党的十九大报告指出,我国要加快生态文明体制改革,建设美丽中国,推进能源生产与消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系。作为能源消费大国,构建现代化能源体系是未来5年我国能源发展战略的重要任务之一。有效利用丰富的风、光和生物质资源,取代散煤等化石能源,提高可再生能源在城镇地区能源消费比重,解决城镇人口聚集区供电、供热、供气的重大民生问题,已成为当前绿色能源体系构建的热点和难点。因此,在城镇地区亟待构建耦合供电、供热/供冷、供气的综合能源系统,以实现多种能源之间转换的互补和可替代,推动可再生能源的就近消纳,从而满足城镇人口集聚区的用能需求,提升供能可靠性。随着我国售电侧市场改革的不断推进,综合能源服务商作为多能互补系统投资、建设和运营的新型市场主体,投资收益将影响服务商的最终决策。由于可再生能源发电的不确定性、多能互补性系统运行方式的多样性和不同利益主体间价格竞争的多变性,综合能源服务商的投资决策受到可再生能源消纳状况、设备配置、系统运行方式和能源销售价格的影响。为此,本文运用电力及能源技术经济领域理论知识,通过理论建模、实证分析、统计调查、实地调研相结合的方法,按照“城镇多能互补、源-网-荷-储协同”的研究思路,以城镇地区能源系统综合利用效率最大为目标,构建了综合能源服务商的最优投资和定价决策方法体系。本文的主要研究内容如下:(1)介绍了多能互补系统的基本含义、应用场景、相关政策和典型案例,设计了满足城镇人口集聚区用能需求和供能可靠性的多能互补系统架构;明确综合能源服务商的投资目标,设计经营定价思路,为开展考虑多能互补技术特征的综合能源服务商投资及定价决策方法提供理论基础。(2)当利用城镇丰富的风、光资源构建多能互补系统时,投资者首先需要考虑可再生能源就地消纳对投资收益带来的影响。在确定投资前需对当地可再生能源发电系统的规划、设备建设进行定性、定量、客观分析评估,以保障可再生能源在城镇地区最佳并网消纳的同时投资收益最优。以城镇地区高比例风、光等可再生能源发电并网消纳量最大为目标,提出了电-热-气联供系统的二阶段随机规划模型。该模型第一阶段建立了满足多种供能需求的系统设备最优投资决策模型,第二阶段考虑了燃气管网、电力传输功率等运行约束,建立了运行成本最低的系统设备间协调运行方法。为了验证二阶段随机规划模型的有效性,对比分析了单阶段随机规划模型与所提出模型的优化结果,发现两阶段随机规划模型的投资成本和运行成本更优,并且消纳了更多的可再生能源发电量。(3)电转气设备作为电能和氢气之间的耦合元件,可将富余的风、光资源通过发电机组,转换成电能,然后通过电解水转换为氢气,为氢燃料汽车或者供热系统提供燃料。目前,电转气设备的投资成本较高,针对电-热-气能的不同用户需求,有必要分析电转气设备容量配置及其对多能互补系统投资决策带来的影响。为此,构建了基于电转气设备的多能互补系统设施配置和投资决策的混合整数规划模型。该模型以电转气设备及其多能互补系统的建设年化综合成本最低、净现值最高为目标,考虑可再生能源转换效率、供需能量平衡、供能设备运行等约束条件。通过实例分析,验证了该模型的适用性和有效性。(4)基于上述单一多能互补系统的投资决策,针对不同城镇社区拥有的电-热-气综合供能设备互联互供,实现区域性“源-网-荷-储”集中管理。通过城镇地区共享和社区拥有的多能互补设备之间的协调调度,以减少系统总投资成本。为此,考虑风光发电出力、电力负荷和电价等一系列不确定性因素,提出高比例可再生能源多能互补系统日内两阶段优化调度模型。该模型通过对社区共享设备和独立系统设备的小时级时间尺度和分钟级时间尺度上的协同优化,分级消除系统随机和扰动因素的影响,实现高比例可再生能源的安全消纳。并且在优化调度模型中,借助Markowitz均值-方差理论,提出利润函数的风险刻画,准确描述不确定性因素对设备投资成本的影响。最后,通过算例分析,显示所提出模型有效减少了设备投资带来的风险和不确定性因素的影响。(5)作为多能互补系统的运营主体,综合能源服务商将所生产的电能出售给终端用户,当系统内电能富余或不足时,服务商从批发市场中出售或购买电能。如何制定服务商与下游终端用户的电能销售价格,是企业运营决策的核心。并且,由于可再生能源发电出力和终端用户负荷需求的随机性,综合能源服务商从批发市场实际购买电量与日前竞标电量存在偏差,而这种偏差会给综合能源服务商带来惩罚成本。为此,考虑终端用户可控负荷的可调度资源,提出综合能源服务商对终端用户供电、供气的分段式补偿定价模型。考虑批发市场购买电量实际偏差的惩罚成本,建立了兼顾综合能源服务商经济效益和可控负荷用户需求响应效益的1-K型Stackelberg主从博弈模型,并采用基于遗传算法的逆向归纳法求解。最后,通过算例仿真,对比分析了分段式补偿电价和固定补偿电价下综合能源服务商运营收益和可控负荷功率调整量之间的变化关系,并给出了不同电价对综合能源服务商和可控负荷用户收益带来的影响。(6)随着售电市场的全面放开,形成了“多卖方-多买方”的供能格局,综合能源服务商与上游不同利益主体,如配电公司、售电公司、大型发电企业之间存在多种交易方式。为此,以综合能源服务商与上游企业追求自身利益最大化为目标,考虑不同利益主体成本信息的不对称性,构建上下游企业间买、卖电能的Stackelberg博弈最优定价决策模型。针对大型发电企业将电能直接卖给综合能源服务商的直接销售,以及通过配电公司卖给综合能源服务商的间接销售两种交易方式,给出了电能定价策略。进一步提出了基于综合能源服务商与大型发电企业收益共享契约的定价模型,给出参与主体非对称信息和完全信息情况下所获得的最大利润。通过分析大型发电企业、配电公司和综合能源服务商的成本信息和电能销售价格,发现企业成本价格的信息不对称有利于配电公司,不利于大型发电企业和综合能源服务商,电能销售价格会随着配电公司成本结构的不确定性而增加。