物质、能量和信息的交流。环境的变化必然会引起系统功能及结构的变化。系统必须*先适应环境的变化，并在此基础上使环境得到持续改善。管理系统的环境适应性要求更高，通常应区分不同的环境类型（技术环境、经济环境、社会环境等）和不同的环境域（外部环境、内部环境等）。
　　除以上三个基本属性之外（汪应洛，2016），很多系统还具有目的性、层次性等特征。根据系统的属性，可以归纳出若干系统的思想或观点。比如，结合系统的整体性和目的性，可以归纳出整体*优的思想。
　　1.1.3系统的类型
　　了解各类系统的性质，对于深人探索和分析实际工作中的系统工程项目至关重要。下面将简单介绍自然系统和人造系统、实体系统和概念系统、动态系统和静态系统以及封闭系统和开放系统，旨在提供一种全面的视角以理解系统的复杂性和多样性。
　　自然系统和人造系统代表了两种根本不同的系统类别。自然系统，如海洋和矿藏系统，由自然界的元素如动植物、矿物和水资源等自然形成。相反，人造系统，如生产和管理系统，是出于特定目标而通过人类的努力构建的。实践中，大多数系统呈现为自然系统和人造系统的混合，体现了系统工程从自然系统的角度探索和研究人造系统的趋势。
　　实体系统和概念系统的区分基于系统的构成要素。实体系统由物理实体，如矿物、生物、机械和人群组成，而概念系统则包含了理论、原则、方法和程序等非物质概念性要素。这两类系统在现实生活中常常交织在一起，实体系统为概念系统提供物质基础，而概念系统则指导或服务于实体系统。系统工程主要研究的是这两类系统的综合体。
　　系统可根据其状态随时间的变化性质划分为动态系统和静态系统。动态系统的状态随时间变化，而静态系统则不涉及时间变量，可视为动态系统的一种特例，即处于稳定状态的系统。虽然大多数系统本质上是动态的，但由于动态系统内部参数间相互作用极其复杂，有时为了简化分析，会将系统视为静态或近似稳态。
　　根据系统与其环境之间交换物质、能量和信息的能力，系统可以分为封闭系统和开放系统。封闭系统与外界环境隔绝，不发生任何形式的交换。相对地，开放系统通过与环境的交互来适应环境变化，保持其相对稳定并追求发展，通常具备自适应和自调节的特性。系统工程关注的是具有特定输人和输出的、相对*立的系统。
　　1.2系统工程的概念与特点
　　1.2.1系统工程的概念
　　钱学森、许国志、王寿云于1978年9月27日在《文汇报》发表的文章《组织管理的技术一系统工程》标志着系统工程在中国的正式落地和发展起步，因此，1978年被誉为“中国系统工程元年”。这篇文章决定了系统工程在中国的定位与格局，文章的题目就可以作为系统工程的定义。定义一：组织管理的技术一系统工程。这个定义足够简练。比较详细的定义可以采用这篇文章中的一段话，将其作为定义一。定义二：系统工程是组织管理系统的规划、研究设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。两个定义既是一致的，也是有区别的。定义一说的是“技术”，定义二说的是“具有普遍意义的科学方法”。两个定义共同的关键词是“组织管理”，这一点十分重要且具有中国特色，明显区别于此前美国和其他国家学术界对系统工程的定义。
　　《美国科学技术辞典》（1975年）：系统工程是研究由许多密切联系的要素组成的复杂系统的设计科学。《日本工业标准》（1967年）：系统工程是为了更好地达到系统目标而对系统的组成要素、组织结构、信息流动和控制机理等进行分析与设计的技术。《不列颠百科全书》（1974年）：系统工程是一门把已有学科分支中的知识有效地组合起来用以解决综合性的工程问题的技术。《苏联大百科全书》（1976年）：系统工程是一门研究复杂系统的设计、建立、试验和运行的科学技术。
　　钱学森等提出的定义与国际上的系统工程定义有所不同。国际定义通常集中于工程和科学方法的应用，而中国的定义则强调了组织管理的特色，显示了中国系统工程定义的*特性和针对性。这种差异体现了中国系统工程重视管理学原理，特别是在计划、组织、指挥、协调、控制、决策等方面的应用，凸显了系统工程在中国发展的*特路径。
　　钱学森等的文章还强调了系统工程的广泛适用性，认为各行各业都可以成为系统工程的应用领域。这种观点与中国的文化背景和社会实践紧密相连，体现了“人人都是管理者”的理念，即每个人都在其领域内进行某种形式的系统管理，无论是家庭主妇管理家庭，还是幼儿园的孩子管理玩具。这种普及性的观念促进了系统工程作为一种重要科学方法论在中国的普及和应用。
　　系统工程在中国的发展，得到了党和国家*高领导人、从中央到地方的各级
　　领导干部的支持与推动。他们把改革开放和社会主义市场经济建设中的许多重大课题和难题都归为系统工程问题，并寄希望于系统工程来帮助解决，因此经常说“XX问题是一个系统工程问题”。这种现象可以表述为下面的命题：系统工程是一种具有普遍意义的科学方法论，即用系统的观点来考虑问题（尤其是复杂系统的组织管理问题），用工程的方法来研究和求解问题。
　　综上所述，系统工程在中国，不仅是技术、方法，也是一种具有普遍意义的科学方法论。系统工程不同于其他传统的工程技术，它是一大类新的工程技术，是定性研究与定量研究相结合（尤其强调从定性到定量综合集成）、注重整体优化的研究问题和解决问题的科学方法。因而，它与机械工程、电子工程、水利工程等其他工程学科的性质不尽相同。其他工程学科都有其特定的工程物质对象（实体系统），系统工程则不然，任何一种实体系统和概念系统的组织管理问题都能成为它的研究对象，包括社会经济系统、科学研究系统、军事指挥系统等（孙东川等，2019）。
　　1.2.2系统工程的特点
　　系统工程，作为一种先进的工程技术学科，区别于传统的机械工程、电子工程、水利工程等领域，拥有其*特的研究对象和方法论。它不仅涵盖了物质系统的研究，还广泛应用于自然系统、社会经济系统、经营管理系统、军事指挥系统等非物质系统的研究。系统工程的主要任务是处理信息，为决策提供科学依据，因此，被许多学者认为属于软科学领域。它在自然科学和社会科学之间搭建了一座桥梁，利用现代数学方法和计算机技术为社会科学的量化、模型构建、模拟和优化提供了强有力的工具，同时也促进了自然科学和社会科学研究人员之间的合作。
　　钱学森提出的现代科学技术体系结构，将系统工程定位为基础科学和工程技术之间的桥梁，并将其进一步细化为系统科学，包含了系统工程技术和理论方法，如运筹学和大系统理论等。系统工程作为一门跨学科领域，依托运筹学、系统理论、管理科学等学科的基础，专注于解决大规模复杂系统问题。其理论基础融合了一般系统论、大系统理论、经济控制论等领域的知识，形成了一个具有广泛理论和方法论基础的学科，同时注重实际应用。
　　在应用系统工程方法分析和解决实际问题时，需要采取系统的观点，追求总体*优和平衡协调，综合运用各种方法和技术，以及强调问题导向和反馈控制。这些原则不仅体现了系统工程方法的科学性，还要求其具备艺术性，强调跨领域、跨学科的理论和技术集成，以及定性和定量分析的有机结合。
　　系统工程作为开发、改造和管理大规模复杂系统的一般方法，与各类专门的工程学（如机械工程、电气工程等）相比，有许多明显的差异，显示出相应的特征，主要有：①系统工程一般采用先决定整体框架，后进人内部详细设计的程序；②系统工程试图通过将构成事物的要素加以适当配置来提高整体功能；③系统工程属于软科学。
　　总体来看，系统工程方法具有如下比较明显的特点及相应的要求：科学性与艺术性兼容，这与系统工程主要作为组织管理的方法论和基本方法，在逻辑上是一致的；多领域、多学科的理论、方法与技术的集成；定性分析与定量分析有机结合；需要各有关方面（人员、组织等）的协作。
　　1.3能源资源系统工程
　　1.3.1能源资源系统
　　关于能源，不同的工具书对此有不同的定义。例如，《不列颠百科全书》定义为“能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量”。《中国大百科全书（机械工程卷）》将能源定义为“能源亦称能量资源或能源资源，是国民经济的重要物质基础，未来国家命运取决于能源的掌控。能源的开发和有效利用程度以及人均消费量是生产技术和生活水平的重要标志”。《科学技术百科全书》将其定义为“能源是可以从其获得热、光和动力之类能量的资源”。从这些不同定义中可以发现，能源是一种多形式、可相互转换的能量的源泉，是存在于自然界中，能为人类提供某种形式能量的物质资源。这种能源资源既包括已采出来、可供使用的自然资源，也包括经过加工或转换后的能量来源。尚未开采出的能量资源只称为资源，不列人能源范畴。
　　一次能源与二次能源：自然界现成存在、可直接取得而又不改变其基本形态的能源称为一次能源，或称初级能源；由一次能源经过加工转换成另一种形态的能源产品为二次能源，也称为次级能源。
　　常规能源与新能源：在一定历史时期和科学技术水平下，已经被人们广泛应用的能源，称为常规能源；常规能源之外的，采用新技术加以开发利用的能源称为新能源。
　　可再生能源与非再生能源：在自然界中可以不断再生并有规律地得到补充的能源，称为可再生能源；经过亿万年形成的、短期内无法恢复的能源，称为非再生能源，随着大规模开采，其储量越来越少，总有枯竭之时。
　　能源资源系统是指人类生产生活过程中包括能源开发、能源加工、能源转换等各个环节的大系统，如

目录
第1章 绪论 1
1.1 系统 1
1.2 系统工程的概念与特点 3
1.3 能源资源系统工程 5
1.4 本书研究内容与特色 13
参考文献 16
第2章 随机森林算法与光伏发电潜力评估 17
2.1 随机森林算法 17
2.2 中国地级市光伏发电潜力评估 18
2.3 本章小结 31
参考文献 31
第3章 随机规划模型与氢能布局优化 34
3.1 随机规划简介 34
3.2 基本模型 35
3.3 模型的改进 37
3.4 随机模型求解方法 38
3.5 不确定性需求下氢能布局的随机优化 44
3.6 本章小结 54
参考文献 55
第4章 多目标优化模型与输电线路布局优化 59
4.1 多目标优化模型简介 59
4.2 基本模型 60
4.3 模型的改进 61
4.4 多目标模型求解方法 62
4.5 中国输电线路布局多目标优化 74
4.6 结果和分析 83
4.7 本章小结 92
参考文献 93
第5章 双层规划模型与储能容量配置优化 97
5.1 双层规划简介 97
5.2 基本模型 97
5.3 模型的改进 98
5.4 双层规划求解方法 100
5.5 中国储能容量配置双层规划 110
5.6 结果与分析 117
5.7 本章小结 120
参考文献 120
第6章 结构分解分析与能源利用的驱动因素 124
6.1 分解分析简介 124
6.2 基本模型 124
6.3 加性SDA与能源利用总量变化的驱动因素研究 126
6.4 乘性SDA与共建“一带一路”国家能源利用强度变化
的驱动因素研究 135
6.5 本章小结 149
参考文献 150
第7章 环境投入产出模型与碳排放影响 154
7.1 投入产出模型简介 154
7.2 投入产出基本模型 156
7.3 环境扩展投入产出模型 160
7.4 中国家庭收入变化对碳排放的影响 163
7.5 本章小结 172
参考文献 173
第8章 ANP及可再生能源开发利用绩效评价 177
8.1 评价方法概述 177
8.2 基本概念 178
8.3 ANP法的结构特征 179
8.4 ANP法评估步骤 180
8.5 可再生能源开发利用绩效ANP 评价 183
8.6 本章小结 193
参考文献 194
第9章 博弈模型及可再生能源开发利用政策研究 196
9.1 博弈论概述 196
9.2 非合作博弈与合作博弈 197
9.3 演化博弈 203
9.4 绿证交易中三方演化博弈模型 210
9.5 本章小结 230
参考文献 231
第10章 复杂系统仿真模型及能源价格政策改革模拟评估研究 234
10.1 复杂系统仿真模型概述 234
10.2 多智能体建模与仿真 242
10.3 系统动力学仿真 247
10.4 天然气阶梯定价政策改革模拟与评估研究 256
10.5 本章小结 269
参考文献 269
附录 274
彩图