近日，江蘇省應用數學（中國礦業大學）中心孫永征教授、中國安全生産科學研究院周福寶教授、複旦大學林偉教授、東南大學溫廣輝教授、意大利帕多瓦大學Sandro Azaele教授、煤炭大數據研究院馮雨博士等合作從複雜系統科學的視角提出了研究中國煤炭能源供應市場彈性的理論框架，探究了“碳中和”背景下能源脫碳政策對煤炭能源供應網絡彈性的影響。該研究成果可為“碳達峰”與“碳中和”背景下制定能源政策提供理論參考。相關成果以“Quantifying the resilience of coal energy supply in China towards carbon neutrality”為題發表在Research上，https://doi.org/10.34133/research.0398。孫永征教授為論文第一作者，周福寶教授和林偉教授為論文共同通訊作者，中國礦業大學為第一完成單位。該研究成果獲國家自然科學基金資助。
中國主要煤炭産區的煤炭市場網絡
面對全球氣候變暖與環境污染挑戰，中國作為煤炭消費大國，正積極推動能源供應結構轉型，以實現“碳達峰”及“碳中和”目标。中國能源供應長期依賴煤炭，煤炭的穩定供應是中國能源安全的基石。目前的研究更多地關注可再生能源的使用對碳排放的影響，以及外部因素與碳排放之間的關系，缺乏能源脫碳政策對能源市場本身彈性影響的整體認知；同時，現有研究大多将煤炭能源市場視為一個整體，而忽略了煤炭能源企業之間複雜的競争與合作關系，缺乏從複雜性科學和網絡科學視角對煤炭能源市場彈性的系統性研究。
論文從網絡科學視角，提出了煤炭能源網絡彈性分析的理論框架，定量研究了“碳中和”背景下能源脫碳政策對中國煤炭供應市場彈性的影響。該研究基于中國各煤炭企業和電廠之間的真實交易數據，将每個煤炭企業抽象為節點，并考慮向同一電廠供煤的煤炭企業之間的競争關系，構建了中國煤炭能源供應市場網絡(如圖)，建立描述煤炭市場網絡演化動力學的數學模型。
論文利用降維方法，将複雜的高維網絡動力系統降維為低維動力系統。對降維後的系統分析能夠有效地捕獲原始高維系統的彈性變化，從而對能源供應市場的彈性進行量化研究。論文分析了關閉小煤礦的能源供應脫碳政策、煤炭企業和熱電廠間煤炭合同取消等真實擾動以及中國煤礦企業分布的模塊化等結構特征對煤炭供應市場彈性的影響。研究發現關閉小型煤礦不僅能夠降低煤炭安全生産事故發生的風險，還能提高煤炭市場彈性，從理論角度驗證了我國現有煤炭調控措施的有效性。論文提出了鼓勵電廠與煤炭企業建立長期合同、減少跨省煤炭交易和逐步降低煤炭供應等多種政策建議以确保在維持能源供應穩定的前提下，逐漸實現能源脫碳目标。
論文首次從複雜系統科學的視角研究了碳中和背景下中國煤炭能源供應市場的彈性。該研究為理解和分析能源供應市場彈性提供了新的視角。所提出的方法具有很好的通用性與擴展性，有望應用于其它能源市場，以進一步探索不同能源市場的普遍規律，對未來碳達峰與碳中和目标下能源安全和碳排放調控提供有力的理論支撐。
近年來，孫永征教授在網絡動力學領域取得了系列研究成果，在《Physical Review Letters》、《SIAM Journal on Applied Mathematics》、《IEEE TAC》等數學、物理及控制領域國際學術期刊發表SCI檢索論文60餘篇，承擔國家自然科學基金和企業委托課題10餘項。
《Research》由中國科協和美國科學促進會共同打造高水平綜合性科技期刊，是《Science》自1880年創建以來第一本合作期刊。通過《Science》的高影響力國際化傳播平台和豐富的國際化高端學術資源，期刊的國際知名度和影響力在快速提升，2023年影響因子8.5,中科院綜合性期刊一區。
作者：尹相鑫 張譯文
審核：孫永征 程婷婷