基于实物期权的碳税政策对CCS项目投资决策影响研究

1、基于实物期权的碳税政策对ccs项目投资决策影响研宄摘要全球变暖对人类的生存和发展造成了巨 大的威胁。作为一个崛起中的大国，节能减排、保护 环境是中国不可避免的责任更是可持续发展的要求。 碳捕集与封存（ccs）技术可以实现短期大量减排，受 到各国重视。ccs项目具有不确定性，投资者在投资 过程中具有较高的决策灵活性。本文在考虑ccs投资 特点的基础上，建立了基于实物期权ccs项目投资决 策模型。大量研宄表明碳排放政策是影响投资者决策 的重要因素，本文设定税率为政策变量，给出了包含 推迟期权价值的ccs项目价值函数。假设使得ccs项 目价值为正的最低税率是最佳的税率。以项目价值函 数等于零为临界条

2、件求解模型得到临界税率与其他技 术经济变量的隐函数。最后，本文结合案例用数值仿 真的方法研宄了各技术经济变量对临界税率的影响。 发现税收政策的有效性主要受到碳交易价格、无风险 利率以及ccs项目的投资额的影响。最后根据研宄发 现提出了政策建议。关键词碳捕集与封存；实物期权；碳排放税；投资决策中图分类号f27文献标识码a文章编号 1002-2104 (2015) 09-0013-08 doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2015.09.003在全球共同应对气候变化的背景下，特别是2006 年ipcc发布ccs技术特别报告以来，碳捕集与封存 (carbon capture a

3、nd storage,简称 ccs)被看作一种 重要的温室气体减排方案，受到广泛关注。碳收集与封存(ccs)技术可以将工厂产生的c02 收集并长期封存，避免其进入到大气中。这一方法可 以在短期内实现大量减排，其发展得到了各国政府的 重视，尤其对拥有大量燃煤电站的国家而言，更具吸 引力。2011年国际能源署(iea)公布的最低成本温 室气体减排路径中预测在2020年到2050年之间，碳 捕集与封存(ccs)技术将重要的作用。但ccs项目具有高不确定性的特征，项目的价值 受到碳价波动、成本、政策变化等不确定性的影响。 至2011年，全球捕获量在80万t以上的煤电厂项目 和40万t以上的大型整体碳捕

4、获与封存项目达到74 个，但是只有8个进入运营阶段1。研究者和政策制 定者广泛认同碳排放政策对ccs项目有着决定性的影 响。碳税政策是最重要的排放政策之一，税收政策会对ccs项目的投资产生什么影响？如何制定税收政策 可以有效促进投资进而实现低成本的减排？本文将从 投资者的柔性投资策略视角出发，基于实物期权的方 法对上述问题进行了探讨。1文献综述ccs项目具有不确定性，投资者需要充分考虑柔 性决策和不确定性因素，传统投资决策分析框架难以 适用。由stewart myer于1997年提出的实物期权方法 将柔性投资策略的价值用期权的形式量化，更适合分 析该类决策问题。一些学者运用实物期权的方法从不

5、同角度研宄了 ccs项目投资决策的问题，现有研究普 遍考虑了 ccs项目投资的推迟期权。ccs项目的不确 定来源包括碳交易价格波动、其他副产品价格波动、 技术、成本以及政策的不确定性等。由于碳市场的兴 起，碳价格的波动对ccs项目的投资决策影响一直受 到广泛关注。例如laurikka用模拟的方法研究了电价、 燃料价格和碳排放价格随机变化情况下的igcc(integrated coal gasification combined cycle)电厂项目 的实物期权3。yang et al.的实物期权研究考虑了天然 气、煤电和核电三种电厂，将能源价格和c02价格作 为随机变量4。碳市场的产生和兴起使

6、得ccs项目的 商业价值一度上升。然而在2009-2013年，由于国际 金融危机的冲击，碳市场价格连续下跌。pointcarbon 数据显示，2013年7月至9月间每吨c02价格从最高 超过13欧元八下跌到0.7欧元八以下。为此很多ccs 项目被迫放弃或者暂停。在此情况下，政策的作用显得尤其重要。近五年 内的研究中，学者们开始关注到碳排放政策对投资者 决策的影响。zhou w等人考虑了不同政策环境下ccs 项目含有的推迟期权，发现厂家在较明确的碳政策下 倾向于较早投资5。oda j和akimoto k.考虑了在原有 煤电厂的基础上建立ccs项目的推迟期权，给出了期 权的价值。发现二氧化碳的价格

7、和排放政策的决定性 是影响投资者决策的主要因素6。在运用实物期权方法研宄ccs项目的投资决策方 面，现有文献大量探讨了各方面不确定性对投资决策 的影响，包括各因素的敏感性分析、投资者进入时点 等。研宄基本一致表明碳排放政策对ccs项目的投资 决策有着非常大的影响。但是对于具体的政策形式及 其作用机理并没有明确深入的探讨。征收碳税是最典 型也最重要的碳排放政策。在碳税的征收问题上，曹 静研究了基于碳排放权交易的碳税机制优缺点，提出 碳税政策更适合当期中国国情，认为在50元/t到200 元/t的碳税水平下，如果采取用碳税税收减征其他税 种的中性税收方案，则对gdp的影响较小9。姚昕通 过求解在增长

8、约束下基于福利最大化的动态最优碳税， 提出递增的碳税征收方式。认为到2020年，最优碳税 可以达到57.61元八10。朱永彬等运用可计算一般均 衡模型(cge)研究了碳税从20元/t增加到100元/t 对产出物和各主要行业的影响。但是并没有提出建议 的税率水平11。综上，现有ccs项目的投资决策研究缺乏对碳税 政策的详细探讨。在碳税政策方面的研宄则多基于宏 观经济视角，而很少考虑投资者微观决策的影响。这 样确定的税率可能并不能有效促进投资者或者运营者 减排。国内目前并未开征碳税，但对该问题的讨论己 经持续多年。在未明确的碳排放政策下，ccs的商业 价值前景并不明晰。投资者的选择往往是长期推迟投

9、 资，甚至根本不投资。既然碳税政策是影响投资策略 的重要因素，就有必要进一步研究其具体影响和作用 机制。本文试图探讨如何制定税收政策以促进私人部 门投资ccs项目从而达到减排目标。2模型建立ccs项目在原有排放主体的基础上改造加装捕获装置，其收益来源包括碳排放额 度交易、二氧化碳驱油、税收的减少效益以及其他副 产品的收入。ccs的投资价值可以表示为ccs系统带 来的收益减去其增量投资成本并加上所含实物期权的 价值。本文仅考虑碳交易的收入和碳税的减少带来的 收益。认为当ccs项目价值大于零时投资者将会选择 投资；能够促使投资者选择投资ccs项目的税率是有 效的税率；税收应该尽量低以促进私人部门发

10、展；所 以最低的有效税率是最佳的税率。本部分将建立模型， 给出项目价值的表达式，得到最佳税率的隐函数。在 第三部分结合算例给出可以促使投资者投资ccs项目 的临界税率。最后用数值仿真的方法考察主要技术经 济变量对临界税率的影响，从而回答如何制定税收政 策才能更好地促进ccs项目的投资这一问题。2.1基本假设柔性投资策略下，项目价值为项目npv与实物期 权的价值之和。假设原排放主体（工厂）已经存在， 投资者可以选择项目生命周期中的任何时刻投资ccs 项目，对原工厂进行改造增加捕获装置，即对ccs项 目的投资存在推迟期权。延迟期权的定价采用看涨期 权的模型。在整个寿命期中投资者都可以选择增加投 资

11、ccs项目。本文假设ccs项目的收益包括两部分：投资捕获系统后获得的二氧化碳排放额度交易收入r、 实现减排后税收支出的减少tc。项目的支出则是捕获 系统的增量投资成本i。推迟投资的实物期权价值用c表示。ccs项目的价值可以表示为 v=npv+c=pv (r+tc) -i+c (1)pv (r+tc)表示运营期内各年碳交易收入和税收减税现金流的贴现值之和。税收政策通过税收变量tc影响投资者决策。税率越高，减排带来的减税效益越高，投资者越倾向于投 资ccs项目。当税率上升时上述ccs项目投资价值也 会上升，当项目价值大于零时，投资者的最佳选择是 投资ccs项目，我们可以认为此时的税收政策是“有 效

12、的”。然而税收会加重企业负担，一般认为低税收更 有利于私人部门发展。因此在碳税政策的制定上存在 权衡，好的税收政策应该足以迫使企业采取减排措施， 同时又不严重影响企业效益，即最优税率应该是最低 的“有效”税率。当税率上升时，v由负变正时的税 率可以理解为刚好可以促发投资的税率，也就是最低 的有效税率，在此称之为“临界税率”。所以该模型的 求解方向应该是寻找项目价值为零时的临界税率。本研宄的主要假设如下：(1) 排放主体己经存在，投资者面临的决策是: 是否投资改造工厂加装捕获装置；(2) 项目不可逆，即没有放弃期权；(3) 项目的收益不确定性来自于碳交易价格的波 动和政策的变化，这也是相关文献普

13、遍认可和采用的 最重要的不确定性来源；(4) ccs项目价值大于零时投资者就会选择投资， 否则不投资；(5) 无摩擦的世界，不考虑政策实施过程中的交 易成本。2.2定义模型变量与参数2.2.1项目基础数据ccs项目投资成本i;原排放主体二氧化碳排放量 为qe (每年)；碳捕集量用qc表示；假设碳交易价 格为pc，那么碳交易带来的增量净现金流为rc。2.2.4柔性投资策略与标的资产波动率根据基本假设，ccs项目柔性投资策略主要指推 迟投资，即投资者有权利在预期未来标的资产价值足 够高的时候选择“行权”进行投资。一般认为推迟期 权类似看涨期权。该模型下，投资者面临的柔性投资 策略是可以推迟ccs系

14、统的投资，如果选择投资，相 当于对看涨期权行权。在投资ccs项目后，投资者的 收益来自两方面，一方面是碳税的减少，另一方面是 通过减排得到的二氧化碳排放额度在碳市场上出售的 收益。看涨期权的标的资产就是上述两项收益之和的 贴现值，可以表示为，2.3基于实物期权的ccs项目的投资决策模型基本假设中已经提到，ccs项目的价值为项目净 现值npv与推迟期权价值c之和：v=c+npv (14)在以上变量定义的基础上，项目价值可以写为关 于税率t的函数。v =卩(qcpc+qct) -l+c (t) (15)其中：c (t)是实物期权的价值，也是t的函数， 其表达式已由式(10) - (13)给出。若c

15、cs项目的价值大于零，说明捕获系统给投资 者带来的收益大于成本，投资者将会选择投资ccs项 目。从税收政策的制定上来看，只要碳税的存在能够 有效促使投资者投资，政策就是有效的。在政策有效 的前提下，税率越低越有利于私人部门发展。所以当 其他参数确定时，最佳的税率就是刚好使ccs项目价 值大于零的税率。综上，该问题可以表述为：v =3 (qcpc+qct) -i+c ，(16)v 对于标的资产波动率的估计，选取“pointcarbon” 2009 年 3 月到 2013 年 9 月的 cdm 碳交易数据(见表1)。收入随碳价波动而波动。根据历史碳价的波动情况可以得到预期收入的波动率。图1显示了随

16、着税率的变化，ccs项目价值v的变化。随着税率提高，ccs项目的价值增加。28.04元 /t为临界的税率。所以在该案例下，能促使投资者投 资ccs项目的最低税率为28.04元/t。这与2010年环 保部部规划院课题组建议的20元/t的税率水平接近。 但是与国际上的碳税水平相比较低。由于这一税率是 “临界税率”，可以理解为刚好可以促使投资者投资的 税率，其水平偏低，实际中由于交易成本的存在，可 能需要更高的税率才能促使ccs项目的投资。税收政策需要制定统一、稳定的税率，所以政策 制定者更关注的是在各种技术经济变量变化时，最优 的政策应该如何制定。有必要进一步探讨各种技术经 济变量对临界税率的影响

17、。接下来基于案例对主要参 数进行数值仿真，考察其对政策制定的影响。3.3技术经济参数对临界税率的影响分析 ccs项目价值v等于零时可以找到临界税率。虽 然不能求到其解析解，但是临界税率可以写为多个参 数的隐函数。可见有效的政策应该是根据具体经济状 况、行业环境以及项目特征而制定的。在此有必要将 参数分为三类，第一类是宏观变量参数，或者叫做外 生变量，包括波动率。、无风险利率、碳交易价格pc。这一类变量只受宏观经济和行业状况影响，相对 稳定，不存在项目个体差异。其中pc也是柔性投资决 策下实物期权对应标的资产的不确定性来源。第二类 是微观项目参数，包括投资额i、项目寿命t、碳排放 量qe、捕获量

18、qc。这些参数因项目而易，并且各参 数之间存在一定内在联系：投资额较大的项目规模较 大，排放量和捕获量较大。所以第二类参数不适合单 独做敏感性分析。第三类参数是主观性参数，包括投 资者要求回报率和与之相关的中间变量0。将变量分 类和分析方法列表展示如表3。首先对宏观变量进行分析。基于matlabr2013a 平台，可以得到碳价格pc、波动率o和无风险利率r 与临界税率to的变化关系图。碳交易价格的波动是本 模型不确定性的唯一来源。图2显示了碳交易价格对 临界税率的影响以及不同价格水平下，波动率与临界 税率的关系。从(a)图中可以看到，碳交易价格对临 界税率有明显的影响，二者关系呈线性，碳交易价

19、格 越高，临界税率越低。在价格超过35兀/t后，临界税 率为零。事实上此时ccs项目带来的碳交易收入就足 以促使投资者选择投资ccs。图2 (b)显示在不同的价格水平下，随着波动率 的增加，临界税率都先上升后下降。并且不论碳价格 高低，变化的幅度都很小。波动率通过影响期权的价 格进而影响临界税率的值。可见在该模型下临界税率 对波动率的变化并不敏感。无风险利率一般不会超过5%，图3显示了随着无 风险利率的上升，临界税率从约34元/t下降到不到 26元/t。无风险利率上升会导致推迟期权的价格上升， 这是临界税率下降的直接原因。再考察微观变量对最优税率的影响。各类排放主 体因行业、技术特征等可能有不

20、同的寿命期。如图4 (a),可以看到在10年到50年的寿命期范围内寿命 较长的项目临界税率略有下降，其原因是寿命更长的 项目推迟期权的价值较高。寿命期从10年到50年的 范围内，临界税率下降了约10元八。图4 (b)显示了 ccs系统的投资额i与临界税率 的关系。投资i的单位为百万元，随着投资额上升， 临界税率近似线性上升。投资额与项目的规模和行业 有关，改变投资额意味着改变其他重要项目参数，例 如碳排放量，或者排放主体的类型不同。所以这里对 投资额变化引起的临界税率变化的探讨可以看作是由 于资本成本补贴政策引起的，也可以认为是因排放主 体的类型不同而造成的。假设政府采取资本成本补贴 的方式鼓

21、励ccs投资，随着补贴额度上升，对于投资者而言，投资额i将下降。不难理解，在有补贴政策 鼓励的情况下，投资者更加倾向于投资ccs项目，所 以促发投资所需要的临界税率降低。另外，不同类型 的排放主体在进行碳捕获改造时所需要的投资额不同， 这也会导致其对应的最佳税率有所差异。3.4数值仿真结果分析通过以上数值仿真分析，首先得到了特定参数下 的临界税率值，然后探讨了宏观和微观两类参数变化 对临界税率的影响。通过对各参数的数值仿真，在此 案例的技术经济参数下，发现：(1) 原排放主体的收益水平并不会影响临界税率， 即税收政策的有效性与运营商当前的盈利能力没有直 接的关系。(2) 碳价是影响临界税率的重

22、要因素。碳价格从 0元/t上升到30元/t的过程中，最佳税率的变化超过 了 30元/t。碳价高于35元/t时，临界税率为零，即 使不征收碳税，企业也会选择投资ccs项目。(3) 碳价格的波动率对临界税率的影响较小。当 碳市场不确定性增加，波动率上升时，临界税率出现 先上升后下降的现象，但是上升和下降的幅度都很小。(4) 无风险利率对临界税率有比较明显的影响。 在一般认为无风险利率的可能范围内，不论碳价格的高低，最优税率总是随着利率升高而下降，下降的幅 度在10元/t左右。利率升高一方面会使项目现金流的 现值下降，另一方面使推迟期权价值升高。其综合的 影响是使得ccs项目的价值升高，从而使临界税

23、率下 降。另外，在低利率的区间内对临界税率的影响更加 明显。(5) 项目寿命对税率的影响较小。一般ccs项目 的寿命不会超过50年，在寿命期从10年增加到50 年的过程中，最优税率变化了不到十元每吨。(6) 投资额i对临界税率有明显的影响。i的变化可能由成本补贴引起，成本补贴可以在不影响其他 变量的情况下减小投资额i。补贴和碳税是两类不同的 政策形式，增加税收或者增加补贴都可以促使企业投 资减排项目。所以当政府对企业补贴力度加大时，促 使企业投资ccs项目所需要的临界税率降低。i也可能 因排放主体类型而不同，不同行业、不同类型的排放 主体对应的最优税率可能不同。4结论及建议为研宄税收政策对cc

24、s项目投资决策的影响，本 文首先给出了包含推迟期权价值的ccs项目价值函数， 该函数以税率为自变量。在本文的假设下，使得ccs 项目价值为正的最低税率是最佳的税率。因此以项目 价值函数等于零为临界条件求解得到了临界税率的方程。该方程是临界税率与其他技术经济变量的隐函数。 在此基础上，本文结合案例用数值仿真的方法研宄了 各技术经济变量对临界税率的影响。发现能有效促进 投资者投资的税率水平主要受到碳交易价格、无风险 利率以及ccs项目的投资额的影响。在数值仿真的过程中，技术经济变量的值全部基 于真实市场状况和行业一般水平估计和选取，并不影 响模型的一般性。宏观变量中，碳价格是影响临界税 率的重要因

25、素，其次是无风险利率，波动率对临界税 率的影响相对较小。在对微观变量的探讨中发现，项 目的寿命期对最优税率影响较小；ccs项目投资额的 变化可以作为补贴政策变化或者排放主体种类不同的 代表。本文第三部分的发现可以作为税收政策设计的 有力参考。至此，可以回答本文开篇提出的问题，如何制定 税收政策可以促使企业投资ccs项目：(1) 要制定能够有效的税率，政策制定者应该重 点关注碳交易价格、低水平下的无风险利率变动以及 补贴政策与税收政策的互动。现有工厂的收益水平、 碳市场价格的波动率和项目的寿命期并不会对政策的 效果产生大的影响。(2) 货币供给充足，市场利率水平走低时，推迟 期权的价值降低，需要

26、较高的税率才能促发投资。反 之有效的税率水平较低。(3) 通过鼓励ccs项目的产品销售，征收低税率 甚至零税率就可以促发投资。前述案例中，碳交易价 格高时，临界税率降低。更一般而言，ccs项目的收 益还可能涉及二氧化碳驱油(eor)、其他副产品的销 售等。所以税率制定者应该关注ccs项目产出品的收 益情况，鼓励其产出品的交易，为企业拓宽销售提供 便利。(4) 由于临界税率对ccs项目投资额变化敏感， 资本成本补贴的高低会直接影响到税收政策的有效性。 但是原工厂的净现金流与临界税率无关，所以对项目 现金流的补贴(如运营成本、商品价格补贴)并不能 直接影响到税收政策的有效性。需要说明的是本文的 研

27、宄是从税率设计的角度出发，认为商品价格、运营 成本补贴一类政策对税收政策的有效性没有直接的影 响，并不代表此类政策对ccs项目没有促进作用。事 实上对投资ccs项目的运营商进行任何形式的补贴都 有促进其投资的作用，只不过对资本成本的补贴可以 降低促发投资所需要征收的碳税。从直观上理解，对 投资额的补贴与企业的规模有关，进而与减排量有关， 所以与税收存在互动关系。然而对运营方面的补贴则不存在这一关系。(5) 排放主体的工厂类型、技术特点不同可能导 致其捕获装置的加装和改造成本不同，由于投资额是 因素税收政策有效性的重要因素，碳税的制定可能需 要因行业和工厂类型有所区别。对于ccs系统投资额 较高

28、的排放主体，需要征收更高的碳税才能促使其投 资。(编辑：徐天祥)参考文献(references)ljgiobal ccs institute.the global status of ccs： 2011r.canberra： global ccs institute， 2011.2 global ccs institute.the global status of ccs： 2012r.canberra： global ccs institute， 2012.3 laurikka h. option value of gasificationtechnology within an emiss

29、ions trading scheme j. energy policy，2006，34 (18)：3916-3928.4 yang m, blyth w，bradley r, et al. evaluatingthe power investment options with uncertainty in climate policy j. energy economics, 2008,30 (4)：1933-1950.5 zhou w， zhu b, fuss s， et al. uncertainty modeling of ccs investment strategy in chinas powersector j. applied energy, 2010，87(7): 2392-2400.6 oda j, akimoto k. an analysis of ccsinvestment under uncertainty j. energy procedia, 2011，4：1997-2004.7 zhu l, fan y. a real optionsbased ccs