“能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村能源”典型場景、商業(yè)模式及成本價(jià)值核算研究

楊莘博，譚忠富，薛 帆，李 鵬，李慧璇，張藝涵

(1.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京市 昌平區(qū) 102206；2.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，河南省 鄭州市 450000)

0 引言

2014年6月，習(xí)近平總書記提出“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，指明了新時(shí)代中國能源轉(zhuǎn)型發(fā)展新方向，要求積極推動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展[1]。2018年9月，中共中央、國務(wù)院正式印發(fā)《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃(2018—2022年)》，對(duì)實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略第一個(gè)五年工作做出具體部署，要求優(yōu)化農(nóng)村能源供給結(jié)構(gòu)、完善農(nóng)村能源基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)、推進(jìn)農(nóng)村能源消費(fèi)升級(jí)、發(fā)展“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源，探索建設(shè)農(nóng)村能源革命示范區(qū)。近年來，以沼氣、太陽能、生物質(zhì)發(fā)電為代表的農(nóng)村能源保持強(qiáng)勁的發(fā)展勢頭，但目前農(nóng)村潛在用能需求較強(qiáng)與能源發(fā)展基礎(chǔ)薄弱之間矛盾突出，能源外引比例較高與本地資源開發(fā)不足之間矛盾突出，農(nóng)村生產(chǎn)生活垃圾污染嚴(yán)重與廢棄物資源化利用不高之間矛盾突出，農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型發(fā)展任務(wù)較重與市場化商業(yè)模式欠缺之間矛盾突出，迫切要求圍繞農(nóng)村能源，形成市場化多能互補(bǔ)能源供應(yīng)體系，推進(jìn)農(nóng)村能源梯級(jí)利用、循環(huán)利用和綜合利用。

當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者圍繞能源互聯(lián)網(wǎng)及農(nóng)村能源等方面展開了一些研究工作。在能源互聯(lián)網(wǎng)方面：文獻(xiàn)[2-6]充分研究了能源互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵概念、技術(shù)形態(tài)、物理結(jié)構(gòu)以及發(fā)展方向，為能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)研究框架及方向;文獻(xiàn)[7]融合數(shù)字孿生和能源互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)化能源互聯(lián)網(wǎng)框架體系;文獻(xiàn)[8]將能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于新能源電力系統(tǒng)運(yùn)營中，對(duì)運(yùn)營模式和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了初步探索;文獻(xiàn)[9]將能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于電力交易領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了電力交易平臺(tái)框架體系；文獻(xiàn)[10]將能源互聯(lián)網(wǎng)用于城市綜合服務(wù)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)了相應(yīng)的平臺(tái)構(gòu)架和關(guān)鍵技術(shù)。在農(nóng)村能源基礎(chǔ)研究及利用方面：文獻(xiàn)[11]定義了農(nóng)村能源、農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)相關(guān)概念；文獻(xiàn)[12]從太陽能、風(fēng)能、水能等角度研究了農(nóng)村能源開發(fā)的主要方向及相關(guān)對(duì)策；文獻(xiàn)[13]研究了農(nóng)村能源發(fā)展政策，評(píng)估了農(nóng)村能源開發(fā)現(xiàn)狀；文獻(xiàn)[14]對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)背景下農(nóng)村能源發(fā)展的大體方向進(jìn)行了初步的研究；在方向及對(duì)策研究的基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[15]從社會(huì)和技術(shù)角度，設(shè)計(jì)了埃塞俄比亞農(nóng)村可再生能源系統(tǒng)；文獻(xiàn)[16]將屋頂光伏和生物質(zhì)發(fā)電應(yīng)用于摩洛哥獨(dú)立農(nóng)村住房用能中，綜合評(píng)估了相應(yīng)的成本效益；文獻(xiàn)[17]分別對(duì)東部、中部、西部、東北4個(gè)地區(qū)開展了農(nóng)村能源發(fā)展現(xiàn)狀及開發(fā)利用模式研究。以上文獻(xiàn)，充分研究了能源互聯(lián)網(wǎng)框架、應(yīng)用體系、農(nóng)村能源開發(fā)方向及農(nóng)村能源利用形式等內(nèi)容，為本文的研究奠定了基礎(chǔ)，但上述研究一方面未將能源互聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)村地區(qū)資源開發(fā)進(jìn)行有效融合，另一方面也未設(shè)計(jì)農(nóng)村能源規(guī)模化、市場化生產(chǎn)、開發(fā)與利用的商業(yè)化實(shí)現(xiàn)途徑，未實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)成本價(jià)值的有效測算。然而，當(dāng)前受農(nóng)民經(jīng)濟(jì)承受能力弱、農(nóng)村能源項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性差、能源互聯(lián)網(wǎng)助力農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展范式較少等多種現(xiàn)實(shí)因素的影響，在農(nóng)村能源革命試點(diǎn)建設(shè)中，如何發(fā)揮能源互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢助推農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展成為難點(diǎn)問題。

本文在分析能源互聯(lián)網(wǎng)和農(nóng)村能源開發(fā)助推耦合關(guān)系的基礎(chǔ)上，研究農(nóng)村能源典型應(yīng)用場景及商業(yè)化運(yùn)營方案，以期助力能源扶貧及鄉(xiāng)村振興“農(nóng)業(yè)強(qiáng)、農(nóng)村美、農(nóng)民富”的戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

1 “能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村能源”典型應(yīng)用場景

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)與農(nóng)村能源互助耦合發(fā)展關(guān)系

農(nóng)村能源有狹義和廣義，狹義下的農(nóng)村能源是指由農(nóng)作物秸稈、糞便、沼氣、風(fēng)、光、水、煤炭等組成的可以就近開發(fā)、就近消納的能源資源，廣義下的農(nóng)村能源在包含狹義能源資源的基礎(chǔ)上，包含了對(duì)農(nóng)村農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活等消費(fèi)資源的開發(fā)及有效利用[11]，具體如圖1所示。

圖1 農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)內(nèi)涵Fig.1 The meaning of rural energy

然而，農(nóng)村地區(qū)一方面呈現(xiàn)耗能分散化、能量密度低等用能特點(diǎn)、一方面呈現(xiàn)基礎(chǔ)能源開發(fā)設(shè)備欠缺、信息互聯(lián)互通性差等供能特點(diǎn)，發(fā)展農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)具有較大的困難，而能源互聯(lián)網(wǎng)以電為中心，以堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)為基礎(chǔ)平臺(tái)，緊密耦合各類分布式能源設(shè)備、現(xiàn)代信息通訊技術(shù)及完善的應(yīng)用體系及平臺(tái)(能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架如圖2所示)，能夠支撐可再生能源大規(guī)模開發(fā)利用和綜合能效提升[18]，是解決農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)市場化開發(fā)與運(yùn)營的重要手段。

圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架Fig.2 Energy Internet architecture

1.2 “能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村能源”發(fā)展框架體系

結(jié)合能源互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成要素，從設(shè)備層、信息層以及應(yīng)用層構(gòu)建農(nóng)村能源發(fā)展典型框架體系。其中，應(yīng)用層包括直接相關(guān)業(yè)務(wù)和延伸業(yè)務(wù)；信息層包括開發(fā)平臺(tái)層和開發(fā)感知層；設(shè)備層包括各類發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能機(jī)組和能源轉(zhuǎn)化機(jī)組。具體構(gòu)成如圖3所示。

圖3 “能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村能源”場景整體框架Fig.3 The overall framework of the “Energy Internet + Rural Energy” scenario

1) 設(shè)備層。設(shè)備層為機(jī)組層，耦合多種分布式能源生產(chǎn)、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換設(shè)備，不同機(jī)組耦合形成能源產(chǎn)業(yè)多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)村能源開發(fā)及市場化運(yùn)作的基礎(chǔ)，由于不同場景面向用戶不同，負(fù)荷需求具有一定的差異性，因此，機(jī)組設(shè)備在不同場景具有不同的耦合方式，集中體現(xiàn)了不同場景之間的差異性，本文將在1.3節(jié)圍繞農(nóng)村農(nóng)業(yè)、農(nóng)村現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)業(yè)、農(nóng)村生活3個(gè)角度，構(gòu)建基礎(chǔ)發(fā)展框架下典型情景多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案。

2) 信息層。信息層由感知層和平臺(tái)層構(gòu)成，其中，感知層為能源產(chǎn)業(yè)開發(fā)潛力感知型設(shè)備，由實(shí)時(shí)感知設(shè)備及信息采集設(shè)備組成，監(jiān)測負(fù)荷需求與天氣狀況；平臺(tái)層為能源產(chǎn)業(yè)市場化交易信息統(tǒng)計(jì)平臺(tái)，由各類信息采集平臺(tái)和各環(huán)節(jié)交易平臺(tái)組成，基于感知層設(shè)備的信息傳遞，信息采集平臺(tái)統(tǒng)計(jì)分析機(jī)組可用出力、農(nóng)業(yè)用能負(fù)荷信息等，進(jìn)一步基于信息采集平臺(tái)信息傳遞，交易平臺(tái)整合購、售雙方交易信息，實(shí)現(xiàn)農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)市場化運(yùn)作。

3) 應(yīng)用層。應(yīng)用層是農(nóng)村能源市場化應(yīng)用方式的具體呈現(xiàn)，基于全產(chǎn)業(yè)鏈，從資源開發(fā)、資源利用以及資源管理3個(gè)角度，具體為：在投資建設(shè)階段：農(nóng)村能源清潔化開發(fā)(集中體現(xiàn)在開發(fā)農(nóng)村風(fēng)、光、秸稈等可再生資源)；在市場化應(yīng)用階段，清潔能源供能服務(wù)、用能高效管理服務(wù)以及能源金融服務(wù)(集中體現(xiàn)基于能源開發(fā)，提供如供能的基礎(chǔ)服務(wù)、用能方案設(shè)計(jì)的延伸服務(wù)以及用能保險(xiǎn)的金融服務(wù))。

1.3 框架體系下典型應(yīng)用情景多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案

基于能源互聯(lián)網(wǎng)背景下農(nóng)村能源發(fā)展框架，以農(nóng)村農(nóng)業(yè)、工業(yè)產(chǎn)業(yè)、智慧生活為典型情景，分別設(shè)計(jì)設(shè)備層多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案。

1.3.1 “能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村農(nóng)業(yè)”多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案

“能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村農(nóng)業(yè)”場景面向農(nóng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，用能類型較為單一，通常以電負(fù)荷為主，多能互補(bǔ)方案集中體現(xiàn)在能源之間的循環(huán)流動(dòng)，如圖4所示。

圖4 “能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村農(nóng)業(yè)”場景多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案Fig.4 Multi-energy complementary realization plan for “Energy Internet + Rural Agriculture” scenario

由圖4可知：“能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村農(nóng)業(yè)”場景，通過建設(shè)光伏生產(chǎn)大棚、屋頂光伏發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及沼氣發(fā)電機(jī)等能源產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)型設(shè)備，開發(fā)農(nóng)村清潔能源，協(xié)調(diào)滿足農(nóng)業(yè)用能負(fù)荷(包含農(nóng)作物生產(chǎn)用能，如播種、灌溉、收割等以及養(yǎng)殖業(yè)用能，如照明、抽水、室內(nèi)加溫等)。此外，在此場景下，農(nóng)業(yè)負(fù)荷具有“源”和“荷”的雙重角色，各類能源產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)型設(shè)備輸出不同形式的能源，滿足農(nóng)業(yè)用能負(fù)荷需求，完成農(nóng)業(yè)生產(chǎn)后，產(chǎn)出秸稈、牲畜糞便等生物質(zhì)資源，進(jìn)一步作為沼氣發(fā)電機(jī)能源設(shè)備的產(chǎn)能原料，再次產(chǎn)出可滿足農(nóng)業(yè)用能負(fù)荷需求的能源，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)能源循環(huán)流動(dòng)。

1.3.2 “能源互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)產(chǎn)業(yè)”多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案

“能源互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)產(chǎn)業(yè)”場景面向農(nóng)村現(xiàn)代新型工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，用能類型多樣，通常包含冷、熱、電負(fù)荷，多能互補(bǔ)方案集中體現(xiàn)在能源之間的協(xié)同轉(zhuǎn)換，如圖5所示。

圖5 “能源互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)產(chǎn)業(yè)”場景多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案Fig.5 Multi-energy complementary realization plan for “Energy Internet + Industrial Industry” scenario

由圖5可知：“能源互聯(lián)網(wǎng)+工業(yè)產(chǎn)業(yè)”場景，通過建設(shè)屋頂光伏發(fā)電機(jī)組、風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及沼氣發(fā)電機(jī)等能源產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)型設(shè)備，開發(fā)農(nóng)村清潔能源，協(xié)調(diào)滿足現(xiàn)代農(nóng)村工業(yè)用電負(fù)荷需求。此外，由于工業(yè)用能時(shí)段性較強(qiáng)，白天用能多、晚上用能少，引入儲(chǔ)能設(shè)備，通過能源存儲(chǔ)，滿足用能需求；另一方面，通過引入能源轉(zhuǎn)換設(shè)備，吸納清潔能源棄能，協(xié)調(diào)滿足工業(yè)產(chǎn)業(yè)冷、熱負(fù)荷需求，從而實(shí)現(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)能源協(xié)同轉(zhuǎn)換。

1.3.3 “能源互聯(lián)網(wǎng)+智慧生活”多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案

在脫貧攻堅(jiān)、鄉(xiāng)村振興等國家戰(zhàn)略目標(biāo)的推動(dòng)下，農(nóng)村集中型村民社區(qū)興起，但農(nóng)村村民分散居住仍占較大比例，因此，本節(jié)從集中型和分散型2個(gè)角度構(gòu)建“能源互聯(lián)網(wǎng)+智慧生活”場景多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案。

1) 集中式智慧生活場景。

“能源互聯(lián)網(wǎng)+集中式智慧生活”場景面向農(nóng)村新型村民社區(qū)，用能集中，通常包括冷、熱、電負(fù)荷需求，多能互補(bǔ)方案集中體現(xiàn)在能源之間的協(xié)同轉(zhuǎn)換以及能源之間的循環(huán)流動(dòng)，如圖6所示。

圖6 “能源互聯(lián)網(wǎng)+集中式智慧生活”集中式場景Fig.6 Centralized scenario of “Energy Internet + Centralized Smart Life”

由圖6可知：“能源互聯(lián)網(wǎng)+集中式智慧生活”場景，通過建設(shè)屋頂光伏、風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及沼氣發(fā)電機(jī)等能源產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)型設(shè)備，開發(fā)農(nóng)村清潔能源，協(xié)調(diào)滿足集中型電負(fù)荷、引入電制冷機(jī)、電鍋爐以及儲(chǔ)能設(shè)備吸納清潔能源棄能，協(xié)調(diào)滿足集中型村民用戶冷、熱、電負(fù)荷需求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能源協(xié)同轉(zhuǎn)換；此外，在此場景下，集中型家庭用能同樣具有“源”和“荷”的雙重角色，能源生產(chǎn)型設(shè)備滿足集中式家庭用能負(fù)荷需求，家庭用能產(chǎn)出生活垃圾、糞便等生物質(zhì)資源，進(jìn)一步作為沼氣發(fā)電機(jī)能源設(shè)備的產(chǎn)能原料，再次產(chǎn)出可滿足集中型家庭用能負(fù)荷需求的能源，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能源循環(huán)流動(dòng)。

2) 分散式智慧生活場景。

“能源互聯(lián)網(wǎng)+分散式智慧生活”場景面向農(nóng)村分散式個(gè)體家庭，用能分散、設(shè)備分散，通常為用戶自建，主要包含電負(fù)荷，多能互補(bǔ)方案集中體現(xiàn)在“電能替代”，如圖7所示。

圖7 “能源互聯(lián)網(wǎng)+分散式智慧生活”分散式場景Fig.7 Decentralized scenario of “Energy Internet + Decentralized Smart Life”

由圖7可知：“能源互聯(lián)網(wǎng)+分散式智慧生活”場景，主要通過建設(shè)屋頂光伏，在分布式家庭內(nèi)部實(shí)現(xiàn)清潔化改造，滿足熱水、取暖、制冷、炊用、出行等多方面的用能需求。此外，還可利用秸稈等生物質(zhì)資源，通過節(jié)柴灶滿足部分炊用需求。

2 “能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村能源”商業(yè)模式設(shè)計(jì)

在構(gòu)建典型應(yīng)用場景的基礎(chǔ)上，市場化運(yùn)營是農(nóng)村能源開發(fā)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，本節(jié)重點(diǎn)圍繞市場化開發(fā)對(duì)農(nóng)村能源進(jìn)行商業(yè)模式設(shè)計(jì)。

2.1 商業(yè)模式內(nèi)涵

商業(yè)模式是指通過設(shè)計(jì)創(chuàng)造價(jià)值、傳遞價(jià)值和獲取價(jià)值的商業(yè)途徑，推動(dòng)項(xiàng)目實(shí)施、業(yè)務(wù)開展，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)發(fā)展邏輯體系[19]。常見的商業(yè)模式設(shè)計(jì)方法有價(jià)值三要素[20]、魏朱模型[21]、商業(yè)模式畫布[22]等，簡要梳理相關(guān)關(guān)系，如圖8所示。

圖8 常見商業(yè)模式設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素耦合關(guān)系Fig.8 Coupling relationship between the key elements of common business model design

由圖8可知：一方面，不同商業(yè)模式之間，其關(guān)鍵因素相互耦合，例如價(jià)值三要素中價(jià)值主張包含并體現(xiàn)了魏朱模型中定位、業(yè)務(wù)系統(tǒng)、關(guān)鍵資源能力以及企業(yè)價(jià)值，而魏朱模型中定位又包含并體現(xiàn)商業(yè)模式畫布中的目標(biāo)用戶、關(guān)鍵業(yè)務(wù)；另一方面，同一商業(yè)模式內(nèi)部之間，其關(guān)鍵因素相互影響，例如關(guān)鍵業(yè)務(wù)影響價(jià)值主張、渠道通路等，目標(biāo)用戶影響客戶關(guān)系、收入來源、關(guān)鍵業(yè)務(wù)等。

通過對(duì)常見商業(yè)模式設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素耦合關(guān)系進(jìn)行簡要分析，本文圍繞商業(yè)模式創(chuàng)造價(jià)值、傳遞價(jià)值以及獲取價(jià)值，從中選取關(guān)鍵業(yè)務(wù)、目標(biāo)用戶、盈利模式以及重要合作(即合作主體)4個(gè)關(guān)鍵要素對(duì)商業(yè)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中：關(guān)鍵業(yè)務(wù)集中體現(xiàn)了商業(yè)模式如何創(chuàng)造價(jià)值；目標(biāo)用戶集中體現(xiàn)了商業(yè)模式如何傳遞價(jià)值；盈利模式集中體現(xiàn)了商業(yè)模式如何獲取價(jià)值；而合作主體是維持高效可持續(xù)獲取價(jià)值的重要手段之一。

2.2 不同發(fā)展階段下農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)商業(yè)模式設(shè)計(jì)

基于1.2節(jié)及1.3節(jié)農(nóng)村能源發(fā)展框架及多能互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)方案的設(shè)計(jì)，對(duì)于分散式生活而言，用能較少且系統(tǒng)分散，通常由用戶自建，因此，本節(jié)以農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及集中型智慧生活為面向場景，以國家電網(wǎng)公司或新型綜合能源建設(shè)公司為農(nóng)村能源項(xiàng)目發(fā)起者與投建者，從投資建設(shè)、市場化運(yùn)作2個(gè)階段，圍繞目標(biāo)用戶、關(guān)鍵業(yè)務(wù)、合作主體以及盈利模式，構(gòu)建典型商業(yè)模式，如圖9所示。

圖9 “能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村能源”典型商業(yè)模式Fig.9 Typical business model of “Energy Internet + Rural Energy”

由圖9可知：“能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村能源”典型商業(yè)模式包含投資建設(shè)(產(chǎn)業(yè)資源開發(fā)、產(chǎn)業(yè)資源生產(chǎn))與市場化運(yùn)作(產(chǎn)業(yè)資源利用)2個(gè)階段。各階段商業(yè)模式描述，具體如下文所述。

2.2.1 投資建設(shè)

此階段，重點(diǎn)在于搭建農(nóng)村能源系統(tǒng)，構(gòu)建農(nóng)村能源發(fā)展基礎(chǔ)，屬于前期投資階段，具體商業(yè)模式如下文所述。

1) 農(nóng)村能源資源開發(fā)。

(1) 關(guān)鍵業(yè)務(wù)：在于開發(fā)農(nóng)村能源資源，一方面開展生物質(zhì)資源開發(fā)，對(duì)農(nóng)村秸稈等生物質(zhì)資源進(jìn)行集中收集與規(guī)?；_發(fā)，形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模，另一方面開展風(fēng)光等清潔能源開發(fā)，為風(fēng)、光等清潔分布式機(jī)組選址。

(2) 合作主體：基于關(guān)鍵業(yè)務(wù)，在產(chǎn)業(yè)資源開發(fā)階段，合作主體主要為社會(huì)主體、農(nóng)業(yè)用戶、物流企業(yè)以及分布式機(jī)組選址科研單位。從農(nóng)業(yè)用戶手中回收秸稈等生物質(zhì)資源，依靠物流企業(yè)完善的物流體系，進(jìn)行輸送，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)村秸稈等生物質(zhì)資源的規(guī)模化開發(fā)；與分布式機(jī)組選址科研單位達(dá)成合作，研究分布式機(jī)組選址布局，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)光等清潔能源資源開發(fā)；社會(huì)主體主要體現(xiàn)在通過與投建者達(dá)成投資合作聯(lián)盟，投入資金，參與資源開發(fā)全過程。

2) 農(nóng)村能源資源生產(chǎn)。

(1) 關(guān)鍵業(yè)務(wù)：在于搭建農(nóng)村能源生產(chǎn)系統(tǒng)，一方面在于搭建產(chǎn)業(yè)資源分布式生產(chǎn)機(jī)組，另一方面在于搭建系統(tǒng)信息化平臺(tái)。對(duì)于系統(tǒng)的搭建，常見的建設(shè)方式包括BT模式和改進(jìn)的PPP模式。

① BT模式。BT即建設(shè)(Build)及移交(Trans-fer)，為“先建設(shè)、后轉(zhuǎn)移”的建設(shè)方式[23]。通過招標(biāo)，發(fā)起者與中標(biāo)者簽訂建設(shè)BT合約，將項(xiàng)目委托給中標(biāo)者進(jìn)行建設(shè)，在建設(shè)完成后由發(fā)起者驗(yàn)收，如圖10所示。

圖10 BT建設(shè)模式Fig.10 BT construction model

② 改進(jìn)的PPP模式。常規(guī)PPP模式(public-private partner ship)是指政府與社會(huì)資本達(dá)成合作，共同參與公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[24]。在“能源互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村能源”建設(shè)過程中，可以采用改進(jìn)的PPP模式，即基于PPP模式中合作聯(lián)盟，將合作主體拓展為政府部門、電網(wǎng)公司、新型綜合能源建設(shè)公司及社會(huì)資本，并以電網(wǎng)公司、新型綜合能源建設(shè)公司為主導(dǎo)，多方合作進(jìn)行農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)建設(shè)與運(yùn)營，如圖11所示。

圖11 改進(jìn)的PPP建設(shè)模式Fig.11 Improved PPP construction model

(2) 合作主體：基于關(guān)鍵業(yè)務(wù)，在農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)資源生產(chǎn)階段，合作主體主要為設(shè)備廠商、系統(tǒng)開發(fā)商、社會(huì)主體以及政府。從設(shè)備廠商手中購買設(shè)備；依靠系統(tǒng)開發(fā)商技術(shù)開發(fā)現(xiàn)代化互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備層、平臺(tái)層的搭建；與社會(huì)主體和政府達(dá)成合作，吸納社會(huì)資本、獲取國家政策支持，以降低投資成本，提高投資效率。

2.2.2 市場化運(yùn)作——農(nóng)村能源資源利用

此階段，重點(diǎn)在于市場化運(yùn)營農(nóng)村能源，獲取直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值，具體商業(yè)模式如下文所述。

1) 目標(biāo)用戶：在農(nóng)村能源市場化利用階段，其目標(biāo)用戶主要包含終端用戶和電網(wǎng)公司(若投建者僅為新型綜合能源建設(shè)公司)。其中，終端用戶由農(nóng)業(yè)用能用戶、工業(yè)產(chǎn)業(yè)用戶以及集中型村民用戶組成。

2) 關(guān)鍵業(yè)務(wù)：一方面在于對(duì)開發(fā)資源進(jìn)行市場化營銷，一方面在于對(duì)開發(fā)平臺(tái)信息化應(yīng)用。主要包含基礎(chǔ)業(yè)務(wù)、延伸業(yè)務(wù)以及增值業(yè)務(wù)，具體如圖12所示。

由圖12可知：基礎(chǔ)業(yè)務(wù)包含供能服務(wù)、輔助服務(wù)以及清潔能源服務(wù)。供能服務(wù)是指立足農(nóng)村能源，開展分布式發(fā)電就近消納，在供應(yīng)終端用戶用能的同時(shí)，進(jìn)行余量上網(wǎng)；輔助服務(wù)是指針對(duì)電網(wǎng)提供的調(diào)頻、調(diào)壓、備用等服務(wù)；清潔能源服務(wù)是指針對(duì)終端消費(fèi)用戶實(shí)現(xiàn)綠電推廣，獲得的政策補(bǔ)貼。

延伸業(yè)務(wù)包含用能管理服務(wù)和節(jié)能改造服務(wù)。用能管理服務(wù)是指為終端用戶提供用能解決方案、用能質(zhì)量管理與定制、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)等服務(wù)；節(jié)能改造服務(wù)是指針對(duì)終端用戶，采用需求響應(yīng)、能源套餐等手段，提供用能能效管理、節(jié)能改造等服務(wù)。

增值業(yè)務(wù)包含能源金融服務(wù)和信息化服務(wù)。能源金融服務(wù)是指為消費(fèi)用戶提供停電賠償保險(xiǎn)等金融服務(wù)；信息化服務(wù)是指基于消費(fèi)端用能數(shù)據(jù)，一方面針對(duì)消費(fèi)端，為消費(fèi)者提供用能數(shù)據(jù)，制定用能計(jì)劃，一方面針對(duì)生產(chǎn)端，為生產(chǎn)者提供差異化用戶畫像。

3) 合作主體：基于關(guān)鍵業(yè)務(wù)，在市場化運(yùn)行階段下，合作主體主要為終端用戶和電網(wǎng)公司。對(duì)于終端用戶而言，一方面，與投建者(本文假定投建者即日后管理者)簽訂用能合同，達(dá)成供需合作聯(lián)盟；另一方面，與投建者簽訂用能管理合同，達(dá)成需求響應(yīng)合作聯(lián)盟。對(duì)于電網(wǎng)公司而言，一方面，與投建者(此處假設(shè)投建者為新型綜合能源建設(shè)公司)簽訂雙向輔助服務(wù)合同，互相提供備用、調(diào)頻等服務(wù)，達(dá)成備用合作聯(lián)盟；另一方面，與投建者簽訂余量上網(wǎng)合同，達(dá)成消納清潔能源合作聯(lián)盟。

4) 盈利模式：基于關(guān)鍵業(yè)務(wù)和合作主體，在市場化運(yùn)行階段下，盈利模式主要包含基礎(chǔ)盈利、延伸盈利以及增值盈利，如圖13所示。

圖13 農(nóng)村能源資源利用階段盈利途徑Fig.13 Ways to make profits at the stage of resource utilization in rural energy

由圖13可知：基礎(chǔ)業(yè)務(wù)下包含供能收益、輔助服務(wù)收益和政策補(bǔ)貼收益。其中：供能收益包含從用戶端獲得的直接供能收益和從電網(wǎng)獲得的余量上網(wǎng)收益；輔助服務(wù)收益是指通過提供備用、調(diào)頻等輔助服務(wù)、從電網(wǎng)獲得的收益；政策補(bǔ)貼收益是指通過就近消納清潔能源，從政府獲得的收益。

延伸業(yè)務(wù)下包含用能管理收益和需求響應(yīng)收益。其中：應(yīng)用管理收益是指為通過用戶提供用能解決方案、用戶設(shè)備維修等，從用戶端獲取的收益；需求響應(yīng)收益是指為用戶設(shè)計(jì)用能轉(zhuǎn)移套餐，從用戶端獲取的收益。

增值業(yè)務(wù)下包含用能保險(xiǎn)收益和數(shù)據(jù)變現(xiàn)收益。其中：用能保險(xiǎn)收益是指通過與用戶簽訂停電風(fēng)險(xiǎn)等金融合約，從用戶端獲取的收益；數(shù)據(jù)變現(xiàn)收益是指基于平臺(tái)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)大數(shù)據(jù)，提供用戶數(shù)據(jù)管理和用戶畫像，從用戶端(消費(fèi)用戶和生產(chǎn)用戶)獲取的收益。綜合以上收益共同組成農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)市場化運(yùn)作下的盈利模式，即服務(wù)收益。

3 農(nóng)村能源典型應(yīng)用場景成本、價(jià)值測算

3.1 多主體價(jià)值流動(dòng)方向分析

基于對(duì)農(nóng)村能源商業(yè)模式的設(shè)計(jì)，本節(jié)進(jìn)一步分析不同發(fā)展階段下多主體資金流動(dòng)利益關(guān)系，如圖14所示。

圖14 不同階段下多主體利益關(guān)系分析Fig.14 Analysis of multi-subjects interest relationship in different stage

由圖14可知：在農(nóng)村能源資源開發(fā)階段，涉及利益主體主要包括項(xiàng)目的建設(shè)與發(fā)起者、社會(huì)主體、科研單位、物流公司、農(nóng)業(yè)用戶。該階段下，電網(wǎng)公司或新型綜合能源建設(shè)公司屬于項(xiàng)目的建設(shè)與發(fā)起者，為資金流出者，若社會(huì)主體參與投建合作，則需付出參與建設(shè)的投資費(fèi)，也屬于資金流出者，若其不參與投建，但可為投建提供服務(wù)，則可獲得建設(shè)服務(wù)費(fèi)，屬于資金流入者。農(nóng)業(yè)用戶、物流企業(yè)以及分布式機(jī)組選址科研單位等，投建者需向其分別支出生物質(zhì)資源回收廢、物流服務(wù)費(fèi)以及研究費(fèi)，三者屬于資金流入者。

在農(nóng)村能源資源生產(chǎn)階段，涉及利益主體主要包括項(xiàng)目的建設(shè)與發(fā)起者、社會(huì)主體、政府、系統(tǒng)開發(fā)商、設(shè)備廠商。該階段下，建設(shè)與發(fā)起者、社會(huì)主體角色定位與資源開發(fā)階段一致。對(duì)于政府而言，既可以為資金流出者、也可以為資金流入者，政府通過制定政策，一方面設(shè)計(jì)投建補(bǔ)貼政策，投資資金，一方面設(shè)計(jì)懲罰手段，在投建者違反的情況下(如違反占用農(nóng)田等)，獲取收益。對(duì)于作為設(shè)備提供者和平臺(tái)開發(fā)者的設(shè)備廠商和系統(tǒng)開發(fā)商，投建者需向其分別支出設(shè)備購買費(fèi)、平臺(tái)開發(fā)費(fèi)，二者屬于資金流入者。

在農(nóng)村能源資源利用階段，涉及利益主體主要包括項(xiàng)目的建設(shè)與發(fā)起者、電網(wǎng)(若電網(wǎng)不屬于項(xiàng)目建設(shè)與發(fā)起者)、政府以及終端用戶。該階段下，建設(shè)與發(fā)起者、電網(wǎng)和政府既有資金流入也有資金流出。其中：對(duì)于建設(shè)者與發(fā)起者而言，資金流入主要包含從政府、電網(wǎng)以及終端用戶獲取的服務(wù)收益(詳見圖11)；資金流出主要包含向政府交納的懲罰成本、向電網(wǎng)交納的備用服務(wù)成本、向用戶支出需求響應(yīng)成本；對(duì)于終端用戶而言，需向投建者交納各項(xiàng)服務(wù)的服務(wù)費(fèi)，屬于資金流出者。

3.2 農(nóng)村能源成本與價(jià)值測算模型

3.2.1 成本與價(jià)值構(gòu)成要素分析

基于對(duì)多主體價(jià)值流動(dòng)方向的分析，以投建者為主體，梳理農(nóng)村能源成本與價(jià)值構(gòu)成，如圖15所示。

圖15 不同階段投建者成本價(jià)值分析Fig.15 Analysis of the cost value of investors and builders in different stages

由圖15可知：成本由變動(dòng)成本和一次性投入成本構(gòu)成，價(jià)值均為變動(dòng)收益。其中：一次性投入成本屬于固定資產(chǎn)投入；變動(dòng)成本和收益受發(fā)生次數(shù)、產(chǎn)業(yè)生命周期長短等因素的影響，在進(jìn)行具體核算時(shí)，需明確核算的時(shí)間區(qū)間。

3.2.2 成本與價(jià)值核算模型構(gòu)建

3.2.2.1 成本測算模型

基于對(duì)成本構(gòu)成要素的分析，考慮變動(dòng)和固定成本、從多階段構(gòu)建成本核算模型。

1)固定成本(一次性投入成本)核算模型：

(1)

2) 變動(dòng)成本核算模型：

(2)

變動(dòng)成本核算模型中各組成部分具體核算模型如下文所述。

(1) 農(nóng)村能源資源開發(fā)階段。

① 生物質(zhì)資源回收費(fèi)：

(3)

② 物流服務(wù)費(fèi)：

Clsc=DdisKkgNdis

(4)

式中：Ddis為運(yùn)輸距離；Kkg為運(yùn)輸貨物斤數(shù)；Ndis為運(yùn)輸?shù)拇螖?shù)。

③ 科研研究費(fèi)：

(5)

④ 開發(fā)服務(wù)費(fèi)：

(6)

(2) 農(nóng)村能源資源生產(chǎn)階段。

① 設(shè)備購買費(fèi)：

(7)

② 平臺(tái)開發(fā)費(fèi)：

(8)

③ 政策懲罰費(fèi)：

(9)

以違反占用農(nóng)田為例：

(10)

④ 生產(chǎn)服務(wù)費(fèi)：

(11)

(3) 農(nóng)村能源資源利用階段。

① 備用服務(wù)費(fèi)：

(12)

② 政策懲罰費(fèi)：

(13)

以棄能費(fèi)為例：

(14)

③ 利用服務(wù)費(fèi)：

(15)

④ 需求響應(yīng)費(fèi)：

(16)

3.2.2.2 價(jià)值測算模型

基于對(duì)價(jià)值構(gòu)成要素的分析，其主要發(fā)生在市場化利用階段，且均為變動(dòng)收益，對(duì)其核算需明確時(shí)間區(qū)間，具體核算模型為：

(17)

1) 供能價(jià)值測算：

(18)

具體如下：

(19)

2) 余量上網(wǎng)收益：

(20)

3) 輔助服務(wù)收益：

(21)

4) 政策補(bǔ)貼收益：

(22)

式中：Ppsi為單位清潔能源市場化利用補(bǔ)貼單價(jià)；Qt,ap為第t時(shí)刻清潔能源市場化利用總量，包含直接供能和余量上網(wǎng)。

5) 需求響應(yīng)收益：

(23)

6) 用能管理收益：

(24)

式中:Pi,emi和Ni,emi分別為第i種用能管理服務(wù)(如用戶的用能檢修、用能方案設(shè)計(jì)等)的報(bào)價(jià)和售出的次數(shù)。

7) 用能保險(xiǎn)收益：

(25)

式中：Pi,ufi和Ni,ufi分別為第i種用能保險(xiǎn)服務(wù)的報(bào)價(jià)和售出的次數(shù)。

8) 數(shù)據(jù)變現(xiàn)收益：

(26)

式中：Pi,dmi和Ni,dmi分別為第i種數(shù)據(jù)變現(xiàn)途徑(如用戶畫像、用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、廣告投放)的報(bào)價(jià)和售出的次數(shù)。

3.2.2.3 經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)模型

在構(gòu)建成本和價(jià)值模型的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步搭建動(dòng)態(tài)型經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)模型，以評(píng)估農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)性。

1) 凈現(xiàn)值。

凈現(xiàn)值考察在產(chǎn)業(yè)全壽命周期內(nèi)每年發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)金流量，反映單位投資能夠帶來的凈現(xiàn)值[25-26]。

(27)

式中：NPV為凈現(xiàn)值；CIt和COt分別為第t年的先進(jìn)流入額和先進(jìn)流出額；n為系統(tǒng)壽命年；i0為系統(tǒng)折現(xiàn)率。當(dāng)其大于等于0時(shí)，項(xiàng)目予以接受。

2) 內(nèi)部收益率。

內(nèi)部收益率是指凈現(xiàn)值為零時(shí)的折現(xiàn)率，反映項(xiàng)目投資的盈利率，體現(xiàn)項(xiàng)目的使用效率[25-26]。

(28)

式中：IRR為內(nèi)部收益率，當(dāng)其大于等于0時(shí)，項(xiàng)目在經(jīng)濟(jì)效果上可以接受。

3) 動(dòng)態(tài)回收期。

動(dòng)態(tài)投資回收期是指累積的經(jīng)濟(jì)價(jià)值等于初始投資成本所需時(shí)間，反映項(xiàng)目開始盈利的時(shí)間[25-26]。

(29)

4 農(nóng)村能源開發(fā)經(jīng)濟(jì)效益實(shí)例測算

4.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及情景設(shè)置

本節(jié)以河南某地為例，選取“能源互聯(lián)網(wǎng)+特色產(chǎn)業(yè)”場景，以建設(shè)期為1年，運(yùn)營期為20年為計(jì)算周期，設(shè)置設(shè)備殘值率為5%，各類供能設(shè)備裝機(jī)容量均為1 MW，沼氣池建設(shè)規(guī)模為100 m3。假定設(shè)備投產(chǎn)第一年可實(shí)用出力按典型日出力的30%計(jì)算，典型日出力參考統(tǒng)計(jì)年鑒，投產(chǎn)第二年開始采用典型日出力預(yù)測數(shù)據(jù)計(jì)算運(yùn)行維護(hù)成本，銷售收入及稅金按10%計(jì)算，所得稅稅率為25%，折現(xiàn)率為8%，并設(shè)置如表1所示5種情景進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性模擬。

表1 多情景設(shè)置Table 1 Multi-Scenario Design

4.2 算例結(jié)果分析

4.2.1 基礎(chǔ)結(jié)果分析

基于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)以上5個(gè)情景展開基礎(chǔ)結(jié)果分析，結(jié)果如表2所示。

表2 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)結(jié)果分析Table 2 Analysis of technical and economic results

由表2可知：(1) 情景1下，項(xiàng)目內(nèi)部收益率為0.52%，遠(yuǎn)低于資金折現(xiàn)率8%，經(jīng)濟(jì)效益不高。

(2) 情景2下，項(xiàng)目內(nèi)部收益率為5.62%，相較于情景1有明顯提升，說明政府補(bǔ)貼對(duì)于提升項(xiàng)目收益率具有重要作用，但仍低于資金折現(xiàn)率。

(3) 情景3下，內(nèi)部收益率為4.96%，相較于情景1有明顯提升，說明實(shí)施需求響應(yīng)，轉(zhuǎn)移用戶負(fù)荷能夠提升項(xiàng)目收益率，但仍低于資金折現(xiàn)率。

(4) 情景4下，內(nèi)部收益率為2.07%，相較于情景1有一定的提升，但效果不明顯，說明數(shù)據(jù)增值收入能在一定程度上改善收益，但仍不能從根本上提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。

(5) 情景5綜合考慮政府補(bǔ)貼、需求響應(yīng)、數(shù)據(jù)變現(xiàn)等途徑，系統(tǒng)內(nèi)部收益率提升明顯，約為13.65%，高于資金折現(xiàn)率，能夠從根本上提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性。

4.2.2 敏感性分析

基于以上分析，對(duì)情景1—3進(jìn)行敏感性分析，選取項(xiàng)目凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率、投資回收期作為敏感性分析指標(biāo)，分別選取直接供能百分比、政府補(bǔ)貼力度和需求響應(yīng)成本作為不確定性因素，敏感性分析結(jié)果見表3—5。

表3 以直接供能百分比為變動(dòng)量的敏感性分析Table 3 Sensitivity analysis of direct energy percentage

由表3可知：隨著直接供能百分比的增加，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性呈現(xiàn)逐漸向好的趨勢，并且每增加10%的供能比例，經(jīng)濟(jì)性都會(huì)有顯著提升。但即使直接供能百分比達(dá)到70%，其內(nèi)部收益率依舊低于折現(xiàn)率。說明提高直接供能比例是一種有效的提高經(jīng)濟(jì)性的手段，但是想要項(xiàng)目能夠具有較好的經(jīng)濟(jì)性還需要結(jié)合其他手段。

由表4可知：隨著政府補(bǔ)貼的增加，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性呈現(xiàn)逐漸向好的趨勢。但即使增加了40%的政府補(bǔ)貼，其內(nèi)部收益率依舊低于折現(xiàn)率。說明增加政府補(bǔ)貼是一種提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的有效手段，但想要項(xiàng)目能夠具有較好的經(jīng)濟(jì)性還需要結(jié)合其他手段。

表4 以政府補(bǔ)貼力度為變動(dòng)量的敏感性分析Table 4 Sensitivity analysis of government subsidies

由表5可知：隨著需求響應(yīng)成本的降低，即對(duì)用戶補(bǔ)貼的減少，項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性呈現(xiàn)逐漸向好的趨勢。當(dāng)需求響應(yīng)成本降低50%時(shí)，內(nèi)部投資收益率恰好高于折現(xiàn)率。但總體來看通過降低需求響應(yīng)成本來增加項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性效率較低，并且不利于引導(dǎo)用戶參與需求響應(yīng)。說明降低需求響應(yīng)成本是一種提升項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的方法，但想要項(xiàng)目能夠具有較好的經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)能夠?yàn)橛脩籼峁└玫姆?wù)，建議綜合采用其他手段提升項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性。

表5 以需求響應(yīng)成本為變動(dòng)量的敏感性分析Table 5 Sensitivity analysis of demand response cost

5 結(jié)論

本文對(duì)農(nóng)村能源開發(fā)場景進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過成本價(jià)值效益測算和敏感性分析得到如下結(jié)論：

1) 由于開發(fā)農(nóng)村能源較難，若僅考慮直接供能等能源供能性收益，則經(jīng)濟(jì)性較差，因此需綜合考慮需求響應(yīng)，以提升供需匹配性；

2) 尋求政府的政策支持、獲得經(jīng)濟(jì)性補(bǔ)助，能夠提高經(jīng)濟(jì)性，但是無法顯著提高經(jīng)濟(jì)性，需要和其他手段搭配使用才能有效提高經(jīng)濟(jì)性；

3) 開發(fā)數(shù)據(jù)資源、挖掘數(shù)據(jù)資源的經(jīng)濟(jì)價(jià)值、拓展產(chǎn)業(yè)鏈、增加收入來源，可以提升農(nóng)村能源開發(fā)的可持續(xù)性。