黨的二十大報(bào)告指出，要積極穩(wěn)妥推進(jìn)碳達(dá)峰碳中和，實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和是一場(chǎng)廣泛而深刻的經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)性變革。北京大學(xué)深入貫徹新發(fā)展理念，于2022年設(shè)立北京大學(xué)必和必拓“碳與氣候”博士研究生未名學(xué)者獎(jiǎng)學(xué)金。該獎(jiǎng)項(xiàng)由澳大利亞必和必拓公司（BHP）捐資，旨在資助北京大學(xué)科研能力突出、研究工作富有創(chuàng)新性的優(yōu)秀博士研究生從事碳與氣候相關(guān)研究。希望此項(xiàng)榮譽(yù)能夠激勵(lì)北大學(xué)子肩負(fù)起應(yīng)對(duì)全球氣候變化的使命，積極探索未知世界，開展高水平學(xué)術(shù)研究，在“碳與氣候”相關(guān)領(lǐng)域發(fā)出青年聲音，產(chǎn)出創(chuàng)新成果，為建成人與自然和諧共生的現(xiàn)代化作出突破性貢獻(xiàn)。
金瑞楊，北京大學(xué)工學(xué)院管理科學(xué)與工程專業(yè)2019級(jí)博士研究生，師從宋潔教授，研究方向?yàn)榈吞寄茉聪到y(tǒng)、電力系統(tǒng)優(yōu)化。博士期間獲得北京大學(xué)校長(zhǎng)獎(jiǎng)學(xué)金、2020年中國(guó)工業(yè)工程與精益管理創(chuàng)新大賽特等獎(jiǎng)、2021年度中國(guó)科協(xié)高端科技創(chuàng)新智庫(kù)青年項(xiàng)目、2022年日內(nèi)瓦國(guó)際發(fā)明特別展金獎(jiǎng)、2022年北京大學(xué)工學(xué)院“學(xué)術(shù)十杰”等榮譽(yù)，是2022年北京大學(xué)必和必拓“碳與氣候”博士研究生未名學(xué)者獎(jiǎng)學(xué)金獲得者。
在科學(xué)上沒(méi)有平坦的大道，只有不畏勞苦沿著陡峭山路攀登的人，才有希望達(dá)到光輝的頂點(diǎn)。
——馬克思
管理科學(xué)如何助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)
我的專業(yè)管理科學(xué)（Management Science）是一類古老又現(xiàn)代的科學(xué)，從人類社會(huì)出現(xiàn)開始便有了管理問(wèn)題和管理實(shí)踐，直到如今管理科學(xué)在新的時(shí)代背景下仍然在融合發(fā)展，形成了新的管理科學(xué)體系與方法。管理科學(xué)的核心是決策優(yōu)化，這種學(xué)科特征使得其對(duì)于現(xiàn)代社會(huì)的快速發(fā)展具有重要意義。
管理科學(xué)是簡(jiǎn)單的。剝離開現(xiàn)實(shí)世界錯(cuò)綜復(fù)雜的存在與關(guān)聯(lián)，模型是一種對(duì)世界復(fù)雜性的妥協(xié)與簡(jiǎn)化，同時(shí)也是人類描述與解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的強(qiáng)大工具。它使得人類面臨巨大、復(fù)雜、具有不確定性的工程問(wèn)題時(shí)，將其在數(shù)學(xué)上簡(jiǎn)化為一個(gè)目標(biāo)與一系列約束成為可能。
管理科學(xué)也是復(fù)雜的。對(duì)現(xiàn)實(shí)中的工程問(wèn)題進(jìn)行建模需要多種學(xué)科知識(shí)交叉融合：各種物理、化學(xué)、生物現(xiàn)象都要根據(jù)其自然原理，舍棄掉一部分真實(shí)性與精確性進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)；建立得到的決策問(wèn)題又需要數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、控制等學(xué)科知識(shí)進(jìn)行優(yōu)化求解。
我國(guó)已經(jīng)明確在2030年前碳達(dá)峰、2060年前碳中和的戰(zhàn)略目標(biāo)，這個(gè)目標(biāo)要求堅(jiān)持全國(guó)一盤棋，強(qiáng)化頂層設(shè)計(jì)和各方統(tǒng)籌，加強(qiáng)政策的系統(tǒng)性、協(xié)同性。
管理科學(xué)是優(yōu)化我國(guó)碳排放結(jié)構(gòu)、促進(jìn)降碳去碳的重要工具。碳中和需要從碳的排放和碳的固定入手。就前者而言，一方面是“減少碳排放”的需求，另一方面是“能源的生產(chǎn)與消耗、工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程、人類社會(huì)生活等活動(dòng)都伴隨著碳排放”這一現(xiàn)實(shí)，因此，需要系統(tǒng)地對(duì)各種碳排放進(jìn)行衡量與優(yōu)化。要達(dá)到這個(gè)目的，就需要對(duì)碳排放過(guò)程進(jìn)行建模，建立考慮多個(gè)目標(biāo)與約束的系統(tǒng)優(yōu)化問(wèn)題，進(jìn)而為我國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供優(yōu)化決策。
金瑞楊所在宋潔教授課題組的部分成員
項(xiàng)目突破口：分布式的低碳能源系統(tǒng)
我國(guó)主要能源供給來(lái)自煤炭，有超過(guò)50%的煤炭用于發(fā)電。在我國(guó)約100億噸的碳排放總量中，發(fā)電與供熱碳排放就占了45%左右。構(gòu)建新型電力能源系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)低碳能源系統(tǒng)的重要組成部分，降低碳排放的過(guò)程實(shí)際上也是逐步降低煤炭發(fā)電比例的過(guò)程。
“雙碳”目標(biāo)對(duì)于未來(lái)電力與能源系統(tǒng)提出了新的要求，也將引領(lǐng)電力與能源系統(tǒng)發(fā)展出新的形態(tài)。分布式的、集群的多目標(biāo)系統(tǒng)取代部分傳統(tǒng)的大規(guī)模單一能源系統(tǒng)是未來(lái)能源系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。
在大范圍尺度上，降低碳排放需要引入更多如風(fēng)、光等可再生發(fā)電資源。這些可再生能源一般具有時(shí)間上的間斷性、出力上的隨機(jī)性和空間上的分散性。電力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)平衡使得可再生能源電力不穩(wěn)定的特征可能對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊。因此，電力系統(tǒng)仍然需要部分靈活性資源對(duì)可再生能源的不確定性進(jìn)行調(diào)節(jié)，如火電、儲(chǔ)能等穩(wěn)定出力資源。
在小范圍尺度上，貼近用戶終端的分布式微電網(wǎng)與分布式能源系統(tǒng)將受到重視，分布式能源系統(tǒng)中可能包括可再生能源、小型發(fā)電機(jī)組、可控負(fù)荷、熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組等多種異構(gòu)類型資源。
從模型與算法角度，引入碳排放相關(guān)的目標(biāo)與約束實(shí)現(xiàn)分布式的多主體決策是構(gòu)建低碳能源系統(tǒng)的重要維度。
在多個(gè)分布式可控資源協(xié)同運(yùn)行下，最優(yōu)化系統(tǒng)的碳排放成本是構(gòu)建低碳能源系統(tǒng)多種場(chǎng)景的重要目標(biāo)。受限于通信頻繁、數(shù)據(jù)交換量大，傳統(tǒng)的集中式控制框架對(duì)于大規(guī)模且分散的能量系統(tǒng)已很難適用。考慮到分布式能源異構(gòu)的碳排放特征、非線性約束以及隱私保護(hù)等，在北京大學(xué)必和必拓“碳與氣候”博士研究生未名學(xué)者獎(jiǎng)學(xué)金的資助下，我申請(qǐng)的課題項(xiàng)目計(jì)劃研究一種能夠最優(yōu)化包括全局碳排放成本的分布式優(yōu)化算法。
我的課題將針對(duì)異構(gòu)的分布式能源系統(tǒng)，考慮碳排放成本，設(shè)計(jì)分布式優(yōu)化算法最優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行成本。受限于通信、隱私問(wèn)題等因素，每個(gè)分布式主體難以觀測(cè)到全局信息，僅能通過(guò)其局部觀測(cè)進(jìn)行決策。因此，本研究的重點(diǎn)在于如何利用不完整的局部觀測(cè)和局部通信進(jìn)行決策，達(dá)到考慮碳排放成本的全局最優(yōu)并且分析算法性能。
科研之路：像“雙碳”目標(biāo)一樣推進(jìn)
科研道路與“雙碳”目標(biāo)的推進(jìn)道路有很多相似之處。
首先是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、設(shè)定目標(biāo)。發(fā)現(xiàn)與確定問(wèn)題是科研的第一步，如何才能發(fā)現(xiàn)有價(jià)值、有前景的問(wèn)題是重中之重。我認(rèn)為最簡(jiǎn)單的方法就是從自身學(xué)科特點(diǎn)出發(fā)，結(jié)合國(guó)家重大發(fā)展戰(zhàn)略，尋找潛在的業(yè)務(wù)問(wèn)題并將其凝練為科學(xué)問(wèn)題。國(guó)家需要什么，科學(xué)研究就嘗試突破什么。
然后是統(tǒng)籌規(guī)劃、博采眾長(zhǎng)。科研也和“雙碳”目標(biāo)類似，需要做好整體規(guī)劃；同時(shí)多與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉學(xué)習(xí)，利用好自身優(yōu)勢(shì)，多種思想和方法的交匯更容易碰撞出新的火花。北大是一片同時(shí)閃耀著人文與自然科學(xué)光芒的沃土，在這里進(jìn)行學(xué)習(xí)科研是一種“近水樓臺(tái)先得月”的體驗(yàn)。
最后是積極溝通、保持樂(lè)觀。導(dǎo)師是研究生學(xué)習(xí)進(jìn)步道路上的重要引路人，與導(dǎo)師保持順暢無(wú)阻的溝通是互相理解、共同努力的強(qiáng)大前提。我與我的導(dǎo)師宋潔教授就保持定期的溝通，我會(huì)坦然地提出我在科研與生活上遇到的困難與訴求，宋潔教授也會(huì)為了我們的科研進(jìn)步傾心指導(dǎo)、無(wú)微不至。
盡管未來(lái)的目標(biāo)可能遠(yuǎn)大到在當(dāng)前難以企及，但只要盡自己所能，腳踏實(shí)地，就可以問(wèn)心無(wú)愧。即使遭遇失敗，在漫長(zhǎng)的人生道路上也不過(guò)是細(xì)雨微風(fēng)。
金瑞楊參加2020中國(guó)工業(yè)工程與精益管理創(chuàng)新大賽
背景材料：
北京大學(xué)于2022年3月設(shè)立北京大學(xué)必和必拓“碳與氣候”博士研究生未名學(xué)者獎(jiǎng)學(xué)金。該獎(jiǎng)項(xiàng)由澳大利亞必和必拓公司（BHP）捐資，旨在資助從事碳減排與氣候變化領(lǐng)域相關(guān)研究、科研能力突出、研究工作富有創(chuàng)造性的優(yōu)秀博士研究生。在發(fā)放獎(jiǎng)學(xué)金的基礎(chǔ)上，該項(xiàng)目每年還將舉辦獲獎(jiǎng)學(xué)生年度學(xué)術(shù)交流會(huì)，促進(jìn)碳減排與氣候變化等相關(guān)的政策、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域的學(xué)術(shù)交流。
