光伏发电EPC项目节能收益期决策模型.pdf
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1、114No.7 in 2023(Total Vol.51.No.389)Journal of BEERenewable Energy2023年第7 期(总第51卷第3 8 9 期)可再生能源利用建筑节能(中英文doi:10.3969/j.issn.2096-9422.2023.07.020光伏发电EPC项目节能收益期决策模型刘进军,高林朝,刘明阳,邢俊敏,刘红才(1.河南农业大学,郑州450046;2.河南省科学院能源研究所有限公司,郑州450008)摘要:随着我国可再生能源技术的不断发展,合同能源管理在节能服务领域得到了广泛应用。科学合理的节能收益期决策是合同能源管理项目成功实施的关键所在。
2、以光伏发电合同能源管理项目为研究对象,结合光伏发电行业不确定性特征,先基于净现值理论,构建合同能源管理项目节能收益期可行区间决策模型,再基于博奔论,构建节能收益期Nash讨价还价决策模型,引入风险因子,求得Nash均衡解,最后用实例对决策模型进行验证。研究显示,节能收益期的长短与项目合作双方对风险的偏好程度正相关。决策模型实现了项目风险与收益的均衡,提高了节能收益期决策的准确性和合理性。研究结论为光伏发电合同能源管理项目的节能收益期决策和谈判提供理论依据。关键词:光伏发电;合同能源管理;节能收益期;Nash讨价还价理论中图分类号:TU-9 文献标志码:A文章编号:2096-9422(2023)
3、07-0114-05Decision Model of Energy Saving Revenue Period of Photovoltaic PowerGeneration Energy Performance Contracting ProjectLIU Jinjun,GAO Linchao,LIU Mingyang,XING Junmin,LIU Hongcai(1.Henan Agricultural University,Zhengzhou 450046,China;2.Energy Research Institute of HenanAcademy of Sciences,Zh
4、engzhou 450008,China)Abstract:With the continuous development of renewable energy technology in China,the energyperformance contracting has been widely used in the field of energy saving services.Scientific andreasonable energy saving revenue period decision is the key to the successful implementati
5、on of the energyperformance contracting project.Taking photovoltaic power generation energy performance contractingproject as the research object,combined with the uncertain characteristics of photovoltaic power generationindustry,based on the net present value theory first,build the feasible interv
6、al decision model of energysaving revenue period of the energy performance contracting project,and then based on game theory,Nash bargaining decision model is built for energy saving revenue period,introducing risk factor,to obtainNash equilibrium solution.Finally,the decision model is verified by a
7、n example.The length of energysaving revenue period is positively correlated with the degree of risk preference of project partners.Thedecision model realizes the balance between project risks and benefits,and improves the accuracy andrationality of the energy saving revenue period decision.The conc
8、lusion provides a theoretical basis for thedecision-making and negotiation of energy saving revenue period of photovoltaic power generation energyperformance contracting project.Keywords:photovoltaic power generation;energy performance contracting;energy saving revenueperiod;Nash bargaining theory0引
9、言降低碳排放、改善能源结构,构建清洁低碳能源收稿日期:2 0 2 2-0 4-0 8;修回日期:2 0 2 3-0 7-19*基金项目:河南省重点科技攻关项目(18 2 10 2 2 10 0 7 5,13 2 10 2 3 10 0 57)体系是目前国家所关注的焦点所在 1,光伏发电作为一项可再生能源技术,面临重要的历史发展机遇 2 。近年来,随着光伏发电技术不断完善,装机成本和系统造价逐年降低,光伏发电合同能源管理项目得到了115刘进军,等:光伏发电EPC项目节能收益期决策模型迅速的发展。合同能源管理是一种市场为主导、节能公司以投资节能项目来获得节能收益的投资方式,这种模式简称 EPC(E
10、n e r g y Pe r f o r ma n c e Co n t r a c t i n g)。目前,在我国各行各业的节能服务领域得到广泛应用 3.4。EPC模式是一种具备诸多优势的新兴节能管理机制,它的推广普及将大大提升我国可再生能源应用范围及参与度,对加快我国能源绿色低碳转型、推进国家能源体系高质量可持续发展、如期实现“碳达峰、碳中和 目标有着重要的现实意义 5.6 。区别于传统的收益方式,EPC项目收益的产生和分配在用能单位和节能公司之间进行,节能公司进行项目投资、项目建设和项目运行管理,在节能收益期内回收投人资金和获取投资回报 7 。节能收益期是划分节能公司和用能单位权利、义务
11、的时间分界线,同时也是确定EPC项目经营权以及所有权归属的时间节点,节能收益期决策关乎节能公司和用能单位双方的收益分配,是影响整个EPC项目是否能够成功实施的关键所在。不合理的节能收益期决策将导致节能服务公司获得超额利润或者其无法在节能收益期内实现的预期收益 。因此,如何进行科学合理的节能收益期决策成为EPC项目研究中的重要课题。很多学者使用不同的研究方法对EPC项目节能收益分配决策进行了分析和研究,例如:刘亚臣等人构建了基于公平熵的节能效益分享型EPC项目收益分配模型 9,曾芝红构建了基于AHP法与模糊综合评价法的节能收益分配模型 10 ,刘晓君等人构建了基于合作博奔理论的节能收益分配模型
12、,他们通过构建收益分配模型对节能收益分享比例进行了分析研究,并验证了其可行性。此外,也有一些学者从不同角度探讨EPC项目合作双方的最优收益分配问题,如:SHANGTiancheng等人研究了项目合作双方的收益分配谈判过程,采用鲁宾斯坦讨价还价博奔理论(Rubinstein bargaining game),分析了项目双方的收益分配比率与风险承受力、资源投入与努力投人的关系,用净现值(NPV)方法确定了项目合作双方的最优分配比例 12 。卢志坚等人采用序贯博奔理论建立完全信息下EPC项目合作博奔模型,研究分析了EPC项目特点和成本结构对最优收益分享比例的影响 13。上述研究多关注如何在EPC项目
13、中为合作双方设定一个合理的收益分享比例,对EPC项目节能收益期的决策研究却无涉及,且忽视了行业的不确定性特征、项目实施过程中的风险偏好的影响。EPC项目种类繁多,各行业的不确定性特征千差万别,在实际项目实施过程中,现有文献中的收益分配决策模型会受到行业特点的限制,不能完全适用于所有行业。因此针对特定行业的EPC项目节能收益期决策研究,具有重要的现实意义。鉴于此,本文针对光伏发电行业,根据行业的不确定性特征,充分考虑风险偏好程度对节能收益期的影响,系统研究光伏发电EPC项目合作双方在完全信息情况下的项目节能收益期决策问题,文中借助“净现值”理论和博奔论中的Nash讨价还价理论,分二个阶段来决策项
14、目节能收益期,第一个阶段用净现值法先构建节能公司能接受的最小节能收益期计算模型,再构建用能单位接受的最大节能收益期计算模型,从而确定节能收益期的可行区间。第二个阶段利用博奔论中的Nash讨价还价理论,在完全信息的情况下,根据项目合作双方对风险的偏好程度,将项目实施过程中的关键风险因素对节能收益期的影响分别以参数赋值,归并为风险因子,构建与项目合作双方风险偏好程度相关的节能收益期讨价还价博奔模型,最后求得博奔模型的Nash均衡解 14,确定项目节能收益期的具体数值。希望研究结论能够为光伏发电EPC项目进行科学合理的节能收益期决策提供理论依据。光伏发电EPC项目节能收益期计算模型构建1.1项目问题
15、描述光伏发电EPC项目通过节能投资来获得节能收益,其运作模式见图1合同能源管理(EPC)协议银行节能公司用能单位EPC项目建设节能收益图1光伏发电EPC项目运作模式Fig.1Operation mode of photovoltaic power generation EPC project1.2项目经济参数1.2.1项目成本(C)函数光伏发电EPC项目总成本Ctoial由初始投资成本Cinital、项目运行维护成本Co&m项目寿命期内的偶生成本C.组成,见式(1)Crotal=Citial+Co&m+Cac(1)1.2.2年发电量(E)函数光伏发电EPC项目发电量由装机容量和年日照峰值时数来
16、计算,见式(2)E,=PT,K(1-)I-(2)式中:E,为项目第t年发电量,t=1,2,,T;T为光伏发电组件寿命年限;P为系统装机容量;T,为光伏发电项目年峰值日照小时数;116LIU Jinjun,et al.Decision Model of Energy SavingRevenue Period of Photovoltaic Power GenerationEnergyPerformanceContractingProjectK为光伏发电项目综合效率系数;儿为光伏发电项目平均年衰减率。1.2.3项目年收入(Q)函数光伏发电EPC项目年收人由光伏发电系统年发电量、上网电价、项目运行维
17、护成本以及项目寿命期内的偶生成本决定,见式(3)。Co&mCaQ,=E,P,(3)TT式中:Q,为项目第t年收入;E,为项目第t年发电量;Ps为电价。1.2.4净现值(NPV)光伏发电EPC项目投资回收期较长,考虑通胀率对项目的影响,净现值(NPV)见式(4)。NPV.=2(4)(1+r)initialt=i式中:NPV,为项目第t年净现值;r为折现率;Ciinitial为初投资。其中折现率r的计算公式为:1+1-1(5)1+g式中:1为人民币利率;8为通胀率。1.3项目节能收益期可行区间决策模型构建1.3.1最小节能收益期Tmin决策模型节能公司能接受的最小节能收益期(Tmin)必满足项目的
18、节能收益期净现值大于最低节能投资收益,见式(6)。TminNPVNPV,CinitiaR(6)mint=1式中:NPVmin为节能公司能接受的最小节能收益期净现值;R为节能公司的最低投资收益率1.3.2最大节能收益期Tmax决策模型最大节能收益期Tmax必满足用能单位节能收益净现值大于零,见式(7)TNPVmaxt=TmaxNPV,=Co&mExPTTt=Tmax(1+r)0(7)式中:NPVnax为用能单位能接受的最大节能收益净现值;T为光伏发电组件寿命年限4光伏发电EPC项目节能收益期决策模型构建在最小和最大节能收益期可行区间范围内进行节能收益期决策时,用能单位和节能公司都会希望实现自身利
19、益最大化。因此我们把节能收益期的决策问题定义为一个讨价还价问题,博奔双方在可行区间内对节能收益期进行讨价还价。1.4.1讨价还价模型参数设置在讨价还价过程中参与双方会考虑和衡量自己所获得的收益与自已所要承担的风险是否对等,为均衡参与双方的收益与风险,本文将项目风险因素进行定性与定量评估,把各项风险因素对节能收益期的影响分别以参数赋值,归并为风险分配因子纳入讨价还价模型。先采用德尔菲法,发放2 0 份调查问卷,根据各个风险因素对项目的综合影响程度,确定了政策与法律风险、金融风险、建设管理风险、市场风险及自然不可抗力五类一级风险和十项二级风险因素集(如表1所示)。然后采用层次分析法的改良法一G1法
20、选择从事光伏发电EPC项目的节能公司专家组7 人、使用光伏发电EPC项目用能单位专家组5人和行业EPC专家组8 人,对五类一级风险和十项二级风险因素进行排序和赋值,对评价数据进行处理,确定风险因素指标权重和主要影响因素隶属度。最后依据确定的风险因素集、指标权重和风险因素隶属度,运用模糊综合评价法模糊算子模型五【15 计算光伏发电EPC项目风险分配因子见表1。表1光伏发电EPC项目风险分配因子Table 1 Risk factors of photovoltaic power generation EPC projects用能单位风节能公司风风险因素险因子(入。)险因子(入。)政府审批延误0.1
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