基于系统动力学的能源互联网投资效益模型建立方法与流程

本发明涉及能源互联网
技术领域：
，特别涉及一种基于系统动力学的能源互联网投资效益模型建立方法。
背景技术：
：在全球能源互联的大背景下，为了实现不同国家和地区中大规模清洁能源的跨时空错峰消纳，洲际电力系统的投资决策将面临新的挑战。总体上看，其一，全球能源互联网下的投资决策涉及的主体更多、考虑的范围更广，不仅需考虑国内各电源之间、电源与电网之间的关联关系，还要考虑国家与国家之间、洲与洲之间的交互；其二，决策因素也更多，除了需要考虑各个国家和地区的电网、电源在规划、运行、安全等方面的因素外，还应增加各国间的资源体制、财税条款、经济技术要求、环保、市场、国际合作水平等因素。全球能源互联网下投资决策的特点，具体体现在如下方面：(1)在全球能源互联网下，可再生能源集群并网、长距离外送、同一电源不同时段输送给不同的地区负荷已成为发展趋势。但是，可再生能源出力的间歇性和不确定性，各个国家和地区的规划、运行、安全标准差异性，以及可再生能源出力与国家和地区负荷的时空反调峰特性都成为电力系统投资决策所面临的重大难题。(2)在全球能源互联网下，电源与电网的投资决策协调过程中面对的因素更加复杂。由于国家间或者洲际间联络线跨度大、自然环境的多样性，使得区域间联络线具有高度的不确定性。输电技术的发展，使跨时区输电方式的选择多样化。各国电力系统规划原则、清洁能源政策的不同，都使得电网和电源的关联更加紧密，两者的投资协同决策具有重要意义。(3)在全球能源互联网下，国家及洲际联网使投资投资的行为主体更加多样化。传统的电源规划中多是考虑电网公司和用户的收益，行为主体比较单一。在全球能源互联网环境下，广义的行为主体包括电力输出型国家，输电线路建设国家和电力受入型国家。而在各个行为主体又包含大量的投资主体和电力消费主体，需要研究如何在满足各个国家和地区安全标准的状态下协调各主体利益，引导他们进行合理、有效的投资，从而使得各方利益达到帕累托最优，同时提高能源的利用效率，实现绿色发展。(4)在全球能源互联网下，投资决策因素更加复杂多样。全球能源互联网下的投资决策因素主要有资源体制、市场机制、经济技术、电力投资环境以及合作风险。国外的市场机制主要包括单一能量市场、容量市场和容量订购市场，而不同的市场机制影响发电投资的收益。因此不同的市场机制就构成了影响投资决策的因素。电力投资环境关系到外来投资的收益与风险，是各国在进行境外经营时必须考虑的因素。合作风险主要包括政治风险、经济风险、法律风险、双边风险、社会文化风险。在全球合作过程中也需要风险判断体系进行电力投资的非商业性风险评估，得到各个国家合作环境的综合评估结果，为开展全球能源合作提供参考。现有技术一采用净现值法研究电力系统投资决策问题。文献[1]从成本和收益的角度，构建电网投资的成本–效益净现值(npv)模型，采用集对分析理论对这些不确定性因素的集对系数进行计算，并推导了集对分析理论的运算法则，根据净现值的公式，构建了电网投资的风险评估模型。现有技术一的缺点随着清洁能源在各国电能生产中渗透率逐步提高，清洁能源固有的反调峰特性使得各国在清洁能源的利用过程中出现了大量的弃风、弃水、弃光等现象。在全球能源互联的大背景下，为了实现不同国家和地区中大规模清洁能源的跨时空错峰消纳，洲际电力系统的投资决策将面临新的挑战，涉及主体更多、决策因素更多。目前针对全球能源互联后的超大电网经济性分析以及经济调度问题的相关文献很少。都没有专门针对全球能源互联网下投资决策的研究。文献[1]只考虑了上网电价、上网电量与基准折现率这三个不确定因素，不符合全球能源互联网下投资决策的特点，也没有考虑全球能源互联网下清洁能源并入电网的情况。此外，文献[1]中的案例分析列举的是当地电网公司，属于中小型电网，没有考虑跨区域的电网情况，也没有讨论该文模型是否符合超大电网的情况。现有技术二采用基于实物期权理论的方法研究电力系统投资决策。文献[2-3]在电力市场环境下，综合考虑了将多种不确定性因素应用实物期权理论对投资策略进行评估，研究了在不同的不确定性因素下，各投资阶段的收益波动情况对发电投资者的决策行为影响。现有技术二的缺点没有针对超大型电网经济性分析的研究，没有专门针对全球能源互联网下投资决策的研究。文献[2]只考虑了传统的燃煤电网，行为主体单一，没有考虑清洁能源并入电网之后的情况，案例分析是以一个300mw的燃气蒸汽联合循环(combinedcyclegasturbine，ccgt)电厂容量投资为例，得出具体的投资时间和投资方案，没有讨论是否符合超大电网的情况。文献[3]所提模型是否适用于全球能源互联网下的投资决策还有待考证。现有技术三采用博弈论与实物期权理论相结合的方法研究电力系统投资决策。文献[4]以实物期权理论和非合作博弈理论为基础，构造了发电和输电投资决策的延迟期权博弈模型，并针对市场机制引入后，投资主体多元化的情况，以非合作静态博弈理论为基础，对输电网投资规划进行nash均衡分析，为参与者的投资决策提供了依据。现有技术三的缺点只适用于超大型以下的电网的经济分析，没有考虑全球能源互联网下投资决策的特点。文献[4]没有考虑输电可靠性及各种市场不确定性因素，且假定参与者的投资回收期及资金贴现率均相同，这样假定虽然便于分析，但是应用到实际中误差较大。参考文献[1]王绵斌,谭忠富,张丽英,等.市场环境下电网投资风险评估的集对分析方法[j].中国电机工程学报,2010(19):91-99；[2]曾鸣,田廓,鄢帆,等.电力市场中考虑灵活性措施的发电投资决策分析[j].电网技术,2010,34(11):151-155；[3]寻斌斌,文福拴，黎小林等.计及排污权交易和多种不确定性的发电投资决策[j].电力系统自动化,2014,38(1):51-56；[4]王成山,吉兴全.输电网投资规划的nash均衡分析(一)—纯策略nash均衡的分析[j].电力系统自动化,2002,26(19):11-15；[5]welsner，mwysocki，rborecki,thermoeconomicanalysissupplementedbyoperatingexperienceofchpinstallationequippedwithpistonenginefuelledbysyngasfromsewagesludgegasificationreactor.journalofpowertechnologies.2016。技术实现要素：本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种基于系统动力学的能源互联网投资效益模型，解决上述现有技术存在的问题。为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：一种基于系统动力学的能源互联网投资效益模型建立方法，包括以下步骤：(1)查询资料，调研收集并归纳、总结影响清洁能源年消纳量的因素。(2)利用lasso特征选择模型进行特征提取，找出关键因素，关键因素包括：资源体制、财税制度、经济发展、需求预测、能源储备、环保水平、市场机制、国际合作水平和能耗水平。(3)根据关键因素，寻找清洁能源最佳消纳国，构建电网建设路线。(4)构建多维度指标体系；多维度主要从市场维度和经济维度来进行说明。从跨时区下电源的分布特性、主要区域的负荷模型、全球能源互联网规划协调规则方面收集数据，运用专家法、模糊数学和粗糙集方法筛选出影响全球能源互联网投资主体效益的市场维度和经济维度指标。市场维度指标包括：电价、负荷需求、清洁能源消纳能力、可靠性和市场机制。经济维度指标包括：输电线路投资规模、投资资本、gdp发展水平和清洁能源发电政策。(5)多层次投资系统建立，包括：主体层次和个体层次。主体层次为国家，个体层次包括发电商、iso、用户和政府的效益。在输电模型中体现主体层次和个体层次，输电模型中涉及到当地电厂、用户、售电方以及政府的政策。电商效益包括：政府补贴、发点容量和投资成本；(6)构建输电网投资决策系统动力学动态模型，用净现值、碳排放量/每千瓦时电量、清洁能源渗透率作为评价指标；分析电网开始建设的50年内，步骤(2)所述的关键因素对评价指标的影响关系曲线。(7)根据步骤(6)所得的关系曲线，预测电网自开始建设的50内的逐年建设容量。进一步地，所述步骤2中lasso参数估计被定义如式1所示。其中，λ为非负正则参数，控制着模型的复杂程度，λ越大对特征较多的线性模型的惩罚力度就越大，从而最终获得一个特征较少的模型，称为惩罚项。调整参数λ的确定可以采用交叉验证法，选取交叉验证误差最小的λ值。最后，按照得到的λ值，用全部数据重新拟合模型即可。进一步地，步骤(4)中多维度也可以从时间维度和空间维度进行体现。时间维度是项目投资随时间变化的动态过程，空间维度指跨区域进行电网互联。进一步地，所述步骤(6)中净现值npv的计算；在项目的经济寿命周期内，各期的投资与收入折算到同一汇率后的差值(co×lfi-ci×lfj)按规定的基准收益率μ折算成投资起始年的现值，将各期的现值求和，即为净现值。式中lfk，lfj分别为投资和收益对基准国的汇率。n1为项目的经济寿命年限，n2为投资基地数目，n3为电能消纳国数目。基准收益率μ，一般取项目所属行业的平均收益率。项目的投资风险性越大，平均收益率越高。各期的投资分为以下几个部分：发电厂建设期费用、电网建设期费用、发电厂运行维护期费用发电厂建设期费用(发电厂工程建设费、发电厂土地使用费、发电设备购置费)；电网建设期费用(电网土地使用费、电网工程建设费、变电设备购置费)；发电厂运行维护期费用；电网运行维护期费用；借贷资本利息；电力投资税收(增值税、所得税、附加税、设备进口税、电能出口税)。co＝ppcc+pgcc+pprc+pgrc+int+tax(3)式中，ppcc为发电厂建设期费用，pgcc为电网建设期费用，pprc为发电厂运行期费用，pgrc为电网运行维护费，int为借贷资本利息，si为售电收入，ss为政策性补贴，tax为电力投资税收，n4为电网跨越的国家数。进一步地，所述步骤(6)中清洁能源渗透率repr的计算如下式：式中，reici为第i种清洁能源的装机容量，mi为清洁能源的种类。feicj为化石能源的装机容量。反映了re发电的规模。与现有技术相比本发明的优点在于：1、在全球能源互联网下的投资决策中，由于不同投资主体在不同的规划投资时序中面临的主导因素众多，利用本发明可以揭示全球能源互联网投资决策中的关键因素与各主体间的相互作用机理。2、考虑了很多难以量化的复杂因素，可借助各要素间的因果关系及一定的结构进行推算分析。采用系统动力学的方法研究跨区域输电网的投资决策可以全面地考虑各因素对投资收益的影响，得出的结果具有参考价值。3、考虑了全球能源互联网下投资决策的特点，为构成全球能源互联网奠定了一定的基础。4、从因素层面分析了全球能源互联网投资决策中的关键因素与各主体投资收益的相互作用机理，为全球能源互联网的构建提供了一定的参考价值。附图说明图1为本发明实施例多维度的实现流程图；图2为本发明实施例多层次主体结构示意图；图3为本发明实施例输电投资收益因果关系图；图4为本发明实施例核心因素与项目成本的因果关系图；图5为本发明实施例能源互联网投资效益模型的结构图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。如图5所示，一种基于系统动力学的能源互联网投资效益模型建立方法，包括以下步骤：(1)查询资料，调研收集并归纳、总结影响清洁能源年消纳量的因素。(2)利用lasso特征选择模型进行特征提取，找出关键因素。lasso参数估计被定义如式1所示。其中，λ为非负正则参数，控制着模型的复杂程度，λ越大对特征较多的线性模型的惩罚力度就越大，从而最终获得一个特征较少的模型，称为惩罚项。调整参数λ的确定可以采用交叉验证法，选取交叉验证误差最小的λ值。最后，按照得到的λ值，用全部数据重新拟合模型即可。(3)根据关键因素(表1)，查询资料，寻找清洁能源最佳消纳国(表2、表3)，构建电网建设路线。表1主要国家或地区关键因素等级表2清洁能源投资总额比较单位：10亿美元表3清洁能源投资密集度排名国家清洁能源投资密度1南非0.822日本0.63英国0.524澳大利亚0.445加拿大0.436中国0.417德国0.318美国0.229意大利0.2010巴西0.1310法国0.13(4)构建多维度指标体系；如图1所示，多维度主要从市场维度和经济维度来进行说明。从跨时区下电源的分布特性、主要区域的负荷模型、全球能源互联网规划协调规则等方面收集数据，运用专家法、模糊数学、粗糙集等方法筛选出影响全球能源互联网投资主体效益的市场维度和经济维度的主要指标。市场维度指标：电价、负荷需求、清洁能源消纳能力、可靠性和市场机制。经济维度指标：输电线路投资规模、投资资本、gdp发展水平和清洁能源发电政策。多维度也可以从时间维度和空间维度进行体现。时间维度是项目投资随时间变化的动态过程，空间维度指跨区域进行电网互联。(5)多层次投资系统：主体层次和个体层次。如图2所示，不同主体间竞价、交易、结算等行为会影响不同个体(发电商、iso、用户、政府)的利益。在输电模型中可以体现主体层次和个体层次，输电模型中涉及到当地电厂、用户、售电方以及政府的政策等，这些不同个体的不同行为模式会对主体的投资决策产生影响。(6)构建输电网投资决策系统动力学动态模型，用净现值、碳排放量/每千瓦时电量、清洁能源渗透率作为评价指标，分析电网开始建设的50年内，上述关键因素对评价指标的影响关系曲线。净现值(npv)(netpresentvalue)在项目的经济寿命周期内，各期的投资与收入折算到同一汇率后的差值(co×lfi-ci×lfj)按某一规定的基准收益率μ折算成投资起始年的现值，将各期的现值求和，即为净现值。式中lfk，lfj分别为投资和收益对基准国的汇率。n1为项目的经济寿命年限，n2为投资基地数目，n3为电能消纳国数目。基准收益率μ，一般取项目所属行业的平均收益率。项目的投资风险性越大，平均收益率越高。各期的投资分为以下几个部分：发电厂建设期费用(发电厂工程建设费、发电厂土地使用费、发电设备购置费)；电网建设期费用(电网土地使用费、电网工程建设费、变电设备购置费)；发电厂运行维护期费用；电网运行维护期费用；借贷资本利息；电力投资税收(增值税、所得税、附加税、设备进口税、电能出口税)。co＝ppcc+pgcc+pprc+pgrc+int+tax(3)式中，ppcc(powerplantconstructioncost)为发电厂建设期费用，pgcc(powergridconstructioncost)为电网建设期费用，pprc(powerplantrunningcost)为发电厂运行期费用，pgrc(powergridrunningcost)为电网运行维护费，int为借贷资本利息，si(sellsincome)为售电收入，ss(subsidy)为政策性补贴，tax为电力投资税收，n4为电网跨越的国家数。清洁能源渗透率(repenetrationrate,repr)re渗透率是指re能源装机容量(installedcapacity)占全部能源(化石能源fossilenergy和清洁能源之和)装机容量的百分比。式中，reici为第i种清洁能源的装机容量，mi为清洁能源的种类。feicj为化石能源的装机容量。反映了re发电的规模。净现值是衡量一个项目资金状况很重要的指标。文献[5]基于总资本成本、总运营成本和收入使用净现值(npv)和内部收益率两个指标，分析了热联电产装置的经济评价。输电投资项目中的项目收入和项目支出之差即为每年的净现值。与净现值相关的核心因素间的因果关系见下图2。从图2中可以看出，包含2个闭合回路，一个为正反馈，另一个为负反馈，此系统在系统动力学中成为成长上限性模型。与生产成本相关的核心因素有贷款利率、税收税率、gdp、收益率等，其因果关系见下图3。不同国家的体制不同，导致gdp也不一样。从图3还可以看出，gdp对拆除成本、设备成本、土地路权成本、管理运行成本等都有影响。(7)根据步骤(6)所得的关系曲线，预测电网自开始建设的50内的逐年建设容量。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。当前第1页12