技术领域
[0001] 本
发明涉及一种对投资模型的选型方法，具体涉及一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法。
背景技术
[0002] 我国相继提出一系列分布式清洁
能源的概念，以
天然气为
燃料的CCHP系统位列其中，由 于CCHP系统的高效、节能、环保的利用特点，它在我国不断发展。
[0003] 冷热电三联供系统CCHP是指通过天然气不同品质
燃烧热量的
梯级利用，将供冷、供热和供电相互联系的系统——以天然气为能源的
燃气轮机或
内燃机发电，再利用余热，通过换热器供热、吸收式制冷器制冷，实现产电、供冷、供暖三种服务的综合和互补，提高能源利用效率，最大限度利用
热能。
[0004] 基于不同商业模式，研究CCHP系统经济性的综合评估方法，以管理学理念中的商业模式、电气学科中电
力市场为
基础，根据对CCHP系统在国外电力市场中的发展应用情况，进行CCHP 系统投建运营过程中相关主体参与电力市场方式的经济性综合评价。
[0005] 目前国内外对于CCHP系统运行的技术措施方面的研究已经比较完善了，但由于我国电力市场改革的特殊国情，以及CCHP系统应用普及并不成熟的现状，目前CCHP系统投建项目的研究主要着重于纯粹的物理模型参数研究或纯粹的经济成本研究，对各种CCHP系统物理运行方式匹配相应的市场化商业模式的方式也尚属研究空白。现存的具体贴合CCHP系统现状的评价方法较少，且现存方法也无兼顾其在电力市场的具体运营需求。并且现存的CCHP系统的经济性评价方法，没有从各个电力市场参与主体的
角度分析。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是目前CCHP系统的研究着重于纯粹的物理模型参数研究或纯粹的经济成本研究，没有结合CCHP商业模型以及CCHP在电力市场中的运营环节组合方式构建具体的商业投资选型方法，目的在于提供一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法，解决上述问题。
[0007] 本发明通过下述技术方案实现：
[0008] 一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法，所述选型方法具体步骤包括：
[0009] S1、基于
电网和以天然气为燃料的驱动设备对用户供电、
锅炉燃烧产热和热回收装置回收驱动设备发电产生的余热利用
热交换器对用户供热、
吸收式制冷机将热量转换为冷量和电
制冷设备对用户供冷的商业楼宇CCHP系统模型构建对应的具有电量约束和热量约束的特定的CCHP系统物理模型；
[0010] S2、依据CCHP系统物理模型获得二
氧化
碳环境成本、硫化物环境成本、氮氧化物环境成本，依据二氧化碳环境成本、硫化物环境成本、氮氧化物环境成本构建环境可行度指标模型，该模型得到的结果为环境可行度指标U3；
[0011] S3、依据构建的特定的CCHP系统物理模型，预测相应的负荷值，从而获得以负荷值为物理特性的选型变量；
[0012] S4、依据预测的负荷值，结合不同的运行方式构建CCHP系统容量模型；
[0013] S5、依据特定的CCHP系统容量模型获得一次能源节约率和系统安全性评价，依据一次能源节约率、系统安全性评价构建技术可行度指标模型，该模型得到的结果为技术可行度指标 U2；
[0014] S6、依据不同商业模式情况下的不同投建方式和资费方式得到不同的初始投资、净现值、内部收益率、投资回收期，依据初始投资、净现值、内部收益率、投资回收期构建经济可行度指标模型，该模型得到的结果为经济可行度指标U1；
[0015] S7、依据获得的经济可行度指标、技术可行度指标、环境可行度指标构建具有CCHP物理特性、商业特性、运行方式约束的方案可行度指标模型，所述方案可行度指标模型最后结果为方案可行度指标T；
[0016] S8、基于不同商业模式的情况，依据方案可行度指标模型得出不同商业模式的方案可行度指标T。
[0017] S9、比对不同CCHP商业模式下的方案可行度指标T，以方案可行度指标T最大的为最优运营模式；
[0018] S10、基于最优的运营模式，分别构建用户侧效益模型、构建项目承接商效益模型、构建电网公司效益模型。
[0019] 进一步，步骤S1所述电量约束、热量约束的具体计算公式如下：
[0020] 电量约束：Eplant+PEdriveηdrive＝Ecold+E
[0021] 热量约束：Qrecycle+Qboiler＝Qout+Qreheat+Qrecold
[0022] 式中，η为效率，PE为一次能源量，Q为热量，E为电量；下标中，plant指火电厂，drive 指CCHP驱动设备，boiler指补燃锅炉，recycle指热回收装置，ecold指电制冷设备，recold指吸收式制冷设备，reheat指热交换器，out指废气排放。
[0023] 进一步，步骤S2为：首先依据CCHP系统物理模型中的驱动设备发电和锅炉燃耗，获得二氧化碳、硫化物、氮氧化物三种排放物的环境成本，其次，二氧化碳环境成本U31、硫化物环境成本U32、氮氧化物环境成本U33通过熵权法构建环境可行度指标模型，该模型得到的结果为环境可行度指标U3，具体计算公式如下：
[0024] U3,p＝ωp{0.01[αp+βpP(t)+γpP2(t)]+εpexp[λp]}
[0025] 式中，U3,p表示第p种污染物的环境可行度指标的原始数值；ωp表示第p种污染物的环境处理成本；αp、βp、γp、εp、λp表示第p种污染物的单位产能
排放量参数；P(t)表示实时负荷，其中，二氧化碳环境成本U31、硫化物环境成本U32、氮氧化物环境成本U33为三级指标，环境可行度指标U3为二级指标。
[0026] 进一步，步骤S3具体包括：依据商业楼宇CCHP系统模型的年冷热电负荷数据，以及商业楼宇CCHP系统模型冷热电负荷的全年延时曲线，预测负荷值。
[0027] 进一步，步骤S4所述不同的运行方式具体包括
孤岛运行方式、并网运行方式、余电上网运行方式。
[0028] 进一步，步骤S5为：
[0029]
[0030] 式中，U21表示一次能源利用率指标的原始数值；η1表示冷热电三联供系统的总能源利益效率；η2表示相同负荷条件下冷热电分供系统的总能源利益效率；
[0031] 一次能源利用率指标的原始数值U21、系统安全性评价U22通过熵权法建立了技术可行度指标模型，该模型得到的结果为技术可行度指标U2，其中，一次能源利用率指标的原始数值U21、系统安全性评价U22为三级指标，技术可行度指标U2为二级指标。
[0032] 进一步，步骤S6表示不同的投建方式和资费方式下，依据经济可行度指标模型得出的经济可行度指标U1；
[0033] 首先，根据基础指标，以及冷收益、热收益和电收益构成的总收益情况，分析投资回收期、净现值：
[0034]
[0035]
[0036]
[0037]
[0038] 式中，U12表示净现值指标的原始数值，U12＞0时项目才有收益，NCFt表示第t年的净现金流量；n表示CCHP使用总年限；ic表示折现率；U13表示CCHP项目的内部收益率指标；P′表示折算到CCHP投产年份的总净收益；R表示年收益；U14表示投资回收期的原始数值；m 表示净现金流量累加值为正值的年份；
[0039] 其次，初始投资U11、净现值U12、内部收益率U13、投资回收期U14通过熵权法构建了经济可行度指标模型，该模型得到的结果为经济可行度指标U1，其中，初始投资U11、净现值U12、内部收益率U13、投资回收期U14为三级指标，经济可行度指标U1为二级指标。
[0040] 进一步，步骤S7为：由步骤S6得到的经济可行度指标U1、步骤S5得到的技术可行度指标U2、步骤S2得到的环境可行度指标U3通过层次分析法构建方案可行度指标模型，该模型获得的结果为方案可行度指标T，所述层次分析法为：
[0041] 首先构造判断矩阵，其次采用矩阵一次性检验，若矩阵不具有一致性，则再次构造判断矩阵，若矩阵具有一致性，则进行权重的分配，计算步骤如下：
[0042] 确定判断矩阵：
[0043] T U1 U2 U3U1 u11 u12 u13
U2 u21 u22 u23
U3 u31 u32 u33
[0044] 表中，U1指经济可行度指标；U2指技术可行度指标；U3指环境可行度指标；T指CCHP 系统商业模式方案可行度，即一级指标；uij表示在同一层次(这里指经济可行度、技术可行度和环保可行度三个二级指标)中，第i个指标和第j个指标之间的相对重要程度；相应的，第i个指标和第j个指标之间的反向相对重要程度为uij的倒数，即1/uij；则判断矩阵M如下式：
[0045]
[0046] 构造矩阵后，需要采用矩阵一致性检验，只有在一致性检验通过后，才能确定判断矩阵 M的选取是否符合要求，进而进行下一步的计算和验证，计算公式如下：
[0047]
[0048] 式中，λmax表示矩阵的最大特征值；CI表示一致性检验指标；若λmax＝n，CI＝0，则矩阵具有完全一致性；若λmax＞n，CI＞0，矩阵不具有完全一致性；n表示需要进行比较的二级指标；
[0049] CR＝CI/RI
[0050] 式中，CR表示随机一致性比率；CR越小，矩阵一致性越大，求解越准确。这里将允许取用的随机一致性比率CR的取用
阈值设为0.1；
[0051] 取用合适的一致性判断矩阵后，用判断矩阵的
特征向量来定义权重，着层进行层次总排序，计算公式如下：
[0052] MW＝λmax
[0053] 式中，M为判断矩阵，W为特征向量，λmax为最大特征值；
[0054] 对于W＝[W1 W2 W3]T，各元素分别对应各个指标的权重，对三个二级指标进行加权，进而对不同的二级指标得到一个总权重T，用这个总权重对CCHP系统进行评估、分析和比较，通过T的大小对商业模式的选择优劣进行排序，：T＝W1U1+W2U2+W3U3。
[0055] 进一步，步骤S10为：构建用户侧效益模型、构建项目承接商效益模型、构建电网公司效益模型：
[0056] 用户侧效益：
[0057] 式中，Yuser为用户的年收益，即用户采用CCHP系统后的年节
能量收益；T1为项目建成年份； T2为合同规定的服务年份；Ycompany为能源公司所获得的利益分成；
[0058] 项目承接商效益：
[0059] a)效益分享型付费：Ycompany＝p(R-C)
[0060] 式中，p表示收益分享比；
[0061] b)付费服务型付费：式中，r′(R-C)+r″Cstart为根据某一比例参数，r′、r″确定的服务费值；
[0062] 电网公司效益：Ygrid＝Ygrid·loss+Ygrid·build-Ygrid·e
[0063]
[0064]
[0065]
[0066] 式中，Ygrid为电网收益；Ygrid·loss是电网输配电损耗、Ygrid·build是电网建设成本、Ygrid·e为售电损失；θ为输配电损耗率；β为输配电投资的单位成本；
[0067] 由于Ygrid·loss、Ygrid·build和Ygrid·e含义不同，其所用的电量也不同，其中，代表了CCHP 系统的电网用电量； 代表CCHP系统的发电量。
[0068] 本发明与
现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0069] 1、本发明一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法，侧重考虑CCHP系统项目的商业特性和物理特性结合的特征，并以其在电力市场中的运营环节组合方式为评价变量，得到CCHP系统的综合经济性评价结果；
[0070] 2、本发明一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法，将各种模式下的评价结果作为依据，可以为不同CCHP系统的实际应用情况找到较为合适的商业模型；
[0071] 3、本发明一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法，在找到较为合适的商业模型后，预测了用户侧效益、项目承接商效益、电网公司效益，有利于各主体认清自身
定位和CCHP项目定位，帮助运营决策分析。
附图说明
[0072] 此处所说明的附图用来提供对本发明
实施例的进一步理解，构成本
申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
[0073] 图1为本发明总体步骤示意图；
[0074] 图2为CCHP算例模式一；
[0075] 图3为CCHP算例模式二；
[0076] 图4为两种典型模式下CCHP各指标规范化结果；
[0077] 图5为CCHP各指标权重；
[0078] 图6为各个主体年利益分配情况；
[0079] 图7为商业楼宇CCHP系统模型。
具体实施方式
[0080] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0081] 实施例1
[0082] 如图1所示，一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法，具体步骤包括：
[0083] S1、基于电网和以天然气为燃料的驱动设备对用户供电、锅炉燃烧产热和热回收装置回收驱动设备发电产生的余热利用热交换器对用户供热、吸收式制冷机将热量转换为冷量和电制冷设备对用户供冷的商业楼宇CCHP系统模型构建对应的具有电量约束和热量约束的特定的CCHP系统物理模型；
[0084] S2、依据CCHP系统物理模型获得二氧化碳环境成本、硫化物环境成本、氮氧化物环境成本，依据二氧化碳环境成本、硫化物环境成本、氮氧化物环境成本构建环境可行度指标模型，该模型得到的结果为环境可行度指标U3；
[0085] S3、依据构建的特定的CCHP系统物理模型，预测相应的负荷值，从而获得以负荷值为物理特性的选型变量；
[0086] S4、依据预测的负荷值，结合不同的运行方式构建CCHP系统容量模型；
[0087] S5、依据特定的CCHP系统容量模型获得一次能源节约率和系统安全性评价，依据一次能源节约率、系统安全性评价构建技术可行度指标模型，该模型得到的结果为技术可行度指标 U2；
[0088] S6、依据不同商业模式情况下的不同投建方式和资费方式得到不同的初始投资、净现值、内部收益率、投资回收期，依据初始投资、净现值、内部收益率、投资回收期构建经济可行度指标模型，该模型得到的结果为经济可行度指标U1；
[0089] S7、依据获得的经济可行度指标、技术可行度指标、环境可行度指标构建具有CCHP物理特性、商业特性、运行方式约束的方案可行度指标模型，所述方案可行度指标模型最后结果为方案可行度指标T；
[0090] S8、基于不同商业模式的情况，依据方案可行度指标模型得出不同商业模式的方案可行度指标T；
[0091] S9、比对不同CCHP商业模式下的方案可行度指标T，以方案可行度指标T最大的为最优运营模式；
[0092] S10、基于最优的运营模式，分别构建用户侧效益模型、构建项目承接商效益模型、构建电网公司效益模型。
[0093] 实施例2
[0094] 如图2、图3所示，本发明一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法，该选型方法中，CCHP系统项目的投建方式、运行方式和资费方式的选择可以任意组合，每种方式的选择之间没有必然联系，但针对于不同的冷热电负荷用户特征，必然有一种或几种商业模式最为贴合用户负荷需求，从而用综合评价方法得到的指标最好。
[0095] 在这一实施例中，采用了两种典型的商业模式进行算例的分析与演示，其中，BOO运作模式是一种正在推行中的全新的市场化运行模式即由企业投资并承担工程的设计、建设、运行、维护、培训等工作
硬件设备及
软件系统的产权归属企业而由政府部
门]负责宏观协调、创建环境、提出需求，政府部门每年只需向企业
支付系统使用费即可拥有硬件设备和软件系统的使用权；BOT运作模式，即一种私营企业参与基础设施建设，向社会提供公共服务的一种方式。
[0096] 实施例3
[0097] 如图4、图5所示，本发明一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法，为对各种商业模式组合进行优选，建立相应指标评估体系，在这一实施例中，首先对经济可行度、技术可行度和环保可行度及其下级指标进行规范化，其次根据熵权法得到9个三级指标的权重，见下表。其中，投资回收期、初始投资、CO2环境价值、SO2环境价值、NOx环境价值5 个指标的系数是负值，它代表这5个指标都是负向指标，其数值越大，评估结果越不好。
[0098] 表1——规范化后的指标数值
[0099]
[0100] 二级指标之间用熵权法进行加权，采用的判断矩阵如下式：
[0101]
[0102] 这个矩阵的特征向量为W＝(0.6740，0.2256，0.1004)，这就是三个二级指标之间的权重值。对判断矩阵进行的一致性检验结果为合格，其最大特性值为λmax为3.08，一致性检验指标CI 为0.04164，随机一致性检验指标CR为0.07179，小于一致性检验的阈值0.1，判断矩阵的选择符合要求。
[0103] 综合熵权法和层次分析法的系数，得到CCHP系统的评估指标系数矩阵如表2所示：
[0104] 表2——评估系统的权重系数
[0105]
[0106] 将表中的规范化数据与图5中的权重相结合，得到两种模式下的评估指标值分别为：模式一——0.237409135；模式二——0.03794791。根据综合评价指标来看，模式一相对于模式二综合效益更好。这里仅仅举出了两种CCHP的商业模式作为例子进行分析，实际上商业模式的种类多种多样，需要对多种商业模式分析之后才能根据负荷实际情况选择出最优商业模式。
[0107] 实施例4
[0108] 如图6所示，本发明一种基于CCHP系统物理特性对运营模式的选型方法，在这一实施例中，项目承接商效益、用户效益、电网公司效益的计算如下所示：
[0109] (1)项目承接商效益
[0110] 模式一采用了效益分享型的付费方式和BOT的投建方式，因而需要根据效益分享比在特许经营期内进行投资的回收。
[0111]
[0112]
[0113] 在第一年的建设期内没有收益，从建设完成开始后的第2年到第5年，项目承接商按照 74.685％的比例从总节能收益中享分成，第6年贷款偿清之后，总收益增加，项目承接商的收益随之增加，在第13年后停止收益，转交CCHP给用户。本例中计算出的项目承接商效益分享比为p＝74.685％，因而实际分享比的确定和商议中，项目承接商的商定效益分享比应该大于此值，保证项目承接商在CCHP系统中的收益。
[0114] (2)用户效益：
[0115] 在模式一中，CCHP项目的节能收益方只有用户和项目承接商，因而在总收益确定的情况下，用户的效益分享比即为(1-p)。
[0116]
[0117] 在建设期内，用户没有收益；建设完成后，在特许经营期内，用户与项目承接商按照约定的比例分享节能收益；特许经营期过后到CCHP系统的运行生命期结束，用户享受所有收益。对用户来说，CCHP系统只有能带来比分供系统更好的经济效益时，才考虑使用，因而收益要在合理范围内。本例中，由于采用了BOT投建方式和效益分享型收费方式，用户前期收益较少，CCHP收益主要进行项目承接商的资本回收；项目后期，特许经营期结束，用户可以享受较多节能收益。模式一的情况下，用户收益时间稍有延迟。
[0118] (3)电网公司效益：
[0119] 在CCHP项目中，虽然电网不直接参与CCHP项目的利益分成，但电网的利益会因为用电负荷的变化收到影响。电网公司目前也在发展分布式能源服务业务，有较多技术经验，可以承担项目承包商的角色。
[0120] 根据CCHP基础数据中可知，用户总用电负荷量 CCHP系统的电网用电量 CCHP系统的发电量 电网的
输配电损耗率θ＝8.5％，电网输配电建设的投资单位成本β＝275元/kW。
[0121]
[0122]
[0123]
[0124] Ygrid＝Ygrid·loss+Ygrid·build-Ygrid·e＝736823.507+650954019.65-2130394.973 ＝649560448.1835
[0125] 本例中的电网收益年为649560448.1835元。可见CCHP系统的投建运营，不仅为用户带来节能收益，为能源公司带来可观利润，同时也为电网带来了利益，鼓励分布式能源的快速发展。
[0126] 以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
