题目：Integrating water and energy models for policy driven applications. A review of contemporary work and recommendations for future developments

作者：Zarrar Khann, Pedro Linares, Javier García-González

作者单位：Instituto de Investigación Tecnológica, Universidad Pontificia Comillas

期刊：Renewable & Sustainable Energy Reviews

时间：2017

本文主要说明将水系统和能源系统综合起来研究的原因、困难、模型方法以及未来的研究方向。

综合研究的主要原因有如下9点：基于水资源限制的能耗预测及规划；脱碳以及电力部门替代方案的水资源可持续性；生物燃料的发展和水资源的过度开发；水与能源脱钩问题；替代水源与相应能源需求；水力发电对气候变化的脆弱性；水温限制对能源生产的影响；系统效率与跨部门反馈；部门间、地区内以及利益相关方间的冲突。

但是，水能的综合性研究也存在着一些困难，作者列举了8点：传统上独立和孤立的部门管理；不同的空间、时间和物理特征；补充数据的可获得性；模型的综合度与推广性；多用途水库的拓扑结构与管理的复杂性；不同方向研究者的协作；跟踪基础设施和技术特点的变化；能源和水未来发展的不确定性。

目前综合研究水与能的模型可以分为两大类，宏观经济下的top-down模型以及基于技术分类的bottom-up模型。这两类方法的关键区别在于bottom-up模型从工程的角度，描述相关技术的表现和成本，而top-down模型则基于中间环节给定的输入份额、生产函数以及劳动、资本和其他投入来评估技术的适用性。

能源和水系统之间的链接可以通过硬链接，也可以通过软链接。硬链接主要指软件和程序代码，而软链接主要是数据共享。链接可以是双向也可以是单向，但单项链接使得系统失去了反馈回路。虽然软链接模型可以对各个部门进行高度细分，并进行详细描述，但是其反馈回路不一定是封闭的，因此其通常更适合于政策评估，而不是政策优化。模型链接中的潜在问题包括分类（技术领域、技术和用户）的差异、协调时间和空间的分辨率以及优化和仿真方法之间的折中。

作者也综述了目前已有的相关研究和模型，作者综述的依据不是数学模型，而主要是研究的产出和目的。最早的水能综合研究主要关注多用途水库的管理和能源生产，常用模型有随机动态规划（SDP）与随机双动态规划（SDDP）；有研究专门关注能源系统中的水资源使用，同时还会对水资源限制对能源的影响进行分析；有不少研究关注能源、水、土地使用及气候变化等系统的关联，例如“Climate, Land-use, Energy and Water strategies” (CLEWS) 方法学以及WEAP/LEAP/OSe MOSYS nexus package；有很多研究也专注于能源以及水系统的基础设施建设，包括技术选择、传输等。

基于上述分析，作者也提出了今后综合性研究的两个方面的建议。

一方面是针对各部门的分析为综合性研究打下基础，另一方面是建立部门间的链接。

在各部门工作方面，作者提出了5个方向：全生命周期、多部门需求、需求侧管理、耦合资源的管理（各部门各类资源的投入）以及水质数据管理。

在综合模型方面，作者提出10个方向：时间上的分解与同步性、空间上的分解与同步性、多用途水库的水力发电潜力、水文模型得到的水资源限制、部门间反馈、全球优化、边际资源价值、水温对发电厂冷却的影响、多目标的政策约束、同步的未来情景分析。

图1水能综合模型研究主题的统计

本文作为水能耦合研究的综述性文章，介绍了本领域关注的方向以及未来可研究的内容，同时从政策制定者的角度进行分析。本文从研究的产出及目的出发，对现有研究进行综述，虽然内容上较为琐碎，但也为读者了解相关研究的背景和进展提供了思路。对于水能耦合的模型工具，读者可以参考“Water-energy nexus A review of methods and tools for macro-assessment”，之后也会在推送中向大家介绍。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032116304786