党的二十大报告指出，要积极稳妥推进碳达峰碳中和，实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。北京大学深入贯彻新发展理念，于2022年设立北京大学必和必拓“碳与气候”博士研究生未名学者奖学金。该奖项由澳大利亚必和必拓公司（BHP）捐资，旨在资助北京大学科研能力突出、研究工作富有创新性的优秀博士研究生从事碳与气候相关研究。希望此项荣誉能够激励北大学子肩负起应对全球气候变化的使命，积极探索未知世界，开展高水平学术研究，在“碳与气候”相关领域发出青年声音，产出创新成果，为建成人与自然和谐共生的现代化作出突破性贡献。

金瑞杨，北京大学工学院管理科学与工程专业2019级博士研究生，师从宋洁教授，研究方向为低碳能源系统、电力系统优化。博士期间获得北京大学校长奖学金、2020年中国工业工程与精益管理创新大赛特等奖、2021年度中国科协高端科技创新智库青年项目、2022年日内瓦国际发明特别展金奖、2022年北京大学工学院“学术十杰”等荣誉，是2022年北京大学必和必拓“碳与气候”博士研究生未名学者奖学金获得者。

在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。

——马克思

管理科学如何助力实现“双碳”目标

我的专业管理科学（Management Science）是一类古老又现代的科学，从人类社会出现开始便有了管理问题和管理实践，直到如今管理科学在新的时代背景下仍然在融合发展，形成了新的管理科学体系与方法。管理科学的核心是决策优化，这种学科特征使得其对于现代社会的快速发展具有重要意义。

管理科学是简单的。剥离开现实世界错综复杂的存在与关联，模型是一种对世界复杂性的妥协与简化，同时也是人类描述与解决现实问题的强大工具。它使得人类面临巨大、复杂、具有不确定性的工程问题时，将其在数学上简化为一个目标与一系列约束成为可能。

管理科学也是复杂的。对现实中的工程问题进行建模需要多种学科知识交叉融合：各种物理、化学、生物现象都要根据其自然原理，舍弃掉一部分真实性与精确性进行数学表达；建立得到的决策问题又需要数学、计算机、控制等学科知识进行优化求解。

我国已经明确在2030年前碳达峰、2060年前碳中和的战略目标，这个目标要求坚持全国一盘棋，强化顶层设计和各方统筹，加强政策的系统性、协同性。

管理科学是优化我国碳排放结构、促进降碳去碳的重要工具。碳中和需要从碳的排放和碳的固定入手。就前者而言，一方面是“减少碳排放”的需求，另一方面是“能源的生产与消耗、工业生产过程、人类社会生活等活动都伴随着碳排放”这一现实，因此，需要系统地对各种碳排放进行衡量与优化。要达到这个目的，就需要对碳排放过程进行建模，建立考虑多个目标与约束的系统优化问题，进而为我国“双碳”目标的实现提供优化决策。

金瑞杨所在宋洁教授课题组的部分成员

项目突破口：分布式的低碳能源系统

我国主要能源供给来自煤炭，有超过50%的煤炭用于发电。在我国约100亿吨的碳排放总量中，发电与供热碳排放就占了45%左右。构建新型电力能源系统是实现低碳能源系统的重要组成部分，降低碳排放的过程实际上也是逐步降低煤炭发电比例的过程。

“双碳”目标对于未来电力与能源系统提出了新的要求，也将引领电力与能源系统发展出新的形态。分布式的、集群的多目标系统取代部分传统的大规模单一能源系统是未来能源系统发展的趋势。

在大范围尺度上，降低碳排放需要引入更多如风、光等可再生发电资源。这些可再生能源一般具有时间上的间断性、出力上的随机性和空间上的分散性。电力系统的实时平衡使得可再生能源电力不稳定的特征可能对电力系统的安全稳定运行造成冲击。因此，电力系统仍然需要部分灵活性资源对可再生能源的不确定性进行调节，如火电、储能等稳定出力资源。

在小范围尺度上，贴近用户终端的分布式微电网与分布式能源系统将受到重视，分布式能源系统中可能包括可再生能源、小型发电机组、可控负荷、热电联产机组等多种异构类型资源。

从模型与算法角度，引入碳排放相关的目标与约束实现分布式的多主体决策是构建低碳能源系统的重要维度。

在多个分布式可控资源协同运行下，最优化系统的碳排放成本是构建低碳能源系统多种场景的重要目标。受限于通信频繁、数据交换量大，传统的集中式控制框架对于大规模且分散的能量系统已很难适用。考虑到分布式能源异构的碳排放特征、非线性约束以及隐私保护等，在北京大学必和必拓“碳与气候”博士研究生未名学者奖学金的资助下，我申请的课题项目计划研究一种能够最优化包括全局碳排放成本的分布式优化算法。

我的课题将针对异构的分布式能源系统，考虑碳排放成本，设计分布式优化算法最优化系统运行成本。受限于通信、隐私问题等因素，每个分布式主体难以观测到全局信息，仅能通过其局部观测进行决策。因此，本研究的重点在于如何利用不完整的局部观测和局部通信进行决策，达到考虑碳排放成本的全局最优并且分析算法性能。

科研之路：像“双碳”目标一样推进

科研道路与“双碳”目标的推进道路有很多相似之处。

首先是发现问题、设定目标。发现与确定问题是科研的第一步，如何才能发现有价值、有前景的问题是重中之重。我认为最简单的方法就是从自身学科特点出发，结合国家重大发展战略，寻找潜在的业务问题并将其凝练为科学问题。国家需要什么，科学研究就尝试突破什么。

然后是统筹规划、博采众长。科研也和“双碳”目标类似，需要做好整体规划；同时多与其他学科领域交叉学习，利用好自身优势，多种思想和方法的交汇更容易碰撞出新的火花。北大是一片同时闪耀着人文与自然科学光芒的沃土，在这里进行学习科研是一种“近水楼台先得月”的体验。

最后是积极沟通、保持乐观。导师是研究生学习进步道路上的重要引路人，与导师保持顺畅无阻的沟通是互相理解、共同努力的强大前提。我与我的导师宋洁教授就保持定期的沟通，我会坦然地提出我在科研与生活上遇到的困难与诉求，宋洁教授也会为了我们的科研进步倾心指导、无微不至。

尽管未来的目标可能远大到在当前难以企及，但只要尽自己所能，脚踏实地，就可以问心无愧。即使遭遇失败，在漫长的人生道路上也不过是细雨微风。

金瑞杨参加2020中国工业工程与精益管理创新大赛

背景材料：

北京大学于2022年3月设立北京大学必和必拓“碳与气候”博士研究生未名学者奖学金。该奖项由澳大利亚必和必拓公司（BHP）捐资，旨在资助从事碳减排与气候变化领域相关研究、科研能力突出、研究工作富有创造性的优秀博士研究生。在发放奖学金的基础上，该项目每年还将举办获奖学生年度学术交流会，促进碳减排与气候变化等相关的政策、技术、经济等领域的学术交流。