中國燃煤電廠CCS改造投資建模和補(bǔ)貼政策評價

朱磊　范英

摘要

在應(yīng)對氣候變化的背景下，是否對已經(jīng)投入運(yùn)營的燃煤電廠進(jìn)行改造，加裝碳捕獲與封存技術(shù)（CCS），是一個重要的低碳投資決策問題。本文針對已投入運(yùn)營的燃煤電廠進(jìn)行CCS改造的投資決策問題，從成本節(jié)約的角度出發(fā)，綜合考慮CCS面臨的諸多不確定因素，將序貫投資決策的實物期權(quán)方法與MonteCarlo模擬相結(jié)合，建立了基于偏均衡分析的CCS投資評價模型，研究電力企業(yè)投資CCS技術(shù)改造現(xiàn)有火電可以帶來的成本節(jié)約收益價值和溫室氣體減排量，結(jié)合案例，論述了燃煤電廠投資CCS改造的期權(quán)價值和投資風(fēng)險。并應(yīng)用該模型分析了補(bǔ)貼政策對CCS投資行為的影響。模擬計算結(jié)果顯示：在現(xiàn)有參考碳價格水平下，基準(zhǔn)燃煤電廠投資改造CCS的風(fēng)險很大，CCS改造投資被放棄的比例接近35%，可見現(xiàn)有的技術(shù)水平和政策框架不足以促進(jìn)企業(yè)對現(xiàn)有燃煤電廠進(jìn)行CCS改造投資。對比政府補(bǔ)貼投資和補(bǔ)貼發(fā)電兩種政策的效果，在總預(yù)算補(bǔ)貼額度較小時，政府補(bǔ)貼企業(yè)的研發(fā)投入效果要優(yōu)于直接補(bǔ)貼發(fā)電的效果。從評價結(jié)果看：首先，在CCS技術(shù)發(fā)展初期，我國政府應(yīng)該側(cè)重鼓勵大型電力企業(yè)對CCS技術(shù)的消化學(xué)習(xí)，通過補(bǔ)貼研發(fā)投入，降低技術(shù)使用成本，為CCS技術(shù)未來的大規(guī)模采用打下基礎(chǔ)。其次，一個較為有效的碳排放交易機(jī)制的構(gòu)建，可以在長期促進(jìn)國內(nèi)電廠對CCS進(jìn)行改造投資。

關(guān)鍵詞CCS技術(shù)；碳排放稅；成本節(jié)約；實物期權(quán)；LSM

中圖分類號F272.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1002-2104（2014）07-0099-07doi：103969/jissn1002-2104201407015

碳捕獲與封存技術(shù)（carbon capture and storage， CCS）的應(yīng)用將會直接影響未來溫室氣體減排量的大小，尤其是在以化石能源作為主要能源的發(fā)展中國家[1-3]。CCS對于能源結(jié)構(gòu)以煤為主的我國來說，具有十分特殊的意義，它可以保證繼續(xù)使用煤炭等化石能源并減少溫室氣體排放，是十分有潛力的減排技術(shù)方案，并為促進(jìn)實現(xiàn)國內(nèi)煤炭的清潔利用提供了可能[4]。但CCS技術(shù)本身的針對性使得它不像發(fā)展可再生能源和提高能效等減排選項一樣具有外部性作用（例如：可再生能源技術(shù)可以實現(xiàn)能源替代，節(jié)能技術(shù)有助于能源安全等）。燃煤電廠是CCS的發(fā)展重點(diǎn)。我國已建和在建的燃煤電廠數(shù)量龐大，如何對已經(jīng)投入運(yùn)營的燃煤電廠進(jìn)行改造，加裝CCS，是一個重要的低碳投資決策問題。目前來看，CCS存在幾個比較突出的應(yīng)用障礙：①CCS的技術(shù)發(fā)展不成熟，投資成本較高。②CCS的運(yùn)營成本受化石能源價格影響較大。CCS技術(shù)需要額外消耗用電用于CO2捕獲等，一個配備CCS系統(tǒng)的電廠相比同等電廠大約多消耗10%-40%的能源，發(fā)電成本將提高10%-60%[5]，因此化石能源價格波動將導(dǎo)致采用CCS技術(shù)的發(fā)電成本的不確定。③CCS發(fā)展的外部條件不完備。CCS帶來的額外性成本需要通過一定的市場機(jī)制進(jìn)行補(bǔ)償，因此采用CCS技術(shù)的一個必要條件是政府對電力部門的CO2排放征稅或者賦予價格。而未來氣候政策走向的難以預(yù)料將直接影響未來的碳價格。所以，現(xiàn)有燃煤電廠的CCS改造投資面臨較多的不確定性，需要建立合適的投資評價模型以將這些不確定因素納入考量。

1文獻(xiàn)綜述

現(xiàn)階段對于CCS研究的文獻(xiàn)圍繞技術(shù)進(jìn)展本身的較多，包括CCS技術(shù)改進(jìn)[3]，CCS技術(shù)對大氣可能造成的影響分析[6]，CO2運(yùn)輸管道設(shè)計[7]，捕獲氣體體積性質(zhì)[8]，等等。這體現(xiàn)了提高CCS技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和適用性是目前CCS發(fā)展最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。也有關(guān)于CCS相關(guān)政策法規(guī)的設(shè)計和影響，包括CO2封存的法律法規(guī)以及公眾對該技術(shù)的接受度[9]，還有對CCS在發(fā)展中國家應(yīng)用的驅(qū)動因素和障礙分析[4，10]等。對于CCS的投資評價，Abadie和Chamorro[11]考慮了歐洲電力市場與碳價格的不確定性，建立實物期權(quán)模型評價CCS投資，并利用二叉樹方法求解，得到了針對火電加裝CCS機(jī)組的最優(yōu)投資規(guī)則，F(xiàn)uss et al[12]同樣考慮了歐洲電價與碳價格的不確定性，利用實物期權(quán)模型評價火電機(jī)組加裝CCS裝置后的價值。Fleten和Nskkl[13]考慮了電力價格和天然氣價格不確定的情況下，在模型中也討論了安裝CCS裝置后相應(yīng)的減排成本對天然氣發(fā)電項目估值的影響。Zhu和Fan[14]運(yùn)用期權(quán)方法建模，在考慮燃料價格和碳價格等多種不確定性的條件下，研究了中國電力部門采用CCS技術(shù)部分替代現(xiàn)有火電的投資風(fēng)險及相應(yīng)的溫室氣體減排量。本文是針對項目層面的CCS投資改造決策，將序貫投資決策與Monte-Carlo模擬相結(jié)合，建立了基于成本節(jié)約現(xiàn)金流的CCS投資評價模型，在實物期權(quán)視角下考察現(xiàn)有火電機(jī)組加裝改造CCS技術(shù)后可以帶來的成本節(jié)約收益價值和相應(yīng)的溫室氣體減排量。模型不但考慮了CCS面臨的諸多不確定因素（碳價格、現(xiàn)有火電發(fā)電成本、帶CCS火電發(fā)電成本、以及CCS投資成本），以及減排的額外性成本與收益問題，還進(jìn)一步將該模型作為政策分析工具，對不同的CCS補(bǔ)貼政策對投資決策行為的影響進(jìn)行了分析。

2模型描述

本文的成本節(jié)約收益是指：在碳排放被賦予價格的條件下，電力企業(yè)采用CCS的火電相對現(xiàn)有火電可以節(jié)約的成本，成本節(jié)約為正則表示通過采用CCS的火電可以避免的支出或者額外獲得的收益，成本節(jié)約為負(fù)則表示采用CCS技術(shù)后需要額外付出的成本。

作為大型投資項目，電力企業(yè)投資CCS技術(shù)需要一段時間才能完成，因此企業(yè)對CCS的投資可以看作是多階段的項目投資決策問題[15]。CCS投資被用來進(jìn)行項目建設(shè)。只有當(dāng)CCS項目投資完成之后，電力企業(yè)才可以獲得因投資CCS技術(shù)發(fā)電帶來的成本節(jié)約收益。

假設(shè)某現(xiàn)有燃煤電廠的剩余可運(yùn)營年限為T年，模型中成本節(jié)約效應(yīng)的考察期可以分為兩個部分，一是完成CCS項目投資所需要的階段，二是投資結(jié)束后電力企業(yè)獲得成本節(jié)約收益現(xiàn)金流的階段。電力企業(yè)在投資階段可以選擇放棄期權(quán)，在轉(zhuǎn)化投資的每一期，需要對正在投資的CCS改造項目作出重新評估，以決定是否繼續(xù)投資，或者放棄。當(dāng)某階段所需的投資額高于考察期內(nèi)預(yù)期的CCS成本節(jié)約總收益時，企業(yè)會執(zhí)行放棄期權(quán)終止該CCS改造項目以避免更大損失。為估值我們將T年分為N期，每期的長度為Δt=T/N，并且設(shè)定tn=nΔt，n=0，1，…N。

2.1CCS投資成本和技術(shù)不確定性建模

電力企業(yè)在投資CCS技術(shù)時，期初現(xiàn)有火電加裝CCS裝置所需要的期望總投入成本為K，電廠加裝CCS的投資主要包括原有煙道改造，CO2捕獲裝置，壓縮裝置和部分運(yùn)輸管道，文中投資成本并未包括CO2埋存部分的成本?？偟氖Ｓ噢D(zhuǎn)化成本在第ti期為K（ti）。每期所需要的投資為I。新技術(shù)的不確定性對投資有相當(dāng)大的影響[15，16]。所以假設(shè)剩余轉(zhuǎn)化成本K是不確定的，用來表示CCS技術(shù)本身的不確定性。K服從可控擴(kuò)散過程：

其中，β是一個規(guī)模參數(shù)，代表圍繞著K的不確定性的大小，CCS技術(shù)不確定性隨著KCCS的減少而降低，反映了CCS投資過程中的技術(shù)學(xué)習(xí)；（Δt）1/2εK為維納過程的增量；εK為均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1的正態(tài)分布隨機(jī)變量；假設(shè)（Δt）1/2εK與市場組合無關(guān)，即加裝CCS的投資成本不存在風(fēng)險溢價[16]。K的方差為Var（K）=[JB（（][SX（]β2[]2-β2[SX）]K2[15]。

對于尚處于研發(fā)中的技術(shù)，電力企業(yè)還需要對CCS進(jìn)行技術(shù)消化學(xué)習(xí)，優(yōu)化技術(shù)流程，以加快降低企業(yè)采用CCS技術(shù)的發(fā)電成本，這可以被視作是企業(yè)的技術(shù)學(xué)習(xí)行為。文中將這部分支出定義為企業(yè)對CCS技術(shù)的研發(fā)投入。當(dāng)然需要指出的是，我們在這里定義的研發(fā)支出主要是針對大型電力企業(yè)，大型電力企業(yè)一般都會率先部署CCS技術(shù)，因而其需要對技術(shù)進(jìn)行消化吸收并付出成本。假設(shè)CCS每期的研發(fā)支出為M（ti）（yuan/yr），研發(fā)支出在改造投資期間存在，即：

2.2CCS成本節(jié)約收益的不確定性因素建模

根據(jù)前面對CCS投資相關(guān)不確定性的描述，假設(shè)現(xiàn)有火電發(fā)電成本服從幾何布朗運(yùn)動，用風(fēng)險中性運(yùn)動過程表示，即：

摘要

在應(yīng)對氣候變化的背景下，是否對已經(jīng)投入運(yùn)營的燃煤電廠進(jìn)行改造，加裝碳捕獲與封存技術(shù)（CCS），是一個重要的低碳投資決策問題。本文針對已投入運(yùn)營的燃煤電廠進(jìn)行CCS改造的投資決策問題，從成本節(jié)約的角度出發(fā)，綜合考慮CCS面臨的諸多不確定因素，將序貫投資決策的實物期權(quán)方法與MonteCarlo模擬相結(jié)合，建立了基于偏均衡分析的CCS投資評價模型，研究電力企業(yè)投資CCS技術(shù)改造現(xiàn)有火電可以帶來的成本節(jié)約收益價值和溫室氣體減排量，結(jié)合案例，論述了燃煤電廠投資CCS改造的期權(quán)價值和投資風(fēng)險。并應(yīng)用該模型分析了補(bǔ)貼政策對CCS投資行為的影響。模擬計算結(jié)果顯示：在現(xiàn)有參考碳價格水平下，基準(zhǔn)燃煤電廠投資改造CCS的風(fēng)險很大，CCS改造投資被放棄的比例接近35%，可見現(xiàn)有的技術(shù)水平和政策框架不足以促進(jìn)企業(yè)對現(xiàn)有燃煤電廠進(jìn)行CCS改造投資。對比政府補(bǔ)貼投資和補(bǔ)貼發(fā)電兩種政策的效果，在總預(yù)算補(bǔ)貼額度較小時，政府補(bǔ)貼企業(yè)的研發(fā)投入效果要優(yōu)于直接補(bǔ)貼發(fā)電的效果。從評價結(jié)果看：首先，在CCS技術(shù)發(fā)展初期，我國政府應(yīng)該側(cè)重鼓勵大型電力企業(yè)對CCS技術(shù)的消化學(xué)習(xí)，通過補(bǔ)貼研發(fā)投入，降低技術(shù)使用成本，為CCS技術(shù)未來的大規(guī)模采用打下基礎(chǔ)。其次，一個較為有效的碳排放交易機(jī)制的構(gòu)建，可以在長期促進(jìn)國內(nèi)電廠對CCS進(jìn)行改造投資。

關(guān)鍵詞CCS技術(shù)；碳排放稅；成本節(jié)約；實物期權(quán)；LSM

中圖分類號F272.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1002-2104（2014）07-0099-07doi：103969/jissn1002-2104201407015

碳捕獲與封存技術(shù)（carbon capture and storage， CCS）的應(yīng)用將會直接影響未來溫室氣體減排量的大小，尤其是在以化石能源作為主要能源的發(fā)展中國家[1-3]。CCS對于能源結(jié)構(gòu)以煤為主的我國來說，具有十分特殊的意義，它可以保證繼續(xù)使用煤炭等化石能源并減少溫室氣體排放，是十分有潛力的減排技術(shù)方案，并為促進(jìn)實現(xiàn)國內(nèi)煤炭的清潔利用提供了可能[4]。但CCS技術(shù)本身的針對性使得它不像發(fā)展可再生能源和提高能效等減排選項一樣具有外部性作用（例如：可再生能源技術(shù)可以實現(xiàn)能源替代，節(jié)能技術(shù)有助于能源安全等）。燃煤電廠是CCS的發(fā)展重點(diǎn)。我國已建和在建的燃煤電廠數(shù)量龐大，如何對已經(jīng)投入運(yùn)營的燃煤電廠進(jìn)行改造，加裝CCS，是一個重要的低碳投資決策問題。目前來看，CCS存在幾個比較突出的應(yīng)用障礙：①CCS的技術(shù)發(fā)展不成熟，投資成本較高。②CCS的運(yùn)營成本受化石能源價格影響較大。CCS技術(shù)需要額外消耗用電用于CO2捕獲等，一個配備CCS系統(tǒng)的電廠相比同等電廠大約多消耗10%-40%的能源，發(fā)電成本將提高10%-60%[5]，因此化石能源價格波動將導(dǎo)致采用CCS技術(shù)的發(fā)電成本的不確定。③CCS發(fā)展的外部條件不完備。CCS帶來的額外性成本需要通過一定的市場機(jī)制進(jìn)行補(bǔ)償，因此采用CCS技術(shù)的一個必要條件是政府對電力部門的CO2排放征稅或者賦予價格。而未來氣候政策走向的難以預(yù)料將直接影響未來的碳價格。所以，現(xiàn)有燃煤電廠的CCS改造投資面臨較多的不確定性，需要建立合適的投資評價模型以將這些不確定因素納入考量。

1文獻(xiàn)綜述

現(xiàn)階段對于CCS研究的文獻(xiàn)圍繞技術(shù)進(jìn)展本身的較多，包括CCS技術(shù)改進(jìn)[3]，CCS技術(shù)對大氣可能造成的影響分析[6]，CO2運(yùn)輸管道設(shè)計[7]，捕獲氣體體積性質(zhì)[8]，等等。這體現(xiàn)了提高CCS技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和適用性是目前CCS發(fā)展最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。也有關(guān)于CCS相關(guān)政策法規(guī)的設(shè)計和影響，包括CO2封存的法律法規(guī)以及公眾對該技術(shù)的接受度[9]，還有對CCS在發(fā)展中國家應(yīng)用的驅(qū)動因素和障礙分析[4，10]等。對于CCS的投資評價，Abadie和Chamorro[11]考慮了歐洲電力市場與碳價格的不確定性，建立實物期權(quán)模型評價CCS投資，并利用二叉樹方法求解，得到了針對火電加裝CCS機(jī)組的最優(yōu)投資規(guī)則，F(xiàn)uss et al[12]同樣考慮了歐洲電價與碳價格的不確定性，利用實物期權(quán)模型評價火電機(jī)組加裝CCS裝置后的價值。Fleten和Nskkl[13]考慮了電力價格和天然氣價格不確定的情況下，在模型中也討論了安裝CCS裝置后相應(yīng)的減排成本對天然氣發(fā)電項目估值的影響。Zhu和Fan[14]運(yùn)用期權(quán)方法建模，在考慮燃料價格和碳價格等多種不確定性的條件下，研究了中國電力部門采用CCS技術(shù)部分替代現(xiàn)有火電的投資風(fēng)險及相應(yīng)的溫室氣體減排量。本文是針對項目層面的CCS投資改造決策，將序貫投資決策與Monte-Carlo模擬相結(jié)合，建立了基于成本節(jié)約現(xiàn)金流的CCS投資評價模型，在實物期權(quán)視角下考察現(xiàn)有火電機(jī)組加裝改造CCS技術(shù)后可以帶來的成本節(jié)約收益價值和相應(yīng)的溫室氣體減排量。模型不但考慮了CCS面臨的諸多不確定因素（碳價格、現(xiàn)有火電發(fā)電成本、帶CCS火電發(fā)電成本、以及CCS投資成本），以及減排的額外性成本與收益問題，還進(jìn)一步將該模型作為政策分析工具，對不同的CCS補(bǔ)貼政策對投資決策行為的影響進(jìn)行了分析。

2模型描述

本文的成本節(jié)約收益是指：在碳排放被賦予價格的條件下，電力企業(yè)采用CCS的火電相對現(xiàn)有火電可以節(jié)約的成本，成本節(jié)約為正則表示通過采用CCS的火電可以避免的支出或者額外獲得的收益，成本節(jié)約為負(fù)則表示采用CCS技術(shù)后需要額外付出的成本。

作為大型投資項目，電力企業(yè)投資CCS技術(shù)需要一段時間才能完成，因此企業(yè)對CCS的投資可以看作是多階段的項目投資決策問題[15]。CCS投資被用來進(jìn)行項目建設(shè)。只有當(dāng)CCS項目投資完成之后，電力企業(yè)才可以獲得因投資CCS技術(shù)發(fā)電帶來的成本節(jié)約收益。

假設(shè)某現(xiàn)有燃煤電廠的剩余可運(yùn)營年限為T年，模型中成本節(jié)約效應(yīng)的考察期可以分為兩個部分，一是完成CCS項目投資所需要的階段，二是投資結(jié)束后電力企業(yè)獲得成本節(jié)約收益現(xiàn)金流的階段。電力企業(yè)在投資階段可以選擇放棄期權(quán)，在轉(zhuǎn)化投資的每一期，需要對正在投資的CCS改造項目作出重新評估，以決定是否繼續(xù)投資，或者放棄。當(dāng)某階段所需的投資額高于考察期內(nèi)預(yù)期的CCS成本節(jié)約總收益時，企業(yè)會執(zhí)行放棄期權(quán)終止該CCS改造項目以避免更大損失。為估值我們將T年分為N期，每期的長度為Δt=T/N，并且設(shè)定tn=nΔt，n=0，1，…N。

2.1CCS投資成本和技術(shù)不確定性建模

電力企業(yè)在投資CCS技術(shù)時，期初現(xiàn)有火電加裝CCS裝置所需要的期望總投入成本為K，電廠加裝CCS的投資主要包括原有煙道改造，CO2捕獲裝置，壓縮裝置和部分運(yùn)輸管道，文中投資成本并未包括CO2埋存部分的成本。總的剩余轉(zhuǎn)化成本在第ti期為K（ti）。每期所需要的投資為I。新技術(shù)的不確定性對投資有相當(dāng)大的影響[15，16]。所以假設(shè)剩余轉(zhuǎn)化成本K是不確定的，用來表示CCS技術(shù)本身的不確定性。K服從可控擴(kuò)散過程：

其中，β是一個規(guī)模參數(shù)，代表圍繞著K的不確定性的大小，CCS技術(shù)不確定性隨著KCCS的減少而降低，反映了CCS投資過程中的技術(shù)學(xué)習(xí)；（Δt）1/2εK為維納過程的增量；εK為均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1的正態(tài)分布隨機(jī)變量；假設(shè)（Δt）1/2εK與市場組合無關(guān)，即加裝CCS的投資成本不存在風(fēng)險溢價[16]。K的方差為Var（K）=[JB（（][SX（]β2[]2-β2[SX）]K2[15]。

對于尚處于研發(fā)中的技術(shù)，電力企業(yè)還需要對CCS進(jìn)行技術(shù)消化學(xué)習(xí)，優(yōu)化技術(shù)流程，以加快降低企業(yè)采用CCS技術(shù)的發(fā)電成本，這可以被視作是企業(yè)的技術(shù)學(xué)習(xí)行為。文中將這部分支出定義為企業(yè)對CCS技術(shù)的研發(fā)投入。當(dāng)然需要指出的是，我們在這里定義的研發(fā)支出主要是針對大型電力企業(yè)，大型電力企業(yè)一般都會率先部署CCS技術(shù)，因而其需要對技術(shù)進(jìn)行消化吸收并付出成本。假設(shè)CCS每期的研發(fā)支出為M（ti）（yuan/yr），研發(fā)支出在改造投資期間存在，即：

2.2CCS成本節(jié)約收益的不確定性因素建模

根據(jù)前面對CCS投資相關(guān)不確定性的描述，假設(shè)現(xiàn)有火電發(fā)電成本服從幾何布朗運(yùn)動，用風(fēng)險中性運(yùn)動過程表示，即：

摘要

在應(yīng)對氣候變化的背景下，是否對已經(jīng)投入運(yùn)營的燃煤電廠進(jìn)行改造，加裝碳捕獲與封存技術(shù)（CCS），是一個重要的低碳投資決策問題。本文針對已投入運(yùn)營的燃煤電廠進(jìn)行CCS改造的投資決策問題，從成本節(jié)約的角度出發(fā)，綜合考慮CCS面臨的諸多不確定因素，將序貫投資決策的實物期權(quán)方法與MonteCarlo模擬相結(jié)合，建立了基于偏均衡分析的CCS投資評價模型，研究電力企業(yè)投資CCS技術(shù)改造現(xiàn)有火電可以帶來的成本節(jié)約收益價值和溫室氣體減排量，結(jié)合案例，論述了燃煤電廠投資CCS改造的期權(quán)價值和投資風(fēng)險。并應(yīng)用該模型分析了補(bǔ)貼政策對CCS投資行為的影響。模擬計算結(jié)果顯示：在現(xiàn)有參考碳價格水平下，基準(zhǔn)燃煤電廠投資改造CCS的風(fēng)險很大，CCS改造投資被放棄的比例接近35%，可見現(xiàn)有的技術(shù)水平和政策框架不足以促進(jìn)企業(yè)對現(xiàn)有燃煤電廠進(jìn)行CCS改造投資。對比政府補(bǔ)貼投資和補(bǔ)貼發(fā)電兩種政策的效果，在總預(yù)算補(bǔ)貼額度較小時，政府補(bǔ)貼企業(yè)的研發(fā)投入效果要優(yōu)于直接補(bǔ)貼發(fā)電的效果。從評價結(jié)果看：首先，在CCS技術(shù)發(fā)展初期，我國政府應(yīng)該側(cè)重鼓勵大型電力企業(yè)對CCS技術(shù)的消化學(xué)習(xí)，通過補(bǔ)貼研發(fā)投入，降低技術(shù)使用成本，為CCS技術(shù)未來的大規(guī)模采用打下基礎(chǔ)。其次，一個較為有效的碳排放交易機(jī)制的構(gòu)建，可以在長期促進(jìn)國內(nèi)電廠對CCS進(jìn)行改造投資。

關(guān)鍵詞CCS技術(shù)；碳排放稅；成本節(jié)約；實物期權(quán)；LSM

中圖分類號F272.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1002-2104（2014）07-0099-07doi：103969/jissn1002-2104201407015

碳捕獲與封存技術(shù)（carbon capture and storage， CCS）的應(yīng)用將會直接影響未來溫室氣體減排量的大小，尤其是在以化石能源作為主要能源的發(fā)展中國家[1-3]。CCS對于能源結(jié)構(gòu)以煤為主的我國來說，具有十分特殊的意義，它可以保證繼續(xù)使用煤炭等化石能源并減少溫室氣體排放，是十分有潛力的減排技術(shù)方案，并為促進(jìn)實現(xiàn)國內(nèi)煤炭的清潔利用提供了可能[4]。但CCS技術(shù)本身的針對性使得它不像發(fā)展可再生能源和提高能效等減排選項一樣具有外部性作用（例如：可再生能源技術(shù)可以實現(xiàn)能源替代，節(jié)能技術(shù)有助于能源安全等）。燃煤電廠是CCS的發(fā)展重點(diǎn)。我國已建和在建的燃煤電廠數(shù)量龐大，如何對已經(jīng)投入運(yùn)營的燃煤電廠進(jìn)行改造，加裝CCS，是一個重要的低碳投資決策問題。目前來看，CCS存在幾個比較突出的應(yīng)用障礙：①CCS的技術(shù)發(fā)展不成熟，投資成本較高。②CCS的運(yùn)營成本受化石能源價格影響較大。CCS技術(shù)需要額外消耗用電用于CO2捕獲等，一個配備CCS系統(tǒng)的電廠相比同等電廠大約多消耗10%-40%的能源，發(fā)電成本將提高10%-60%[5]，因此化石能源價格波動將導(dǎo)致采用CCS技術(shù)的發(fā)電成本的不確定。③CCS發(fā)展的外部條件不完備。CCS帶來的額外性成本需要通過一定的市場機(jī)制進(jìn)行補(bǔ)償，因此采用CCS技術(shù)的一個必要條件是政府對電力部門的CO2排放征稅或者賦予價格。而未來氣候政策走向的難以預(yù)料將直接影響未來的碳價格。所以，現(xiàn)有燃煤電廠的CCS改造投資面臨較多的不確定性，需要建立合適的投資評價模型以將這些不確定因素納入考量。

1文獻(xiàn)綜述

現(xiàn)階段對于CCS研究的文獻(xiàn)圍繞技術(shù)進(jìn)展本身的較多，包括CCS技術(shù)改進(jìn)[3]，CCS技術(shù)對大氣可能造成的影響分析[6]，CO2運(yùn)輸管道設(shè)計[7]，捕獲氣體體積性質(zhì)[8]，等等。這體現(xiàn)了提高CCS技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和適用性是目前CCS發(fā)展最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。也有關(guān)于CCS相關(guān)政策法規(guī)的設(shè)計和影響，包括CO2封存的法律法規(guī)以及公眾對該技術(shù)的接受度[9]，還有對CCS在發(fā)展中國家應(yīng)用的驅(qū)動因素和障礙分析[4，10]等。對于CCS的投資評價，Abadie和Chamorro[11]考慮了歐洲電力市場與碳價格的不確定性，建立實物期權(quán)模型評價CCS投資，并利用二叉樹方法求解，得到了針對火電加裝CCS機(jī)組的最優(yōu)投資規(guī)則，F(xiàn)uss et al[12]同樣考慮了歐洲電價與碳價格的不確定性，利用實物期權(quán)模型評價火電機(jī)組加裝CCS裝置后的價值。Fleten和Nskkl[13]考慮了電力價格和天然氣價格不確定的情況下，在模型中也討論了安裝CCS裝置后相應(yīng)的減排成本對天然氣發(fā)電項目估值的影響。Zhu和Fan[14]運(yùn)用期權(quán)方法建模，在考慮燃料價格和碳價格等多種不確定性的條件下，研究了中國電力部門采用CCS技術(shù)部分替代現(xiàn)有火電的投資風(fēng)險及相應(yīng)的溫室氣體減排量。本文是針對項目層面的CCS投資改造決策，將序貫投資決策與Monte-Carlo模擬相結(jié)合，建立了基于成本節(jié)約現(xiàn)金流的CCS投資評價模型，在實物期權(quán)視角下考察現(xiàn)有火電機(jī)組加裝改造CCS技術(shù)后可以帶來的成本節(jié)約收益價值和相應(yīng)的溫室氣體減排量。模型不但考慮了CCS面臨的諸多不確定因素（碳價格、現(xiàn)有火電發(fā)電成本、帶CCS火電發(fā)電成本、以及CCS投資成本），以及減排的額外性成本與收益問題，還進(jìn)一步將該模型作為政策分析工具，對不同的CCS補(bǔ)貼政策對投資決策行為的影響進(jìn)行了分析。

2模型描述

本文的成本節(jié)約收益是指：在碳排放被賦予價格的條件下，電力企業(yè)采用CCS的火電相對現(xiàn)有火電可以節(jié)約的成本，成本節(jié)約為正則表示通過采用CCS的火電可以避免的支出或者額外獲得的收益，成本節(jié)約為負(fù)則表示采用CCS技術(shù)后需要額外付出的成本。

作為大型投資項目，電力企業(yè)投資CCS技術(shù)需要一段時間才能完成，因此企業(yè)對CCS的投資可以看作是多階段的項目投資決策問題[15]。CCS投資被用來進(jìn)行項目建設(shè)。只有當(dāng)CCS項目投資完成之后，電力企業(yè)才可以獲得因投資CCS技術(shù)發(fā)電帶來的成本節(jié)約收益。

假設(shè)某現(xiàn)有燃煤電廠的剩余可運(yùn)營年限為T年，模型中成本節(jié)約效應(yīng)的考察期可以分為兩個部分，一是完成CCS項目投資所需要的階段，二是投資結(jié)束后電力企業(yè)獲得成本節(jié)約收益現(xiàn)金流的階段。電力企業(yè)在投資階段可以選擇放棄期權(quán)，在轉(zhuǎn)化投資的每一期，需要對正在投資的CCS改造項目作出重新評估，以決定是否繼續(xù)投資，或者放棄。當(dāng)某階段所需的投資額高于考察期內(nèi)預(yù)期的CCS成本節(jié)約總收益時，企業(yè)會執(zhí)行放棄期權(quán)終止該CCS改造項目以避免更大損失。為估值我們將T年分為N期，每期的長度為Δt=T/N，并且設(shè)定tn=nΔt，n=0，1，…N。

2.1CCS投資成本和技術(shù)不確定性建模

電力企業(yè)在投資CCS技術(shù)時，期初現(xiàn)有火電加裝CCS裝置所需要的期望總投入成本為K，電廠加裝CCS的投資主要包括原有煙道改造，CO2捕獲裝置，壓縮裝置和部分運(yùn)輸管道，文中投資成本并未包括CO2埋存部分的成本?？偟氖Ｓ噢D(zhuǎn)化成本在第ti期為K（ti）。每期所需要的投資為I。新技術(shù)的不確定性對投資有相當(dāng)大的影響[15，16]。所以假設(shè)剩余轉(zhuǎn)化成本K是不確定的，用來表示CCS技術(shù)本身的不確定性。K服從可控擴(kuò)散過程：

其中，β是一個規(guī)模參數(shù)，代表圍繞著K的不確定性的大小，CCS技術(shù)不確定性隨著KCCS的減少而降低，反映了CCS投資過程中的技術(shù)學(xué)習(xí)；（Δt）1/2εK為維納過程的增量；εK為均值為0，標(biāo)準(zhǔn)差為1的正態(tài)分布隨機(jī)變量；假設(shè)（Δt）1/2εK與市場組合無關(guān)，即加裝CCS的投資成本不存在風(fēng)險溢價[16]。K的方差為Var（K）=[JB（（][SX（]β2[]2-β2[SX）]K2[15]。

對于尚處于研發(fā)中的技術(shù)，電力企業(yè)還需要對CCS進(jìn)行技術(shù)消化學(xué)習(xí)，優(yōu)化技術(shù)流程，以加快降低企業(yè)采用CCS技術(shù)的發(fā)電成本，這可以被視作是企業(yè)的技術(shù)學(xué)習(xí)行為。文中將這部分支出定義為企業(yè)對CCS技術(shù)的研發(fā)投入。當(dāng)然需要指出的是，我們在這里定義的研發(fā)支出主要是針對大型電力企業(yè)，大型電力企業(yè)一般都會率先部署CCS技術(shù)，因而其需要對技術(shù)進(jìn)行消化吸收并付出成本。假設(shè)CCS每期的研發(fā)支出為M（ti）（yuan/yr），研發(fā)支出在改造投資期間存在，即：

2.2CCS成本節(jié)約收益的不確定性因素建模

根據(jù)前面對CCS投資相關(guān)不確定性的描述，假設(shè)現(xiàn)有火電發(fā)電成本服從幾何布朗運(yùn)動，用風(fēng)險中性運(yùn)動過程表示，即：