能源互聯(lián)網(wǎng)背景下中國(guó)光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型研究

劉吉成，盧運(yùn)媛，李穎歡

（華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院；新能源電力與低碳發(fā)展研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華北電力大學(xué)），北京 102206）

能源是現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和動(dòng)力，迫于傳統(tǒng)能源應(yīng)用導(dǎo)致的能源危機(jī)和環(huán)境壓力，以光伏為代表的清潔能源發(fā)電方式在全球范圍內(nèi)得到了廣泛關(guān)注［1-3］。然而由于光伏發(fā)電的隨機(jī)性、波動(dòng)性等特點(diǎn)，“棄能”成為其發(fā)展的主要障礙之一，在此背景下能源互聯(lián)網(wǎng)及儲(chǔ)能等技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。能源互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源節(jié)點(diǎn)互聯(lián)及能量交互共享，而儲(chǔ)能不僅能改善電能質(zhì)量、提升電網(wǎng)調(diào)度靈活性更能夠存儲(chǔ)余電、平抑發(fā)電波動(dòng)、解決消納問(wèn)題，光伏、能源互聯(lián)網(wǎng)及儲(chǔ)能的聯(lián)合應(yīng)用被證明為降低光伏發(fā)電棄光率的合理路徑［4-6］。當(dāng)前，中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期，多晶硅產(chǎn)量與光伏裝機(jī)量逐年攀升［7］，但在發(fā)電量巨大的同時(shí)棄光現(xiàn)象嚴(yán)重、政府補(bǔ)貼取消，為減少光伏發(fā)電棄光率、實(shí)現(xiàn)光伏平價(jià)上網(wǎng)及增強(qiáng)光伏行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，將儲(chǔ)能、能源互聯(lián)網(wǎng)引入中國(guó)光伏行業(yè)并探究能源互聯(lián)網(wǎng)背景下光儲(chǔ)價(jià)值鏈的效益協(xié)同模式尤為重要。

近年來(lái)，中國(guó)光伏產(chǎn)品在全球范圍內(nèi)保持較高的占有率，光伏價(jià)值鏈整體呈現(xiàn)出較好的發(fā)展勢(shì)頭，但當(dāng)前中國(guó)光伏價(jià)值鏈發(fā)展仍存在諸多問(wèn)題［8］。首先，相比于以制造能力為重的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，知識(shí)與創(chuàng)新在光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的地位明顯提高［9］，從而導(dǎo)致中國(guó)光伏價(jià)值鏈在創(chuàng)新體系、各環(huán)節(jié)發(fā)展均衡［10-11］、成本控制等方面存在的問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)［12］，鑒于此劉吉成等［13］對(duì)中國(guó)光伏企業(yè)價(jià)值創(chuàng)造能力進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究，并從整體和局部?jī)蓚€(gè)方面提出了價(jià)值鏈增值策略［8］，陳斯琴等［14］則對(duì)宏觀(guān)形勢(shì)下中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行了分析研究。其次，光伏發(fā)電的不穩(wěn)定性在很大程度上對(duì)其發(fā)展形成了制約，儲(chǔ)能快速響應(yīng)和雙向調(diào)節(jié)的技術(shù)特點(diǎn)恰能解決這一難題［15］，因此相關(guān)文獻(xiàn)分別從光儲(chǔ)系統(tǒng)、儲(chǔ)能投資者、光伏用戶(hù)角度對(duì)“光+儲(chǔ)”發(fā)展的技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)可行性進(jìn)行了分析研究［16-18］，證明了儲(chǔ)能可有效應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)并促進(jìn)其發(fā)展。再次，為提高傳統(tǒng)能源系統(tǒng)資源配置能力以滿(mǎn)足未來(lái)能源系統(tǒng)發(fā)展需求，能夠?qū)崿F(xiàn)“橫向多源互補(bǔ)，縱向源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)調(diào)”的能源互聯(lián)網(wǎng)概念被提出［19］。在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，相關(guān)文獻(xiàn)針對(duì)光伏及儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)升級(jí)、優(yōu)化調(diào)度及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析研究［20-22］，證明了能源互聯(lián)網(wǎng)能進(jìn)一步促進(jìn)光儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的光儲(chǔ)價(jià)值鏈構(gòu)建及研究是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)與競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)的有效途徑。

作為光伏及儲(chǔ)能等多節(jié)點(diǎn)多系統(tǒng)構(gòu)成的價(jià)值鏈條，效益協(xié)同不可避免地成為研究關(guān)注點(diǎn)，也即如何在子系統(tǒng)最優(yōu)情況下實(shí)現(xiàn)總系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行［23］，目前效益協(xié)同研究主要集中在評(píng)價(jià)優(yōu)化及利益分配方面。首先，諸多學(xué)者通過(guò)效益協(xié)同理論對(duì)發(fā)電方式、電動(dòng)汽車(chē)協(xié)同、能源與環(huán)境等方面進(jìn)行了評(píng)價(jià)研究［24-27］，證明了可再生能源及其與電動(dòng)汽車(chē)和環(huán)境協(xié)同發(fā)展的可行性。其次，諸多研究采用效益協(xié)同理論對(duì)電力控制協(xié)同、知識(shí)協(xié)同、信息資源協(xié)同、配送協(xié)同等方面進(jìn)行了優(yōu)化研究［25,28-31］，證實(shí)了其能促進(jìn)各行業(yè)優(yōu)化提升。最后，更多效益協(xié)同研究集中在合作博弈模型及Shapley 模型等利益分配方面，涉及到礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、制造業(yè)、零售業(yè)、PPP 項(xiàng)目、電力等多個(gè)行業(yè)［32-42］，旨在通過(guò)建立利益分配模型及優(yōu)化模型解決相關(guān)利益分配問(wèn)題。一方面通過(guò)建立相關(guān)行業(yè)的合作博弈模型及Shapley 模型，解決了鏈條節(jié)點(diǎn)企業(yè)的利益分配問(wèn)題，驗(yàn)證了鏈條節(jié)點(diǎn)合作對(duì)鏈條利益優(yōu)化所起的重要作用。另一方面通過(guò)對(duì)模型的優(yōu)化，如引入大數(shù)據(jù)、修正因子、公平理論、模糊理論、灰色理論、努力因素等［37,43-47］，進(jìn)一步提高了利益分配問(wèn)題研究的精度與深度。在電力價(jià)值鏈利益分配方面，研究重點(diǎn)較多放在傳統(tǒng)電力發(fā)售電商間利益分配及協(xié)調(diào)方面，郭洪武等［41］通過(guò)Delphi 法優(yōu)化Shapley 模型對(duì)發(fā)電商與購(gòu)電商之間的利益分配問(wèn)題進(jìn)行了研究；陸秋瑜等［40］基于合作博弈理論研究了集群風(fēng)儲(chǔ)聯(lián)合系統(tǒng)的廣域協(xié)調(diào)與利益分配問(wèn)題；施泉生等［42］分別建立了多主體參與的單對(duì)多、多對(duì)多交易情形下的合作博弈模型，在優(yōu)化利益分配的同時(shí)得到了相應(yīng)最優(yōu)電價(jià)。但是效益協(xié)同理論在光伏與儲(chǔ)能及能源互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合領(lǐng)域相關(guān)文獻(xiàn)較少，本文研究旨在填補(bǔ)這一空白。

本文對(duì)光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同研究的思路如下：首先在通過(guò)對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)及光伏價(jià)值鏈的論述基礎(chǔ)上構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的光儲(chǔ)價(jià)值鏈模型，然后以光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商為節(jié)點(diǎn)在考慮努力因素的基礎(chǔ)上構(gòu)建光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型，繼而根據(jù)改進(jìn)逐對(duì)比較法確定努力因素、構(gòu)建分散價(jià)值鏈Stackelberg 博弈模型、集成價(jià)值鏈模型、收益分享與努力成本共擔(dān)聯(lián)合契約模型、回購(gòu)與努力成本共擔(dān)聯(lián)合契約模型，并對(duì)各模型的協(xié)調(diào)能力進(jìn)行比較分析與數(shù)值驗(yàn)證分析，以期為光儲(chǔ)供應(yīng)鏈的效益協(xié)同模式做出理論與實(shí)踐貢獻(xiàn)。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)與光儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈

1.1 能源互聯(lián)網(wǎng)背景

由于化石燃料的逐漸枯竭及其造成的環(huán)境污染問(wèn)題，傳統(tǒng)能源利用模式正在走向終結(jié)，開(kāi)發(fā)新的能源利用體系刻不容緩。隨著可再生能源的發(fā)展利用及互聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用，“能源互聯(lián)網(wǎng)”這一概念由美國(guó)著名學(xué)者杰里米·里夫金于2011 年提出，他預(yù)言以新能源技術(shù)和信息技術(shù)的深入結(jié)合為特征的一種新的能源利用體系，即“能源互聯(lián)網(wǎng)”即將出現(xiàn)并具有以下四大特征：以可再生能源為主要一次能源；支持超大規(guī)模分布式發(fā)電系統(tǒng)與分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)接入；基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)廣域能源共享；支持交通系統(tǒng)的電氣化。而后董朝陽(yáng)基于里夫金的能源互聯(lián)網(wǎng)愿景，給出了能源互聯(lián)網(wǎng)的初步定義：能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，以互聯(lián)網(wǎng)及其他前沿信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以分布式可再生能源為主要一次能源，與天然氣網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)等其他系統(tǒng)緊密耦合而形成的復(fù)雜多網(wǎng)流系統(tǒng)，并給出能源互聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)如圖1 所示［48］。

圖1 能源互聯(lián)網(wǎng)基本框架

隨著清潔能源的發(fā)展，能源互聯(lián)網(wǎng)也引起了越來(lái)越多的關(guān)注，現(xiàn)在的能源互聯(lián)網(wǎng)可理解是綜合運(yùn)用先進(jìn)的電力電子技術(shù)、信息技術(shù)和智能管理技術(shù)，將大量由分布式能量采集裝置、分布式能量?jī)?chǔ)存裝置和各種類(lèi)型負(fù)載構(gòu)成的新型電力網(wǎng)絡(luò)、石油網(wǎng)絡(luò)、天然氣網(wǎng)絡(luò)等能源節(jié)點(diǎn)互聯(lián)起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)的能量對(duì)等交換與共享網(wǎng)，其架構(gòu)關(guān)系如圖2所示。

圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)關(guān)系圖

能源互聯(lián)網(wǎng)包括智能發(fā)電、智能電網(wǎng)調(diào)度、智能儲(chǔ)能、智能用電、智能能源市場(chǎng)、智能管理和服務(wù)六大板塊，以“物聯(lián)網(wǎng)+智能電網(wǎng)+可再生能源”為核心，以實(shí)現(xiàn)共享作為最終目的，圍繞“可再生、分布式、智能化”3 個(gè)關(guān)鍵詞，不僅影響了能源的生產(chǎn)方式，極大地改變了電力的生產(chǎn)，還徹底改變了能源的消費(fèi)方式，打破了傳統(tǒng)以電網(wǎng)公司為中心的消費(fèi)模式。在能源互聯(lián)網(wǎng)上，電力將可以自由地生產(chǎn)、消費(fèi)、互換、交易，能源的生產(chǎn)和消費(fèi)的效率將得以提升［49］。

1.2 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的光儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈

現(xiàn)階段中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)鏈條發(fā)展態(tài)勢(shì)良好，光伏價(jià)值鏈以晶體硅太陽(yáng)能電池的研發(fā)生產(chǎn)為主線(xiàn)可分為上游、中游和下游［50-51］，并以上游硅材料提煉和硅片生產(chǎn)、中游電池片生產(chǎn)和組件封裝及下游光伏發(fā)電系統(tǒng)集成及光伏應(yīng)用產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷(xiāo)售為主鏈，加以輔料鏈和裝備鏈共同構(gòu)成完整的光伏產(chǎn)業(yè)價(jià)值系統(tǒng)。通過(guò)價(jià)值鏈高效內(nèi)部運(yùn)轉(zhuǎn)及外部互動(dòng)實(shí)現(xiàn)物流、信息流及價(jià)值流的協(xié)調(diào)，從而使光伏價(jià)值鏈呈現(xiàn)了較高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

但是由于能源危機(jī)與環(huán)境壓力，單一光伏價(jià)值鏈不可避免的暴露出諸多問(wèn)題，如：以單環(huán)節(jié)價(jià)值增值為導(dǎo)向、重視光伏價(jià)值鏈上各個(gè)環(huán)節(jié)價(jià)值增值的順序性、價(jià)值增值主要集中在制造環(huán)節(jié)、均從光電并網(wǎng)角度出發(fā)等，因此儲(chǔ)能技術(shù)、光儲(chǔ)價(jià)值鏈、能源互聯(lián)網(wǎng)及戰(zhàn)略聯(lián)盟的引入尤為重要。鑒于此，本文提出能源互聯(lián)網(wǎng)下光儲(chǔ)價(jià)值鏈模型如圖3所示。

圖3 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下光儲(chǔ)價(jià)值鏈?zhǔn)疽鈭D

光儲(chǔ)價(jià)值鏈即為能源互聯(lián)網(wǎng)背景下將光伏與儲(chǔ)能相結(jié)合所構(gòu)成的價(jià)值鏈。一方面通過(guò)引入儲(chǔ)能技術(shù)使得具有很強(qiáng)間歇性、隨機(jī)性、波動(dòng)性的風(fēng)電變得“可控”“可調(diào)”，進(jìn)而促進(jìn)風(fēng)電的利用，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高光伏發(fā)電的消納，進(jìn)一步優(yōu)化光伏價(jià)值鏈本身的價(jià)值；另一方面通過(guò)引入能源互聯(lián)網(wǎng)思維，實(shí)現(xiàn)信息共享，增加價(jià)值來(lái)源、快速響應(yīng)電力用戶(hù)需求、提高資源配置效率，降低成本；與此同時(shí)，通過(guò)一定的協(xié)議、契約而形成的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)或者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、利益共享的戰(zhàn)略聯(lián)盟形式，能夠在實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)價(jià)值鏈資源整合的同時(shí)保證價(jià)值鏈的柔性和靈活性，提升價(jià)值鏈的核心競(jìng)爭(zhēng)力，通過(guò)光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商的協(xié)同與合作實(shí)現(xiàn)降低成本、快速響應(yīng)客戶(hù)需求，進(jìn)而達(dá)到提升光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益的目的。

2 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型

價(jià)值共創(chuàng)觀(guān)點(diǎn)是價(jià)值鏈價(jià)值實(shí)現(xiàn)與競(jìng)爭(zhēng)力增強(qiáng)的重要途徑，為實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈的價(jià)值最大化，價(jià)值鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)均應(yīng)積極參與價(jià)值鏈的價(jià)值創(chuàng)造活動(dòng)以增加價(jià)值鏈效益。價(jià)值鏈效益即為各節(jié)點(diǎn)企業(yè)在價(jià)值共創(chuàng)的基礎(chǔ)上所實(shí)現(xiàn)的鏈條整體利潤(rùn)，效益協(xié)同問(wèn)題即各節(jié)點(diǎn)如何在實(shí)現(xiàn)自身效益最大化基礎(chǔ)上保證價(jià)值鏈總效益最大化已成為多節(jié)點(diǎn)價(jià)值鏈的研究重點(diǎn)。光儲(chǔ)價(jià)值鏈作為多節(jié)點(diǎn)組成的鏈條，價(jià)值共創(chuàng)與效益協(xié)同不可避免地成為研究重點(diǎn)，一方面各節(jié)點(diǎn)企業(yè)均應(yīng)為實(shí)現(xiàn)價(jià)值共創(chuàng)付諸努力，另一方面價(jià)值鏈各節(jié)點(diǎn)企業(yè)間的效益協(xié)同形式應(yīng)得到研究。鑒于此，本文將基于能源互聯(lián)網(wǎng)背景下由光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商組成的價(jià)值鏈，在考慮二者為提升價(jià)值鏈效益付諸積極努力的基礎(chǔ)上，探討價(jià)值鏈整體效益實(shí)現(xiàn)的協(xié)同模式與契約形式，具體模型框架如圖4 所示。

圖4 光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型框架

在此模型設(shè)定下，光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商通過(guò)一定的交易機(jī)制與契約模式共同組成光儲(chǔ)價(jià)值鏈，與此同時(shí)，在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下雙方均采取一定的努力方向與程度共同促成光儲(chǔ)價(jià)值鏈價(jià)值共創(chuàng)，模型假設(shè)如下所示：

（1）效益協(xié)同模型研究基于能源互聯(lián)網(wǎng)背景，各節(jié)點(diǎn)企業(yè)均通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息交互。

（2）光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商各自投入的努力成本均為雙重努力因素，分別為且對(duì)市場(chǎng)用電需求有影響。

后文將在確定雙方努力方向的基礎(chǔ)上，構(gòu)建由光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商組成并由光伏發(fā)電商主導(dǎo)的二級(jí)價(jià)值鏈，以此為框架根據(jù)節(jié)點(diǎn)企業(yè)合作方式分別進(jìn)行分散價(jià)值鏈與集成價(jià)值鏈效益協(xié)同模型研究。

2.1 基于改進(jìn)逐對(duì)比較法的努力因素識(shí)別

本文將節(jié)點(diǎn)企業(yè)參與價(jià)值鏈價(jià)值共創(chuàng)的方式與水平定義為努力因素，也即節(jié)點(diǎn)企業(yè)為實(shí)現(xiàn)效益增加選取相關(guān)方面進(jìn)行投入，投入的方向與水平即為努力因素的種類(lèi)和大小。為實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型努力因素的精準(zhǔn)識(shí)別，在確定基本評(píng)價(jià)指標(biāo)范圍的基礎(chǔ)上，采取改進(jìn)逐對(duì)比較法確定節(jié)點(diǎn)企業(yè)努力因素。

逐對(duì)比較法是確定指標(biāo)重要性的有效方法，采取逐對(duì)比較法評(píng)價(jià)各指標(biāo)即為在通過(guò)指標(biāo)間兩兩比較得到評(píng)價(jià)值的基礎(chǔ)上，對(duì)各指標(biāo)評(píng)價(jià)值進(jìn)行匯總及歸一化處理確定各指標(biāo)權(quán)重。而改進(jìn)逐對(duì)比較法在逐對(duì)比較法基礎(chǔ)上改變了其原有比較賦值方式，使得指標(biāo)評(píng)價(jià)值準(zhǔn)確度得到了進(jìn)一步的提升，采用改進(jìn)逐對(duì)比較法對(duì)個(gè)待評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)的步驟如下。

表1 改進(jìn)逐對(duì)比較法賦值標(biāo)準(zhǔn)

表2 逐對(duì)比較法與改進(jìn)逐對(duì)比較法計(jì)算表

在通過(guò)改進(jìn)逐對(duì)比較法完成努力因素比較之后，可根據(jù)權(quán)重大小對(duì)各因素重要性進(jìn)行排序，并以此為基礎(chǔ)根據(jù)一定原則進(jìn)行努力因素選擇。本文研究是建立在光伏發(fā)電商及儲(chǔ)能商各自的雙重努力因素上進(jìn)行的，因此節(jié)點(diǎn)努力因素入選原則為權(quán)重排序前兩位的指標(biāo)。

2.2 分散價(jià)值鏈Stackelberg 博弈模型

分散價(jià)值鏈即為各節(jié)點(diǎn)企業(yè)均在不考慮鏈條整體效益的基礎(chǔ)上以自身利潤(rùn)最大化為目標(biāo)進(jìn)行決策，在此條件下，光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商分別做出決策并通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息交互與交易活動(dòng)。構(gòu)建由發(fā)電商主導(dǎo)的二級(jí)價(jià)值鏈Stackelberg 博弈模型，在發(fā)電商根據(jù)自身利潤(rùn)最大化給定努力水平和單位批發(fā)價(jià)格的基礎(chǔ)上，儲(chǔ)能商依據(jù)自身利潤(rùn)最大化確定努力水平、努力水平、購(gòu)電量以及市場(chǎng)售電價(jià)，具體模型運(yùn)算過(guò)程如下：

根據(jù)逆向歸納法，考慮儲(chǔ)能商的期望利潤(rùn)函數(shù)

2.3 集成價(jià)值鏈模型

在分散情況下的各參數(shù)探討完之后，考慮價(jià)值鏈集成時(shí)的決策情況。在集成價(jià)值鏈的條件下，各節(jié)點(diǎn)企業(yè)緊密合作為實(shí)現(xiàn)鏈條整體利潤(rùn)最大化共同努力。構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的集成價(jià)值鏈模型，光伏發(fā)電商及儲(chǔ)能商通過(guò)能源互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行充分的信息交流與共同決策，將兩者看作一個(gè)整體研究集成價(jià)值鏈的最優(yōu)決策，具體模型運(yùn)算過(guò)程如下：

根據(jù)模型基本定義，能源互聯(lián)網(wǎng)背景下集成價(jià)值鏈光伏發(fā)電商為提高電能質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本而產(chǎn)生的努力仍為儲(chǔ)能商做出的努力仍為市場(chǎng)需求仍為此時(shí)集成價(jià)值鏈的總期望利潤(rùn)函數(shù)可以表達(dá)為

2.4 光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型比較分析

綜合考慮兩種協(xié)同模型，對(duì)分散價(jià)值鏈以及集成價(jià)值鏈的購(gòu)電量、努力水平及期望利潤(rùn)進(jìn)行對(duì)比如表3 所示。

表3 分散價(jià)值鏈、集成價(jià)值鏈參數(shù)對(duì)比

根據(jù)表3 進(jìn)行對(duì)比可得

可以發(fā)現(xiàn)分散價(jià)值鏈與集成價(jià)值鏈在諸多方面存在差異，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）購(gòu)電量方面。相比于分散價(jià)值鏈，引入集成價(jià)值鏈思想后價(jià)值鏈購(gòu)電量顯著提升，能在一定程度上促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

（2）總利潤(rùn)方面。集成價(jià)值鏈整體利潤(rùn)明顯高于分散價(jià)值鏈，也即通過(guò)引入集成價(jià)值鏈思想能實(shí)現(xiàn)鏈條效益優(yōu)化。

（3）努力投入方面。分散價(jià)值鏈節(jié)點(diǎn)企業(yè)以自身獲利水平為依據(jù)確定努力水平，而集成價(jià)值鏈努力投入與市場(chǎng)彈性有關(guān)，更能實(shí)現(xiàn)效益優(yōu)化，符合管理理念。

根據(jù)以上分析可得，集成價(jià)值鏈效益明顯優(yōu)于分散價(jià)值鏈，因此后文將以集成價(jià)值鏈效益指標(biāo)為基準(zhǔn)，在實(shí)現(xiàn)鏈條效益極大化及保證節(jié)點(diǎn)企業(yè)利益的基礎(chǔ)上，通過(guò)引入契約實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈效益在節(jié)點(diǎn)企業(yè)之間的協(xié)同。

3 能源互聯(lián)網(wǎng)下基于聯(lián)合契約的光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型

在分散價(jià)值鏈博弈模型中，購(gòu)電量與價(jià)值鏈總利潤(rùn)均較低，節(jié)點(diǎn)企業(yè)努力投入積極性不足且不合理，為了增加節(jié)點(diǎn)企業(yè)的期望利潤(rùn)以及優(yōu)化價(jià)值鏈性能，將在引入能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下采取一些激勵(lì)措施即聯(lián)合契約，促使發(fā)電商與儲(chǔ)能商投入更多努力，并增加購(gòu)電量。本文將在分散價(jià)值鏈的基礎(chǔ)上考慮兩種激勵(lì)措施：一種是收益分享與努力成本共擔(dān)聯(lián)合契約（Revenue Sharing and Effort Cost Participation,RSECP），另一種是回購(gòu)與努力成本共擔(dān)聯(lián)合契約（Buyback and Effort Cost Participation,BECP）。

3.1 收益分享與努力成本共擔(dān)契約

在分散價(jià)值鏈的基礎(chǔ)上引入收益分享及努力成本共擔(dān)聯(lián)合契約，引入收益分享參數(shù)以及成本共擔(dān)參數(shù)也即為了增加儲(chǔ)能商的訂購(gòu)量，光伏發(fā)電商以較低的價(jià)格將電出售給儲(chǔ)能商，而儲(chǔ)能商將自身收益以比例分享給發(fā)電商。于此同時(shí)，雙方分別以的比例相互分擔(dān)對(duì)方的努力成本,即光伏發(fā)電商承擔(dān)努力成本儲(chǔ)能商承擔(dān)努力成本

在此基礎(chǔ)上，發(fā)電商首先確定購(gòu)電價(jià)、收益分享比例及努力成本分享比例，然后儲(chǔ)能商確定其最優(yōu)的購(gòu)電量以及努力水平，此時(shí)儲(chǔ)能商的期望利潤(rùn)函數(shù)為

由于RSECP 是在分散價(jià)值鏈的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，因此按照分散價(jià)值鏈推導(dǎo)過(guò)程可得

3.2 回購(gòu)與努力成本共擔(dān)契約

在分散價(jià)值鏈的基礎(chǔ)上引入回購(gòu)和努力成本共擔(dān)聯(lián)合契約，引入回購(gòu)價(jià)格以及成本共擔(dān)參數(shù)也即光伏發(fā)電商以?xún)r(jià)格回購(gòu)儲(chǔ)能商多余的電量。于此同時(shí)，雙方分別以的比例相互分擔(dān)努力成本。

在此基礎(chǔ)上，發(fā)電商首先確定批發(fā)價(jià)、回購(gòu)價(jià)及努力成本分享比例，然后儲(chǔ)能商以自身利潤(rùn)最大化為目標(biāo)確定其最優(yōu)的購(gòu)電量以及努力水平，此時(shí)儲(chǔ)能商的期望利潤(rùn)函數(shù)為

3.3 聯(lián)合契約比較分析

在上述研究論證基礎(chǔ)上，可以發(fā)現(xiàn)兩種聯(lián)合契約均能有效協(xié)調(diào)價(jià)值鏈，并實(shí)現(xiàn)集成價(jià)值鏈期望利潤(rùn)在價(jià)值鏈成員之間的任意分配。在RSECP 契約中，供應(yīng)商作為主導(dǎo)者，通過(guò)選擇合適的收益分享因子來(lái)實(shí)現(xiàn)集成利潤(rùn)的分配；在BECP 契約中，供應(yīng)商通過(guò)選擇合適的批發(fā)價(jià)格來(lái)實(shí)現(xiàn)集成利潤(rùn)的分配。分析兩種聯(lián)合契約協(xié)調(diào)下供應(yīng)商和零售商的期望利潤(rùn)函數(shù)可知，當(dāng)RSECP 契約中的收益分享因子與BECP 契約中的批發(fā)價(jià)格滿(mǎn)足時(shí)，價(jià)值鏈成員的利潤(rùn)函數(shù)形式是相同的，如表4 所示。

表4 各協(xié)調(diào)機(jī)制參數(shù)比較

可以發(fā)現(xiàn)，在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下兩種契約均能有效實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈效益協(xié)同，但在協(xié)同的效果上仍然存在一些區(qū)別。

（1）努力成本風(fēng)險(xiǎn)共享方面。相比于分散價(jià)值鏈，聯(lián)合契約的引入可以實(shí)現(xiàn)努力成本風(fēng)險(xiǎn)的共享，發(fā)電商和儲(chǔ)能商之間努力成本的投入將更加公平。

（2）庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)共享方面。在RSECP 契約下，庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)全部由儲(chǔ)能商承擔(dān)。而在BECP 契約下，若儲(chǔ)能商出現(xiàn)滯銷(xiāo)狀況，發(fā)電商將以單位回購(gòu)價(jià)格回收成本，分擔(dān)儲(chǔ)能商的庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)。雖然表面上看，在RSECP 中發(fā)電商沒(méi)有分擔(dān)儲(chǔ)能商剩余產(chǎn)品的庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)，但收益分享契約本身就可以體現(xiàn)發(fā)電商分擔(dān)了儲(chǔ)能商庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)的本質(zhì)，且其分享力度大于回購(gòu)契約。

（3）價(jià)值鏈靈活性方面。在RSECP 契約中，發(fā)電商以較低的價(jià)格向儲(chǔ)能商提供電力產(chǎn)品，那么儲(chǔ)能商將會(huì)更加傾向于訂購(gòu)更多的電量。而在BECP 契約中，發(fā)電商提供的批發(fā)價(jià)格，雖然剩余電量可以通過(guò)回購(gòu)契約退還，但對(duì)于儲(chǔ)能商而言，其前期的投入較RSECP 時(shí)更大。

4 數(shù)值分析

為更直觀(guān)地展示各模型間的關(guān)系，參考相關(guān)文獻(xiàn)并結(jié)合中國(guó)實(shí)際市場(chǎng)狀況對(duì)發(fā)電成本、購(gòu)電價(jià)、售電價(jià)、市場(chǎng)需求參數(shù)進(jìn)行數(shù)值假設(shè)［57-59］，參考相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)用電需求彈性系數(shù)做出數(shù)值假設(shè)［60］，在此基礎(chǔ)上通過(guò)MATLAB 進(jìn)行具體數(shù)值分析以對(duì)各模型進(jìn)行進(jìn)一步對(duì)比說(shuō)明。具體賦值情況如表5 所示。

表5 數(shù)值分析賦值表

4.1 基于改進(jìn)逐對(duì)比較法的努力因素選擇數(shù)值分析

在能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，選取能源互聯(lián)網(wǎng)六大板塊：智能發(fā)電努力、智能電網(wǎng)調(diào)度努力、智能儲(chǔ)能努力、智能用電努力、智能能源市場(chǎng)努力、智能管理和服務(wù)努力作為光儲(chǔ)價(jià)值鏈可采取的努力因素，分別就光伏發(fā)電商和儲(chǔ)能商對(duì)各因素進(jìn)行逐對(duì)比較，得逐對(duì)比較矩陣如圖5 所示。

圖5 努力因素改進(jìn)逐對(duì)比較矩陣

根據(jù)改進(jìn)逐對(duì)比較法計(jì)算步驟，可得在光伏發(fā)電商可采取的各項(xiàng)努力因素中，各努力因素權(quán)重分別為0.27，0.25，0.09，0.12，0.14，0.13。因此對(duì)于光伏發(fā)電商而言，智能發(fā)電努力與智能調(diào)度努力權(quán)重更大，也對(duì)價(jià)值鏈整體效益影響更大，故將其作為光伏發(fā)電商的努力因素。同理，儲(chǔ)能商各努力因素權(quán)重分別為0.08，0.11，0.26，0.15，0.27，0.14，選取智能市場(chǎng)努力和智能儲(chǔ)能努力作為儲(chǔ)能商的努力因素進(jìn)行下一步的能源互聯(lián)網(wǎng)背景下光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型研究。

4.2 集成價(jià)值鏈、分散價(jià)值鏈數(shù)值分析

在上述數(shù)值假設(shè)及努力因素選擇的基礎(chǔ)上，根據(jù)各模型所得計(jì)算結(jié)果，可得到在數(shù)值假設(shè)下集成價(jià)值鏈及分散價(jià)值鏈儲(chǔ)能商購(gòu)電量、努力投入水平及期望利潤(rùn)參數(shù)情況如表6 所示。

表6 數(shù)值假設(shè)下模型參數(shù)值

表6 （續(xù)）

4.3 聯(lián)合契約協(xié)同模型數(shù)值分析

為了協(xié)調(diào)價(jià)值鏈，文章分別引入了RSECP 與BECP 這兩種不同類(lèi)型的聯(lián)合契約形式。RSECP 聯(lián)合契約中，在模型推導(dǎo)與數(shù)值假設(shè)的基礎(chǔ)上可以得出節(jié)點(diǎn)企業(yè)期望利潤(rùn)及價(jià)值鏈總體期望利潤(rùn)如圖6所示。

圖6 RSECP 契約下節(jié)點(diǎn)企業(yè)期望利潤(rùn)變化圖

對(duì)于BECP 聯(lián)合契約，繪制期望利潤(rùn)圖如圖7所示。

圖7 BECP 契約下節(jié)點(diǎn)企業(yè)期望利潤(rùn)變化圖

可以看出，在BECP 聯(lián)合契約下，節(jié)點(diǎn)企業(yè)期望利潤(rùn)是購(gòu)電價(jià)的線(xiàn)性函數(shù)，光伏發(fā)電商的期望利潤(rùn)隨儲(chǔ)能商購(gòu)電價(jià)的增加而增加，儲(chǔ)能商的期望利潤(rùn)隨著儲(chǔ)能商購(gòu)電價(jià)的增加而減少，兩者期望利潤(rùn)之和為集成價(jià)值鏈期望利潤(rùn)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)購(gòu)電價(jià)實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈效益協(xié)同。同時(shí)，當(dāng)購(gòu)電價(jià)處于之間時(shí)，發(fā)電商與儲(chǔ)能商的期望利潤(rùn)均得到了增加，也即在一定的購(gòu)電價(jià)格范圍內(nèi)，能在保證鏈條整體效益最大化的同時(shí)使節(jié)點(diǎn)企業(yè)效益均得到增加，實(shí)現(xiàn)光儲(chǔ)價(jià)值鏈的價(jià)值增值共創(chuàng)與效益協(xié)同。

5 結(jié)論與展望

本文以由光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商組成的二級(jí)光儲(chǔ)價(jià)值鏈為對(duì)象，研究了能源互聯(lián)網(wǎng)背景下考慮努力因素的光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同問(wèn)題。首先在考慮光伏價(jià)值鏈所存在問(wèn)題及能源互聯(lián)網(wǎng)與儲(chǔ)能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了基于能源互聯(lián)網(wǎng)的光儲(chǔ)價(jià)值鏈。其次建立了能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型，即通過(guò)改進(jìn)的逐對(duì)比較法確定了兩節(jié)點(diǎn)企業(yè)各自的努力投入方向，分別構(gòu)建了能源互聯(lián)網(wǎng)背景下由發(fā)電商主導(dǎo)的分散價(jià)值鏈Stackelberg 博弈模型以及將光伏發(fā)電商與儲(chǔ)能商視作一個(gè)整體的集成價(jià)值鏈模型，并研究使整體期望利潤(rùn)最大化時(shí)的最優(yōu)努力水平與購(gòu)電量。通過(guò)對(duì)集成價(jià)值鏈與分散價(jià)值鏈進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在引入價(jià)值鏈思想后，購(gòu)電量與總利潤(rùn)均得到提升，證明了集成價(jià)值鏈的優(yōu)異性。因此建立了能源互聯(lián)網(wǎng)背景下基于聯(lián)合契約的光儲(chǔ)價(jià)值鏈效益協(xié)同模型，通過(guò)在分散價(jià)值鏈的基礎(chǔ)上引入RSECP 和BECP 兩種契約形式，探究在引入契約后的價(jià)值鏈價(jià)值協(xié)同能力及差異點(diǎn)，結(jié)果表明兩種契約形式均能在保證整體及各節(jié)點(diǎn)效益的前提下有效協(xié)調(diào)價(jià)值鏈實(shí)現(xiàn)總期望利潤(rùn)在節(jié)點(diǎn)企業(yè)間的合理分配，只是在部分細(xì)節(jié)上有所不同。最后借助MATLAB 對(duì)上述建立的模型進(jìn)行了數(shù)值分析，增強(qiáng)各模型的直觀(guān)性，進(jìn)一步驗(yàn)證了各效益協(xié)同模型的有效性及差異性。

綜上所述，本文所建立的模型能夠有效實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈效益協(xié)同，為光儲(chǔ)價(jià)值鏈的效益協(xié)同模式提供一定的參考。在后續(xù)研究中，將以?xún)r(jià)值鏈節(jié)點(diǎn)數(shù)量、各節(jié)點(diǎn)企業(yè)數(shù)量以及企業(yè)之間的相關(guān)關(guān)系作為研究重點(diǎn)，以期為光儲(chǔ)價(jià)值鏈協(xié)同研究做出進(jìn)一步貢獻(xiàn)。