考虑财务管理优化的能源互联网投资收益策略

王 欣

（辽东学院，辽宁 丹东118001）

0 引言

随着能源互联网规模的扩大和电力市场化的改革，能源系统相关企业的经营效率和投资能力快速提升[1]～[4]。由于能源互联网加大投资和提升收益的建设目标已不再单一由技术部门主导，而是由企业财务管理与业务管理共同负责，因此保障供能可靠性和经济性须要充分体现财务管理的优化决策作用。另外，大量的多能源转换、存储设备和可再生能源接入电网，给电网运行可靠性带来一定的挑战，对能源企业财务管理和运行维护的动态调整优化能力提出了更高的要求。

目前，国内外一些学者从技术经济优化角度对能源互联网投资决策及收益评估问题进行了研究。文献[5]针对多能源系统的可再生能源发电规划以及投资收益优化问题，提出了考虑多能源功率平衡及系统动态约束的可再生能源容量多目标优化模型，能够保障较高的投资收益，并进一步提升电网对可再生能源的接纳能力。文献[6]针对具有不确定性的电网、气网联合投资规划问题，提出了综合电力、热力的鲁棒规划模型，具有较高的投资收益，能够提升电网在不确定环境下的弹性。文献[7]考虑电力信息物理融合，提出了考虑信息安全约束的可再生能源电网多主体投资方法，该方法能够实现以可再生能源发电商、电力用户和电网为多主体的电力系统投资决策优化，并且提升投资决策结果的鲁棒性。文献[8]基于成本效益分析，提出了区域微能源网的光伏储能投资决策模型，能够保证发电商在市场中的收益最大化，提升电网的安全稳定运行能力。

上述文献均对能源互联网或微能源网的投资决策进行了深入研究，并取得了一定的成果。但是，从企业内部生产经营角度出发，目前关于能源互联网投资收益优化的研究以及现有投资模式忽略了对系统性财务管理决策在能源互联网投资收益优化中的作用，并且也较少考虑整个能源互联网企业在市场化的投资运行机制中的全部投资者利益及其博弈关系，不利于提升市场活力。因此，结合能源互联网企业的财务管理要求和市场博弈机制进行投资收益优化，通过企业成本管理、固定资产管理和投资管理等财务管理优化方法，建立合理的基于财务管理优化的能源互联网最优投资决策，是保障财务管理优化功效，促进能源互联网低碳、高质量发展的有效方法。

本文针对市场化能源互联网的投资收益优化问题，考虑包含企业盈利和经营管理模式的财务管理优化对能源互联网投资收益的影响，提出一种考虑财务管理优化的能源互联网投资收益决策模型。首先，研究财务管理对市场化能源互联网投资收益影响机理，建立基于财务管理的能源互联网企业投资收益模型；其次，针对能源互联网多主体投资企业在市场中的运行机制，提出基于非合作博弈的能源互联网企业财务管理决策；最后，以某高比例风电能源互联网数据和相关企业财务管理信息数据为基础进行仿真分析。结果显示本文所提方法能够保证在较高供能需求和经济效益前提下，实现能源互联网投资决策优化。

1 财务管理对市场化能源互联网投资收益影响机理建模

1.1 能源互联网模型

能源互联网一般是由电力网络、天然气网络以及供氢、供热、供冷等能源集成交互而成的多能源集群互联系统（图1）。相较于传统电热系统或电气系统，能源互联网的能源形式更为多样，能源耦合方式更为灵活。能源互联网作为大型能源系统的子系统单元，对上级电网或天然气网的能量平衡具有一定的支撑与调节作用，可保障系统安全稳定运行。

图1 能源互联网结构Fig.1 The structure of energy internet

能源互联网以电网和天然气网为主要载体，多种能源经过转换、存储和消费，实现多种能源形式的交互。在如图1所示的能源互联网DEIi中，上级电网和天然气网传递的电能、天然气经过能源互联网转换、存储和消费等环节，并考虑能源互联网中可再生能源发电，DEIi能源输出为

式中：E＇（t）为能源互联网DEIi在t时刻的能源输出；Epr（t）为能源生产量；Est（t）为能源存储量；Econ（t）为能源消费量

对于能源互联网DEIt，能量输入E（t）和能量输出E＇（t）可表示为

式中：ϖ为能源互联网中能量转换系数。

1.2 财务管理对能源互联网投资收益的影响机理

财务管理优化是实现能源互联网企业整体财务目标的重要经济管理方式，也是增强企业价值，发挥资源整合优化潜能和提升能源互联网企业供能可靠性和经济性的重要手段。

随着能源互联网市场化发展，为保障在较高供能可靠性前提下的电网投资收益最大化，能源互联网建设与运行对财务管理的要求日益严格。在能源互联网的能源生产、传递、转换和消费各个环节中，进行可再生能源发电、电力线路、输气管道和能源转换、存储等设备的运行维护成本管理优化、固定资产管理优化和投资管理优化，是完善能源互联网财务战略、经营战略和实现为多能源用户高质量供能的关键环节。本文充分考虑可再生能源发电特性、多能源互联互济特性、多能源转换与存储特性和多能源负荷特性，同时根据能源互联网企业财务管理方法的运行维护成本管理特性、固定资产管理特性和投资管理特性，则能源互联网企业DEIi进行财务管理所产生的投资收益可表示为

式中：Cg，i为能源互联网企业DEIi的投资收益；Ca，i，Cfa，i和Cin，i分别表示运行维护成本管理投资收益、固定资产管理投资收益和投资管理投资收益；ψa，i，ψfa，i和ψin，i分别表示3种财务管理所产生投资收益的目标权重。

（1）运行维护成本管理

能源互联网运行维护成本是指能源互联网运行过程中所产生的能源设备折旧费和能源系统运行维护费，依照能源市场等相关政策，不包括不得计入与供能业务无关的其他费用。能源互联网DEIi的运行维护成本为

式中：Ca（k）为能源互联网企业DEIi在第k个调度周期的运行维护成本，包括能源设备折旧费用Cde（k）和能源互联网企业运行维护费用Cop（k）；Ain为固定资产投资额；δre为对供能质量进行调节而使财务管理产生费用的调节参数；φfix为能源设备投资总额占固定资产的比率；γde为能源设备折旧率；Cm（k）为材料费；Cre（k）为维护费；Cst（k）为员工工资；Cot（k）为与供能业务相关的其他费用。

（2）固定资产管理

能源互联网固定资产管理的目的是对能源互联网企业的固定资产进行管理，实现企业对固定资产状态的严格监管。固定资产管理成本为

式中：Cfa（k）为能源互联网企业DEIi在第k个调度周期的固定资产管理成本；φfa为可计提收益的能源设备有效资产率；γfa为能源设备收益率；rr-DEI为能源互联网企业权益资本收益率；φde为资产负债率；rd-DEI为债务资本收益率。

（3）投资管理

投资管理是通过合理地规划可再生能源、电力网络、天然气网络和多能源负荷，使能源互联网企业自身利益最大化。投资管理成本为

式中：Cin（k）为能源互联网企业DEIi在第k个调度周期的投资管理成本；CEin（k）为能源互联网设备投资成本；CEo（k）为能源互联网设备运行成本；ϑ为资金折现率；PE（k）为能源互联网设备投资费用；TE为能源互联网设备使用寿命；ρE为购买能源价格；E（t）和E＇（t）分别为输入能量和输出能量。

2 基于非合作博弈的能源互联网企业财务管理决策

2.1 能源互联网投资收益优化模型

能源互联网投资收益优化问题是在考虑能源互联网建设和运行特性，保障供能的可靠性、经济性和企业财务管理优化决策前提下，在市场化能源互联网投资环境中，具有多主体（I个能源互联网企业参与投资博弈）多目标（M个目标）的博弈问题。由于多元化能源互联网企业之间信息不完全共享，因此属于非合作博弈，可以引入非合作博弈理论构建数学模型[9]，[10]。

能源互联网企业投资决策如下：

假设参与博弈的每个能源互联网企业都有自己的策略集Sq，Sq={sjq｜jq∈Λq}，Λq是指标集。在博弈过程中，每个局势是由参与博弈企业选择一个策略组而形成。若sjq是第q个企业的一个策略，则该企业的一个局势可以表示为s={sj1，…，sjI}。因此，全体参与企业的全体局势集合S为各参与企业策略集的笛卡尔积。

参与企业nq的混合策略集为

式中：xjq为参与企业nq纯策略集Sq={sjq｜jq∈Λq}的策略概率；Λq为纯策略集的指标集；xq=（xjq｜jq∈Λq）T是混合策略。

由此可以得到：

式中：当参与企业nq选择混合策略xq∈Xq时，x=（x1，…，xI）即为混合策略局势，且x∈X。

在能源互联网企业多主体博弈过程中，参与企业之间不能得到相互的目标权重，只能将自身目标权重作为其他参与企业的博弈依据，从而得出投资策略选择。此时每个参与企业nq都将自身目标权重赋值于另外参与企业nq＇。若能源互联网企业DEIi的投资决策如公式（7）所示，则：

式中：Θqq＇（x）为参与企业nq＇在策略x中的加权支付值；Θmq＇（x）为参与企业nq＇在局势x中关于目标m的支付值；νqm为参与企业nq关于目标m的支付值；πmq＇为参与企业nq＇在纯策略局势中关于目标m的支付值。

2.2 模型求解

能源互联网企业投资决策求解步骤如下。

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

针对实际决策与理想赋值决策偏差，投资决策局势应为x＇=（xq1，…，xqq），参与企业实际得到的加权收益为

3 算例分析

本文以某地区能源互联网数据和相关财务管理数据为基础，通过图2的连接方式组成多主体投资决策仿真系统[4]，[5]。

图2 仿真系统连接方式Fig.2 The connection way of simulation system

假设3个能源互联网企业相连且参与市场博弈，仿真分析能源互联网在不同财务管理优化下的系统投资决策与投资收益。图1中的各子系统拓扑结构的能源互联网典型多能源负荷以及风电和光伏出力曲线如图3所示。

图3 典型多能源负荷以及风电出力曲线Fig.3The typicalcurvesofmulti-energy loadsandwind power

能源互联网参数如表1所示。

表1 能源互联网参数Table 1 The parameters of energy internet

根据目前能源互联网财务管理机制，本文设定能源互联网财务管理所产生投资收益的目标权重取值如表2所示。

表2 目标权重参数Table 1 The parameters ofmanagementweights

为验证本文所提方法的有效性，针对能源互联网投资收益优化，设置了3种情景。情景1为不考虑博弈的各区域能源互联网独立投资；情景2为不考虑博弈的各区域能源互联网联合投资；情景3为本文所提出的考虑博弈的各区域能源互联网联合投资。3种情景的投资收益优化结果如表3所示。

表3 投资收益优化结果Table 3 The results of investment income optimization

由表3可知，场景3的投资收益优化结果分别比场景1和场景2增加了604万元和116万元，并且提升了收益率。这主要是因为整体投资收益优化结果不仅要考虑能源互联网规划收益，还要考虑在全生命周期内运行维护财务管理对于投资收益的影响，即本文提出的财务管理优化方法。场景1和场景2对这一重要机制有一定程度的忽略，而场景3在充分考虑能源市场运行整体性财务管理机制的前提下，进行基于财务管理优化的企业投资决策，提升了投资收益净现值。由于基于非合作博弈的联合投资决策的方案更适用于市场化多能源互联系统的投资决策，因此投资回收周期也比其他两种场景的回收周期短。

在不同供能可靠性要求下各个场景的财务管理成本如表4所示。

表4 在不同供能可靠性要求下各场景财务管理总成本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将增加财务管理总成本。场景1呈现指数增加趋势；场景2成本上升较为平缓，但并未对互联系统目标权重给出合理的预判，导致投资成本持续增加。相对而言，场景3在较低可靠性要求下存在附加成本，从而导致财务管理总成本高于场景1和场景2；当供能可靠性参数为0.99 时，其成本明显低于场景1和场景2。因此，场景3能够提升系统的经济性，并且保持供能可靠性，更适用于能源互联网发展需求。

4 结论

本文针对市场化能源互联网的投资收益优化问题，提出考虑财务管理优化的能源互联网投资收益评估模型。通过对包含电能、热能和燃气等多种能源生产、转换、存储和消费过程的能源互联网模型研究，建立财务管理优化对能源互联网投资收益的影响机理模型。通过计算能源互联网在不同财务管理优化策略下的投资收益，建立能源互联网企业多主体投资的动态博弈模型及求解算法。该方法可在提升能源互联网供能可靠性、运行经济性的前提下，实现能源互联网企业投资收益最大化，为能源市场的灵活稳定有序发展提供了理论支撑，是能源互联网发展过程中财务管理优化决策形成的重要依据。