基于供應(yīng)鏈的電力低碳技術(shù)投資時(shí)機(jī)研究

郄少媛

摘要：在電力市場(chǎng)和碳交易市場(chǎng)背景下，考慮碳交易價(jià)格不確定條件，利用實(shí)物期權(quán)理論計(jì)算其進(jìn)行低碳技術(shù)投資時(shí)機(jī)的期權(quán)價(jià)值，建立單企業(yè)低碳投資時(shí)機(jī)決策模型。在此基礎(chǔ)上。構(gòu)建發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)公司二級(jí)供應(yīng)鏈投資低碳技術(shù)的模型。運(yùn)用期權(quán)博弈的方法，對(duì)電力供應(yīng)鏈低碳技術(shù)的最優(yōu)投資時(shí)機(jī)進(jìn)行研究。通過(guò)算例分析最優(yōu)投資時(shí)機(jī)的影響因素。結(jié)果表明，政府低碳補(bǔ)貼系數(shù)、碳交易價(jià)格波動(dòng)率以及碳減排量等對(duì)低碳技術(shù)投資門檻產(chǎn)生影響，電力企業(yè)應(yīng)該綜合考慮各因素的影響，科學(xué)選擇最優(yōu)投資時(shí)機(jī)。政府應(yīng)該制定合理的低碳補(bǔ)貼系數(shù)。促使電力企業(yè)投資低碳技術(shù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電力供應(yīng)鏈;低碳技術(shù);期權(quán)博弈;最優(yōu)投資時(shí)機(jī)

中圖分類號(hào)：F403.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

面對(duì)嚴(yán)峻的能源危機(jī)、全球氣候變化以及生態(tài)環(huán)境惡化帶來(lái)的生存威脅，使低碳經(jīng)濟(jì)成為各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)和追求的目標(biāo)。中國(guó)作為全球最大的碳排放國(guó)家，早在2009年11月就向世界做出承諾“2020年單位GDP碳排放比2005年下降40%-45%”。為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，電力工業(yè)面臨巨大的減排壓力。因?yàn)殡娏κ俏覈?guó)碳排放高的“罪魁禍?zhǔn)住?，電力碳排放已占到全?guó)排放總量的40%，且這種狀況短期內(nèi)很難根本改變。因此電力行業(yè)低碳技術(shù)投資無(wú)疑成為實(shí)現(xiàn)碳減排的有效選擇。然而，在電力市場(chǎng)和碳交易市場(chǎng)存在諸多不確定性的環(huán)境下，低碳技術(shù)投資活動(dòng)存在著投資風(fēng)險(xiǎn)，投資主體面臨投資時(shí)機(jī)的選擇問(wèn)題。本文從電力供應(yīng)鏈視角，將實(shí)物期權(quán)和博弈論相結(jié)合研究不確定性環(huán)境下電力低碳技術(shù)最優(yōu)投資時(shí)機(jī)決策，對(duì)實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)的低碳轉(zhuǎn)型和綠色發(fā)展具有重要意義。

1相關(guān)研究現(xiàn)狀

有關(guān)電力供應(yīng)鏈的研究，主要以完全市場(chǎng)化環(huán)境為背景。文獻(xiàn)求解了電力供應(yīng)鏈燃料和電量的均衡結(jié)果，討論了均衡條件下碳稅政策的影響。文獻(xiàn)將電力供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)均衡問(wèn)題轉(zhuǎn)化為運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)均衡問(wèn)題，分析了一種碳稅政策對(duì)均衡的影響。文獻(xiàn)構(gòu)建了兩級(jí)電力供應(yīng)鏈的收益共享契約模型，驗(yàn)證了模型可以有效協(xié)調(diào)電力供應(yīng)鏈運(yùn)作。文獻(xiàn)構(gòu)建了包括燃料、發(fā)電和碳排放權(quán)交易的電力供應(yīng)鏈模型，采用啟發(fā)式算法求解了供應(yīng)鏈系統(tǒng)的燃料、發(fā)電和排放的均衡。文獻(xiàn)構(gòu)建了包含發(fā)電廠、電力服務(wù)商和用戶的三級(jí)電力供應(yīng)鏈，基于供應(yīng)鏈均衡條件，研究了排污權(quán)交易政策的設(shè)計(jì)問(wèn)題。文獻(xiàn)闡述了電力物流供應(yīng)鏈內(nèi)涵，構(gòu)建了電力物流供應(yīng)鏈成員環(huán)節(jié)激勵(lì)機(jī)制模型，驗(yàn)證了一級(jí)供應(yīng)鏈?zhǔn)找鎯?yōu)于兩級(jí)供應(yīng)鏈。以上研究在電力供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)決策的前提下，以供應(yīng)鏈成員各自利潤(rùn)最大化為目標(biāo)，探尋均衡結(jié)果。

期權(quán)博弈在供應(yīng)鏈整體投資時(shí)機(jī)決策中得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注。文獻(xiàn)基于期權(quán)博弈建立了一個(gè)雙寡頭競(jìng)爭(zhēng)模型，供應(yīng)鏈企業(yè)采用一種新技術(shù)，產(chǎn)生投資費(fèi)用，降低生產(chǎn)成本，結(jié)果得出新技術(shù)推廣具有“溢出”效應(yīng)。文獻(xiàn)基于實(shí)物期權(quán)方法，建立了單企業(yè)、雙企業(yè)以及多企業(yè)合作的項(xiàng)目投資模型，得出了各種模型情景下，供應(yīng)鏈企業(yè)投資氣候友好型項(xiàng)目的最優(yōu)投資時(shí)機(jī)。文獻(xiàn)對(duì)期權(quán)博弈理論進(jìn)行研究分析，得出該方法的一般研究框架。文獻(xiàn)在不確定性和競(jìng)爭(zhēng)性環(huán)境中，基于隨機(jī)最優(yōu)停止問(wèn)題，分別探討投資時(shí)機(jī)選擇的完全信息與不完全信息期權(quán)博弈模型。文獻(xiàn)認(rèn)為期權(quán)博弈投資戰(zhàn)略可以使得企業(yè)投資價(jià)值最大化，提出了實(shí)物期權(quán)和期權(quán)博弈投資戰(zhàn)略分析的應(yīng)用思路和步驟。相關(guān)研究表明，期權(quán)博弈理論是解決供應(yīng)鏈企業(yè)各方投資低碳技術(shù)時(shí)機(jī)決策問(wèn)題的有效工具。

綜上，目前鮮有文獻(xiàn)立足電力供應(yīng)鏈視角研究電力低碳投資的最優(yōu)時(shí)機(jī)問(wèn)題。本文擬對(duì)此進(jìn)行擴(kuò)展，基于期權(quán)博弈的思想，從電力供應(yīng)鏈視角考慮碳排放權(quán)交易價(jià)格、政府補(bǔ)貼系數(shù)等因素的影響，探究整個(gè)電力供應(yīng)鏈的低碳技術(shù)投資時(shí)機(jī)決策問(wèn)題。

2問(wèn)題描述與理論假設(shè)

2.1背景描述

本文假定電力供應(yīng)鏈由發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)公司組成。其中發(fā)電企業(yè)負(fù)責(zé)電能的生產(chǎn)供應(yīng)，電網(wǎng)公司面向消費(fèi)市場(chǎng)，進(jìn)行銷售。借鑒文獻(xiàn)，文章建立發(fā)售一體的單企業(yè)模型，以及電力二級(jí)供應(yīng)鏈模型。

電力供應(yīng)鏈上的大部分碳排放來(lái)自于發(fā)電過(guò)程。在碳交易市場(chǎng)與碳限額的綜合作用下，發(fā)電企業(yè)積極投資低碳技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益。電力供應(yīng)鏈模型見(jiàn)圖1。

2.2理論假設(shè)

在不改變問(wèn)題本質(zhì)的前提下，對(duì)文章做出如下假設(shè)：

（1）單位碳排放權(quán)的價(jià)格為p（t），p（t）受到碳交易市場(chǎng)的諸多不確定因素影響，這里假設(shè)碳排放權(quán)價(jià)格服從幾何布朗運(yùn)動(dòng).見(jiàn)式（1）.

3.2最優(yōu)投資時(shí)機(jī)分析

在實(shí)物期權(quán)過(guò)程中，低碳投資決策可以無(wú)限期延遲，這意味期權(quán)執(zhí)行的到期日沒(méi)有邊界條件。在未進(jìn)行低碳技術(shù)投資的情況下，企業(yè)持有投資期權(quán)，顯然等待過(guò)程中無(wú)低碳收益。因此，企業(yè)的投資時(shí)機(jī)問(wèn)題實(shí)質(zhì)是最優(yōu)停止時(shí)機(jī)。電力企業(yè)低碳技術(shù)投資可以看成是一個(gè)時(shí)間連續(xù)的歐式看漲期權(quán)。假設(shè)T時(shí)刻單位碳排放權(quán)的價(jià)格為p（t）初次達(dá)到最優(yōu)投資門檻pr，企業(yè)停止等待進(jìn)行投資，這時(shí)供應(yīng)鏈?zhǔn)找孀顑?yōu)。用F（p（t））表示企業(yè)低碳投資期權(quán)的價(jià)值，則：

5算例分析

用MATLAB作為計(jì)算工具對(duì)公式進(jìn)行求解、分析。針對(duì)碳價(jià)波動(dòng)率、政府低碳補(bǔ)貼系數(shù)和收益轉(zhuǎn)移系數(shù)的變化對(duì)最優(yōu)投資門檻造成的影響進(jìn)行分析，以期得到有益的結(jié)論為政府部門的政策制定和供應(yīng)鏈企業(yè)投資決策提供參考。模型中各參數(shù)的設(shè)定如下：m=4000，D=1000，u=0.03，r=0.5，k=l。

5.1單企業(yè)情景下碳減排量變化的影響分析

（1）假定波動(dòng)率O=0.1，得到政府低碳補(bǔ)貼系數(shù)不同的條件下最優(yōu)投資門檻與碳減排量的關(guān)系，如圖2所示。

從圖2可以看出，當(dāng)政府補(bǔ)貼系數(shù)不變的情況下，最優(yōu)投資門檻與碳排放量成正相關(guān)。當(dāng)碳減排量一定的情況下，θ=0.7時(shí)最優(yōu)投資門檻位于最下方，θ=0.1時(shí)最優(yōu)投資門檻位于最上方，θ=0.4時(shí)最優(yōu)投資門檻位于中間，即Pr（θ=0.7）

（2）假定政府低碳補(bǔ)貼系數(shù)θ=0.2，可得到不同波動(dòng)率下最優(yōu)投資門檻與碳減排量的關(guān)系，如圖3所示。

觀察圖3可以得出，當(dāng)波動(dòng)率不變時(shí)，最優(yōu)投資門檻隨著碳排放量的增加而變大，最優(yōu)投資門檻與碳排放量成正相關(guān)關(guān)系。波動(dòng)率υ=0.9時(shí)圖像位于最上方;波動(dòng)率υ=0.5時(shí)圖像位于中間位置;而波動(dòng)率υ=0.1時(shí)位于最下方的位置。這表明，波動(dòng)率越大，低碳投資門檻越高，即最優(yōu)投資門檻與波動(dòng)率成正相關(guān)關(guān)系。

最優(yōu)投資門檻與碳排放量成正相關(guān)關(guān)系，電力企業(yè)在進(jìn)行低碳技術(shù)投資時(shí)，選擇較低的碳減排量，可以有效降低最優(yōu)投資門檻。

由圖5可以觀察到，當(dāng)波動(dòng)率不變的情況下，最優(yōu)投資門檻與轉(zhuǎn)移收益比例成反比例關(guān)系。當(dāng)轉(zhuǎn)移收益比例接近于0時(shí)，投資門檻可能變?yōu)闊o(wú)窮大。這就意味著當(dāng)電網(wǎng)公司選擇合作投資，但發(fā)電企業(yè)選擇獨(dú)自占有低碳收益或只分給電網(wǎng)公司極小的收益比例的情況下，低碳投資的等待時(shí)機(jī)變長(zhǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)移收益比例大于0.3的情況下，投資門檻降低的很緩慢。

綜合一級(jí)供應(yīng)鏈與二級(jí)供應(yīng)鏈條件下，最優(yōu)投資門檻與政府補(bǔ)貼系數(shù)的關(guān)系分析得到，最優(yōu)投資門檻隨著政府補(bǔ)貼系數(shù)的增大而降低。隨著政府對(duì)電力供應(yīng)鏈低碳減排的支持力度的加大，投資門檻將變低，供應(yīng)鏈企業(yè)投資低碳技術(shù)的等待時(shí)間縮短。

轉(zhuǎn)移收益比例ξ越高，供應(yīng)鏈的電網(wǎng)公司的進(jìn)入門檻越低，也就是說(shuō)發(fā)電企業(yè)給出的轉(zhuǎn)移收益比例越高，電網(wǎng)公司越加快投資，供應(yīng)鏈的低碳技術(shù)投資提早實(shí)施。但考慮實(shí)際情況，轉(zhuǎn)移收益越高，發(fā)電企業(yè)的利益將受損。為了促成合作，發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)公司往往會(huì)選擇合作博弈下的最優(yōu)投資門檻（ξ，P_ξ）進(jìn)行投資。

6結(jié)論

本文從電力供應(yīng)鏈系統(tǒng)出發(fā)探究電力行業(yè)低碳技術(shù)投資時(shí)機(jī)問(wèn)題，考慮碳交易市場(chǎng)與電力市場(chǎng)的環(huán)境下，利用期權(quán)博弈的方法對(duì)電力供應(yīng)鏈企業(yè)投資低碳技術(shù)時(shí)機(jī)進(jìn)行研究，構(gòu)建單企業(yè)模型以及發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)公司組成的電力二級(jí)供應(yīng)鏈模型。在上述模型下，通過(guò)算例分析重點(diǎn)探究了政府低碳補(bǔ)貼系數(shù)、碳交易價(jià)格波動(dòng)率以及碳減排量對(duì)電力供應(yīng)鏈成員的最優(yōu)投資時(shí)機(jī)決策的影響。從分析結(jié)果可知，電力供應(yīng)鏈企業(yè)選擇較低的碳減排量，可以有效降低最優(yōu)投資門檻，也就是低碳技術(shù)投資時(shí)機(jī)提前;最優(yōu)投資門檻與碳交易價(jià)格波動(dòng)率成正相關(guān)關(guān)系，這就意味著碳交易市場(chǎng)的不確定性越大，供應(yīng)鏈進(jìn)行低碳投資的等待時(shí)間越長(zhǎng);最優(yōu)投資門檻隨著政府補(bǔ)貼系數(shù)的增大而降低，這是因?yàn)檎哟髮?duì)電力供應(yīng)鏈低碳技術(shù)投資的資金支持，投資門檻將變低，供應(yīng)鏈企業(yè)投資低碳技術(shù)的等待時(shí)間縮短;發(fā)電企業(yè)轉(zhuǎn)移收益比例ξ越高，越能促使電網(wǎng)公司提早進(jìn)行投資，但轉(zhuǎn)移收益越高，發(fā)電企業(yè)的利益將受損。為了促成合作，發(fā)電企業(yè)與電網(wǎng)公司往往會(huì)選擇合作博弈下的最優(yōu)投資門檻進(jìn)行投資。上述結(jié)論對(duì)電力供應(yīng)鏈企業(yè)進(jìn)行低碳技術(shù)投資的時(shí)機(jī)決策及國(guó)家制定政府減排補(bǔ)貼系數(shù)具有一定的指導(dǎo)作用。