随着人口的不断增长和经济的快速发展,能源的消耗及需求与日俱增,能源的供需矛盾也越来越凸显。传统化石能源的生产、加工和转换过程中不仅会产生大量的CO2和空气污染物,同时也会消耗大量的水,这造成了严重的环境破坏并且加剧了全球水资源的短缺。可再生能源的开发和利用可以有效地缓解上述问题,因此引起了全世界的广泛关注。目前,我国的能源消费结构以煤炭为主,可再生能源的消费占比较低,能源结构的不合理引发的一系列资源环境问题亦然阻碍着我国社会经济的发展。因此科学的能源系统规划工作已经成为重中之重。通过大力发展可再生能源,降低煤炭及水资源消耗,优化能源资源配置,实现经济-资源-环境的协调发展。能源系统中存在着许多不确定性和复杂性因素,因此在能源系统规划的过程中会面临着一些挑战。本研究以珠海市为研究案例,深入辨析了珠海市的能源系统特点,基于可再生能源利用、环境保护和水资源管理等方面的考虑,建立了珠海市的能源系统和电力系统规划模型,并整合多种优化方法来处理其中的不确定性和复杂性。具体包括:(1)根据规划目标的不同设置了两种情景,情景1基于经济和环境的协调发展,建立了区间混合整数分式规划模型,鼓励发展可再生能源,以最大化单位系统成本下可再生能源的利用;情景2从经济角度出发,建立了区间混合整数规划模型,以实现系统成本的最小化。模型结果可为珠海市提供两种能源规划方案,通过对能源供应、电力生产与扩容、CO2与污染物排放、系统成本和系统效率的综合对比分析,发现情景1生成的规划方案,可以推动可再生能源的开发和利用,有利于珠海经济和环境的可持续发展。情景2产生的规划方案更具经济性,可以降低珠海市能源系统的成本。珠海相关决策部门可以根据实际情况权衡二者的关系,选取最优的能源规划方案。(2)开发了基于水资源管理的区间机会约束分式规划模型用于珠海市的电力系统规划。相比于火力发电,可再生能源耗水较少,因此模型的目标是最大化单位系统成本的可再生能源利用,同时设置了多种水资源约束的违约水平,并分析了不同的水资源限制对珠海市电力供应、CO2与污染物排放、系统成本和系统效率所产生的影响。模型所产生的规划方案有利于珠海市经济-资源-环境的协调发展,为珠海决策部门提供科学的建议和指导。