考慮財(cái)務(wù)管理優(yōu)化的能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益策略

王 欣

（遼東學(xué)院，遼寧 丹東118001）

0 引言

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大和電力市場(chǎng)化的改革，能源系統(tǒng)相關(guān)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)效率和投資能力快速提升[1]～[4]。由于能源互聯(lián)網(wǎng)加大投資和提升收益的建設(shè)目標(biāo)已不再單一由技術(shù)部門主導(dǎo)，而是由企業(yè)財(cái)務(wù)管理與業(yè)務(wù)管理共同負(fù)責(zé)，因此保障供能可靠性和經(jīng)濟(jì)性須要充分體現(xiàn)財(cái)務(wù)管理的優(yōu)化決策作用。另外，大量的多能源轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)設(shè)備和可再生能源接入電網(wǎng)，給電網(wǎng)運(yùn)行可靠性帶來(lái)一定的挑戰(zhàn)，對(duì)能源企業(yè)財(cái)務(wù)管理和運(yùn)行維護(hù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整優(yōu)化能力提出了更高的要求。

目前，國(guó)內(nèi)外一些學(xué)者從技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化角度對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)投資決策及收益評(píng)估問(wèn)題進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[5]針對(duì)多能源系統(tǒng)的可再生能源發(fā)電規(guī)劃以及投資收益優(yōu)化問(wèn)題，提出了考慮多能源功率平衡及系統(tǒng)動(dòng)態(tài)約束的可再生能源容量多目標(biāo)優(yōu)化模型，能夠保障較高的投資收益，并進(jìn)一步提升電網(wǎng)對(duì)可再生能源的接納能力。文獻(xiàn)[6]針對(duì)具有不確定性的電網(wǎng)、氣網(wǎng)聯(lián)合投資規(guī)劃問(wèn)題，提出了綜合電力、熱力的魯棒規(guī)劃模型，具有較高的投資收益，能夠提升電網(wǎng)在不確定環(huán)境下的彈性。文獻(xiàn)[7]考慮電力信息物理融合，提出了考慮信息安全約束的可再生能源電網(wǎng)多主體投資方法，該方法能夠?qū)崿F(xiàn)以可再生能源發(fā)電商、電力用戶和電網(wǎng)為多主體的電力系統(tǒng)投資決策優(yōu)化，并且提升投資決策結(jié)果的魯棒性。文獻(xiàn)[8]基于成本效益分析，提出了區(qū)域微能源網(wǎng)的光伏儲(chǔ)能投資決策模型，能夠保證發(fā)電商在市場(chǎng)中的收益最大化，提升電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行能力。

上述文獻(xiàn)均對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)或微能源網(wǎng)的投資決策進(jìn)行了深入研究，并取得了一定的成果。但是，從企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)角度出發(fā)，目前關(guān)于能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益優(yōu)化的研究以及現(xiàn)有投資模式忽略了對(duì)系統(tǒng)性財(cái)務(wù)管理決策在能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益優(yōu)化中的作用，并且也較少考慮整個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在市場(chǎng)化的投資運(yùn)行機(jī)制中的全部投資者利益及其博弈關(guān)系，不利于提升市場(chǎng)活力。因此，結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的財(cái)務(wù)管理要求和市場(chǎng)博弈機(jī)制進(jìn)行投資收益優(yōu)化，通過(guò)企業(yè)成本管理、固定資產(chǎn)管理和投資管理等財(cái)務(wù)管理優(yōu)化方法，建立合理的基于財(cái)務(wù)管理優(yōu)化的能源互聯(lián)網(wǎng)最優(yōu)投資決策，是保障財(cái)務(wù)管理優(yōu)化功效，促進(jìn)能源互聯(lián)網(wǎng)低碳、高質(zhì)量發(fā)展的有效方法。

本文針對(duì)市場(chǎng)化能源互聯(lián)網(wǎng)的投資收益優(yōu)化問(wèn)題，考慮包含企業(yè)盈利和經(jīng)營(yíng)管理模式的財(cái)務(wù)管理優(yōu)化對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益的影響，提出一種考慮財(cái)務(wù)管理優(yōu)化的能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益決策模型。首先，研究財(cái)務(wù)管理對(duì)市場(chǎng)化能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益影響機(jī)理，建立基于財(cái)務(wù)管理的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)投資收益模型；其次，針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)多主體投資企業(yè)在市場(chǎng)中的運(yùn)行機(jī)制，提出基于非合作博弈的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)財(cái)務(wù)管理決策；最后，以某高比例風(fēng)電能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和相關(guān)企業(yè)財(cái)務(wù)管理信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行仿真分析。結(jié)果顯示本文所提方法能夠保證在較高供能需求和經(jīng)濟(jì)效益前提下，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)投資決策優(yōu)化。

1 財(cái)務(wù)管理對(duì)市場(chǎng)化能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益影響機(jī)理建模

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)模型

能源互聯(lián)網(wǎng)一般是由電力網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)以及供氫、供熱、供冷等能源集成交互而成的多能源集群互聯(lián)系統(tǒng)（圖1）。相較于傳統(tǒng)電熱系統(tǒng)或電氣系統(tǒng)，能源互聯(lián)網(wǎng)的能源形式更為多樣，能源耦合方式更為靈活。能源互聯(lián)網(wǎng)作為大型能源系統(tǒng)的子系統(tǒng)單元，對(duì)上級(jí)電網(wǎng)或天然氣網(wǎng)的能量平衡具有一定的支撐與調(diào)節(jié)作用，可保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)Fig.1 The structure of energy internet

能源互聯(lián)網(wǎng)以電網(wǎng)和天然氣網(wǎng)為主要載體，多種能源經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和消費(fèi)，實(shí)現(xiàn)多種能源形式的交互。在如圖1所示的能源互聯(lián)網(wǎng)DEIi中，上級(jí)電網(wǎng)和天然氣網(wǎng)傳遞的電能、天然氣經(jīng)過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和消費(fèi)等環(huán)節(jié)，并考慮能源互聯(lián)網(wǎng)中可再生能源發(fā)電，DEIi能源輸出為

式中：E＇（t）為能源互聯(lián)網(wǎng)DEIi在t時(shí)刻的能源輸出；Epr（t）為能源生產(chǎn)量；Est（t）為能源存儲(chǔ)量；Econ（t）為能源消費(fèi)量

對(duì)于能源互聯(lián)網(wǎng)DEIt，能量輸入E（t）和能量輸出E＇（t）可表示為

式中：?為能源互聯(lián)網(wǎng)中能量轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1.2 財(cái)務(wù)管理對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益的影響機(jī)理

財(cái)務(wù)管理優(yōu)化是實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)整體財(cái)務(wù)目標(biāo)的重要經(jīng)濟(jì)管理方式，也是增強(qiáng)企業(yè)價(jià)值，發(fā)揮資源整合優(yōu)化潛能和提升能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)供能可靠性和經(jīng)濟(jì)性的重要手段。

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)化發(fā)展，為保障在較高供能可靠性前提下的電網(wǎng)投資收益最大化，能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)與運(yùn)行對(duì)財(cái)務(wù)管理的要求日益嚴(yán)格。在能源互聯(lián)網(wǎng)的能源生產(chǎn)、傳遞、轉(zhuǎn)換和消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)中，進(jìn)行可再生能源發(fā)電、電力線路、輸氣管道和能源轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)等設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本管理優(yōu)化、固定資產(chǎn)管理優(yōu)化和投資管理優(yōu)化，是完善能源互聯(lián)網(wǎng)財(cái)務(wù)戰(zhàn)略、經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略和實(shí)現(xiàn)為多能源用戶高質(zhì)量供能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文充分考慮可再生能源發(fā)電特性、多能源互聯(lián)互濟(jì)特性、多能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)特性和多能源負(fù)荷特性，同時(shí)根據(jù)能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)財(cái)務(wù)管理方法的運(yùn)行維護(hù)成本管理特性、固定資產(chǎn)管理特性和投資管理特性，則能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)DEIi進(jìn)行財(cái)務(wù)管理所產(chǎn)生的投資收益可表示為

式中：Cg，i為能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)DEIi的投資收益；Ca，i，Cfa，i和Cin，i分別表示運(yùn)行維護(hù)成本管理投資收益、固定資產(chǎn)管理投資收益和投資管理投資收益；ψa，i，ψfa，i和ψin，i分別表示3種財(cái)務(wù)管理所產(chǎn)生投資收益的目標(biāo)權(quán)重。

（1）運(yùn)行維護(hù)成本管理

能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)成本是指能源互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中所產(chǎn)生的能源設(shè)備折舊費(fèi)和能源系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)，依照能源市場(chǎng)等相關(guān)政策，不包括不得計(jì)入與供能業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的其他費(fèi)用。能源互聯(lián)網(wǎng)DEIi的運(yùn)行維護(hù)成本為

式中：Ca（k）為能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)DEIi在第k個(gè)調(diào)度周期的運(yùn)行維護(hù)成本，包括能源設(shè)備折舊費(fèi)用Cde（k）和能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用Cop（k）；Ain為固定資產(chǎn)投資額；δre為對(duì)供能質(zhì)量進(jìn)行調(diào)節(jié)而使財(cái)務(wù)管理產(chǎn)生費(fèi)用的調(diào)節(jié)參數(shù)；φf(shuō)ix為能源設(shè)備投資總額占固定資產(chǎn)的比率；γde為能源設(shè)備折舊率；Cm（k）為材料費(fèi)；Cre（k）為維護(hù)費(fèi)；Cst（k）為員工工資；Cot（k）為與供能業(yè)務(wù)相關(guān)的其他費(fèi)用。

（2）固定資產(chǎn)管理

能源互聯(lián)網(wǎng)固定資產(chǎn)管理的目的是對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的固定資產(chǎn)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)企業(yè)對(duì)固定資產(chǎn)狀態(tài)的嚴(yán)格監(jiān)管。固定資產(chǎn)管理成本為

式中：Cfa（k）為能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)DEIi在第k個(gè)調(diào)度周期的固定資產(chǎn)管理成本；φf(shuō)a為可計(jì)提收益的能源設(shè)備有效資產(chǎn)率；γfa為能源設(shè)備收益率；rr-DEI為能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)權(quán)益資本收益率；φde為資產(chǎn)負(fù)債率；rd-DEI為債務(wù)資本收益率。

（3）投資管理

投資管理是通過(guò)合理地規(guī)劃可再生能源、電力網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)和多能源負(fù)荷，使能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)自身利益最大化。投資管理成本為

式中：Cin（k）為能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)DEIi在第k個(gè)調(diào)度周期的投資管理成本；CEin（k）為能源互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投資成本；CEo（k）為能源互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行成本；?為資金折現(xiàn)率；PE（k）為能源互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投資費(fèi)用；TE為能源互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用壽命；ρE為購(gòu)買能源價(jià)格；E（t）和E＇（t）分別為輸入能量和輸出能量。

2 基于非合作博弈的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)財(cái)務(wù)管理決策

2.1 能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益優(yōu)化模型

能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益優(yōu)化問(wèn)題是在考慮能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)和運(yùn)行特性，保障供能的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和企業(yè)財(cái)務(wù)管理優(yōu)化決策前提下，在市場(chǎng)化能源互聯(lián)網(wǎng)投資環(huán)境中，具有多主體（I個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)參與投資博弈）多目標(biāo)（M個(gè)目標(biāo)）的博弈問(wèn)題。由于多元化能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)之間信息不完全共享，因此屬于非合作博弈，可以引入非合作博弈理論構(gòu)建數(shù)學(xué)模型[9]，[10]。

能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)投資決策如下：

假設(shè)參與博弈的每個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都有自己的策略集Sq，Sq={sjq｜jq∈Λq}，Λq是指標(biāo)集。在博弈過(guò)程中，每個(gè)局勢(shì)是由參與博弈企業(yè)選擇一個(gè)策略組而形成。若sjq是第q個(gè)企業(yè)的一個(gè)策略，則該企業(yè)的一個(gè)局勢(shì)可以表示為s={sj1，…，sjI}。因此，全體參與企業(yè)的全體局勢(shì)集合S為各參與企業(yè)策略集的笛卡爾積。

參與企業(yè)nq的混合策略集為

式中：xjq為參與企業(yè)nq純策略集Sq={sjq｜jq∈Λq}的策略概率；Λq為純策略集的指標(biāo)集；xq=（xjq｜jq∈Λq）T是混合策略。

由此可以得到：

式中：當(dāng)參與企業(yè)nq選擇混合策略xq∈Xq時(shí)，x=（x1，…，xI）即為混合策略局勢(shì)，且x∈X。

在能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)多主體博弈過(guò)程中，參與企業(yè)之間不能得到相互的目標(biāo)權(quán)重，只能將自身目標(biāo)權(quán)重作為其他參與企業(yè)的博弈依據(jù)，從而得出投資策略選擇。此時(shí)每個(gè)參與企業(yè)nq都將自身目標(biāo)權(quán)重賦值于另外參與企業(yè)nq＇。若能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)DEIi的投資決策如公式（7）所示，則：

式中：Θqq＇（x）為參與企業(yè)nq＇在策略x中的加權(quán)支付值；Θmq＇（x）為參與企業(yè)nq＇在局勢(shì)x中關(guān)于目標(biāo)m的支付值；νqm為參與企業(yè)nq關(guān)于目標(biāo)m的支付值；πmq＇為參與企業(yè)nq＇在純策略局勢(shì)中關(guān)于目標(biāo)m的支付值。

2.2 模型求解

能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)投資決策求解步驟如下。

①令x＇q=（x＇jq｜jq∈Λq）T為常量，求解min Eqq＇（x‖x＇q），得到gq（x＇q）（nq∈I）。

針對(duì)實(shí)際決策與理想賦值決策偏差，投資決策局勢(shì)應(yīng)為x＇=（xq1，…，xqq），參與企業(yè)實(shí)際得到的加權(quán)收益為

3 算例分析

本文以某地區(qū)能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)和相關(guān)財(cái)務(wù)管理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)圖2的連接方式組成多主體投資決策仿真系統(tǒng)[4]，[5]。

圖2 仿真系統(tǒng)連接方式Fig.2 The connection way of simulation system

假設(shè)3個(gè)能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)相連且參與市場(chǎng)博弈，仿真分析能源互聯(lián)網(wǎng)在不同財(cái)務(wù)管理優(yōu)化下的系統(tǒng)投資決策與投資收益。圖1中的各子系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的能源互聯(lián)網(wǎng)典型多能源負(fù)荷以及風(fēng)電和光伏出力曲線如圖3所示。

圖3 典型多能源負(fù)荷以及風(fēng)電出力曲線Fig.3The typicalcurvesofmulti-energy loadsandwind power

能源互聯(lián)網(wǎng)參數(shù)如表1所示。

表1 能源互聯(lián)網(wǎng)參數(shù)Table 1 The parameters of energy internet

根據(jù)目前能源互聯(lián)網(wǎng)財(cái)務(wù)管理機(jī)制，本文設(shè)定能源互聯(lián)網(wǎng)財(cái)務(wù)管理所產(chǎn)生投資收益的目標(biāo)權(quán)重取值如表2所示。

表2 目標(biāo)權(quán)重參數(shù)Table 1 The parameters ofmanagementweights

為驗(yàn)證本文所提方法的有效性，針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益優(yōu)化，設(shè)置了3種情景。情景1為不考慮博弈的各區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)獨(dú)立投資；情景2為不考慮博弈的各區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合投資；情景3為本文所提出的考慮博弈的各區(qū)域能源互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合投資。3種情景的投資收益優(yōu)化結(jié)果如表3所示。

表3 投資收益優(yōu)化結(jié)果Table 3 The results of investment income optimization

由表3可知，場(chǎng)景3的投資收益優(yōu)化結(jié)果分別比場(chǎng)景1和場(chǎng)景2增加了604萬(wàn)元和116萬(wàn)元，并且提升了收益率。這主要是因?yàn)檎w投資收益優(yōu)化結(jié)果不僅要考慮能源互聯(lián)網(wǎng)規(guī)劃收益，還要考慮在全生命周期內(nèi)運(yùn)行維護(hù)財(cái)務(wù)管理對(duì)于投資收益的影響，即本文提出的財(cái)務(wù)管理優(yōu)化方法。場(chǎng)景1和場(chǎng)景2對(duì)這一重要機(jī)制有一定程度的忽略，而場(chǎng)景3在充分考慮能源市場(chǎng)運(yùn)行整體性財(cái)務(wù)管理機(jī)制的前提下，進(jìn)行基于財(cái)務(wù)管理優(yōu)化的企業(yè)投資決策，提升了投資收益凈現(xiàn)值。由于基于非合作博弈的聯(lián)合投資決策的方案更適用于市場(chǎng)化多能源互聯(lián)系統(tǒng)的投資決策，因此投資回收周期也比其他兩種場(chǎng)景的回收周期短。

在不同供能可靠性要求下各個(gè)場(chǎng)景的財(cái)務(wù)管理成本如表4所示。

表4 在不同供能可靠性要求下各場(chǎng)景財(cái)務(wù)管理總成本Table 4 The total cost of financialmanagement for each scenario under differentenergy supply reliability requirements

由表4可知，供能可靠性要求的提升將增加財(cái)務(wù)管理總成本。場(chǎng)景1呈現(xiàn)指數(shù)增加趨勢(shì)；場(chǎng)景2成本上升較為平緩，但并未對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)目標(biāo)權(quán)重給出合理的預(yù)判，導(dǎo)致投資成本持續(xù)增加。相對(duì)而言，場(chǎng)景3在較低可靠性要求下存在附加成本，從而導(dǎo)致財(cái)務(wù)管理總成本高于場(chǎng)景1和場(chǎng)景2；當(dāng)供能可靠性參數(shù)為0.99 時(shí)，其成本明顯低于場(chǎng)景1和場(chǎng)景2。因此，場(chǎng)景3能夠提升系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，并且保持供能可靠性，更適用于能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求。

4 結(jié)論

本文針對(duì)市場(chǎng)化能源互聯(lián)網(wǎng)的投資收益優(yōu)化問(wèn)題，提出考慮財(cái)務(wù)管理優(yōu)化的能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益評(píng)估模型。通過(guò)對(duì)包含電能、熱能和燃?xì)獾榷喾N能源生產(chǎn)、轉(zhuǎn)換、存儲(chǔ)和消費(fèi)過(guò)程的能源互聯(lián)網(wǎng)模型研究，建立財(cái)務(wù)管理優(yōu)化對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)投資收益的影響機(jī)理模型。通過(guò)計(jì)算能源互聯(lián)網(wǎng)在不同財(cái)務(wù)管理優(yōu)化策略下的投資收益，建立能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)多主體投資的動(dòng)態(tài)博弈模型及求解算法。該方法可在提升能源互聯(lián)網(wǎng)供能可靠性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的前提下，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)投資收益最大化，為能源市場(chǎng)的靈活穩(wěn)定有序發(fā)展提供了理論支撐，是能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中財(cái)務(wù)管理優(yōu)化決策形成的重要依據(jù)。