气候变化背景下电力行业投资决策与风险评估方法及其应用研究

发布时间：2020-08-19 18:27

【摘要】：气候变化问题既是环境问题,也是发展问题,已经成为全人类面临的共同挑战。中国电力行业以煤电为主,占比高达七成,非化石能源电力占比较小。这使得中国电力行业二氧化碳排放量接近全国排放总量的50%,成为最主要的碳排放源。全球应对气候变化要求世界各国向低碳转型,逐步减少碳排放。因此,中国电力行业作为重要的碳排放源,在低碳转型中需要扮演先锋作用。但是,目前中国电力行业投资决策和风险评估研究还不够完善。首先,碳排放的外部环境成本没有内部化,投资风险评估未考虑碳市场和碳价波动因素,电力投资风险区域差别无法通过碳排放差异体现出来;同时,低碳电力和高碳电力投资无法体现环境成本差异性,不利于促进低碳电力发展。其次,从具体的电力行业来看,传统煤电行业面临碳减排的挑战,加装碳捕集与封存(CCS)设备是一种直接有效的碳减排技术。碳市场发展能够为煤电行业加装CCS设备提供发展契机。另一方面,碳减排为可再生电力发展带来了额外收益,可再生电力的投资价值和投资时机会受到影响。目前这类行业投资决策研究较少。再次,气候变化和低碳转型要求优化中国电力结构,降低行业投资组合风险。这也要求充分考虑碳排放外部成本,重新评估投资风险。碳市场和碳交易的发展,为中国煤电和可再生电力行业发展都带来了新的挑战和机遇,将会改变中国电力行业的整体格局。特别是当前中国电力阶段性投资过剩和投资不合理等问题凸显,客观上要求电力投资充分考虑碳排放的影响。本文面向国家应对气候变化重大战略需求和低碳电力投资决策与风险建模研究国际前沿,围绕二氧化碳排放对电力行业投资的影响展开研究。从气候变化和碳排放交易视角出发,采用传统净现值法、实物期权定价、三叉树模型、投资组合理论和最优化理论等理论与方法,构建气候变化背景下电力行业投资决策与风险综合评估模型,将碳价这一外部成本内部化。按照“区域投资风险评价-行业投资决策评估-行业投资组合优化”的整体研究思路,本文主要开展了以下创新性工作。(1)针对电力投资区域风险存在差异性的问题,将全国31个省市地区作为区域风险研究目标,将碳交易机制引入发电技术投资区域评价模型,保持其它影响因素不变的前提下,重点考量碳价及其波动对煤电、太阳能光伏发电、风能发电和生物质能发电技术投资区域风险的影响。研究结果表明,不同地区的碳排放因子等因素不同,导致电力投资成本收益在区域上呈现显著差异。结果显示,河北、河南、山东等11个省市的煤电投资CVIndex?0.5,投资风险相对较小;天津、甘肃、广东等6个省市煤电投资CVIndex(29)1,风险相对较大。四类发电技术在31个省市的临界投资指数具有不同程度的差异性。充分考虑碳价和碳价波动性等不确定性对于电力投资风险的影响十分重要。开展电力投资应选择投资风险较低的区域,规避风险较高的区域,优化中国电力行业投资的空间布局。(2)针对气候变化背景下煤电行业碳减排压力问题,构建碳价不确定性下的实物期权模型,充分考虑碳价及其波动率的不确定性因素,研究煤粉发电技术(PC)、循环流化床发电技术(CFB)和整体煤气化联合循环发电技术(IGCC)三种发电技术加装碳捕集与封存(CCS)设备的投资价值和投资时机。研究结果表明,三种发电技术在没有开展CCS投资时,项目价值差异较小且随着碳价的升高而逐渐降低。随着IGCC、CFB和PC三种技术依次先后达到投资临界拐点,项目价值发生逆转,随着碳价的不断上升而持续增加,这缘于碳价波动带来的期权价值。从投资时机来看,IGCC的临界投资碳价最低,其次是CFB,PC最高。从投资CCS后的项目价值来看,从高到低依次是IGCC、CFB和PC。因此,从更长的周期来看,煤电投资者投资于只能采用燃烧后捕集CCS技术的PC发电技术可能是短视的。在碳排放成本不断提高的情况下,投资IGCC技术和CFB技术更有价值。(3)气候变化为可再生能源发展带来机遇,通过构建包含碳价及其波动率的三叉树模型,研究在碳交易机制下,太阳能光伏发电、风能发电和生物质能发电三类可再生能源发电项目投资的净现值(NPV)、实物期权价值(ROV)以及投资临界条件。研究结果表明,根据延迟实物期权决策规则,三类可再生电力项目均执行期权延迟投资决策。在有无政府补贴两种情形下,三种可再生电力项目在第一个决策期的栏杆价格分别为29.82元/吨、29.79元/吨和27.99元/吨,不同决策期的栏杆价格可以确定项目的投资时机。敏感性分析表明碳价波动率与可再生能源发电项目的栏杆价格呈现正相关的关系,说明碳价波动性增加了企业投资的期权价值,却推迟了企业开展投资的时间。随着中国碳交易体系的不断完善,碳价波动会趋于平稳,从而促进可再生能源发电行业投资。(4)目前,中国煤电占比较高,非化石能源电力占比相对较低。为优化中国电力投资组合,构建组合优化仿真模型,充分考虑电力行业结构、化石能源价格、碳价及波动率等因素,通过Monte-Carlo模拟,研究目前中国电力行业不同发电技术的风险以及组合风险。研究结果表明,煤电占比从目前的75.2%下降至65%,电力投资组合风险可以下降28%,增加可再生电力占比,优化中国电力结构可以降低中国电力行业风险。同时,化石能源价格和碳价波动会影响中国电力行业风险,化石能源价格和碳价格提高会降低火电占比,提高可再生能源电力占比,从而降低行业风险。因此,中国应通过各种政策手段鼓励可再生能源发电发展,适当控制和管理火电行业的发展。本文从气候变化和碳排放交易视角出发,按照“区域投资风险评价-行业投资决策评估-行业投资组合优化”的整体研究思路,全面衡量电力投资风险、投资时机和优化投资组合结构,为中国电力行业投资决策与优化提供数据支持,有利于促进中国煤电和可再生电力的低碳、绿色、可持续发展。
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：F426.61;F406.7
【图文】：

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