多年规划仿真模型

在多个投资期优化投资和运营

一般来说，有两种不同的容量规划方法。这些在核算投资成本的方式上有所不同：

在第一种情况（类型 I）中，应用了完整的隔夜投资成本。

在第二种情况（类型 II）中，投资成本按年化计算，其中资产处于活跃状态（取决于建造年份和使用寿命）。

使用了方法 II，因为它允许将不同年份的贴现分开，并且与方法 I 相比，周期的末端效应更小。

请注意，该属性capital_cost代表的是年化投资成本，而不是多重投资的隔夜投资成本。隔夜成本是建设项目的成本，如果在施工期间没有产生利息，就好像项目是“一夜之间”完成的。

多年投资规划可以通过调用时设置参数来传递。对于容量规划，必须是MultiIndex，第一级作为投资期的子集。

投资期间在组件中定义investment_periods。它们必须是整数且递增（例如 [2020、2030、2040、2050]）。投资期可以在时间上加权years （例如，对于全球约束，例如 CO2 排放）和目标函数 objective（例如，对于社会贴现率），使用 investment_period_weightings

目标函数表示为

min \sum_{a \in A} w_{a}^{o} [\sum_{s | b_{s} <= a < b_{s} + L_{s}} (c_{s, a} G_{s} + \sum_{t} w_{a, t}^{τ} o_{s, a, t} g_{s, a, t})]

$A$ 是投资周期集合，a代表某个周期 $w_{a}^{o}$ 是投资周期的权重 $s$ 是资产 $b_{s}$ 是资产的建造年 $L_{s}$ 是资产的生命年 $c_{s, a}$ 是年化投资成本 $o_{s, a, t}$ 是运行成本 $w_{a, t}^{τ}$ 是时间权重因子 (包括时间目标权重和投资周期权重)

年化成本

Homer年化成本计算

一个组成部分的年化成本是这样的成本，如果它在项目生命周期的每一年均等地发生，那么将给出与该组成部分相关的实际现金流序列相同的净现值成本。

HOMER 通过首先计算净现成本，然后将其乘以资本回收系数来计算年化成本，如下式所示：

C_{a n n} = C R F (i, R_{p r o j}) \cdot C_{N P C}

$C_{N P C}$ 是净现值成本 net present cost
$i$ 是年化真实贴现率
$R_{p r o j}$ 是项目生命周期
CRF() 是计算资本回收成本的函数

风力涡轮机的初始资本成本为 165,000 美元，更换成本为 95,000 美元，使用寿命为 20 年，运营和维护 (O&M) 成本为 5,000 美元/年。在 6% 的年实际利率下，25 年项目生命周期的年化成本是多少？

与该风力涡轮机相关的实际现金流量顺序如下图所示。这张图显示了零年的大资本支出，每年出现的小运维成本，20年后发生的大重置成本，以及项目结束时发生的残值：

graphics_economics-cash-flow-graph-actual

我们要计算一个等价的现金流量序列，这意味着给出相同净现成本的序列，其中项目的每一年都会发生单一成本。该单一成本是年化成本，等效现金流序列如下所示：

graphics_economics-cash-flow-graph-equivalent

为了计算风力涡轮机的净现成本，我们创建了一个现金流量表，如下所示。对于每一年，我们计算贴现因子、名义现金流量和贴现现金流量，贴现现金流量等于名义现金流量乘以贴现因子。贴现现金流的总和是风力涡轮机在项目生命周期内的净现成本：241,938 美元。我们将其乘以资本回收系数，25 年和 6% 等于 0.0782，年化成本为 18,926 美元/年。

Year	Discount Factor	Actual Cash Flows
Year	Discount Factor	Nominal	Discounted
0	1.000	-165,000	-165,000
1	0.943	-5,000	-4,717
2	0.890	-5,000	-4,450
3	0.840	-5,000	-4,198
4	0.792	-5,000	-3,960
5	0.747	-5,000	-3,736
6	0.705	-5,000	-3,525
7	0.665	-5,000	-3,325
8	0.627	-5,000	-3,137
9	0.592	-5,000	-2,959
10	0.558	-5,000	-2,792
11	0.527	-5,000	-2,634
12	0.497	-5,000	-2,485
13	0.469	-5,000	-2,344
14	0.442	-5,000	-2,212
15	0.417	-5,000	-2,086
16	0.394	-5,000	-1,968
17	0.371	-5,000	-1,857
18	0.350	-5,000	-1,752
19	0.331	-5,000	-1,653
20	0.312	-100,000	-31,181
21	0.294	-5,000	-1,471
22	0.278	-5,000	-1,388
23	0.262	-5,000	-1,309
24	0.247	-5,000	-1,235
25	0.233	66,250	15,436
Total			-241,938

年化成本是比较不同组件成本的有用指标，因为它衡量它们对总净现成本的相对贡献。它允许在低资本和高运营成本的组件（例如柴油发电机）与高资本和低运营成本的组件（例如光伏阵列或风力涡轮机）之间进行公平的成本比较。

Year	Discount Factor	Equivalent Cash Flows
Year	Discount Factor	Nominal	Discounted
0	1.000	0	0
1	0.943	-18,926	-17,855
2	0.890	-18,926	-16,844
3	0.840	-18,926	-15,891
4	0.792	-18,926	-14,991
5	0.747	-18,926	-14,143
6	0.705	-18,926	-13,342
7	0.665	-18,926	-12,587
8	0.627	-18,926	-11,874
9	0.592	-18,926	-11,202
10	0.558	-18,926	-10,568
11	0.527	-18,926	-9,970
12	0.497	-18,926	-9,406
13	0.469	-18,926	-8,873
14	0.442	-18,926	-8,371
15	0.417	-18,926	-7,897
16	0.394	-18,926	-7,450
17	0.371	-18,926	-7,028
18	0.350	-18,926	-6,631
19	0.331	-18,926	-6,255
20	0.312	-18,926	-5,901
21	0.294	-18,926	-5,567
22	0.278	-18,926	-5,252
23	0.262	-18,926	-4,955
24	0.247	-18,926	-4,674
25	0.233	-18,926	-4,410
Total			-241,937

CRF计算

资本回收因子是用于计算年金现值（一系列相等的年度现金流量）的比率。资本回收系数的方程式为：

C R F (i, N) = \frac{i (1 + i)^{N}}{(1 + i)^{N} - 1}

其中：i为实际贴现率，N为年数。

示例：对于 i = 7% 和 N = 5 年，资本回收系数等于 0.2439。因此，一笔利率为 7% 的 1000 元贷款可以通过每年 243.90 元的五次还款来偿还。五次年度付款 243.90 元的现值为1000元。

投资收益表格

默认的各个设备的年华资本成本计算表格如下，其中残值为项目生命周期最后一年该设备所剩余的价值，其中置换年为该设备在第几年需要进行置换并考虑置换成本。如果项目生命周期年（25年）小于置换年（40年），则该设备在计算年化资本成本时不考虑置换，若项目生命周期年（25年）大于置换年（20年），则该设备在计算年化资本成本时考虑置换。

名称	类型	初始投资(元/MW)	置换成本(元/MW)	置换年(yr)	运维成本(元/MW)	残值(元/MW)	DCF总计(元)	年化资本成本(元/MW)
风电	Wind	5500000	3300000	25	5000	275000	-6486576	-460223
光伏	PV	4200000	2520000	20	5000	210000	-5176878	-367299
光热	PT	16500000	9900000	30	5000	825000	-16384819	-1162503
储能	ElecSto	4000000	2400000	15	5000	200000	-5183871	-367796
火电	Thermal	3600000	2160000	40	5000	180000	-3991561	-283201
燃煤	Coal	3600000	2160000	40	5000	180000	-3991561	-283201
燃气	Gas	4500000	2700000	40	5000	225000	-4965857	-352328
燃油	Oil	4700000	2820000	40	5000	235000	-5182367	-367689
生物质	Biomass	3900000	3900000	40	5000	195000	-4316326	-306243
水电	Hydro	5400000	5400000	60	5000	270000	-5479924	-388801
抽水蓄能	HydroSto	6500000	6500000	60	5000	325000	-6576980	-466637

invest-table

多年计算注意事项

多年计算上传的时序数据仍为单年的8760点数据，他将自动扩展成多个典型年的数据。
多年计算的时间分辨率必须在1h以上，可以为2h/3h/4h等，相应的每时间间隔爬坡率需要做对应修改。
若时间分辨率为3h，则时序数据中每3h抽取值，实际在一年中使用的数为8760/3=2920个点。
多年计算后统计值包含“全年”和“全周期”两项，其中“全年”的统计值为项目生命周期的平均值，“全周期”为项目整个生命周期的统计值。

多年规划仿真模型 #

年化成本 #

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