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能源安全与气候变化背景下的能源投资建模与应用研究

朱磊  
【摘要】:我国能源需求总量巨大且增长迅速,而能源资源禀赋限制使得能源安全问题日益突出,同时能源使用所造成的环境污染和温室气体排放问题也日益严峻,这两个问题交织在一起,使得我国未来面临的能源发展存在很大的不确定性。作为能源发展的重要先行活动,现有的能源投资评价方法和资源配置方式难以考察相关不确定性因素的存在对能源投资的影响,无法考虑能源投资中灵活性价值及其包含的战略性因素。合理有效的能源投资是我国应对能源和气候变化问题的重要途径。本文提出了复杂条件下能源投资评价的EIRP方法,结合我国的实际情况,在EIRP方法下通过构建能源投资评价模型,从海外石油资源投资和国内低碳能源投资评价两个方面展开了一系列研究。论文主要完成了以下几个方面的研究工作: (1)从能源投资问题出发,将实物期权(Real options)和投资组合理论(Portfolio theory)结合管理科学(运筹学)方法进行有机结合,应用到现实的能源投资评价(Energy investment evaluation)中,建立复杂条件下的能源投资建模分析框架和方法论EIRP (Energy Investment evaluation with Real options and Portfolio theory),作为本文研究的方法论基础。并在EIRP框架下进行了一系列的能源投资评价建模和方法研究。 (2)从石油资源投资价值角度出发,在EIRP框架下建立了海外石油资源国投资价值评价模型,用实物期权方法将不同资源国的税率、利率、石油开采成本、产量递减率等差异因素,以及石油价格、汇率的不确定性因素纳入到一个统一的分析框架中。并将投资环境因素的不确定性量化到投资评价模型中。通过定义海外石油投资期权价值指数,对不同国家的石油投资风险进行比较。应用此模型对中国海外石油投资进行分析,结果显示,中国现有海外油气业务大部分处于风险较大地区,未来要重点关注北美地区和亚太地区的国家。 (3)针对具体的海外石油资源投资项目评价,根据EIRP方法框架,建立了海外石油资源项目的投资评价模型。考虑到海外石油资源投资项目的复杂性和动态性,将实物期权方法与Monte Carlo模拟相结合进行建模并采用LSM (Least Square Monte-Carlo)方法求解。将此模型应用于某个资源国的石油项目的投资评价中,具体分析了各种因素变化对海外投资中不同类型油田估值的影响,并模拟了资源国不同的石油资源税制(阶梯产量共享、资源税、暴利税)对石油投资的影响。 (4)在海外石油资源投资评价的基础上,针对国内石油资源开发与进口策略安排,在EIRP方法框架下采用基于随机规划的动态资产配置方法,同时考虑国内开发、海外石油投资和石油贸易的成本和国际油价等不确定因素,构建了国内原油资源供给多阶段动态优化模型。通过模型计算得到了2011-2030年我国原油供给中国内生产、进口贸易与海外投资的份额比例,试图找到我国中长期石油供给成本与风险最小化的最优组合策略。 (5)在EIRP方法下,基于投资组合理论建立了国内发电组合的优化模型。将不同发电能源视为资产,从成本和风险两个角度出发,并将碳排放成本风险纳入考虑。通过均值-方差方法构建不同发电能源组合的成本和风险的组合有效前沿面,通过情景分析,讨论了限制碳排放、风电补贴以及限制核电等情景下的国内2020年发电组合的优化调整方向。并根据情景分析结果对未来国内发电组合的有效调整给出了政策建议。 (6)根据EIRP方法框架,将实物期权方法与Monte Carlo模拟相结合进行建模,建立了针对化石能源排放进行捕获的碳捕获与封存(CCS)技术投资评价模型。模型对采用CCS技术的火电替代现有火电而产生的相对现金流进行建模,得到电力企业在给定考察期内投资采用CCS技术的火电以替代现有火电可以带来的成本节约收益价值和相应的温室气体减排量。利用模型作为政策分析工具,对影响中国电力企业投资CCS技术的相关因素(碳价格机制、研发补贴、发电补贴等)进行了分析。并给出相应政策建议。 (7)针对国内实行的风电特许权机制,基于EIRP方法,在实物期权方法中引入不完全信息和抢滩博弈思想,建立了基于期权博弈的风电特许权项目评价模型。讨论在现有的特许权机制下,引入碳排放交易机制对风电投资的影响。模型分析了在未来碳价格存在不确定性的情况下,风电投资竞价机制会对投资者的竞价行为产生的影响,投资者最优投标价格的确定,其他竞标者的策略对竞标者存在影响时的影响,并给出了存在Bayesian Nash均衡时的最优投标价格。 (8)针对国内引进的第三代核电技术,根据EIRP方法框架,建立了基于实物期权和Monte Carlo模拟的核电项目投资评价模型。通过概率突发事件建模将核电安全事故风险和损失纳入核电估值,考虑了三种等级的核安全突发事件影响。根据现有国内第三代核电项目数据分析了三种电价机制(固定电价、固定增长电价和市场化电价)、两种CDM机制(单边CDM和双边CDM)对第三代核电投资的影响,并对第三代核电理想的投资成本水平进行了分析。


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