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能源是国民经济和社会发展的重要物质基础,随着经济规模的不断扩大,我国的能源消费量持续上升,受能源资源禀赋所限,能源消费始终以煤炭为主,导致能源消费过程产生了大量污染物排放,给环境造成了巨大压力,严重制约着社会-经济-环境的可持续发展。近年来,我国出台的相关政策和规划对能源消费总量控制提出了明确的目标,如国家发改委制定的《合理控制能源消费总量工作方案》中提出,2015年能源消费总量控制在41亿吨,新环保法的实施也对环境保护提出了更高的要求。如何合理的控制能源消费总量,并在促进社会、经济、环境协调发展的前提下,将能源消费总量的分配给全国各个省(市)、不同能源类型和不同行业是能源消费总量控制工作的重点。同时,由于能源消费总量分配过程中涉及多种不确定性信息,部分影响因素自身还具有多重不确定性特征,现有的不确定性研究方法无法对其做出确切地表达,需要提出新的混合型的不确定性优化方法用以表征和处理能源消费分配过程中出现的不确定性。本文在能源消费总量控制政策背景下,综合考虑了污染物总量控制要求,构建了基于污染物总量控制的能源消费总量控制分配模型,以能源消费成本最小化为目标,依据《节能减排“十二五”规划》、《能源发展“十二五”规划》、《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》、《国家应对气候变化规划(2014-2020年)》等国家现行的环境能源政策和规划,设置能源消费总量、能源消费分配公平区间、可供能源消费量、重点区域能源消费控制、大气污染物总量控制和能源消费强度作为约束条件,不仅立足于全国能源消费总量的分配,更充分考虑了地区间差异性和对部分地区(京、津、冀、鲁地区)的重点规划。在能源消费总量控制分配模型基础上,针对能源消费总量分配过程中涉及的不确定性信息,创建了新型的模糊边界区间-左手边机会约束规划(FB-LCCP)并应用于能源消费总量控制分配中,构建了基于FB-LCCP的能源消费总量控制优化模型,有效地表征了地区间能源供需量的模糊边界区间性、能源含硫率和含氮率的随机性以及其他参数的区间不确定性,获取了“十二五”和“十三五”期间不同省(市)、不同能源类型的能源消费总量控制优化方案。结果显示,基于FB-LCCP的能源消费总量控制优化模型在“十二五”规划目标的完成方面取得了较好的优化效果,能源消费总量控制在[40,41]亿吨,严于规划提出的41亿吨的要求；能源消费强度相比规划目标也有[2.52,6.22]%的降幅；二氧化硫和氮氧化物排放总量较“十二五”规划减排8%和10%的规划目标分别进一步减少[0.19,0.60]%和[0.19,0.70]%。基于FB-LCCP的“十三五”优化方案将能源消费总量控制在[47,48]亿吨,满足规划提出的48亿吨左右的要求,同时京、津、冀、鲁地区减少煤炭消费总量[1.01,1.03]亿吨；若“十三五”期间各项控制目标沿用“十二五”规划中的要求,不仅能源消费强度较“十二五”规划进一步下降[17.58,18.76]%,还能够为“十三五”污染物总量控制预留[8.04,8.77]%和[10.16,10.66]%的减排空间。考虑到“十三五”相关规划尚未发布,期间的大气污染物总量控制目标具有随机性,在FB-LCCP的基础上引入两阶段随机规划(TSP),创建了基于两阶段-模糊边界区间-左手边机会约束规划(TS-FB-LCCP)的能源消费总量控制优化模型,在秉承FB-LCCP优点的基础上,利用TSP处理随机信息的优势解决“十三五”大气污染物排放总量控制目标的随机性,并预设了高、中、低三个不同的大气污染物总量控制水平的政策情景,获得的各个控制水平下的能源消费量分配修正方案可以对初始决策做出追索与调整,进而得到最终的能源消费总量控制优化方案。与基于FB-LCCP的“十三五”优化方案相比,优化方案中的高水平控制方案下的二氧化硫排放总量降低了[3.70,3.91]%,氮氧化物降低了[2.32,2.76]%,可为“十三五”预留更大的减排空间。基于TS-FB-LCCP的能源消费总量控制模型针对不同的污染物控制要求设置了不同的情景水平,获得的优化方案能够提供更宽泛的选择空间,以期在制定更为严格的控制要求的情况下,仍为“十三五”留有减排余地。在TS-FB-LCCP的基础上,进一步融合多阶段随机规划(MSP)对优化模型进行拓展,构建了基于多阶段-模糊边界区间-左手边机会约束规戈(MS-FB-LCCP)的能源消费总量控制优化模型,对时间尺度和修正阶段上均进行了延伸和扩展,将规划期推进至2030年,获得了涵盖2020、2025和2030三个规划时期内、不同大气污染物控制水平要求下的39组联合概率分布对应的优化方案,同时将行业优化纳入模型中,获取了不同省(市)、不同能源类型和不同行业的三级数据,优化方案更为具体。模型延续了基于TS-FB-LCCP的能源消费总量控制优化模型对能源消费总量的控制效果和大气污染物总量的减排效果,获得的第一阶段高水平控制优化方案在满足《能源发展战略行动计划(2014-2020年)》对“十三五”能源消费总量控制目标,同时为“十三五”期间分别为二氧化硫和氮氧化物预留了[12.37,14.28]%和[12.22,14.18]%的减排空间,获得的第二阶段9个控制水平下和第三阶段27个控制水平下的优化方案,分别为2025年和2030年提供了相应的污染物总量控制方案,实现了多个规划期内能源消费总量和大气污染物总量的联合控制,为不同政策背景要求下中长期能源消费总量控制规划方案的制定提供更灵活的选择和决策依据。综上所述,本文首先创建了FB-LCCP方法,构建了基于FB-LCCP的能源消费总量控制优化模型,以解决能源消费总量分配过程中存在的模糊边界区间、左手边随机参数等不确定信息,并获取了“十二五”和“十三五”优化方案。由于“十三五”规划尚在编制中,为解决“十三五”期间大气污染物总量控制目标的随机性,本文进一步创建了基于TS-FB-LCCP的能源消费总量控制优化模型,获得的“十三五”优化方案在不同控制水平下表现出了更好的优化效果。鉴于TS-FB-LCCP方法在“十三五”优化中的成功应用,本文进一步创建了MSP-FB-LCCP的能源消费总量控制优化模型,通过在时间尺度上的延伸,获取的2025年和2030年优化方案,为我国中长期规划预留了决策空间。创建的三种新的混合型不确定性优化模型(FB-LCCP、TS-FB-LCCP和MS-FB-LCCP优化模型),每一种优化模型都是对前一种优化模型的升级与拓展,并且具有各自的特点与优势,FB-LCCP适用于明确了污染物总量控制目标的情况,其能源消费成本相对较低,TS-FB-LCCP适用于污染物总量控制目标尚不明确且规划时期相对较短的情况,可以有效解决污染物总量控制目标的随机性,但能源消费成本相比FB-LCCP获得的优化结果较高,MS-FB-LCCP适用于中长期规划内污染物总量控制目标尚未确定的情况,能够获得不同规划期内、不同污染物排放控制水平下的优化方案,但能源消费总成本最高。三种优化模型获取的优化方案能够满足国家现有的环境能源规划要求,同时为未来环境能源规划方案的制定提供科学依据并预留了决策空间,在理论拓展和实际应用方面均具有一定的参考价值和应用前景。