一种面向园区能源互联网一体化运营的经济性分析方法与流程

本发明属于电力技术经济技术领域，涉及面向园区能源互联网一体化运营，尤其是一种面向园区能源互联网一体化运营的经济性分析方法。

背景技术：

目前，我国能源发展面临能源消费结构不合理、能源供需分布不匹配、各类能源系统不融合等严峻挑战。能源互联网能够有效推动能源领域结构性改革，是解决我国能源发展关键问题的有效手段。园区能源互联网将是我国能源转型变革的基本单元，将实现园区范围内的横向多能互补，纵向“源-网-荷”协调。但是，当前园区能源互联网总体经济性不强，缺乏合理的运营模式和投资回报模式。因此，亟需挖掘园区能源互联网运营的经济价值，给予合理的投资回报途径，实现园区能源互联网的可持续发展。

传统园区范围内能源的利用模式主要包括“全额上网”模式和“自发自用、余量上网”模式两种：

(1)在“全额上网”模式下，园区内分布式能源的全部发电量并入电网，电网企业按照本地区相应能源类型的标杆上网电价收购结算。“全额上网”模式的收益相对稳定，但是总体收益水平不高。

(2)在“自发自用、余量上网”模式下，园区内分布式能源所发电量首先供园区范围内用户自己使用，多余电量再并入电网，电网企业按照所在地区的火电机组标杆上网电价收购结算。“自发自用、余量上网”模式的总体收益水平相对高，但是收益较不稳定。

总的来说，当前两种运营模式及相应经济性分析方法具有以下两方面缺陷：

(1)模式相对单一，未实现园区内外各种能源资源的有效协调和互补，园区运营的商业价值仍有待充分挖掘；

(2)当前模式下园区运营收益无法完全覆盖园区能源利用所涉及的“源-网-荷-储”元件设施的投资成本，收益水平不高，总体经济性均不强。

能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态。基于能源互联网技术，园区将成为多能“供-需-储”自平衡体，对内分散自平衡，对外友好交互，其核心就是一体化运营模式。因此，本发明提出一种面向园区能源互联网一体化运营的经济性分析方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种设计合理、经济性强且易于推广的面向园区能源互联网一体化运营的经济性分析方法。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种面向园区能源互联网一体化运营的经济性分析方法，包括以下步骤：

步骤1、分析园区能源互联网的一体化运营模式；

步骤2、构建园区能源互联网一体化运营的成本和收益模型；

步骤3、评估园区能源互联网一体化运营的经济性。

而且，所述步骤1的具体方法为：分析园区能源互联网的一体化运营模式，包括“源-网-荷-储”优化控制运行、微平衡市场交易、内外两级购售能、网对网辅助服务、内外两级需求响应和新型备用容量机制；

而且，所述步骤2的具体步骤包括：

(1)测算园区能源互联网一体化运营的成本，包括投资建设成本、运维成本、外购电成本和自主申报的容量成本；

(2)测算园区能源互联网一体化运营的收益，包括自发自用收益、外售能源收益、内售能源收益、“过网费”收益、辅助服务补偿收益和补贴收益；

而且，所述步骤2的第(1)步的具体步骤包括：

①测算投资建设成本，包括分布式能源、能源输配网络、储能、控制和保护设备等实施的投资建设成本；计算公式如下：

式中，cinvest为投资建设成本；i为能源设施类型；uci为能源设施i的单位容量成本；pi为能源设施i的容量；

②测算运维成本，包括分布式能源、能源输配网络、储能、控制和保护设备等实施的运行和维护成本。计算公式如下：

式中，com为运维成本；i为能源设施类型；uci为能源设施i的单位容量成本；pi为能源设施i的容量；λi为能源设施i的运维成本费率；

③测算外购能源成本，通过参与外部能源市场购买园区无法自给自足的能源消费需求，外购能源价格为市场交易价格，计算公式如下：

式中，cpurchase为外购能源成本；m为未执行峰谷价格的能源类型；qpurchase,m为能源类型m的外购量；ptrading,m为能源类型m的外部市场交易价格；n为执行峰谷价格的能源类型；qpurchase,p,n为能源类型n的峰段时期外购量；ρp-s,n为能源类型n的外部峰平价格之比；ptrading,n为能源类型n的外部市场交易价格；qpurchase,s,n为能源类型n的平段时期外购量；qpurchase,v,n为能源类型n的谷段时期外购量；ρv-s,n为能源类型n的外部谷平价格之比；

④测算自主申报容量成本，计算公式如下：

ccapacity＝pdeclaring×pcapacity

式中，ccapacity为自主申报容量成本；pdeclaring为自主申报的备用容量；pcapacity为单位容量价格。

而且，所述步骤2的第(2)步的具体步骤包括：

①测算自发自用收益，通过分布式能源自发自用，节省相应用能成本，计算公式如下：

式中，ruse为自发自用收益；j为能源类型；quse,j为能源类型j的自发自用消费量；pj为能源类型j的零售价格(折算至能源供给侧)；

②测算外售能源收益，通过参与外部能源市场，出售富余能源，外售能源价格为市场交易价格。计算公式如下：

式中，rsale-outside为外售能源收益；l为外售能源类型；qsale-outside,l为能源类型l的外部能源市场交易量；ptrading,l为能源类型l的外部能源市场交易价格；

③测算内售能源收益，分为微平衡市场交易收益和外购能源转售收益两部分，分布式能源通过微平衡市场交易，价格为微平衡市场交易价格；园区能源互联网一体化运营主体将外部能源市场购买能源转售给园区用户，零售价格为双方自主协商价格；计算公式如下：

rsale-inside＝rmbt+rresale

式中，rsale-inside为内部售电收益；rmbt为微平衡市场交易收益；rresale为外购电转售收益；j为能源类型；qmbt,p,j为能源类型j的峰段时期微平衡市场交易量；ρ′p-s,j为能源类型j的园区内部峰平价格之比；pmbt,j为能源类型j的微平衡市场交易价格；qmbt,s,j为能源类型j的平段时期微平衡市场交易量；qmbt,v,j为能源类型j的谷段时期微平衡市场交易电量；ρ′v-s,j为能源类型j的园区内部谷平价格之比；ptransmission,j为能源类型j的“过网费”；qresale,p,j为能源类型j的峰段时期转售量；psale为能源类型j的园区内部零售价格；qpurchase,s,j为能源类型j的平段时期转售量；qresale,v,j为能源类型j的谷段时期转售量；

④测算“过网费”收益，参与微平衡市场交易用户，需向园区能源互联网一体化运营主体缴纳“过网费”，计算公式如下：

式中，rtransmission为“过网费”收益；j为能源类型；qmbt,p,j为能源类型j的峰段时期微平衡市场交易量；qmbt,s,j为能源类型j的平段时期微平衡市场交易量；qmbt,v,j为能源类型j的谷段时期微平衡市场交易电量；ptransmission,j为能源类型j的“过网费”；

⑤测算辅助服务补偿收益，作为可中断负荷，为外部电网提供辅助服务，计算公式如下：

ril＝pil×pcil+qil×peil

式中，ril为可中断负荷补偿收益；pil为最大可中断容量；pcil为可中断负荷单位容量补偿；qil为中断电量；peil为可中断负荷单位电量补偿。

⑥测算补贴收益，包括分布式光伏和分散式风电补贴收益，计算公式如下：

rsubsidy＝qpv×psubsidy,pv+qwt×psubsidy,wt

式中，rsubsidy为补贴收益；qpv为光伏发电量；psubsidy,pv为光伏单位电量补贴；qwt为风电发电量；psubsidy,wt为风电单位电量补贴。

而且，所述步骤3的具体步骤包括：

(1)测算园区能源互联网一体化运营模式下的年净现金流量，计算公式如下：

rt＝ruse,t+rsale-outside,t+rsale-inside,t+rtransmission,t+ril,t+rsubsidy,t

ct＝cinvest,t+com,t+cpurchase,t+ccapacity,t

ft＝rt-ct

式中，rt为第t年的收益；ruse,t为第t年的自发自用收益；rsale-outside,t为第t年的外部售电收益；rsale-inside,t为第t年的内部售电收益；rtransmission,t为第t年的“过网费”收益；ril,t为第t年的可中断负荷补偿收益；rsubsidy,t为第t年的补贴收益；ct为第t年的成本；cinvest为第t年的投资建设成本；com为第t年的运维成本；cpurchase为第t年的外购电成本；ccapacity为第t年的自主申报容量成本；ft为第t年的净现金流；

(2)测算园区能源互联网一体化运营模式下的年净现值，计算公式如下：

式中，npv为净现值；t为项目周期；ft为第t年的净现金流；i0为基准折现率；

(3)测算园区能源互联网一体化运营模式下的年内部收益率，计算公式如下：

式中，t为项目周期；ft为第t年的净现金流；r0为内部收益率。

(4)测算园区能源互联网一体化运营模式下的投资回收期，计算公式如下：

fa,t＝f1+f2+…+ft

式中，fa,t.为累积净现金流；tp为投资回收期；tn累积净现金流首次非负的年份；为第tn-1年的累积净现金流；为第tn年的累积净现金流。

(5)根据测算得到的净现值、内部收益率和投资回收期三个指标，评估园区能源互联网一体化运营的经济性；其评估依据为：净现值越大，内部收益率越大，投资回收期越短，项目经济性越好。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明立足于园区能源互联网和传统园区运营和能源利用模式，创新性地提出包括“源-网-荷-储”优化控制运行、微平衡市场交易、内外两级购售能、网对网辅助服务、内外两级需求响应和新型备用容量机制等园区能源互联网的一体化运营模式，构建园区能源互联网一体化运营的成本和收益模型，实现园区能源互联网的经济性分析。

2、本发明的一体化运营对内能够有效协调园区内“源-网-荷-储”各种资源，对外将园区视为单一独立的市场主体，内外友好双向互动服务，能够实现园区运营价值的挖掘和提升；

3、本发明相比于传统运营模式，一体化运营模式拓宽了园区能源利用的收益来源，其成本和收益模型、经济性分析方法将更加全面科学合理。

4、本发明可应用于园区能源互联网规划和技术经济评价等工作中，挖掘园区能源互联网的商业运营价值，解决当前园区能源互联网缺乏经济性，难以复制推广、可持续发展的困境，能够给予园区能源互联网投资主体合理的投资回报途径。

附图说明

图1为本发明的一种面向园区能源互联网一体化运营的经济性分析方法的流程图；

图2为本发明的园区能源互联网的一体化运营模式的示意图；

图3为本发明的园区能源互联网一体化运营模式下的成本和收益的示意图；

图4为本发明的园区能源互联网传统运营模式下的成本和收益的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

一种面向园区能源互联网一体化运营的经济性分析方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、分析园区能源互联网的一体化运营模式；

能源互联网是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态。基于能源互联网技术，园区将成为多能“供-需-储”自平衡体，对内分散自平衡，对外友好交互，其核心就是一体化运营模式。

分析园区能源互联网的一体化运营模式，如图2所示，包括“源-网-荷-储”优化控制运行、微平衡市场交易、内外两级购售能、网对网辅助服务、内外两级需求响应和新型备用容量机制等；

其中，(1)“源-网-荷-储”优化控制运行是指园区能源互联网一体化运营主体与“源-网-荷-储”各环节能源设施签订长期统一的委托运营协议，负责园区范围内的集中统一调度，降低运行成本，促进节能减排，实现技术、经济、环境等综合效益最大化。

(2)微平衡市场交易是指园区能源互联网一体化运营主体构建计及电、热、气等多种能源的微平衡市场交易平台，组织园区内各类型用户和分布式能源及储能资源开展局部自主交易，购售双方通过自主协商确定交易量、结算价格等信息。

(3)内外两级购售能是指园区能源互联网一体化运营主体通过集成园区范围内富余能源和不平衡能源，以“零售公司”身份，代理园区内分布式能源和用户参与外部能源市场交易。

(4)网对网辅助服务是指园区能源互联网一体化运营主体以独立辅助服务提供者的市场主体身份，通过远期双边合同或短期辅助服务市场竞价的方式，为外部电网提供辅助服务，并获得相应辅助服务补偿。

(5)内外两级需求侧响应是指在园区内部，园区能源互联网一体化运营主体发布内部需求侧管理措施，主动引导用户削峰填谷，优化自身负荷特性；在园区外部，园区能源互联网作为一个整体参与所在地区的需求侧响应政策。

(6)新型备用容量机制是指园区能源互联网一体化运营主体与电网企业开展自主协商，并网点变压器容量根据园区自平衡情况按最大需量进行申报，统一缴纳相应的备用容量费用。

步骤2、构建园区能源互联网一体化运营的成本和收益模型；

分析园区能源互联网一体化运营的成本和收益，如图3所示，其中，成本包括投资建设成本、运维成本、外购能源成本和自主申报的容量成本等；收益包括自发自用收益、外售能源收益、内售能源收益、“过网费”收益、辅助服务补偿收益和补贴收益等。

园区能源互联网传统运营模式下，其成本包括投资建设成本、运维成本、外购能源成本和容量成本等，收益包括自发自用收益、外售能源收益、内售能源收益和补贴收益等，如图4所示。

两种运营模式下的成本和收益差异主要体现在以下两个方面：

(1)传统模式下外购能源成本中的价格为固定价格，一体化运营模式下外购能源成本中的价格为市场交易价格；

(2)传统模式下容量成本的价格为固定价格，一体化运营模式下容量成本中的价格为双边协商价格；

(3)传统模式下外售能源收益中的价格为固定价格，一体化运营模式下外售能源收益中的价格为市场交易价格；

(4)传统模式下内售能源收益中的分时价格参数固定，一体化运营模式下内售能源收益中的分时价格参数可以因不同用户而不同；

(5)一体化运营模式下额外增加“过网费”收益和辅助服务补偿收益。

所述步骤2的具体步骤包括：

(1)测算园区能源互联网一体化运营的成本，包括投资建设成本、运维成本、外购电成本和自主申报的容量成本；

①测算投资建设成本，包括分布式能源、能源输配网络、储能、控制和保护设备等实施的投资建设成本；计算公式如下：

式中，cinvest为投资建设成本；i为能源设施类型；uci为能源设施i的单位容量成本；pi为能源设施i的容量；

②测算运维成本，包括分布式能源、能源输配网络、储能、控制和保护设备等实施的运行和维护成本。计算公式如下：

式中，com为运维成本；i为能源设施类型；uci为能源设施i的单位容量成本；pi为能源设施i的容量；λi为能源设施i的运维成本费率；

③测算外购能源成本，通过参与外部能源市场购买园区无法自给自足的能源消费需求，外购能源价格为市场交易价格，计算公式如下：

式中，cpurchase为外购能源成本；m为未执行峰谷价格的能源类型；qpurchase,m为能源类型m的外购量；ptrading,m为能源类型m的外部市场交易价格；n为执行峰谷价格的能源类型；qpurchase,p,n为能源类型n的峰段时期外购量；ρp-s,n为能源类型n的外部峰平价格之比；ptrading,n为能源类型n的外部市场交易价格；qpurchase,s,n为能源类型n的平段时期外购量；qpurchase,v,n为能源类型n的谷段时期外购量；ρv-s,n为能源类型n的外部谷平价格之比；

④测算自主申报容量成本，计算公式如下：

ccapacity＝pdeclaring×pcapacity(4)

式中，ccapacity为自主申报容量成本；pdeclaring为自主申报的备用容量；pcapacity为单位容量价格。

(2)测算园区能源互联网一体化运营的收益，包括自发自用收益、外售能源收益、内售能源收益、“过网费”收益、辅助服务补偿收益和补贴收益；

①测算自发自用收益，通过分布式能源自发自用，节省相应用能成本，计算公式如下：

式中，ruse为自发自用收益；j为能源类型；quse,j为能源类型j的自发自用消费量；pj为能源类型j的零售价格(折算至能源供给侧)；

②测算外售能源收益，通过参与外部能源市场，出售富余能源，外售能源价格为市场交易价格。计算公式如下：

式中，rsale-outside为外售能源收益；l为外售能源类型；qsale-outside,l为能源类型l的外部能源市场交易量；ptrading,l为能源类型l的外部能源市场交易价格；

③测算内售能源收益，分为微平衡市场交易收益和外购能源转售收益两部分，分布式能源通过微平衡市场交易，价格为微平衡市场交易价格；园区能源互联网一体化运营主体将外部能源市场购买能源转售给园区用户，零售价格为双方自主协商价格；计算公式如下：

rsale-inside＝rmbt+rresale(7)

式中，rsale-inside为内部售电收益；rmbt为微平衡市场交易收益；rresale为外购电转售收益；j为能源类型；qmbt,p,j为能源类型j的峰段时期微平衡市场交易量；ρ′p-s,j为能源类型j的园区内部峰平价格之比；pmbt,j为能源类型j的微平衡市场交易价格；qmbt,s,j为能源类型j的平段时期微平衡市场交易量；qmbt,v,j为能源类型j的谷段时期微平衡市场交易电量；ρ′v-s,j为能源类型j的园区内部谷平价格之比；ptransmission,j为能源类型j的“过网费”；qresale,p,j为能源类型j的峰段时期转售量；psale为能源类型j的园区内部零售价格；qpurchase,s,j为能源类型j的平段时期转售量；qresale,v,j为能源类型j的谷段时期转售量；

④测算“过网费”收益，参与微平衡市场交易用户，需向园区能源互联网一体化运营主体缴纳“过网费”，计算公式如下：

式中，rtransmission为“过网费”收益；j为能源类型；qmbt,p,j为能源类型j的峰段时期微平衡市场交易量；qmbt,s,j为能源类型j的平段时期微平衡市场交易量；qmbt,v,j为能源类型j的谷段时期微平衡市场交易电量；ptransmission,j为能源类型j的“过网费”；

⑤测算辅助服务补偿收益，作为可中断负荷，为外部电网提供辅助服务，计算公式如下：

ril＝pil×pcil+qil×peil(11)

式中，ril为可中断负荷补偿收益；pil为最大可中断容量；pcil为可中断负荷单位容量补偿；qil为中断电量；peil为可中断负荷单位电量补偿。

⑥测算补贴收益，包括分布式光伏和分散式风电补贴收益，计算公式如下：

rsubsidy＝qpv×psubsidy,pv+qwt×psubsidy,wt(12)

式中，rsubsidy为补贴收益；qpv为光伏发电量；psubsidy,pv为光伏单位电量补贴；qwt为风电发电量；psubsidy,wt为风电单位电量补贴。

步骤3、通过测算园区能源互联网的年净现金流量，基于净现值、内部收益率和投资回收期三个指标，评估园区能源互联网一体化运营的经济性。

所述步骤3的具体步骤包括：

(1)测算园区能源互联网一体化运营模式下的年净现金流量，计算公式如下：

rt＝ruse,t+rsale-outside,t+rsale-inside,t+rtransmission,t+ril,t+rsubsidy,t(13)

ct＝cinvest,t+com,t+cpurchase,t+ccapacity,t(14)

ft＝rt-ct(15)

式中，rt为第t年的收益；ruse,t为第t年的自发自用收益；rsale-outside,t为第t年的外部售电收益；rsale-inside,t为第t年的内部售电收益；rtransmission,t为第t年的“过网费”收益；ril,t为第t年的可中断负荷补偿收益；rsubsidy,t为第t年的补贴收益；ct为第t年的成本；cinvest为第t年的投资建设成本；com为第t年的运维成本；cpurchase为第t年的外购电成本；ccapacity为第t年的自主申报容量成本；ft为第t年的净现金流；

(2)测算园区能源互联网一体化运营模式下的年净现值，计算公式如下：

式中，npv为净现值；t为项目周期；ft为第t年的净现金流；i0为基准折现率；

(3)测算园区能源互联网一体化运营模式下的年内部收益率，计算公式如下：

式中，t为项目周期；ft为第t年的净现金流；r0为内部收益率。

(4)测算园区能源互联网一体化运营模式下的投资回收期，计算公式如下：

fa,t＝f1+f2+…+ft(18)

式中，fa,t.为累积净现金流；tp为投资回收期；tn累积净现金流首次非负的年份；为第tn-1年的累积净现金流；为第tn年的累积净现金流。

(5)根据测算得到的净现值、内部收益率和投资回收期三个指标，评估园区能源互联网一体化运营的经济性；其评估依据为：净现值越大，内部收益率越大，投资回收期越短，项目经济性越好。

以下将结合一个具体算例对本发明的创新性和合理性进行进一步的说明：

以某地区一园区能源互联网实际项目为例，分别测算传统运营模式和一体化运营模式下的成本和收益情况，如表1所示：

表1传统运营模式和一体化运营模式下园区能源互联网的成本和收益情况：

测算得到两种运营模式的经济性：

(1)传统运营模式下，净现值为10104万元，内部收益率15.23％，投资回收期10.58年；

(2)一体化运营模式下，净现值17428万元，内部收益率18.93％，投资回收期7.14年。

对比可知，一体化运营模式下园区能源互联网的经济性优于传统运营模式。

上述实践结果证明：运用本发明能够克服现有技术的不足，有助于挖掘园区能源互联网的商业运营价值，解决当前园区能源互联网缺乏经济性，难以复制推广的困境，给予园区能源互联网投资主体合理的投资回报途径，整个测算过程思路清晰，通用性较好，适合推广使用。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。