随机厌氧消化经济评价工具（SADEAT）

*SoftwareX 7（2018）190原始软件出版物随机厌氧消化经济评价工具（SADEAT）亚库布·阿卜杜勒-萨拉姆*能源经济研究与政策中心，赫瑞瓦特大学，爱丁堡，EH14 4AS，英国詹姆斯赫顿研究所，阿伯丁，AB15 8QH，英国ar t i cl e i nf o文章历史记录：接收日期：2016年9月27日接收日期：2018年5月8日接受日期：2018年5月25日关键词：随机厌氧消化决策支持经济学a b st ra ct确定性的方法来分析厌氧消化（AD）项目的经济可行性可能会导致非稳健的结果。随机方法具有内在的鲁棒性，因为它们基于概率分布同时探索多个随机AD变量然而，很少有关于AD经济学的研究论文使用了随机方法，部分原因是没有这样做的工具本文提出了一个免费提供的随机AD经济评估工具（SADEAT），以帮助私营企业，农民和科学家有兴趣在强大的评估AD项目的经济可行性和/或政策制定者寻求探索该行业的政策选择©2018作者由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）中找到。代码元数据当前代码版本v1.0.2代码的永久链接https://github.com/ElsevierSoftwareX/SOFTX-D-16-00080GNU通用公共许可证（GPL）使用git的代码版本控制系统软件代码语言MATLAB编译要求Windows操作系统和MATLAB R2015a或更高版本如果有，请链接到以下文档：https://github.com/AbdulSalam2016/SADEAT-Stochastic-Combined-Heat-and-Power-Anaerobic-Digestion-Economic-Assessment-Tool/releases/tag/1.0.2软件元数据当前软件版本1.0.2该版本可执行文件的永久链接https://github.com/AbdulSalam2016/SADEAT-Stochastic-Combined-Heat-and-Power-Anaerobic-Digestion-Economic-Assessment-Tool/releases/tag/1.0.2法律软件许可证GNU通用公共许可证计算平台/操作系统Microsoft Windows2.00 GB RAM，1.50 GHz频率如果有用户手册的链接-如果正式出版，请https://github.com/AbdulSalam2016/SADEAT-Stochastic-Combined-Heat-and-Power-Anaerobic-Digestion-Economic-Assessment-Tool/releases/tag/1.0.2问题支持电子邮件：y. hw.ac.uk;yaksamash@hotmail.com通信：中心能源经济学研究和政策，赫瑞瓦特大学，爱丁堡，EH14 4AS，英国电子邮件地址：y. hw.ac.uk。https://doi.org/10.1016/j.softx.2018.05.0041. 介绍厌氧消化（AD）是微生物在缺氧的情况下分解可生物降解的材料，导致产生沼气和厌氧消化物的过程。AD技术将沼气中的甲烷转化为电能和热能。在2352-7110/©2018作者。由爱思唯尔公司出版这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表SoftwareX期刊主页：www.elsevier.com/locate/softxY. Abdul-Salam/SoftwareX 7（2018）190191∑t1= −一般来说，许多国家对反倾销项目的公共支持越来越多，因此政府有必要对该行业进行干预。例如，联合王国及其权力下放的议会已经出台了一系列旨在激励对反倾销项目投资的政策。其中包括旨在提高反倾销经济效益的政策以及旨在将可生物降解废物的潜力用于低碳可再生能源发电的政策（例如，禁止填埋可生物降解废物、禁止使用浸渍器、立法要求分开收集食物废物等）。这些政策进一步推动了英国更重要的是，这些政策共同为英国的AD行业创造了机会，该行业在过去十年中经历了大幅增长，从2006年的不到20家AD工厂增加到2017年的400多家。销售或现场使用制冷剂和热量的应计或替代收入;销售或现场使用制冷剂以及建立和运行AD项目的成本是项目经济可行性分析的基础关于AD项目的经济可行性，文献中的结果好坏参半大多数研究发现AD项目在经济上是不可行的。例如研究[1这些研究采用了确定性的方法学途径。然而，许多AD项目变量的实现本质上是随机的，这是一个事实，根据定义，不适应AD经济学的确定性方法。例如，沼气中的甲烷含量可以在55-80的范围在确定性分析中，通常假设该范围内的单个值，如[7]中假设值为60%的情况。然而，在随机方法中，基于该范围内的值的实现的概率分布，可以校准AD项目的多个模拟案例以实现该范围内的不同值。例如，在他们的随机方法中，[8]假设沼气中的甲烷含量呈三角形分布，最小值为55%，模态值为60%，最大值为80%。随机方法的优点是决策支持指标的分布可以基本的SADEAT和数学演示如何在SADEAT中计算的指标之一在第3节中，我们简要介绍了SADEAT接口和内置的错误控制。在第4节中，我们介绍了一个示例AD项目，并介绍了SADEAT输出的关于该项目经济可行性的对于鲁棒性检查，我们将SADEAT结果与[10]提供的现有确定性工具的结果进行第五节是论文的2. 软件基础模型SADEAT计算AD项目经济可行性的4个指标。这些指标是：（1）净现值;（2）修正内部收益率;（3）盈亏平衡电价;(4)盈亏平衡热价。SADEAT附带详细的用户指南，显示如何计算4个指标。在这里，我们举例说明如何计算其中一个指标（即NPV）。考虑用户希望模拟具有T年的项目范围的AD项目的N个随机情况。设i表示该项目的N个随机模拟案例的集合，t表示项目生命周期的T年的集合。还让elecPriceGenFIT和elecPriceExport分别表示AD电力的初始年上网电价（FIT）和电力的初始年出口价格。现在让heatPriceRHI表示 AD 产生 的热量的 第一年 可再生 热量激励 （ RHI ） 关税，heatPrice- Export表示热量的第一年出口价格。上述价格是英国AD发电和供热的相关价格，但可以进行一般性解释并适用于其他情况。给定这些价格，一个AD项目的N个模拟案例中每一个的净现值可以计算如下：求解ve NPV（i）totalCapitalCost（i）净现值（i）T−1+cashFlow（i，t）/（1+discountRate）−（1）t=0时哪里cashFlow（ i， t）= postTaxProfit（ i， t）从单个AD项目的多个模拟案例中得出这给出了对项目预期结果的可靠确定事实上[8]认为，使用随机方法学的方法+机械折旧成本 （i，t）+建筑折旧成本（i，t）（二）使用确定性方法。据作者所知，所有免费提供的AD决策支持工具都采用确定性方法，并且通常只是简单的一个例子是[9]和[10]提供的工具。然而，如上所述，确定性方法是不可靠的，postTaxProfit（i，t）=preTaxProfit（i，t）-tax（i，t）（3）tax（i，t）=taxRate×preTaxProfit（i，t）<$preTaxProfit（i，t）>0（4）preTaxProfit（ i， t）= annualRev enue（ i，t）−overheadCost（i，t）根据定义，这是用随机方法论方法来解决的。随着对可持续可再生能源的需求不断增长，私营企业、农民、科学家和政策制定者需要强大且可免费获得的随机经济评估工具，他们寻求考虑AD项目的投资机会和/或探索行业政策选择−loanRepaymentCost（i，t）−机械报废成本 （i，t）−建筑折旧成本（i，t）annualRev enue（ i， t）= electricityRev enue（ i， t）（五）试试本文提出了一种随机AD经济评估工具（SADEAT）。SADEAT是用MATLAB软件开发的，并利用先进的用户友好界面。SADEAT是免费的-+heatRev_enue（i，t）（6）electricity查看详情 （i， t）能够下载1，并兼容安装在计算机上在Windows平台上运行。在最近的同行评审中，SADEAT已成功用于AD经济学建模（见[11]）。本文的其余部分如下：在第二节中，我们提到了经济可行性决策支持指标1见 https://github.com/AbdulSalam2016/SADEAT-Stochastic-Combined-Heat-and-Power-Anaerobic-Digestion-Economic-Assessment-Tool/releases 。 SADEAT的网络版本可在www.energybusinesseconomics.com上获得。=（（elecPriceGenFIT+elecPriceExport）/100）×（1+通货膨胀率）t−1×年发电量 （i，t）heatRevenue（i，t）=（（heatPriceRHI+heatPriceExport）/100）×（1+通货膨胀率）t−1×年发热量（i，t）i∈ {1，. . . ，N}模拟情况下，t ∈ {0，1，. . . ，T − 1}年（七）（八）192Y. Abdul-Salam/SoftwareX 7（2018）190→→→→上述模型（1）-（8）中的变量名称读者可以参考相关的SADEAT用户指南，了解这些变量的详细说明。注意在模型（1）这些最初年份的价格在项目生命周期内每年根据用户指定的通货膨胀率进行膨胀（见等式1）。（7）和（8）;在这些等式中除以100将p/kWh转换为E/kWh）。另请注意，在资本预算分析中，折旧成本被添加到税后现金流量中，因为折旧成本不代表现金流出（即，参见等式（2））。然而，他们确实确定了项目税单，因此首先从税前利润中减去（即，见等式（5））。每个模拟案例的原料和生物物理性质是随机模拟的，因此每个模拟案例的收入将不同，导致N个不同的NPV。这些净现值的分布提供了对模拟AD项目的预期净现值的可靠理解读者可以参考相关的SADEAT用户指南，详细说明如何计算AD经济可行性的其余3个指标3. 软件接口和错误控制3.1. 接口SADEAT接口有3个关键部分，如图所示。1.一、这些是(1)"“菜单栏”位于界面的顶部，有4个它们是这些选项允许用户退出SADEAT（通过选择“文件"”退出“The ‘Input and result tabs’allow the user 用户也可以通过使用“选项卡选择面板”来实现此目标总共有10个选项卡，其中1个是SADEAT的正面，6个是用户输入选项卡，3个是结果选项卡。这些选项卡总结如下。请参阅完整的用户指南了解详细信息。3.1.1. ‘Welcome’这是SADEAT的脸，包含作者的联系方式和从属关系，如图所示。1.一、3.1.2. 病例/寿命/种子这是一个用户输入选项卡。该选项卡允许用户指定(1)用户希望模拟的AD项目的案例数量，（2）项目的寿命，以及（3）控制项目参数的随机行为的种子数量。用户可以指定10到10，000个案例进行模拟。模拟的案例数量越多，SADEAT完成计算所需的时间就越AD项目的最短和最长生命期也分别限制为5年和20年。由于上网电价（FIT）和可再生热激励（RHI）付款通常最多仅授予20年，因此施加了20年种子数控制SADEAT的随机行为如果种子数量不变，则结果具有重现性对于要模拟的不同结果集，用户必须更改种子数，然后重新设置SADEAT随机行为。种子数可以是任何正整数。3.1.3. 成本这是一个用户输入选项卡，有3个面板，即（1）(3)“管理费用，英镑”（见图）。 2）的情况。第一和第二面板允许用户输入建筑物/基础设施和机械的资本成本用户必须注意，“补助金援助”条目是资本收入，而不是资本成本;因此它从建筑物/基础设施和/或机器的总资本成本中减去。在输入建筑/基础设施和机械资本成本时，用户必须包括重置成本。第三个面板允许用户输入间接成本。由此产生的间接费用总额只是项目初期的费用后续项目期间的总间接成本将按照用户在“价格和费率”选项卡中设置的通货膨胀率增加请注意，建筑，机械和间接成本不是随机参数，因此AD项目的所有模拟案例都假定这些成本的值相同3.1.4. 成本汇总这是一个用户输入选项卡。该选项卡允许用户输入与AD项目的成本相关的进一步信息其中包括建筑物和机器资本成本折旧的持续时间，债务占总资本成本的百分比以及偿还债务的持续时间。该选项卡还汇总了有关项目成本的这些包括文本以及图形摘要，如果用户更改有关项目成本的信息，这些摘要将自动更新3.1.5. 价值及价格这是一个用户输入选项卡。该选项卡允许用户输入各种价格和货币/金融相关费率。其中包括电力的FIT，电力出口价格，热量的RHI和热量出口价格该选项卡还允许用户输入利率，包括债务利率，成本和价格的通货膨胀率，贴现现金流的贴现率和税率，MIRR融资率和MIRR再投资率。所有比率均以0- 100%表示。请注意，价格和费率不是随机参数，因此AD项目的所有模拟案例都假设价格和费率值相同。3.1.6. 原料这是一个用户输入选项卡（参见图3）。该选项卡允许用户输入有关AD项目的原料类型、原料量和原料沼气产量的信息。原料量和沼气产量是随机参数，其在AD项目的每个模拟情况下的实现取决于其用户输入的范围和用户选择的分布。向用户呈现选择（1）均匀分布或（2）三角分布中的任一者的选项。当选择三角分布时，用户输入参数的最小值、模态值和最大值。当选择均匀分布时，模态条目被禁用。3.1.7. 能量转换这是一个用户输入选项卡。该选项卡允许用户输入与AD单元将沼气从原料转化为电能和热能相关的信息大多数参数与AD单元的效率有关。此选项卡中的参数是随机的，用户可以选择参数的均匀分布或3.1.8. 模拟数据这是一个结果选项卡。该选项卡允许用户以表格形式详细查看每年每个模拟案例的损益表年收入、成本、现金流等地示出了Y. Abdul-Salam/SoftwareX 7（2018）190193Fig. 1. SADEAT接口。图二、“ 成 本 ” 选 项 卡 的 SADEAT界面，显示输入示例。3.1.9. 收益表这是一个结果选项卡（见图1）。 4）. 该选项卡允许用户以图形方式查看所有模拟案例的年度损益表摘要。年收入、成本、现金流等的平均值、最小值、最大值和95%置信区间在所有模拟的情况下，以图形方式显示。3.1.10. 分布这是一个结果选项卡。该选项卡允许用户查看模拟的四个决策支持标准中任何一个的分布也有注释来总结分布中显示的信息（见图1）。 5）。194Y. Abdul-Salam/SoftwareX 7（2018）190图三. SADEAT界面选项卡见图4。 SADEAT界面选项卡3.2. 误差控制SADEAT中有大量的提示来警告用户输入中的主提示由以下事件或条件取代3.2.1. 空白、非数字和负数SADEAT不允许空白、非数字或负用户输入。如果用户出现任何此类情况，SADEAT将触发一条消息，警告用户不允许此类输入，并且输入框中的先前值已恢复。Y. Abdul-Salam/SoftwareX 7（2018）190195图五. SADEAT界面选项卡3.2.2. 仅需输入整数的参数许多参数只需要输入整数这些包括项目寿命（年），AD情况下模拟，种子数量控制随机行为，建筑和机械折旧持续时间（年）和债务偿还期限（年）。如果用户为这些参数输入非整数，则输入的数字将四舍五入为最接近的整数。还触发警告消息以通知用户该校正。3.2.3. 具有数值范围限制的参数某些参数对它们所接受的数字范围有限制。有些限制是自然的。例如，百分比仅限于0-100%。其他人则认识到AD调节。例如，由于信托基金和风险保险金的支付期限通常最长为20年，因此项目期限被限制为最长有些限制是任意的。例如，用户可以模拟的最大病例数为10，000。此限制仅用于减少SADEAT的计算负担3.2.4. 带逻辑控件的参数某些参数对它们可以获取的值具有逻辑控制。例如，建筑物和机器设备的折旧年限（年）和债务偿还期限（年）不能大于项目寿命（年）。同样对于分布，项目参数的最大值不能小于模态或最小值;模态值不能小于最小值。如果用户输入违反了这些限制，SADEAT将触发一条消息，警告用户发生了违反，并且框中的先前值已恢复。3.2.5. 不发电和/或供热可能出现这样的场景，使得用户输入意味着所有模拟情况下的零能量生成（例如，零原料量）。如果出现这种情况，SADEAT不计算盈亏平衡价格，因为这在数学上是虚假的，在逻辑上是不连贯的。请参阅SADEAT用户指南，了解有关此场景的进一步4. 说明软件为了演示使用SADEAT进行AD经济分析，我们为表1所示的示例AD项目实现了该软件。对于鲁棒性检查，我们还使用NN-FCC[10]提供的现有确定性工具实现了示例项目。表1的第1列列出了SADEAT中的各种输入选项卡，第2列显示了每个选项卡中的通用变量，第3列显示了应用于SADEAT和NNFCC模型的示例项目的输入图图6显示了我们在表1中的示例AD项目的SADEAT结果。显示了AD经济可行性的4个指标的分布图6中的结果表明，预期的净现值、MIRR和盈亏平衡电价和热价分别为31，249英镑、7.35%、12.95 p/kWh和12.84 p/kWh。10，000个模拟案例中有59.61%的NPV为正，这意味着项目成功的机会为59.61%。仅基于净现值，表1中举例的AD项目具有潜力，并且可以在其20年寿命期内预期其将回报7.35%的情况下假设综合热价为13.05 p/kWh（即6.94 p/kWh的RHI加上6.11 p/kWh的热量出口价格），该项目需要12.95 p/kWh的最低综合电价才能在其生命周期内实现盈亏平衡。同样地，给定组合电价为13.12 p/kWh（即8.21 p/kWh FIT加上4.91 p/kWh出口电价），该项目需要12.84 p/kWh的最低综合热价SADEAT提供所有结果的文本摘要。NNFCC模型的结果给出了项目的净现值为-267，000英镑，这意味着该项目在经济上不可行，不应该进行。这一对比结果清楚地表明，196Y. Abdul-Salam/SoftwareX 7（2018）190见图6。表1中AD项目的SADEAT结果。SADEAT中的随机方法的优势，而不是在NNFCC模型中的确定性方法实施SADEAT意味着该项目可能会被实施，条件是投资者的风险偏好，该投资者评估预期的净现值实际上是正值（即31，249英镑），实现了59.61%。5. 结论本文介绍了一种可免费获得的随机厌氧消化经济评估工具（SADEAT），以帮助私营企业，农民和科学家寻求大力探索AD项目投资的潜力;以及寻求探索该行业政策选择的政策制定者该工具与采用确定性方法的工具完全不同，还提供了一个高级用户友好界面，不同于目前可用的简单电子表格工具SADEAT有许多局限性。首先，它没有考虑到来自温室气体信用额的收入的影响。第二，虽然本版本的反倾销经济评估模型中的经济指标是反倾销行业最常用的指标第三，SADEAT没有考虑到反倾销经济学的空间维度作者将在SADEAT的未来扩展中设法解决其中的一些限制。确认作者要感谢麦考利发展信托基金，该基金在2015年1月至2018年1月期间资助了他在英国阿伯丁詹姆斯赫顿研究所的博士后研究作者还想感谢他目前所在的爱丁堡赫瑞瓦特大学能源经济学研究和政策中心，以及支持他目前奖学金的英国石油公司，为这项研究提供部分Y. Abdul-Salam/SoftwareX 7（2018）190197表1在SADEAT软件中实施的AD项目示例。选项卡可变输入（SADEAT）输入（NNFCC模型）欢迎–案例/生命周期/种子项目寿命（年）20.0020.00要模拟10,000–种子（用于结果重现性）12,345–成本总建筑成本（英镑）500,000.00500,000.00机械总成本（英镑）800,000.00800,000.00初始年度管理费用总额（英镑）150,000.00150,000.00成本汇总建筑物折旧年限（年）20.0020.00机器折旧年限（年）20.0020.00债务比例（%）10.0010.00债务偿还期限（年）10.0010.00价值及价格上网电价（p/kWh）8.218.21电力出口关税（p/kWh）4.914.91可再生热激励电价（p/kWh）供热出口电价（p/kWh）6.946.116.946.11债务利率（%）6.506.50通货膨胀率（%）3.003.00现金流量折现率（%）6.006.00税率（%）0.000.00MIRR融资率（%）6.50–MIRR再投资率（%）9.00–原料饲料1（吨）[3000.00、3500.00、4000.00]a3500.00饲料1产量（吨/m3）[60.00、90.00、120.00]a90.00饲料2（吨）[800.00、1000.00、1200.00]a1000.00饲料2产量（吨/立方米）[170.00、195.00、220.00]a195能量转换甲烷中的能量（kWh/m3）[11.10、11.20、11.30]a11.20沼气中甲烷含量（%）[55.00、60.00、80.00]a60.00工厂用电效率（%）[33时、39时、45时]a39.00电厂热效率（%）[38.00、43.00、48.00]a43.00工厂总体效率（%）[5.00、10时、15时]a10.00寄生电力负荷（%）[6时、8时、10时]a8.00寄生热负荷（%）[20.00、30.00、40.00]a30.00停机时间（%）[10时、15时、20时]a15.00a三角分布输入[最小值、众数、最大值]。引用[1] 基鲁夫湖 #36825;更好的措施。 Bus Horiz2008;51（4）：321-9.[2] YiridoeEK，Gordon R，Brown BB.农场沼气能源生产的非市场协同效益和经济可行性。 能源政策2009;37（3）：1170-9。[3] 将牛粪转化为电力的经济可行性：佛蒙特州CVPS奶牛发电项目的案例研究。JDairy Sci2011;94（10）：4937-49.[4] Bishop CP，Shumway CR.乳制品厌氧消化与副产品销售的经济学。农业经济评论2009;31（3）：394-410。[5] 拉扎勒斯·WF，鲁德斯特罗姆·M.明尼苏达州奶牛场厌氧消化器运行的经济性。应用经济展望政策2007;29（2）：349-64.[6] 放大图片作者：Lusk P，Wiselogel A.从动物粪便中回收甲烷：目前的机会案例，卷。3.第三章。 国家可再生能源实验室，科罗拉多州，1998年。[7] Binkley D等人，《厌氧消化器的电力购买协议和分布式能源政策》。能源政策2013;53：341-52.[8] LeuerER，Hyde J，Richard TL. 投资于宾夕法尼亚州奶牛场的甲烷消化器：规模经济和环境计划的影响。农业资源经济评论2008;37（2）：188-203。[9] 安德森RC，希尔伯恩D，Weersink A。一种经济实用的工具，用于评估农场厌氧消化器的财务可行性。 RenewEnergy2013;51：85-92.[10] NNFCC，厌氧消化经济评估工具2.0版，安德森中心，2015年[11] Abdul-Salam Y，Ehlers MH，Harnmeijer J.边际土地上生长的原料的厌氧消化：盈亏平衡电价。 能源2017;10（9）：1416。