一种基于实物期权价值评估的能源产消者规划计算器

1.本发明属于能源系统规划领域，具体涉及一种基于实物期权价值评估的能源产消者规划计算器。


背景技术：

2.随着分布式发电的发展和进一步推广，传统的电力能源用户角色已不再单一，用户自建的光伏发电单元等分布式发电单元、蓄电池组与电动汽车等分布式储能特性单元数量逐渐增加，越来越多的传统电力能源消费者开始逐渐向产消者这一形式的新型主体转变；由此可见，未来的新型能源供应和交易体系中，产消者将是其中的重要角色；产消者具有“源”、“荷”双重属性，在其分布式电源出力较大的时段可被看作电源，发电功率充足时向外界输出功率；功率不足时从外界吸收能量；如何对产消者进行合理地投资规划是值得关注的重要问题。
3.目前关于产消者的运行规划研究已有一定的成果，但是，现有的相关研究均未能考虑产消者投资行为中的实物期权特性；事实上，产消者的投资行为具有一定的实物期权特性，从而具有一定的实物期权价值；如何挖掘产消者投资行为中的实物期权价值，提出考虑实物期权价值的运行规划方法是一个值得思考的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于实物期权价值评估的能源产消者规划计算器，能够考虑能源产消者投资规划行为中的实物期权价值，获得能源产消者最优的运行规划方案。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.一种基于实物期权价值评估的能源产消者规划计算器，其特征在于，包括通信接口模块、模型建立模块以及算法求解模块；
7.所述通信接口模块用于传递能源价格预测值等相关信息；模型建立模块根据能源产消者的自身特性，分别建立考虑实物期权价值评估的能源产消者运行规划模型和未考虑实物期权价值评估的能源产消者运行规划模型；算法求解模块则是对模型建立模块中的数学模型，根据内置的求解算法进行求解，并获得所得方案的实物期权价值。
8.进一步地，所述建立考虑实物期权价值评估的能源产消者运行规划模型为：确定目标函数和确定约束条件。
9.进一步地，所述确定目标函数的步骤为：
10.以能源产消者在规划周期内考虑实物期权价值的总成本为目标函数，表达式为：
[0011][0012]
式中，y表示能源产消者运营周期；τy为第y年的现值系数；表示第y年的总成
本；和分别表示产消者第y年的投资成本、运维成本、能源交互成本、燃料成本、环境成本、残值收入；
[0013][0014]
式中，r为资金折现率；
[0015][0016]
式中，和分别表示热电联产机组(chp)、燃气机组(gs)、燃气锅炉(gb)三种设备的投资建设容量；和分别表示储能(ess)的投资建设电量和投资建设容量；以上均为待求解变量；分别表示三种设备的单位投资建设容量成本；和分别表示储能的单位投资建设电量成本和单位投资建设容量成本；和分别为表示四种设备投建状态的0-1变量，以为例，若该值为1，则意味着在第y年投建chp机组；
[0017][0018]
式中，d为每年的典型日数量；nd为第d种典型日对应的天数；t为每一天对应的总时段数；和分别表示第y年每典型日每小时下三种设备出力值；和分别表示第y年每典型日储能的充、放电功率；和分别表示三种设备与储能单位出力的运维成本；
[0019][0020]
式中，分别表示第y年每典型日每小时下的与外界的交互电量、交互热量，当为正值代表从外界购入、为负值则代表向外界售出；分别表示第y年每典型日每小时下的电价与热价；
[0021][0022]
式中，表示第y年每典型日每小时下的耗气量；表示第y年每典型日每小时下的天然气价格；
[0023][0024]
式中，n
env
表示排放物的数量；ρe表示第e种排放污染物的环境治理费用；表示从外界购电的产生的第e种排放污染物单位排放值；表示从外界购热的产生的第e种排放
污染物单位排放值；表示燃烧天然气产生的第e种排放污染物单位排放值；
[0025][0026]
式中，分别表示产消者第y年消耗的电能、热能、天然气能源；
[0027]
考虑到一些设备在运营周期结束后未达到使用寿命，仍具有一定的折旧价值，因此，设备残值收入指的是未达到使用寿命的设备还可以回收的那部分价值，以chp设备为例，其具体计算方式为：
[0028][0029]
式中，δ
chp
表示chp设备的残值率；t
chp
表示chp设备的使用寿命；t
chp,use
表示chp设备自投建到运营周期末的已使用年限。
[0030]
进一步地，所述确定约束条件的步骤为：
[0031]
(a)设备安装容量约束：
[0032][0033][0034][0035][0036][0037]
式中，分别表示三种设备的投资建设容量上限；表示储能的容量上限；表示储能的充放电电量上限；
[0038]
(b)设备物理运行约束：
[0039][0040][0041]
[0042][0043][0044][0045][0046]
式中，和分别表示chp机组的电效率、chp机组的热效率、燃气机组的电效率、燃气锅炉的热效率；分别表示三种设备第y年每典型日每小时下的耗气量；此外，式(19)-(21)表示若某设备于第y年投建，则第y年之后的每一年均具有相应的出力能力；
[0047]
(c)储能装置物理运行约束：
[0048][0049][0050]
式(22)为储能充放电功率约束，且满足储能不能同时充放电的要求；式(23)为储能的荷电状态约束，其中，η
ch
和η
dis
分别表示电储能的充放电效率；和分别表示储能在第y年每典型日下蓄电量的始、末值；
[0051]
(d)投建状态变量约束：
[0052][0053]
[0054][0055][0056]
式(24)-(27)表示每种设备只能选择在一个年份投建，亦或者选择在整个周期内不投建；
[0057]
(e)系统供能约束：
[0058][0059]
式中，为第y年能源产消者内部的电负荷需求；
[0060][0061]
式中，为第y年能源产消者内部的热负荷需求。
[0062]
进一步地，所述建立的未考虑实物期权价值评估的能源产消者运行规划模型为：在考虑实物期权价值评估的优化模型的基础上，令和在y＝1时均取特殊值为1，其余变量均保持不变。
[0063]
进一步地，所述算法求解模块的步骤为：
[0064]
s1：于第1年初获取未来第1年到第y年的能源价格预测信息；
[0065]
s2：构建未来第1年到第y年时段内的优化模型；
[0066]
s3：求解未来第1年到第y年的运行规划方案，并只取第1年的结果作为当年的决策值，并求得第1年的总成本；
[0067]
s4：于第2年初获取未来第2年到第y年的能源价格预测信息；
[0068]
s5：构建未来第2年到第y年时段内的优化模型；
[0069]
s6：求解未来第2年到第y年的运行规划方案，并只取第2年的结果作为当年的决策值，并求得第2年的总成本；
[0070]
……
[0071]
sn：于第y年初获取未来第y年的能源价格预测信息；
[0072]
sn 1：构建未来第y年时段内的优化模型；
[0073]
sn 2：求解未来第y年的运行规划方案，并讲结果作为当年的决策值，并求得第y年的总成本；
[0074]
sn 3：将每一年总成本求和，获得整个规划周期内的总成本；
[0075]
sn 4：分别求解两类模型，并进一步求得两种方案的总成本差，即为该方案的实物期权价值。
[0076]
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明提出了一种基于实物期权价值评估的能源产消者运行规划方法；通过通信接口模块传递能源价格的相关数据及历史信息、规划周期内的能源价格预测值到模型建立模块，建立相应的数学模型，再将其输入到算法求解模块，从而得到最终的运行规划方案，并求得该方案体现的实物期权价值。
附图说明
[0077]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0078]
图1是本发明计算器架构组成示意图；
[0079]
图2是本发明计算器的算法流程示意图。
具体实施方式
[0080]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0081]
如图1所示，一种基于实物期权价值评估的能源产消者规划计算器包括通信接口模块、模型建立模块以及算法求解模块；通信接口模块用于传递能源价格预测值等相关信息；模型建立模块根据能源产消者的自身特性，分别建立考虑实物期权价值评估的能源产消者运行规划模型和未考虑实物期权价值评估的能源产消者运行规划模型；算法求解模块则是对模型建立模块中的数学模型，根据内置的求解算法进行求解，并获得所得方案的实物期权价值。
[0082]
其中建立考虑实物期权价值评估的能源产消者运行规划模型为：
[0083]
(1)确定目标函数：以能源产消者在规划周期内考虑实物期权价值的总成本为目标函数，表达式为：
[0084][0085]
式中，y表示能源产消者运营周期；τy为第y年的现值系数；表示第y年的总成本；和分别表示产消者第y年的投资成本、运维成本、能源交互成本、燃料成本、环境成本、残值收入；
[0086][0087]
式中，r为资金折现率；
[0088][0089]
式中，和分别表示热电联产机组(combined heating andpower，chp)、燃气机组(gas generator set，gs)、燃气锅炉(gas boiler，gb)三种设备的投资建设容量；和分别表示储能(energy storge system，ess)的投资建设电量和投资建设容量；以上均为待求解变量；分别表示三种设备的单位投资建设容量成本；和分别表示储能的单位投资建设电量成本和单位投资建设容量成本；
和分别为表示四种设备投建状态的0-1变量，以为例，若该值为1，则意味着在第y年投建chp机组；需要注意的是，该变量体现了在实物期权的框架下，由投资时间的灵活选择所带来的灵活性价值，即实物期权价值；
[0090][0091]
式中，d为每年的典型日数量；nd为第d种典型日对应的天数；t为每一天对应的总时段数；和分别表示第y年每典型日每小时下三种设备出力值；和分别表示第y年每典型日储能的充、放电功率；和分别表示三种设备与储能单位出力的运维成本；
[0092][0093]
式中，分别表示第y年每典型日每小时下的与外界的交互电量、交互热量，当为正值代表从外界购入、为负值则代表向外界售出；分别表示第y年每典型日每小时下的电价与热价；
[0094][0095]
式中，表示第y年每典型日每小时下的耗气量；表示第y年每典型日每小时下的天然气价格。
[0096][0097]
式中，n
env
表示排放物的数量；ρe表示第e种排放污染物的环境治理费用；表示从外界购电的产生的第e种排放污染物单位排放值；表示从外界购热的产生的第e种排放污染物单位排放值；表示燃烧天然气产生的第e种排放污染物单位排放值；
[0098][0099]
式中，分别表示产消者第y年消耗的电能、热能、天然气能源；
[0100]
考虑到一些设备在运营周期结束后未达到使用寿命，仍具有一定的折旧价值，因此，设备残值收入指的是未达到使用寿命的设备还可以回收的那部分价值，以chp设备为
例，其具体计算方式为：
[0101][0102]
式中，δ
chp
表示chp设备的残值率；t
chp
表示chp设备的使用寿命；t
chp,use
表示chp设备自投建到运营周期末的已使用年限，需要注意的是，仅在运营周期结束时才会有设备残值收入；
[0103]
(2)确定约束条件：
[0104]
(a)设备安装容量约束：
[0105][0106][0107][0108][0109][0110]
式中，分别表示三种设备的投资建设容量上限；表示储能的容量上限；表示储能的充放电电量上限；
[0111]
(b)设备物理运行约束：
[0112][0113][0114][0115][0116][0117][0118][0119]
式中，和分别表示chp机组的电效率、chp机组的热效率、燃
气机组的电效率、燃气锅炉的热效率；分别表示三种设备第y年每典型日每小时下的耗气量；此外，式(19)-(21)表示若某设备于第y年投建，则第y年之后的每一年均具有相应的出力能力；
[0120]
(c)储能装置物理运行约束：
[0121][0122][0123]
式(22)为储能充放电功率约束，且满足储能不能同时充放电的要求；式(23)为储能的荷电状态约束，其中，η
ch
和η
dis
分别表示电储能的充放电效率；和分别表示储能在第y年每典型日下蓄电量的始、末值；
[0124]
(d)投建状态变量约束：
[0125][0126][0127][0128][0129]
式(24)-(27)表示每种设备只能选择在一个年份投建，亦或者选择在整个周期内不投建；
[0130]
(e)系统供能约束：
[0131][0132]
式中，为第y年能源产消者内部的电负荷需求；
[0133][0134]
式中，为第y年能源产消者内部的热负荷需求。
[0135]
建立的未考虑实物期权价值评估的能源产消者运行规划模型为：在考虑实物期权价值评估的优化模型的基础上，令和在y＝1时均取特殊值为1，其余变量均保持不变。
[0136]
如图2所示，所述算法求解模块的步骤为：
[0137]
s1：于第1年初获取未来第1年到第y年的能源价格预测信息；
[0138]
s2：构建未来第1年到第y年时段内的优化模型；
[0139]
s3：求解未来第1年到第y年的运行规划方案，并只取第1年的结果作为当年的决策值，并求得第1年的总成本；
[0140]
s4：于第2年初获取未来第2年到第y年的能源价格预测信息；
[0141]
s5：构建未来第2年到第y年时段内的优化模型；
[0142]
s6：求解未来第2年到第y年的运行规划方案，并只取第2年的结果作为当年的决策值，并求得第2年的总成本；
[0143]
……
[0144]
sn：于第y年初获取未来第y年的能源价格预测信息；
[0145]
sn 1：构建未来第y年时段内的优化模型；
[0146]
sn 2：求解未来第y年的运行规划方案，并讲结果作为当年的决策值，并求得第y年的总成本；
[0147]
sn 3：将每一年总成本求和，获得整个规划周期内的总成本；
[0148]
sn 4：分别求解两类模型，并进一步求得两种方案的总成本差，即为该方案的实物期权价值。
[0149]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0150]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。