计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法与装置与流程

1.本发明涉及电力能源技术领域，具体涉及一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法与装置。


背景技术：

2.当今世界能源需求日趋增加，碳排放量也随之迅速增长，使用可再生能源减少温室气体排放已成为全球各国的共识。配电网作为电力系统联系能源生产和消费的关键枢纽，既是碳减排的重点领域，也是碳市场和绿证市场的重要参与者。随着碳排放权交易机制和绿证交易机制的持续完善，碳市场和绿证市场会分别通过碳排放权交易和绿证交易成本或收益影响配电网的投资效益，即配电网投资效益评估需综合考虑电力市场与碳市场及绿证市场的交互影响。
3.目前大多数研究仅从电力市场角度考虑配电网投资效益，计及碳市场和绿证市场的研究较少，且在分析配电网投资效益因果反馈关系及评估长时间尺度下投资效益方面存在一定的局限性。因此，如何在碳市场和绿证市场影响下进行配电网投资效益动态评估已成为当前亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.技术目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法与装置，其从发购电、碳排放权交易、绿证交易、环境效益和经济效益5个层面搭建了系统动力学子模块，建立了计及碳市场和绿证市场交互影响的配电网投资效益动态评估方法模型，可直接应用于配电网投资效益动态评估，促进可再生能源消纳，减少碳排放，提高配电网投资效益。
5.技术方案：为实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法，其特征在于，包括步骤：
7.剖析碳市场、绿证市场和电力市场之间的组织关系，确定电-碳-绿证三市场协同运营框架；
8.根据所述电-碳-绿证三市场协同运营框架，分析碳市场和绿证市场对配电网投资商投资决策的因果反馈关系；
9.根据所述因果反馈关系，构建系统动力学动态分析模型，所述系统动力学动态分析模型包括发购电子模型、碳排放权交易子模型、绿证交易子模型、环境效益子模型和经济效益子模型；
10.根据所述系统动力学动态分析模型，确定包括经济效益和环境效益在内的投资效益评估指标，并基于所述投资效益评估指标，构建配电网投资效益动态评估模型；
11.对于给定的配电网，确定基期和待效益评估的投资期，使用所述投资效益动态评
估模型评估出配电网投资效益。
12.优选地，所述发购电子模型表示为式(1)：
13.p
load，t
＝(1-v1)p
pv，t
+(1-v2)p
wt，t
+v1p
dpv，t
+p
res，t
+p
coal，t-p
surp，t
ꢀꢀ
(1)
14.p
load，t
为t年度配电网的负荷用电量，v1为弃光率，v2为弃风率，p
pv，t
为t年度配电网投资商建设的集中式光伏发电量，p
wt，t
为t年度配电网投资商建设的集中式风力发电量，p
dpv，t
为t年度用户分布式光伏发电量，p
res，t
为t年度配电网投资商向可再生能源发电企业购电量，p
coal，t
为t年度配电网投资商向传统能源发电企业购电量，p
surp，t
为t年度集中式光伏和风力发电余电上网量；
15.其中，各种发电量或购电量由式(2)确定：
[0016][0017]
p
pv0，t
、δp
pv，t
分别为t年度配电网投资商建设的集中式光伏发电的发电量初值及增长量；p
wt0，t
、δp
wt，t
分别为t年度配电网投资商建设的集中式风力发电量、发电量初值及增长量；p
dpv0，t
、δp
dpv，t
分别为t年度用户分布式光伏发电量、发电量初值及增长量；p
res0，t
、δp
res，t
分别为t年度配电网投资商向可再生能源发电企业购电量、购电量初值及增长量；p
coal0，t
、δp
coal，t
分别为t年度配电网投资商向传统能源发电企业购电量、购电量初值及增长量。
[0018]
优选地，所述碳排放权交易子模型引入奖惩阶梯型碳排放权交易机制，表示为式(3)：
[0019][0020]ccet，t
为t年度碳排放成本或收益，a
pgc，t
表示t年度配电网投资商的碳排放权交易量；
[0021]
λ表示碳排放权的基础价格，l为碳排放权区间划分长度，ω1为奖励系数，α1为惩罚系数；
[0022]
其中，所述t年度配电网投资商的碳排放权交易量a
pgc，t
由式(4)确定：
[0023][0024]areal，t
、a
ret，t
、a
quo，t
分别为t年度配电网投资商得到的实际排放量、设备修理与退役产生的碳排放、碳排放权配额；σ1、σ2分别为单位电量碳排放和单位电量碳配额。
[0025]
优选地，所述绿证交易子模型引入奖惩阶梯型绿证权交易机制，表示为式(5)：
[0026][0026]ctgc，t
为t年度绿证交易成本或收益，n
pgc，t
表示t年度配电网投资商的绿证交易量；
[0027]
μ表示绿证的基础价格，n为绿证区间划分长度，ω2为奖励系数，α2为惩罚系数；
[0028]
其中，所述t年度配电网投资商的绿证交易量n
pgc，t
由式(6)确定：
[0029][0030]nreal，t
、n
quo，t
分别为t年度分别为配电网投资商交易的绿证持有数量、绿证配额；β为集中式光伏和风力发电转换为绿证的量化系数，γ为绿证配额系数。
[0031]
优选地，所述环境效益子模型表示为式(7)：
[0032][0033]eη
(t)为t年度可再生能源消纳率，p
pv，t
为t年度配电网投资商建设的集中式光伏发电量，p
wt，t
为t年度配电网投资商建设的集中式风力发电量，p
res，t
为t年度配电网投资商向可再生能源发电企业购电量，p
dpv，t
为t年度配电网用户分布式光伏发电量，v1为弃光率，v2为弃风率，p
load，t
为t年度配电网的负荷用电量；
[0034]
e(t)为t年度碳排放强度，a
real，t
为t年度配电网投资商的实际碳排放量，x
t
为t年度配电网净收益。
[0035]
优选地，所述经济效益子模型表示为式(8)：
[0036][0037]enpv
(t)为t年度净现值，e
npvr
(t)为t年度现值率，x
t
为t年度配电网净收益，n为投资期，r为基准折现率，c
t
为t年度总成本，i
p
为全口径成本现值，r
t
为t年度总收益；
[0038]
其中，所述t年度总收益r
t
和总成本c
t
，根据式(9)确定：
[0039][0040]
其中，r
s，t
、r
cet，t
、r
tgc，t
分别为t年度配电网的售电收益、碳排放收益、绿证收益；
[0041]cdc，t
、c
w，t
、c
e，t
、c
t，t
、c
y，t
分别为t年度配电网投资商的售电收益、购电成本、网损成本、停电成本、配电网建设成本、运维成本；c
res，t
、c
cet，t
、c
tgc，t
分别为t年度配电网投资商投
资可再生能源成本、碳排放成本、绿证成本；
[0042]
其中，所述t年度配电网的售电收益r
s，t
、购电成本c
dc，t
、网损成本c
w，t
、停电成本c
e，t
，根据式(10)确定：
[0043][0044]
s1、s2、s3分别为配电网投资商对大工业用户、工商业用户以及居民用户的售电电价，q
1，t
、q
2，t
、q
3，t
分别为t年度配电网投资商对大工业用户、工商业用户以及居民用户的售电量；s
res
、s
coal
分别为可再生能源电力价格和传统能源电力价格，q
res，t
和q
coal，t
分别为t年度可再生能源购电量和传统能源购电量；p
pass
为单位电量过网费，δ
t
为线损率，k为可靠率。
[0045]
优选地，所述配电网投资效益动态评估模型为：
[0046]
e(t)＝c1(t)e
npv
(t)+c2(t)e
npvr
(t)+c3(t)e
η
(t)+c4(t)e(t)
ꢀꢀ
(11)
[0047]
e(t)为t年度配电网投资综合效益，c1、c2、c3、c4为各指标系数，由区域配电网专家打分决定；e
npv
(t)、e
npvr
(t)、e
η
(t)、e(t)分别为t年度净现值、净现值率、可再生能源消纳率以及碳排放强度。
[0048]
一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估装置，其特征在于，包括：
[0049]
三市场协同运营框架确定模块，用于剖析碳市场、绿证市场和电力市场之间的组织关系，确定电-碳-绿证三市场协同运营框架；
[0050]
投资决策因果反馈关系分析模块，用于根据所述电-碳-绿证三市场协同运营框架，分析碳市场和绿证市场对配电网投资商投资决策的因果反馈关系；
[0051]
系统动力学动态分析模型建立模块，用于根据所述因果反馈关系，构建系统动力学动态分析模型，所述系统动力学动态分析模型包括发购电子模型、碳排放权交易子模型、绿证交易子模型、环境效益子模型和经济效益子模型；
[0052]
投资效益评估模型建立模块，用于根据所述系统动力学动态分析模型，确定包括经济效益和环境效益在内的投资效益评估指标，并基于所述投资效益评估指标，构建配电网投资效益动态评估模型；
[0053]
综合评价模块，用于对于给定的配电网，确定基期和待效益评估的投资期，使用所述配电网投资效益动态评估模型评估出配电网投资效益。
[0054]
一种计算机可读储存介质，其特征在于，所述计算机可读储存介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述方法。
[0055]
有益效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
[0056]
本发明方法可直接应用于配电网投资运营，开展计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估，提高配电网投资效益。通过本发明方法的应用，可以大幅度提高配电网投资效益和可再生能源消纳率，显著减少碳排放，助力双碳目标下配电网的低碳经济运营，此外还可以引导配电网正确的投资方向，保证配电网处于良性运营状态并提高其投资效益，对履行可再生能源消纳责任产生积极作用。为配电网投资运营商、电网运营企业、增量配电网企业带来显著的投资经济效益。
附图说明
[0057]
图1为本发明计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态综合评估方法的流程图；
[0058]
图2为实施例一中电-碳-绿证三市场协同运营框架的示意图；
[0059]
图3为实施例一中配电网投资效益的因果回路图；
[0060]
图4为实施例一中的计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估系统动力学流图一；
[0061]
图5为实施例一中的计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估系统动力学流图一；
[0062]
图6为实施例一中场景6仿真得到的净现值和净现值率示意图；
[0063]
图7为实施例一中场景6仿真得到的电量和碳排放量的示意图；
[0064]
图8为实施例一中场景6仿真得到的综合投资效益及投资力度的示意图；
[0065]
图9为实施例一中场景6仿真得到的可于同生能源消纳率示意图；
[0066]
图10为实施例一中6个场景仿真得到的净现值对比图；
[0067]
图11为实施例一中6个场景仿真得到的净现值对比图；
[0068]
图12为实施例一中6个场景仿真得到的传统能源电力购买量对比图；
[0069]
图13为实施例一中6个场景仿真得到的可再生能源电力购买量对比图；
[0070]
图14为实施例一中6个场景仿真得到的集中式光伏发电量对比图；
[0071]
图15为实施例一中6个场景仿真得到的集中式风力发电量对比图；
[0072]
图16为实施例一中6个场景仿真得到的对可再生能源投资力度对比图；
[0073]
图17为实施例一中6个场景仿真得到的碳排放量对比图；
[0074]
图18为实施例一中6个场景仿真得到的可再生能源消纳率对比图。
具体实施方式
[0075]
下面结合附图对本发明的实施例作详细的说明。
[0076]
本发明公开了一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态综合评估方法与装置与装置，属于电力能源技术领域。首先，剖析碳市场、绿证市场和电力市场间的市场组织关系，构建旨在提高配电网投资效益的奖惩阶梯型碳排放权交易和绿证交易机制模型。然后建立碳市场和绿证市场对配电网投资决策的因果反馈关系，确定了包括经济效益和环境效益在内的投资效益评估指标。最后从发购电、碳排放权交易、绿证交易、环境效益和经济效益5个层面搭建了系统动力学子模块，建立计及碳市场和绿证市场交互影响的配电网投资效益动态评估方法。本发明可直接应用于配电网投资效益动态评估，对促进可再生能源消纳，减少碳排放和提高配电网投资效益均有一定的积极作用，有一定工程应用价值。
[0077]
实施例一
[0078]
如图1，本实施例提出一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态综合评估方法，包括以下步骤：
[0079]
步骤1：分析碳市场、绿证市场和电力市场的组织关系以及配电网受到的影响，确定电-碳-绿证三市场协同运营关系，如图2所示。碳市场和绿证市场会分别通过碳排放权交
易和绿证交易成本或收益影响配电网的投资效益。
[0080]
本发明所述电-碳-绿证三市场协同运营关系，包括：
[0081]
碳市场作用在配电网购电端，市场参与主体包括政府、传统能源发电商、配电网投资商以及可再生能源发电企业；
[0082]
其中，可再生能源发电企业是碳排放权的主要供应者，政府根据总用电预测量制定免费的碳配额，配电网投资商得到的免费碳配额比例逐年递减，需通过减少购买传统能源电力或从市场上购买碳排放权来满足免费额度以外的配额要求；
[0083]
绿证市场作用在配电网发电端，市场参与主体包括政府、配电网投资商、配电网投资商建设的集中式光伏、风力发电以及可再生能源发电企业；
[0084]
其中，可再生能源发电企业是绿证的主要供应者，政府根据可再生能源配额制规定配电网投资商所购电量中来自可再生能源的比例，配电网投资商可通过直接购买绿电、投资建设集中式光伏、风力发电、鼓励用户投资分布式光伏发电、直接在市场上购买绿证等方式来完成消纳责任，配电网投资商建设的集中式光伏、风力发电可申请兑换绿证，当配电网投资商持有的绿证超过规定的配额时，可将剩余的绿证出售获利。
[0085]
步骤2：建立碳市场和绿证市场对配电网投资决策的因果反馈关系，明确两市场对配电网投资效益的影响。
[0086]
本发明所述碳市场和绿证市场对配电网投资商投资决策的因果反馈关系和系统动力学分析框架，包括：
[0087]
配电网投资商参与碳市场和绿证市场后，配电网投资效益评估需考虑碳市场、绿证市场的影响，所述碳市场和绿证市场对配电网投资商投资决策的因果反馈关系，其中：
[0088]
绿证收益和成本增加配电网投资商可再生能源购电量，减少传统能源购电量，加大对集中式光伏、风力发电的投资力度，影响净收益；集中式光伏、风力发电减少配电网投资商的碳排放量和购电成本，提高可再生能源消纳率；分布式光伏发电影响配电网投资商对用户的售电量；
[0089]
碳排放权收益和成本增加配电网投资商可再生能源购电量，减少传统能源购电量，加大对集中式光伏、风力发电的投资力度，影响净收益；配电网投资商向可再生能源发电企业及传统能源发电企业的购电量影响碳排放量及可再生能源消纳率；
[0090]
基于配电网投资效益因果反馈关系分析，所述系统动力学框架模型包括发购电、碳排放权交易、绿证交易、环境效益和经济效益5个系统动力学子模型，投资效益评估应包括经济效益指标及环境效益指标；经济效益指标包括净现值和净现值率；环境效益指标包括新能源消纳率和碳排放强度。
[0091]
具体地，配电网投资效益因果回路图包括发购电子模型、碳排放权交易子模型、绿证交易子模型、环境效益子模型以及经济效益子模型，如图3所示。其中，“+”表示变量x的增加或减少引起变量y的增加或减少，
“‑”
则相反。
[0092]
绿证交易子模型对其他子模型的影响，包括：1)绿证收益和成本增加配电网可再生能源购电量，减少传统能源购电量，加大对集中式光伏、风力发电的投资力度，影响净收益；2)集中式光伏、风力发电减少配电网碳排放量和购电成本，提高可再生能源消纳率；3)分布式光伏发电影响配电网对用户的售电量。
[0093]
碳排放权交易子模型对其他子模型的影响：碳排放权收益和成本增加配电网可再
生能源购电量，减少传统能源购电量，加大对集中式光伏、风力发电的投资力度，影响净收益。
[0094]
发购电子模型对其他子模型的影响：配电网向可再生能源发电企业及传统能源发电企业的购电量影响碳排放量及可再生能源消纳率。
[0095]
步骤3：确定包括经济效益和环境效益在内的投资效益评估指标，建立系统动力学动态评估分析框架。
[0096]
步骤4：构建各部分子子模型，汇总构成系统动力学流图，如图4和图5所示。
[0097]
系统动力学动态分析模型详述如下：
[0098]
(1)发购电子模型
[0099]
电量平衡关系如下所示：
[0100]
p
load，t
＝(1-v1)p
pv，t
+(1-v2)p
wt，t
+v1p
dpv，t
+p
res，t
+p
coal，t-p
surp，t
ꢀꢀ
(1)
[0101]
式中：p
load，t
为t年度配电网的负荷用电量，v1为弃光率，v2为弃风率，p
pv，t
为t年度配电网投资商建设的集中式光伏发电量，p
wt，t
为t年度配电网投资商建设的集中式风力发电量，p
dpv，t
为t年度配电网用户分布式光伏发电量，p
res，t
为t年度配电网投资商向可再生能源发电企业购电量，p
coal，t
为t年度配电网投资商向传统能源发电企业购电量，p
surp，t
为t年度集中式光伏和风力发电余电上网量；
[0102][0103]
p
pv0，t
、δp
pv，t
分别为t年度配电网投资商建设的集中式光伏发电的发电量初值及增长量；p
wt0，t
、δp
wt，t
分别为t年度配电网投资商建设的集中式风力发电量、发电量初值及增长量；p
dpv0，t
、δp
dpv，t
分别为t年度用户分布式光伏发电量、发电量初值及增长量；p
res0，t
、δp
res，t
分别为t年度配电网投资商向可再生能源发电企业购电量、购电量初值及增长量；p
coal0，t
、δp
coal，t
分别为t年度配电网投资商向传统能源发电企业购电量、购电量初值及增长量。
[0104]
(2)碳排放权交易子模型
[0105]
碳排放权交易子模型关键因素为碳排放权收益和碳排放权成本。配电网碳排放由购买传统能源电力和配电网内部设备修理与退役两部分组成。为促进配电网投资商低碳减排的积极性，提高其投资效益，引入了奖惩阶梯型碳排放权交易机制。
[0106][0107]
式中，c
cet，t
为t年度碳排放成本或收益，c
cet，t
大于0表示碳排放收益，c
cet，t
小于0表
示碳排放成本；n
pgc，t
表示t年度配电网投资商的绿证交易量；a
pgc，t
表示t年度配电网投资商的碳排放权交易量；
[0108]
λ表示碳排放权的基础价格，l为碳排放权区间划分长度，ω1为奖励系数，α1为惩罚系数；
[0109]
其中，所述t年度配电网投资商的碳排放权交易量a
pgc，t
由式(4)确定：
[0110][0111]
式中，a
real，t
、a
ret，t
、a
quo，t
分别为t年度配电网投资商得到的实际排放量、设备修理与退役产生的碳排放、碳排放权配额；σ1、σ2分别为单位电量碳排放和单位电量碳配额。
[0112]
与传统碳市场相比，奖惩阶梯型碳排放权交易机制能够兼顾配电网投资商的投资效益与低碳效益。
[0113]
(3)绿证交易子模型
[0114]
绿证交易子模型关键因素为绿证配额和绿证持有数量。为了促进可再生能源消纳，提高配电网投资商的投资效益，引入了奖惩阶梯型绿证交易机制，如下所示。
[0115][0116]ctgc，t
为t年度绿证交易成本或收益，c
tgc，t
大于0表示绿证交易收益，c
tgc，t
小于0表示绿证交易成本；n
pgc，t
表示t年度配电网投资商的绿证交易量；
[0117]
μ表示绿证的基础价格，n为绿证区间划分长度，ω2为奖励系数，α2为惩罚系数；
[0118]
其中，所述t年度配电网投资商的绿证交易量n
pgc，t
由式(6)确定：
[0119][0120]
β为集中式光伏和风力发电转换为绿证的量化系数，γ为绿证配额系数；
[0121]nreal，t
、n
quo，t
分别为t年度分别为配电网投资商交易的绿证持有数量、绿证配额。
[0122]
本发明采用奖惩阶梯型碳排放权交易机制和奖惩阶梯型绿证交易机制，有助于引导配电网正确的投资方向，保证配电网处于良性运营状态并提高其投资效益，对履行可再生能源消纳责任产生积极作用。
[0123]
(4)环境效益子模型
[0124]
环境效益子模型包括可再生能源消纳率和碳排放强度。根据国家能源发展新战略，配售电企业作为第一类市场主体，需承担与其年售电量相对应的可再生能源消纳责任权重。配电网投资商每年的可再生能源消纳率e
η
(t)。碳排放强度e(t)是指配电网单位净收益产生的年碳排放量。该指标可以衡量配电网经济发展与低碳发展之间的关系。公式表达
为：
[0125][0126]eη
(t)为t年度可再生能源消纳率，p
pv，t
为t年度配电网投资商建设的集中式光伏发电量，p
wt，t
为t年度配电网投资商建设的集中式风力发电量，p
res，t
为t年度配电网投资商向可再生能源发电企业购电量，p
dpv，t
为t年度配电网用户分布式光伏发电量，v1为弃光率，v2为弃风率，p
load，t
为t年度配电网的负荷用电量。
[0127]
(5)经济效益子模型
[0128]
经济效益子模型以t年度净现值e
npv
(t)和净现值率e
npvr
(t)动态经济效益指标作为评判标准，从时间和价值的角度评估配电网的投资效益，公式表达为：
[0129][0130]enpv
(t)为t年度净现值，e
npvr
(t)为t年度现值率，x
t
为t年度配电网净收益，n为投资期，r为基准折现率，c
t
为t年度总成本，i
p
为全口径成本现值，r
t
为t年度总收益；i
p
由c
t
按折现率r折算到投资初期的现值之和计算得到。
[0131]
其中，所述t年度总收益r
t
和总成本c
t
，根据式(9)确定：
[0132][0133]
其中，r
s，t
、r
cet，t
、r
tgc，t
分别为t年度配电网的售电收益、碳排放收益、绿证收益；
[0134]cdc，t
、c
w，t
、c
e，t
、c
t，t
、c
y，t
分别为t年度配电网投资商的售电收益、购电成本、网损成本、停电成本、配电网建设成本、运维成本；c
res，t
、c
cet，t
、c
tgc，t
分别为t年度配电网投资商投资可再生能源成本、碳排放成本、绿证成本；
[0135]
其中，所述配电网的售电收益r
s，t
、购电成本c
dc，t
、网损成本c
w，t
、停电成本c
e，t
，根据式(10)确定：
[0136][0137]
s1、s2、s3分别为配电网投资商对大工业用户、工商业用户以及居民用户的售电电价，q
1，t
、q
2，t
、q
3，t
分别为t年度配电网投资商对大工业用户、工商业用户以及居民用户的售电量；s
res
、s
coal
分别为可再生能源电力价格和传统能源电力价格，q
res，t
和q
coal，t
分别为t年度可再生能源购电量和传统能源购电量；p
pass
为单位电量过网费，δ
t
为线损率，k为可靠率。
[0138]
本发明采用净现值和净现值率作为动态经济效益指标，从价值和时间的角度全面评估配电网经济性，保证配电网处于良性运营状态，有助于引导配电网投资商正确的投资方向。
[0139]
步骤5、根据系统动力学动态分析模型中的各个子子模型确定包括经济效益和环境效益在内的投资效益评估指标，并基于所述投资效益评估指标，构建投资效益动态评估
模型，如下：
[0140]
e(t)＝c1(t)e
npv
(t)+c2(t)e
npvr
(t)+c3(t)e
η
(t)+c4(t)e(t)
ꢀꢀ
(11)
[0141]
e(t)为t年度配电网投资综合效益，c1、c2、c3、c4为各指标系数，由区域配电网专家打分决定；e
npv
(t)、e
npvr
(t)、e
η
(t)、e(t)分别为t年度净现值、净现值率、可再生能源消纳率以及碳排放强度。
[0142]
步骤(6)，对给定配电网，使用所述确定基期，如投资效益动态评估模型评估投资效益。如以2023年为基期，分析该配电网在后续10年的动态投资效益和运营状况根据算例，分场景评估配电网投资效益。
[0143]
下面以某市某110kv，50mva配电网为例，建立系统动力学模型并进行仿真分析，以2023年为基期，分析该配电网在后续10年的动态投资效益和运营状况。根据算例，动态仿真推演以年度为单位，各指标系数可由专家打分确定，2023年为基期，采用2022年基础数据，后面十年的相关数据为假设。
[0144]
场景1：不考虑碳市场和绿证市场；
[0145]
场景2：仅考虑传统碳市场；
[0146]
场景3：仅考虑奖惩阶梯型碳交易机制；
[0147]
场景4：仅考虑传统绿证市场；
[0148]
场景5：仅考虑奖惩阶梯型绿证交易机制；
[0149]
场景6：同时考虑奖惩阶梯型碳交易机制和绿证交易机制。
[0150]
以场景6为典型场景，仿真结果如图6至图9所示。
[0151]
由图6可见，配电网投资商的净现值和净现值率均逐年增大，说明投资可行。由图7可见，配电网投资商从传统能源发电商处购买的电量和自身碳排放量均逐年增大，大约在第8年同时达到饱和；而配电网投资商从可再生能源发电商处购买的电量和自身集中式光伏、风力发电量均逐年持续增大。一方面，配电网碳排放主要是向传统能源发电商购电产生，购电量越多则碳排放量也越多；另一方面，场景6考虑了奖惩阶梯型碳交易和绿证交易机制，这两种机制通过奖励和惩罚手段很好地激励了配电网投资商对可再生能源的投资，在前期投资力度较小，配电网投资商主要通过向传统能源发电商购电来满足负荷用电需求，在中后期配电网投资商对可再生能源的投资力度逐步加大，绿电比重显著上升，使配电网投资商向传统能源发电商的购电量逐渐趋于饱和。
[0152]
由图8和9可见，第4年碳市场的影响由碳排放权成本转向碳排放权收益，绿证市场的影响由绿证收益转向绿证成本并逐渐增大；对可再生能源的投资力度逐年持续增大；可再生能源消纳率始终处于较高水平并逐年持续增大。一方面，政府制定的初始碳排放权配额较大，随着奖惩阶梯型碳交易机制的引入，政府监管部门对配电网投资商碳排放惩罚力度逐步增大，碳排放权配额逐年减小；另一方面，配电网投资商初期绿电发电量较小，兑换到的绿证数量少于规定配额，产生一定的绿证成本，而奖惩阶梯型绿证交易机制的引入会促进配电网投资商增发绿电以兑换更多绿证，提高配电网投资商的经济性。
[0153]
综上所述，在奖惩阶梯型机制下，配电网投资商为获取自身利益最大化，通过追加对可再生能源发电投资，增大绿电比重来抑制碳排放权成本，增加绿证收益，进而提高可再生能源消纳率及配电网投资商的投资效益。
[0154]
不同场景下配电网投资商运营状况仿真结果如图10至图18所示，不同场景下配电
网环境效益指标计算结果、经济效益指标计算结果和综合投资效益评分如表1所示，表1展示的为最后一年的打分值。
[0155]
表1不同场景终期配电网运营状况计算结果
[0156][0157]
由图10至图18、及表1可见，场景1没有考虑碳市场和绿证市场，即没有任何惩罚和奖励措施，配电网投资商对可再生能源的投资积极性不高，因此传统能源电力购买量和碳排放量都较大，净现值、净现值率、绿电量及可再生能源消纳率都较低。
[0158]
场景2考虑了传统碳市场，场景4考虑了传统绿证市场，两市场通过影响配电网投资商的惩罚成本或奖励收益，使配电网投资商对可再生能源的投资积极性有所提高，碳排放量较场景1分别下降了0.75％和7.59％，净现值、净现值率及可再生能源消纳率有所升高。场景2净现值、净现值率及可再生能源消纳率较场景1分别升高了0.05％、0.051％和68.8％，场景4净现值、净现值率及可再生能源消纳率较场景1分别升高了1.5％、2.11％和406.03％。由此可见，相较传统碳市场，传统绿证市场对降低碳排放、促进可再生能源消纳及提高配电网投资效益的效果更为显著。
[0159]
场景3考虑了奖惩阶梯型碳交易机制，场景5考虑了奖惩阶梯型绿证交易机制，两种机制的激励带来更大力度的惩罚成本和奖励收益，配电网投资商对可再生能源的投资积极性进一步提高，碳排放量较场景4分别下降了1.8％和11.48％，净现值、净现值率以及可再生能源消纳率进一步升高。场景3净现值、净现值率及可再生能源消纳率较场景4分别升高了1.7％、2.34％和17.18％，场景5净现值、净现值率及可再生能源消纳率较场景4分别升高了4.61％、6.56％和123.83％。由此可见，相较奖惩阶梯型碳交易机制以及传统碳市场和绿证市场，奖惩阶梯型绿证交易机制对提高配电网投资效益的效果更为显著。
[0160]
场景6同时考虑了奖惩阶梯型碳交易机制和绿证交易机制，这两种机制的结合一方面会用更严格的惩罚推动配电网投资商碳减排，另一方面用更丰厚的奖励调动配电网投资商投资可再生能源的积极性。相较于场景5，碳排放降低了7.01％，净现值、净现值率及可再生能源消纳率分别升高了0.09％、0.07％和38.51％。由此可见，相比于其他场景，当兼顾奖惩阶梯型碳交易机制和绿证交易机制时，可以使配电网投资商的碳排放、可再生能源消纳率及投资效益同时达到最佳。
[0161]
本发明基于系统动力学，综合分析了碳市场和绿证市场对配电网投资效益的影响，并提出了奖惩阶梯型碳排放权交易和绿证交易模型。显然，本发明可以在提高配电网投资效益的同时减少碳排放并提高可再生能源消纳率，不仅能引导配电网正确的投资方向，保证配电网处于良性运营状态并提高其投资效益，还能对履行可再生能源消纳责任产生积极作用。
[0162]
实施例二
[0163]
本实施例提出一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估装置，用于执行实施例一所述方法，包括：
[0164]
三市场协同运营框架确定模块，用于剖析碳市场、绿证市场和电力市场之间的组织关系，确定电-碳-绿证三市场协同运营框架；
[0165]
投资决策因果反馈关系分析模块，用于根据所述电-碳-绿证三市场协同运营框架，分析碳市场和绿证市场对配电网投资商投资决策的因果反馈关系；
[0166]
系统动力学动态分析模型建立模块，用于根据所述因果反馈关系，构建系统动力学动态分析模型，所述系统动力学动态分析模型包括发购电子模型、碳排放权交易子模型、绿证交易子模型、环境效益子模型和经济效益子模型；
[0167]
投资效益评估模型建立模块，用于根据所述系统动力学动态分析模型，确定包括经济效益和环境效益在内的投资效益评估指标，并基于所述配电网投资效益评估指标，构建投资效益动态评估模型；
[0168]
综合评价模块，用于对于给定的配电网，确定基期和待效益评估的投资期，使用所述配电网投资效益动态评估模型评估出配电网投资效益。
[0169]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法，其特征在于，包括步骤：剖析碳市场、绿证市场和电力市场之间的组织关系，确定电-碳-绿证三市场协同运营框架；根据所述电-碳-绿证三市场协同运营框架，分析碳市场和绿证市场对配电网投资商投资决策的因果反馈关系；根据所述因果反馈关系，构建系统动力学动态分析模型，所述系统动力学动态分析模型包括发购电子模型、碳排放权交易子模型、绿证交易子模型、环境效益子模型和经济效益子模型；根据所述系统动力学动态分析模型，确定包括经济效益和环境效益在内的投资效益评估指标，并基于所述投资效益评估指标，构建配电网投资效益动态评估模型；对于给定的配电网，确定基期和待效益评估的投资期，使用所述配电网投资效益动态评估模型评估出配电网投资效益。2.根据权利要求1所述的一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法，其特征在于，所述发购电子模型表示为式(1)：p
load,t
＝(1-v1)p
pv,t
+(1-v2)p
wt,t
+v1p
dpv,t
+p
res,t
+p
coal,t-p
surp,t
ꢀꢀꢀꢀ
(1)p
load,t
为t年度配电网的负荷用电量，v1为弃光率，v2为弃风率，p
pv,t
为t年度配电网投资商建设的集中式光伏发电量，p
wt,t
为t年度配电网投资商建设的集中式风力发电量，p
dpv,t
为t年度用户分布式光伏发电量，p
res,t
为t年度配电网投资商向可再生能源发电企业购电量，p
coal,t
为t年度配电网投资商向传统能源发电企业购电量，p
surp,t
为t年度集中式光伏和风力发电余电上网量；其中，各种发电量或购电量由式(2)确定：p
pv0,t
、δp
pv,t
分别为t年度配电网投资商建设的集中式光伏发电的发电量初值及增长量；p
wt0,t
、δp
wt,t
分别为t年度配电网投资商建设的集中式风力发电量、发电量初值及增长量；p
dpv0,t
、δp
dpv,t
分别为t年度用户分布式光伏发电量、发电量初值及增长量；p
res0,t
、δp
res,t
分别为t年度配电网投资商向可再生能源发电企业购电量、购电量初值及增长量；p
coal0,t
、δp
coal,t
分别为t年度配电网投资商向传统能源发电企业购电量、购电量初值及增长量。3.根据权利要求1所述的一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法，其特征在于，所述碳排放权交易子模型引入奖惩阶梯型碳排放权交易机制，表示为式(3)：
c
cet,t
为t年度碳排放成本或收益，a
pgc,t
表示t年度配电网投资商的碳排放权交易量；λ表示碳排放权的基础价格，l为碳排放权区间划分长度，ω1为奖励系数，α1为惩罚系数；其中，所述t年度配电网投资商的碳排放权交易量a
pgc,t
由式(4)确定：a
real,t
、a
ret,t
、a
quo,t
分别为t年度配电网投资商得到的实际排放量、设备修理与退役产生的碳排放、碳排放权配额；σ1、σ2分别为单位电量碳排放和单位电量碳配额。4.根据权利要求1所述的一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法，其特征在于，所述绿证交易子模型引入奖惩阶梯型绿证权交易机制，表示为式(5)：(5)c
tgc,t
为t年度绿证交易成本或收益，n
pgc,t
表示t年度配电网投资商的绿证交易量；μ表示绿证的基础价格，n为绿证区间划分长度，ω2为奖励系数，α2为惩罚系数；其中，所述t年度配电网投资商的绿证交易量n
pgc,t
由式(6)确定：n
real,t
、n
quo,t
分别为t年度分别为配电网投资商交易的绿证持有数量、绿证配额；β为集中式光伏和风力发电转换为绿证的量化系数，γ为绿证配额系数。5.根据权利要求1所述的一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法，其特征在于，所述环境效益子模型表示为式(7)：
e
η
(t)为t年度可再生能源消纳率，p
pv,t
为t年度配电网投资商建设的集中式光伏发电量，p
wt,t
为t年度配电网投资商建设的集中式风力发电量，p
res,t
为t年度配电网投资商向可再生能源发电企业购电量，p
dpv,t
为t年度配电网用户分布式光伏发电量，v1为弃光率，v2为弃风率，p
load,t
为t年度配电网的负荷用电量；e(t)为t年度碳排放强度，a
real,t
为t年度配电网投资商的实际碳排放量，x
t
为t年度配电网净收益。6.根据权利要求1所述的一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法，其特征在于，所述经济效益子模型表示为式(8)：e
npv
(t)为t年度净现值，e
npvr
(t)为t年度现值率，x
t
为t年度配电网净收益，n为投资期，r为基准折现率，c
t
为t年度总成本，i
p
为全口径成本现值，r
t
为t年度总收益；其中，所述t年度总收益r
t
和总成本c
t
，根据式(9)确定：其中，r
s,t
、r
cet,t
、r
tgc,t
分别为t年度配电网的售电收益、碳排放收益、绿证收益；c
dc,t
、c
w,t
、c
e,t
、c
t,t
、c
y,t
分别为t年度配电网投资商的售电收益、购电成本、网损成本、停电成本、配电网建设成本、运维成本；c
res,t
、c
cet,t
、c
tgc,t
分别为t年度配电网投资商投资可再生能源成本、碳排放成本、绿证成本；其中，所述t年度配电网的售电收益r
s,t
、购电成本c
dc,t
、网损成本c
w,t
、停电成本c
e,t
，根据式(10)确定：s1、s2、s3分别为配电网投资商对大工业用户、工商业用户以及居民用户的售电电价，q
1,t
、q
2,t
、q
3,t
分别为t年度配电网投资商对大工业用户、工商业用户以及居民用户的售电量；s
res
、s
coal
分别为可再生能源电力价格和传统能源电力价格，q
res,t
和q
coal,t
分别为t年度可再生能源购电量和传统能源购电量；p
pass
为单位电量过网费，δ
t
为线损率，k为可靠率。7.根据权利要求1所述的一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法，其特征在于，所述配电网投资效益动态评估模型为：e(t)＝c1(t)e
npv
(t)+c2(t)e
npvr
(t)+c3(t)e
η
(t)+c4(t)e(t)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)e(t)为t年度配电网投资综合效益，c1、c2、c3、c4为各指标系数，由区域配电网专家打分决定；e
npv
(t)、e
npvr
(t)、e
η
(t)、e(t)分别为t年度净现值、净现值率、可再生能源消纳率以及碳排放强度。8.一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估装置，其特征在于，包括：三市场协同运营框架确定模块，用于剖析碳市场、绿证市场和电力市场之间的组织关
系，确定电-碳-绿证三市场协同运营框架；投资决策因果反馈关系分析模块，用于根据所述电-碳-绿证三市场协同运营框架，分析碳市场和绿证市场对配电网投资商投资决策的因果反馈关系；系统动力学动态分析模型建立模块，用于根据所述因果反馈关系，构建系统动力学动态分析模型，所述系统动力学动态分析模型包括发购电子模型、碳排放权交易子模型、绿证交易子模型、环境效益子模型和经济效益子模型；投资效益评估模型建立模块，用于根据所述系统动力学动态分析模型，确定包括经济效益和环境效益在内的投资效益评估指标，并基于所述投资效益评估指标，构建配电网投资效益动态评估模型；综合评价模块，用于对于给定的配电网，确定基期和待效益评估的投资期，使用所述配电网投资效益动态评估模型评估出配电网投资效益。9.一种计算机可读储存介质，其特征在于，所述计算机可读储存介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述方法。

技术总结
本发明涉及电力能源技术领域，公开了一种计及碳市场和绿证市场的配电网投资效益动态评估方法与装置，方法包括步骤：剖析碳市场、绿证市场和电力市场之间的组织关系，确定电-碳-绿证三市场协同运营框架；分析碳市场和绿证市场对配电网投资商投资决策的因果反馈关系；根据所述因果反馈关系，构建系统动力学动态分析模型；根据所述系统动力学动态分析模型，确定包括经济效益和环境效益在内的投资效益评估指标，进一步构建投资效益动态评估模型；使用所述投资效益动态评估模型评估给定配电网的投资效益。本发明能够直接应用于配电网投资效益动态评估，促进可再生能源消纳，减少碳排放，提高了配电网投资效益。提高了配电网投资效益。提高了配电网投资效益。


技术研发人员：翟晓萌 仓敏 王球 王静怡 吴霜 诸德律 程曦 徐佳琪 张华 管维亚
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/7/19