基于供應鏈的電力低碳技術投資時機研究

郄少媛

摘要：在電力市場和碳交易市場背景下，考慮碳交易價格不確定條件，利用實物期權理論計算其進行低碳技術投資時機的期權價值，建立單企業低碳投資時機決策模型。在此基礎上。構建發電企業與電網公司二級供應鏈投資低碳技術的模型。運用期權博弈的方法，對電力供應鏈低碳技術的最優投資時機進行研究。通過算例分析最優投資時機的影響因素。結果表明，政府低碳補貼系數、碳交易價格波動率以及碳減排量等對低碳技術投資門檻產生影響，電力企業應該綜合考慮各因素的影響，科學選擇最優投資時機。政府應該制定合理的低碳補貼系數。促使電力企業投資低碳技術，實現經濟與環境的協調發展。

關鍵詞：電力供應鏈;低碳技術;期權博弈;最優投資時機

中圖分類號：F403.3文獻標識碼：A

0引言

面對嚴峻的能源危機、全球氣候變化以及生態環境惡化帶來的生存威脅，使低碳經濟成為各國關注的焦點和追求的目標。中國作為全球最大的碳排放國家，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%”。為實現上述目標，電力工業面臨巨大的減排壓力。因為電力是我國碳排放高的“罪魁禍首”，電力碳排放已占到全國排放總量的40%，且這種狀況短期內很難根本改變。因此電力行業低碳技術投資無疑成為實現碳減排的有效選擇。然而，在電力市場和碳交易市場存在諸多不確定性的環境下，低碳技術投資活動存在著投資風險，投資主體面臨投資時機的選擇問題。本文從電力供應鏈視角，將實物期權和博弈論相結合研究不確定性環境下電力低碳技術最優投資時機決策，對實現電力工業的低碳轉型和綠色發展具有重要意義。

1相關研究現狀

有關電力供應鏈的研究，主要以完全市場化環境為背景。文獻求解了電力供應鏈燃料和電量的均衡結果，討論了均衡條件下碳稅政策的影響。文獻將電力供應鏈網絡均衡問題轉化為運輸網絡均衡問題，分析了一種碳稅政策對均衡的影響。文獻構建了兩級電力供應鏈的收益共享契約模型，驗證了模型可以有效協調電力供應鏈運作。文獻構建了包括燃料、發電和碳排放權交易的電力供應鏈模型，采用啟發式算法求解了供應鏈系統的燃料、發電和排放的均衡。文獻構建了包含發電廠、電力服務商和用戶的三級電力供應鏈，基于供應鏈均衡條件，研究了排污權交易政策的設計問題。文獻闡述了電力物流供應鏈內涵，構建了電力物流供應鏈成員環節激勵機制模型，驗證了一級供應鏈收益優于兩級供應鏈。以上研究在電力供應鏈運營決策的前提下，以供應鏈成員各自利潤最大化為目標，探尋均衡結果。

期權博弈在供應鏈整體投資時機決策中得到了國內外學者的普遍關注。文獻基于期權博弈建立了一個雙寡頭競爭模型，供應鏈企業采用一種新技術，產生投資費用，降低生產成本，結果得出新技術推廣具有“溢出”效應。文獻基于實物期權方法，建立了單企業、雙企業以及多企業合作的項目投資模型，得出了各種模型情景下，供應鏈企業投資氣候友好型項目的最優投資時機。文獻對期權博弈理論進行研究分析，得出該方法的一般研究框架。文獻在不確定性和競爭性環境中，基于隨機最優停止問題，分別探討投資時機選擇的完全信息與不完全信息期權博弈模型。文獻認為期權博弈投資戰略可以使得企業投資價值最大化，提出了實物期權和期權博弈投資戰略分析的應用思路和步驟。相關研究表明，期權博弈理論是解決供應鏈企業各方投資低碳技術時機決策問題的有效工具。

綜上，目前鮮有文獻立足電力供應鏈視角研究電力低碳投資的最優時機問題。本文擬對此進行擴展，基于期權博弈的思想，從電力供應鏈視角考慮碳排放權交易價格、政府補貼系數等因素的影響，探究整個電力供應鏈的低碳技術投資時機決策問題。

2問題描述與理論假設

2.1背景描述

本文假定電力供應鏈由發電企業和電網公司組成。其中發電企業負責電能的生產供應，電網公司面向消費市場，進行銷售。借鑒文獻，文章建立發售一體的單企業模型，以及電力二級供應鏈模型。

電力供應鏈上的大部分碳排放來自于發電過程。在碳交易市場與碳限額的綜合作用下，發電企業積極投資低碳技術，以實現良好的經濟效益與環境效益。電力供應鏈模型見圖1。

2.2理論假設

在不改變問題本質的前提下，對文章做出如下假設：

（1）單位碳排放權的價格為p（t），p（t）受到碳交易市場的諸多不確定因素影響，這里假設碳排放權價格服從幾何布朗運動.見式（1）.

3.2最優投資時機分析

在實物期權過程中，低碳投資決策可以無限期延遲，這意味期權執行的到期日沒有邊界條件。在未進行低碳技術投資的情況下，企業持有投資期權，顯然等待過程中無低碳收益。因此，企業的投資時機問題實質是最優停止時機。電力企業低碳技術投資可以看成是一個時間連續的歐式看漲期權。假設T時刻單位碳排放權的價格為p（t）初次達到最優投資門檻pr，企業停止等待進行投資，這時供應鏈收益最優。用F（p（t））表示企業低碳投資期權的價值，則：

5算例分析

用MATLAB作為計算工具對公式進行求解、分析。針對碳價波動率、政府低碳補貼系數和收益轉移系數的變化對最優投資門檻造成的影響進行分析，以期得到有益的結論為政府部門的政策制定和供應鏈企業投資決策提供參考。模型中各參數的設定如下：m=4000，D=1000，u=0.03，r=0.5，k=l。

5.1單企業情景下碳減排量變化的影響分析

（1）假定波動率O=0.1，得到政府低碳補貼系數不同的條件下最優投資門檻與碳減排量的關系，如圖2所示。

從圖2可以看出，當政府補貼系數不變的情況下，最優投資門檻與碳排放量成正相關。當碳減排量一定的情況下，θ=0.7時最優投資門檻位于最下方，θ=0.1時最優投資門檻位于最上方，θ=0.4時最優投資門檻位于中間，即Pr（θ=0.7）

（2）假定政府低碳補貼系數θ=0.2，可得到不同波動率下最優投資門檻與碳減排量的關系，如圖3所示。

觀察圖3可以得出，當波動率不變時，最優投資門檻隨著碳排放量的增加而變大，最優投資門檻與碳排放量成正相關關系。波動率υ=0.9時圖像位于最上方;波動率υ=0.5時圖像位于中間位置;而波動率υ=0.1時位于最下方的位置。這表明，波動率越大，低碳投資門檻越高，即最優投資門檻與波動率成正相關關系。

最優投資門檻與碳排放量成正相關關系，電力企業在進行低碳技術投資時，選擇較低的碳減排量，可以有效降低最優投資門檻。

由圖5可以觀察到，當波動率不變的情況下，最優投資門檻與轉移收益比例成反比例關系。當轉移收益比例接近于0時，投資門檻可能變為無窮大。這就意味著當電網公司選擇合作投資，但發電企業選擇獨自占有低碳收益或只分給電網公司極小的收益比例的情況下，低碳投資的等待時機變長。當轉移收益比例大于0.3的情況下，投資門檻降低的很緩慢。

綜合一級供應鏈與二級供應鏈條件下，最優投資門檻與政府補貼系數的關系分析得到，最優投資門檻隨著政府補貼系數的增大而降低。隨著政府對電力供應鏈低碳減排的支持力度的加大，投資門檻將變低，供應鏈企業投資低碳技術的等待時間縮短。

轉移收益比例ξ越高，供應鏈的電網公司的進入門檻越低，也就是說發電企業給出的轉移收益比例越高，電網公司越加快投資，供應鏈的低碳技術投資提早實施。但考慮實際情況，轉移收益越高，發電企業的利益將受損。為了促成合作，發電企業與電網公司往往會選擇合作博弈下的最優投資門檻（ξ，P_ξ）進行投資。

6結論

本文從電力供應鏈系統出發探究電力行業低碳技術投資時機問題，考慮碳交易市場與電力市場的環境下，利用期權博弈的方法對電力供應鏈企業投資低碳技術時機進行研究，構建單企業模型以及發電企業、電網公司組成的電力二級供應鏈模型。在上述模型下，通過算例分析重點探究了政府低碳補貼系數、碳交易價格波動率以及碳減排量對電力供應鏈成員的最優投資時機決策的影響。從分析結果可知，電力供應鏈企業選擇較低的碳減排量，可以有效降低最優投資門檻，也就是低碳技術投資時機提前;最優投資門檻與碳交易價格波動率成正相關關系，這就意味著碳交易市場的不確定性越大，供應鏈進行低碳投資的等待時間越長;最優投資門檻隨著政府補貼系數的增大而降低，這是因為政府加大對電力供應鏈低碳技術投資的資金支持，投資門檻將變低，供應鏈企業投資低碳技術的等待時間縮短;發電企業轉移收益比例ξ越高，越能促使電網公司提早進行投資，但轉移收益越高，發電企業的利益將受損。為了促成合作，發電企業與電網公司往往會選擇合作博弈下的最優投資門檻進行投資。上述結論對電力供應鏈企業進行低碳技術投資的時機決策及國家制定政府減排補貼系數具有一定的指導作用。