随着能源的不断消耗,生态环境的持续恶化,能源发展转型在经济增长、应对环境问题等方面的战略地位日渐突出。节能减排作为能源发展的重要目标,己经成我国保障能源安全、降低环境污染、缓解温室气体排放、确保社会经济可持续发展的重要措施。然而,随着能源系统的不断扩展,人们所研究问题规模越来越大,如何定量表征能源系统的复杂不确定性,分析不同减排措施对能源系统的影响,是实现能源系统规划管理的关键问题。本研究针对能源系统中存在的复杂性和不确定性问题,利用数学模型和方法将其量化,同时将多种减排措施考虑到能源系统建模中,开发一系列不确定条件下能源环境管理模型。具体包括:(1)提出了优劣势模糊区间全无限规划方法,引入优劣度用于处理模糊决策问题简化了模型的计算量。该方法可解决系统中存在的模糊、区间以及函数区间数的不确定信息,将其应用于新疆巴州能源效率研究中,用于分析在不确定性下加工转换效率对能源系统的影响。(2)提出了基于鲁棒的模糊区间规划方法,并用于不确定条件下巴州电力系统清洁发展机制研究,探索电力系统的低碳转型。该方法可以处理灵活性约束以及目标函数和约束条件中存在的不确定参数,将风险规避整合到优化模型中,提供不同惩罚值下的最优方案,帮助决策者权衡最优性和可行性之间的矛盾。(3)将交互式模糊机会约束规划方法,用于巴州清洁能源规划,该方法可以处理能源系统规划中存在的模糊、随机以及两者的交互不确定性,通过平衡约束的可行性程度和目标的满意度最终获得最优的解决方案,结果通过分析和比较不同政策情景下清洁能源发展的方案,分析了能源结构调整对能源消费、系统成本、电力扩容以及减排的影响。(4)将区间模糊随机规划方法,用于电力系统碳捕集实施的研究,分析不确定条件下电力系统碳减排规划。方法考虑了模型中数据缺失和普遍存在的模糊性问题,并将其用来处理系统中存在的多重不确定性(模糊、区间、随机)。通过敏感性分析评估了不同因素(如燃料成本,碳捕集投资,减排水平、发电成本等)对系统成本的影响。(5)提出一系列不确定双层规划方法,用来处理能源环境系统中多个决策者之间按非合作有序的方式进行的相互作用的管理问题。在北京市能源系统案例中,设置上层决策者为环境管理,下层决策为能源系统规划,求解过程能够从整体的角度权衡不同决策者之间的利益。优化结果可为能源规划以及环境管理提供技术支持和政策建议。本文通过引入模糊数学规划(优劣势模糊规划、鲁棒规划、可能性规划)、双层规划以及区间全无限规划、随机数学规划等方法,开发了一系列混合的优化方法;并将减排措施(如,清洁发展机制、碳捕集技术、能源转换效率)考虑到能源模型中,建立了单层和双层的能源环境系统管理模型。通过实际案例的应用(巴州、北京),获得不同情景下的能源生产、加工、转换(发电、供热)、能源供应、以及污染物排放、成本投入和系统风险等结果,不仅可以定量分析不确定条件下不同减排措施对能源和环境系统的影响,而且可以为能源发展转型提供相关的政策建议。