电力市场中发电投资决策方法探讨综述

电力市场中发电投资决策方法研究综述摘要：在电力市场中，发电投资者是电力市场的重要成员之一，具有十分重要的作用，是电力系统供电可靠性的保障。而竞争的市场环境下，发电投资商面临更多的投资风险，为了保证电力供应的安全性，电力工业的市场化改革为发电投资决策引入了更多的不确定性因素。本文主要介绍在竞争的电力市场环境下发电投资决策的方法。关键词：电力市场 发电投资 实物期权Abstract: In power market, the generation investor is a key member of power market with important function . In the competition environment of power market, the generation investor have to face to much investment risk . In order to ensure power supply . The electric power industry market reform for generation investment decision-making to introduce more uncertainty factors . And On decision-making flexibility has put forward higher requirements . This paper mainly introduces in the competitive electricity market environment generation investment decision-making method .Keywords: Power market Investmenting in generation Material object option1 电力市场的概述1.1 电力市场的建立文献1电力市场的建立就是在电力工业中引入竞争机制，否则电力工业将渐渐失去活力而变为“夕阳产业”，当前中国电力产权和利益的多元化必然带来分散调度的倾向，这对统一调度是一次历史性的冲击。通过电力市场可将当前的强制性统一调度转换为自愿型统一调度。其本质就是引入竞争机制。1.2 电力市场的原则 电力市场是应用计算机、测量和通信设备，以电价为控制信号，进行负荷管理、电力系统运行和促进与用户合作的系统总称。建立电力市场的目的是在电力工业中引入竞争机制，建立电力市场最根本的原则就是公平。通过公平竞争促进经济发展，给各方带来巨大的效益。一个健康的市场必须具备五个特征：(1)价格随需求量而变化；（2）价格高低影响需求量；（3）进行买卖的市场机制；（4）买方无垄断行为；（5）卖方无垄断行为。11.3 电力市场发展规划 在进行规划和投资决策时，电价预测将是决定性因素。根据负荷预测、国民经济发展预测以及资源情况等作出价格预测，在此基础上计算投资的效益与风险。2 发电投资文献3众所周知，充裕和及时的发电投资对保证政策、管理规范等。另一方面，发电厂技术的发展又为电厂的运行与管理提供了多种灵活性。因此对投资者而言，在竞争的、充满着多种不确定因素的投资环境下，他们迫切需要一套工具来开发和评估各种灵活的投资项目以降低投资风险。 随着我国电力市场改革的深入，传统的基于负荷预测、失负荷概率和失负荷价值的统一发电规划与投资已不复存在。各发电投资者根据盈利能力和市场经验制定发电投资策略，发电投资呈现出分散化和多元化的特性。然而，电力市场环境的变化给发电投资带来了较大的市场风险。一方面，政府或监管机构不再保证发电投资的回收和合理的投资回报，投资成本不能再自动地转嫁到消费者身上；另一方面，随着市场成员和交易形式的日益丰富，市场中涌现了更多的不确定因素，如电价、燃料成本、电力需求、市场成员行为、投资政策等。与此同时，发电厂技术的发展又为电厂的运营管理和投资提供了多种灵活性，这使发电投资面临了较大的不确定性和市场风险。因此，对发电投资者而言，在新的电力市场环境下，急需一种新的策略分析方法，以开发和评估各种考虑灵活性策略的发电投资项目，以提升防范风险的能力。33 发电投资分析3.1 发电容量投资分析（1） 新建发电容量 文献2如果投资者认为在电厂的生命周期内，它能够带来可观的利润，才可能投资建设新的生产设备。为了做出发电投资，资本所有者必须计算电厂的长期边际成本，并预测电厂发电出力可能面临的销售价格。只有当预测价格超过电厂的长期边际成本时，电厂的新建决策才是合理的。这适用于自由竞争电力市场上的发电容量投资。（2）发电容量退役文献2退役决策只需要考虑发电厂未来的收入预期与成本数量即可，不用过多地考虑电厂的技术可用性或沉没成本。但是，在进行退役决策时，应考虑其他可回收的成本，这是一种可以实现的收入。3.2 发电投资环境与风险文献3经济学上将投资定义为为获得未来的收益而立即支付费用的一种行为。跟其他投资一样，发电投资也具有三个重要的特性。首先,部分投资成本将成为沉淀成本；其次，未来的收益是不确定的；最后，管理者可以根据市场的变化而随时修改其投资决策，这种管理上的灵活性能在某种程度上能增加投资项目的价值。（1）投资成本发电投资的初期成本主要包括建设成本和排放控制系统成本。建设成本取决于具体采用的发电技术、电厂类型、厂址选择等。比如，根据国际能源机构( IEA)的统计，大多数煤电厂的建设成本为1000 - 1500美元/kW；燃气电厂为400 - 800美元/kW；核电和风电为1000 -2000美元/kW。 这些成本是基于现有的发电技术而估计的，当然也会随着发电技术的发展而变化。排放控制系统成本取决于对排放限制的规定和排放控制技术的发展。排放限制越严格，则排放控制成本越高。预期新的排放控制技术可以降低电厂排放量，但有关的成本却不确定。比如，CO2 捕捉和存贮技术(CCS)能够有效地降低电厂的CO2 排放量,但CCS目前成本较高， IEA估计到2030年有望降低到25美元/吨CO2。另外，清洁煤技术的发展也能够有效地降低排放量。同样，这些成本也是在不断变化的。因此由于新技术的采用，导致投资成本的不确定性增大。（2）未来收益在竞争的电力市场环境下，发电投资的未来收益来自以下几个主要的市场。第一个市场是能量市场,该市场是电厂收益的主要来源，但市场价格波动性大，电厂相应的收益的不确定性高。第二个市场是容量市场，该市场设计的初衷是为了帮助电厂回收部分投资成本。但该市场的设计却由于有严重的负面影响(如可能导致电厂的过度投资、歪曲需求侧响应等)而招致严厉的批评。将来是否会对容量市场重新设计或提出新的市场机制目前无法确定。当然这也会在某种程度上影响电厂的收益。4.投资决策方法4.1 实物期权决策方法文献4认为作为一种金融衍生工具，期权是一种可在未来生效的选择权利。它赋予持有人在规定的时间内以事先约定的价格买入(或卖出一定数量的标的资产的权利(而不是义务）期权意味着相机决策即它允许人们根据市场条件的变化而采取不同的行动0在决策时刻。假如情况比预期要好或估计会向好的方向发展，则应该执行期权。否则可以放弃期权。可见，作为规避风险并可从中获利的一种金融工具，期权特别适合于不确定性因素较多的市场环境。期权为人们应对市场风险提供了能动性和灵活性。（1）增长期权早期进入非传统的发电领域，如风力发电、生物质发电等可能会导致负的净现值。但是当对于电厂排放控制的政策对可再生能源发电越来越有利时，早期进入该领域所积累的投资和运行经验可为后来的投资项目带来更大的盈利空间,这就是所谓的增长期权。（2）转换期权转换期权指采用某些特殊设备的电厂可以根据一次能源市场的价格变化和电厂产品的价格变化选择合适的一次能源作为燃料和决定生产何种产品以使企业的效益最大化。例如，一个带有气化设备的发电厂可以选择天然气、煤或石油作为一次燃料；一个带有多燃料锅炉的燃气轮机发电厂可以选择天然气或清洁液体燃料作为一次燃料。这些选择权都可以规避天然气价格的风险。对于热电联供的发电厂可以选择只供电或只供热或热电同时供应。（3）更新期权更新期权指电厂中的主要设备可以更新升级从而给电厂带来更大的效益。即在投资初期选用成本低的设备，当效率高的设备成本降低到一定程度可选用高效率设备更新原有设备从而降低运行成本提高企业利润。例如，蒸汽轮机可用效率更高的燃气轮机替代，传统锅炉可用流化床锅炉替代等。（4）选择期权有时候很难确定是建峰荷电厂还是建基荷电厂。但是从技术层面看，可以在电厂建成后改变电厂的类型，即该电厂具有选择期权。比如仅具有燃气轮机的电厂一般作为峰荷电厂，增加蒸汽轮机后可升级为联合循环燃气轮机电厂作为基荷电厂运行。（5）复合期权多个单个期权可以组合成一个复合期权。复合期权分为两类：一类称为选择型复合期权，即在同一时间只可选择一个单个期权。例如，一个由放弃期权、扩张投资期权和收缩投资期权组成的复合期权在同一时间只能行使这三个单个期权中的任意一个,即放弃该投资或扩张电厂规模或收缩电厂规模。另一类复合期权称为顺序复合期权，即一个单个期权的存在建立在另一个单个期权成功实现的基础上。当然选择型复合期权和顺序型复合期权还可以组合成新的复合期权。下面设计一个燃气电厂项目可能构建的复合期权。文献3在电厂建设阶段,可构建两个选择期权,一个是选择建纯粹的电厂还是热电联供电厂；另一个是选择综合气化联合循环( Integrated Gasification Combined Cycle -IGCC)机组还是联合循环燃气轮机(Combined Cy2cle Gas Turbine CCGT)机组。对于CCGT机组还可选择一般锅炉或多燃料锅炉。以上电厂建设阶段的期权将会影响电厂运行期间可能构建的期权。如果在建设阶段决定建热电联供电厂，则在行期间拥有选择电厂产品的转换期权； 如果采用IGCC机组,则拥有选择煤、重油或精炼油作为一次能源的转化期权；如采用CCGT机组，则拥有选择天然气或清洁液体燃料作为一次能源的转化期权。当然在电厂运行期间也具有常规的停启期权、扩张投资期权和收缩投资期权等。4.2 实物期权评价分析实物期权评估方法(ROAreal optionapproach)比传统的净现值法有效，并对多种电力市场模式下的发电投资ROA评估方法进行了研究。为了更准确地考虑多发电商投资决策之间的相互影响，期权博弈理论得到了应用。期权博弈理论是在采用期权定价理论对项目价值进行评估的同时，利用博弈论的思想和方法，对项目投资进行科学管理与决策的理论与方法。在完全竞争的行业中使用期权博弈方法所取得的结果一般与净现值法相差不大；而在完全垄断行业中就更没有必要应用期权博弈理论，此时应用实物期权理论更为合适；期权博弈理论最适合应用于寡头垄断行业。以芬兰电力市场作为研究对象，以最大化发电公司在整个规划期内的投资收益为目标，基于NashCournot均衡构造了电力市场环境下的发电投资决策模型，并在此基础上分析了市场竞争程度对发电投资的影响以及发电投资水平对电价的影响。 Cournot 均衡模型以最大化发电公司的投资收益为目标，从全局意义上给出了一个考虑机组类型差异的电源扩展规划Cournot模型，但其静态假定难以描绘发电容量扩展的动态路径。到目前为止，期权博弈理论的研究尚处于起步阶段。实物期权理论和非合作博弈论为基础，构造了发电投资决策的延迟期权博弈模型。通过运行模拟计算各种策略组合下博弈各方策略的期权价值，进而求得Nash均衡点，为参与者的投资决策提供了依据。研究表明在发电投资博弈中，各方所采取的策略是相互影响和相互依存的。最后通过算例验证了本文提出的模型和决策方法可行、有效。4.3 期权博弈论1. 期权博弈论在发电投资中的应用原理文献6指出：期权博弈论是实物期权理论和博弈论的结合，迄今已发展了多种期权博弈方法，从而适应不同类型项目投资分析的需要。根据项目投资的灵活性不同，可分为延迟期权博弈、分阶段期权博弈和转换期权博弈等；根据竞争特性不同，可分为抢滩期权博弈、占优期权博弈和共享期权博弈等。此外，还有其他分类方法。在项目投资的期权博弈方法中，实物期权分析是基础。由于发电市场具有很强的进入壁垒，新的投资项目即使通过净现值分析是可行的，投资者也未必会立即投资，因为投资机会对发电投资者而言不会在短时间内消失。推迟发电项目投资相当于获得了一个期权，它赋予投资者在今后某个时段进行投资的权利。以经典的Black-Scholes(B-S)期权定价模型为原型，发电投资延迟期权的执行价格相当于项目的投资成本，期权标的资产的现值对应于项目的期望收益净现值，期权有效期对应于投资机会持有期，发电投资项目价值波动率和无风险利率可根据历史项目投资数据的参数估计求出。与机械设备和软件研发等项目投资不同，用户对于各发电投资商未来生产的电力使用几乎没有偏好，因此可近似认为电力市场中各发电投资商平等地拥有同一个投资机会，发电投资的占优性不强，各投资商未来收益主要受投资成本和电力生产成本之间竞争的影响，即属于共享延迟期权博弈。作为发电投资期权博弈的初步研究，本文忽略电力网络因素，或者认为网络输电容量足够大，不会引起输电阻塞现象；同时采用静态博弈知识分析各发电商投资策略的期权价值，即各发电商同时选择投资行动或虽非同时但后行动者并不知道前行动者采取了何种具体的投资行动，因为其均衡策略的形成相对简单，与完全信息下均衡策略形成机理有许多相似之处。5 结束语 随着电力工业放宽管制和市场化改革的逐步深入，发电投资将趋于分散化和多元化。由于电力市场存在着大量的不确定因素，并且发电投资具有资本密集性和不可逆性，选择有利的优质时机对发电投资者十分重要。随着市场竞争的日益激烈，发电投资市场的进入壁垒将逐渐弱化，多个发电投资者竞争一个投资机会的现象将普遍存在。此时，各个发电投资者将采取不同的措施，拥有多个实物期权，且各期权之间相互关联和影响。如何对其进行有效模拟，准确估计各个灵活措施的实物期权价值，是日后需研究和加以改进的方向。参考文献1于尔铿，谢开，韩放，曹昉，杨以涵.电力市场概述期刊论文-电力技术，1995（3）2Daniel S. Kirschen, Goran Strbac .电力系统经济学原理.中国电力出版社，2011（3）