（电力系统及其自动化专业论文）期权理论在电力投资中的应用研究.pdf

硕十学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e r e g u l a t i o no ft h ee l e c t r i c i t yi n d u s t r yo ft h em a r k e t i n gr e f o r m ，s o m e f i n a n c i a ld e r i v a t i v e s ，i np a r t i c u l a rt h eo p t i o nt h e o r yw a si n t r o d u c e di n t ot h ee l e c t r i c a l i n v e s t m e n tm e c h a n i s m ，a sw e l la st h ed e c i s i o n m a k i n g c o n s i d e rt h et h r e ef a c t o r s g i v e na sb e l o w ：g e n e r a t i n gi n v e s t m e n tw i l lb em o r e d e c e n t r a l i z e da n dd i v e r s i f i e d ；t h e r ee x i s tal o to fu n c e r t a i n t i e si ne l e c t r i c i t vm a r k e t ： t h eg e n e r a t i n gi n v e s t m e n tm e c h a n i s mi s c a p i t a l i n t e n s i v e a n di r r e v e r s i b l e ，i t s i m p o r t a n tf o rt h eg e n e r a t i n gi n v e s t se n t e r st os e l e c tt h ei n v e s t m e n tt i m i n g i nt h i s p a p e r ， w e a n a l y z e d t h es t a t u so ft r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t su n d e rt h em a r k e t e n v i r o n m e n t ， s p e c i f i c a l l yd i s c u s s e dt h er e s e a r c ho ft h eg e n e r a t i n gi n v e s t m e n t d e c i s i o n m a k i n g ，a p p l i e d t h er e a l o p t i o n st h e o r y t o g e n e r a t i n g i n v e s t m e n t d e c i s i o n n l a k i n g ，a n de s t a b l i s h e dt h er e a lo p t i o n sm o d e lb a s e do nn u m e r i c a lm e t h o d s f o rd e l a yd e c i s i o no fg e n e r a t i n gi n v e s t m e n tp r o j e c t s t h em o d e l t a k e si n t oa c c o u n tt h e v a l u eo ft h ei n v e s t m e n tn e x i b i l i t y ；t oac e r t a i ne x t e n t ，w ec a na v o i dt h es h o r t c o m i n g o fju d g i n gr e a l o p t i o nv a l u es u b je c t i v e l yc a u s e db yr e l y i n go nt h en e tp r e s e n ti n t r a d i t i o n a lm e t h o do fg e n e r a t i n gi n v e s t m e n t d e c i s i o n m a k i n ga n dm a k eam o r e r e a s o n a b l ej n v e s t m e n td e c i s i o n f i n a n c i a lt r a n s m i s s i o no p t i o n sg i v ei t so w n e rt h er i g h tt oo b t a i nt h ep r o c e e d s ( o r e x p e n d i t u r e )c o r r e s p o n d i n gt ot h ep r i c es p r e a d sb e t w e e nt h ed e s i g n a t e de n e r g y i n j e c t i o nn o d ea n do u t n o wn o d e ，w h i c hr e n e c t st h eo p p o r t u n i t yc o s to ft r a n s m i s s i o n a n dt h es c a r c i t yo ft r a n s m i s s i o nr e s o u r c e ，a sw e l la st h ep o t e n t i a li n c e n t i v er e l a t i o n s b e t w e e nf i n a n c i a lt r a n s m i s s i o no p t i o n sa n dt h ee x p a n s i o no fp o w e rt r a n s m i s s i o n n e t w o r k t h i s p a p e ra n a l y z e d t h es t a t u so ft r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t su n d e rt h e e l e c t r i c i t y m a r k e te n v i r o n m e n t ， d i s c u s s e dt h er e s e a r c hs t a t u so ft h ei n c e n t i v e m e c h a n i s mo ft r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t o nt h i sb a s i s ，i nt h i sp a p e rw ed i s c u s s e dt h e i n c e n t i v e so f6 n a n c i a lt r a n s m i s s i o no p t i o n st ot r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t ，a sw e u a si t s i n h e r e n tl i m i t a t i o n s a t l a s t ， t h ei m p l e m e n t a t i o np r i n c i p l e sa n dm e c h a n i s m so f 1 0 n g t e r mf i n a n c i a lt r a n s m i s s i o no p t i o n si nt r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n ti n c e n t i v e sw a s p r e s e n t e d ；t h ed i v e r s i f i c a t i o nt r e n da n da p p l i c a t i o nt r e n do ft r a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t w a ss u m m a r i z e d k e yw o r d s ：f i n a n c i a ld e r i v a t i v e s ； o p t i o n st h e o r y ；t r a n s m i s s i o n0 p t i o n s ； r e a l o p t i o n sa p p r o a c h ； g e n e r a t i n gi n v e s t m e n t ；t t a n s m i s s i o ni n v e s t m e n t i i i 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成 果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表 或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：包 日期：劢。缉r 月如日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖 南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：包砷 导师签名：兆建劂 日期：钿口占年r 月知日 日期：矿年岁月为日 硕上学位论文 第1 章绪论 1 1 电力工业改革背景 1 1 1 国外改革概况 2 0 世纪8 0 年代末期，从英国开始，世界上许多国家都纷纷对本国电力产业 进行了以放松管制、引入竞争为主要内容的改革与重组。改革的短期目标就是提 升电力产业的短期效率，即确保上网电价和输电电价能够提供正确的引导、调节 信号，以使现有生产能力即现有装机容量和输电网络资源能够得到最有效率的配 置和利用。长期目标就是提升电力产业长期效率和创新效率，在竞争和不确定的 市场环境下保证总发电、输电容量处于一种比较合理的水平，避免电力投资的大 起大落，并且能够促进电力产业的技术进步。改革放松了对电力企业的管制使得 电力产业重构，将传统垂直一体化运行的电力工业进行分解，在具有竞争潜质的 环节引入市场机制形成可竞争市场。期望通过市场竞争来实现资源的优化配置， 促进电力工业长期持续稳定的发展。 实行电力市场可促使电力企业从市场竞争中寻找契机、吸引投资、改进技术、 提高生产效率，从而弱化政府行为，减轻国家的财政负担；可促使电力企业优化 资源配置，降低能耗，减少成本，节约资源；可促使电力企业深化改革，为广大 用户提供低价、优质、高效的用电服务；同时，还能有效地挖掘设备潜力，提高 资源的有效利用率。 改革的主要内容有：政企分开，引入竞争机制；建立电力商品市场，将发电、 输电、配电、售电环节相分离；建立合适的市场交易模式，减少中间环节，努力 降低成本；改善服务质量，提高经济效益等。 在电力市场改革过程中，各国根据本国的国情和市场竞争的需要采用了不同 的模式，主要有以下四种： 1 垂直垄断模式，发电、输电、配电、售电垂直一体化。 2 发电市场竞争模式，仅开放发电市场，由单一买方向多家发电企业买电， 但地区内输电与配电仍然垄断。 3 批发市场竞争模式，在开放发电领域的同时，允许配电公司选择供电伙伴， 但地区内配售电网络依然垄断。 4 零售模式，在批发市场竞争的基础上，进一步允许电力用户自由选择供电 商，输电和配电线路开放，配电业务与零售业务分离，零售业务是竞争性的。 当然，由于各国的电力市场化改革时间比较短，没有通用的成功模式可以借 期权理论在电力投资中的应用研究 鉴，都是在摸索中前进，不可避免地会碰到一些挫折，如美国加州的电力市场从 2 0 0 0 年6 月起在相当长的一段时间内出现了批发电价飞涨，分区轮流停电，公用 电力公司申请破产的现象，致使政府不得不穗面干预秘3 。英国从1 9 9 0 年在英格兰、 威尔士开始执行单一购买机构电力库的方案，由于存在着缺乏竞争、易受操纵等 问题，在英国实施电力工业私有化改革以来，发电成本下降了2 5 一4 0 ，但终端 用户电价并没有下降，是一种不成功的改革方案，英圈在2 0 0 1 年宣布实行以期货 交易为主的薪市场交易方案。可见，各国的电力市场化改革并不是一率凡风顺的， 但可以肯定的是改革己在不同程度上改善了这些国家电力行业的发展建设，电力 市场化将成为全球电力行业的发展趋势。 1 1 2 国内改革概况 我国于1 9 9 8 年底对六个省( 市) 进行电力市场的试点工作，实施“厂网分开， 竞价上网和建立相应的技术支持系统，并确定浙江、上海、山东和东北的辽宁、 吉林、黑龙江六个电网作为试点单位。 2 0 0 2 年底，国家电力公司解体，两家电网公司和五大发电集团正式成立，其 中两家电网公司包括国家电网公司、中国南方电网有限责任公司，五大发电集团 包括中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团 公司和中豳电力投资集豳公司，从而标志著中国电力工业出现了实质性的体制变 革，中央电力资产在产权关系上基本实现了“厂网分开 。 2 0 0 3 年，华东、东北区域电网公司成立。南方互联电网的商业化运营为我国 电力市场的实施提供了宝贵的经验：南方电力联营公司是中央和广东、广西、贵 州、云南疆省( 区) 联合办电，进行独立核算、自负盈亏、离主经营的经济实体。 由于南方联营公司与4 省( 区) 电力公司之闻没有其它网省局之间的上下级关系， 而只有利益关系，担当各省区之间的电力贸易任务，这就为电力市场的形成提供 了客观条件。几年来，随着运行经验的不断积累以及相关政策的不断完善，整 套电网商业化运营机制已逐渐成熟，南方电网商进化运营的具体内容包括：交易 合同与交易计划的制订、采集与计量、交易结算等。 2 0 0 3 年国家电监会在下发的关于建立东北区域电力市场的意见中勾勒出 东北区域电力市场的远期目标：在售电端引入竞争机制，实现所有市场主体参与 的全面竞争，建立电力期货、期权等电力金融市场。这是对电力市场改革的有益 探索。国家电监会指出，东北区域电力市场作为电力改革的试点，其期货、期权 市场建设的成功与否将在很大程度上影响今后全国电力金融市场的建设进度。这 是我丽推进区域电力市场的第一个指导性意见，意味着东北电力市场整合的开始， 也是我国未来竞争机制下电力体制市场化架构的初步构想。目前，改革主体框架 已初步建立，国家电力监管委员会、国家和南方二大电网公司、五大发电集团和 硕士学位论文 四大辅业集团均己挂牌成立。 1 2 期权理论概况 1 2 1 金融期权 作为一种金融衍生工具，期权( o p t i o n ) 是一种可在未来生效的选择权利，它 赋与其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 3 ，4 ，是一种权利合约。这种资产称为基础资产，在期权合约中所规 定的购买或出售基础资产的价格称为期权的执行价格，期权的最后有效日期称为 期权的到期日，期权的买卖双方购买或出售期权合约的价格称为期权权利金。 每份期权合约都有买方和卖方，但是买卖双方的权利和义务并不相等。期权 的购买者在付给出售者一定数量的期权权利金，即以该价格买入期权以后，就获 得了买入或者卖出合约基础资产的权利，但是到期时购买者并没有必须履行该权 利的义务，如果市场变化向有利于购买者的方向发展，购买者可以放弃而不行使 该权利；对于期权的出售者来说，则只有义务而无自由选择的权利，这与远期合 约和期货合约中买卖双方到期都必须履约是完全不同的，期权合约中的买方有权 利而无义务，卖方则只有义务而无权利。 期权的基本类型：期权可以分为看涨期权和看跌期权。前者又称为买入期权， 其持有者享有以履行价购买某种资产的权利。后者又称为卖出期权，其持有者享 有以履行价出售某种资产的权利。如期权合约中规定其持有者只能在到期日行使 权利，则这种期权称为欧式期权；如果其持有者可以在到期日之前的任何时间行 使权利，则这种期权称为美式期权，在交易所中交易的大部分是后者。 期权的处理：期货合约持有者只有选择平仓或者交割实际商品，而期权合约 持有者还有一种选择：如果期货价格的变化不利于期权持有者执行期权合约，购 买者可以让他们的期权合约到期失效。 期权的基本参数包括：标的资产( 如股票、债券等) ；执行价格或约定价格l ； 到期日权利金d ( 即为获得期权，而向合同对方支付的费用) 。以股票买权为例， 假设在股票市场上，投资者认为某支股票是看涨的，就可以在期权交易市场上， 以一定的价格购买该股票的一个买权，在期权规定的到期日，如果股票价格确实 上涨了，显然最优决策应该是执行期权，也就是以相对比较低的约定价格购买股 票，然后以相对较高的市场价出售，从中获利。相反，在期权到期日，股票价格 也有可能是下跌的，此时最优的决策是不执行期权。从这一过程我们可以看出， 期权的价值是不对称的，也就是说，当股票价格上涨的时候，期权的盈利也是增 加的，但是当股价下跌的时候，期权的损失是一个固定的值，也就是购买期权所 期权理论在电力投资中的应用研究 付出的权利金。而如果直接购买股票的话，实现的盈利是对称的，股价上涨越多， 盈利越多，股价下跌越多，损失也越大，如图1 1 所示。可见，通过期权这种金 融工具，人们可以根据市场条件的变化采取不同的行动，从而，既可以实现高利 润，又可以避免市场风险，这就是期权的灵活性价值。 盈 利 ， ， 期 ， 权 股， 票 ， ， | f ， ， ， ，l 7 ， 口r l 肌 ，凡k l ，i 图1 1 期权价值的不对称性 1 2 2 实物期权 与金融投资类似，项目投资中同样存在类似的选择权。决策者可根据环境的 变化做出不同的选择，如当前的市场情形较预期好时选择继续或扩大投资，反之 则缩小或放弃投资。正是基于项鹭投资与金融投资之闻的这种对应关系，人能开 始考虑用相对成熟的期权理论来分析实物投资项目，从而将实际投资项目看作现 金流和一系列期权的组合3 ，对项目投资进行定量分析就转化为对现金流和系列 期权的定价分析。这种将实物项西与金融期权结合的分析方法就被称为实物期权 法，瑟瑟r o a ( r e a 王0 p 专i o 瓣s 矗p p r o a e h ，简写为r 0 鑫) 。 期权可以使其持有者在避免标的资产价值风险产生的不利后果的同时利用其 有利的变动趋势，这种收益和损失的不对等性形成了期权的价值内涵，既保证了 高风险所带来的高收益，又能将损失控制在一定程度内。实物期权r o a 借鉴了期 权的思想，将人们在实际决策过程中所具有的灵活性用期粳模型来表示，并能准 确给出这种灵活性的价值。按照r o a 法的思想，假定决策者能够辨明和使用决策 过程中的“期权 ，则增加的不确定性能够带来更高的价值，如图1 2 所示。 硕十学位论文 价 值 活性 价值 不确定性 图1 2 项目价值与不确定性 在投资和回报都相同的情况下，人们更愿意选择那些具有灵活性的项目，这 实际上是因为这种灵活性本身就是一种有价值的期权。 1 3 本文主要内容 本文详细分析了电力市场环境下发输电投资的现状，概况介绍了期权理论在 输电以及发电投资中的一些应用，并利用数值方法架构了发电投资决策的实物期 权方法，还探讨了金融输电权对于输电投资的激励作用以及输电权在输电投资激 励中的实施原则以及机制。文章具体研究主要由以下几个部分组成。 第一章：绪论，该部分简单介绍了电力工业改革的相关的背景和期权理论的 概况以及本文的主要工作。 第二章：本章介绍了国内外电力市场环境下发电投资的形势，分析了发电投 资决策的研究概况。 第三章：本章介绍了国内外电力市场环境下输电投资的形势，输电投资激励 机制的研究概况，并对我国输电投资的多元化的趋势进行了分析。 第四章：本章概述了实物期权在发电投资决策中的应用情况，将实物期权方 法( r o a r e a lo p t i o n sa p p r o a c h ) 应用于市场环境下的发电投资决策中，建立了基 于数值方法的发电投资r o a 方法决策模型。 第五章：本章介绍了金融输电权及物理输电权的概念，提出了输电权在输电 投资中的可行的激励机制，讨论了输电权在输电投资激励方面存在的局限性，并 具体探讨了输电权在输电投资激励中的实施原则及机制，最后简单分析了我国输 电权的应用的趋势。 期权理论在电力投资中的庞罱研究 第2 章发电投资形势及决策研究概况 2 。l 发电投资形势 2 1 1 电力体制对投资决策的影响 在传统垂直管理的电力工业中，发电、输毫和配电作为一个整体向用户供电， 电力投资的主体只有一个，即电力公司，电力公司需要保证系统的安全可靠运行， 提供充足的发电容量，政府或其委任的监管机构保证发电投资的收回和合理的投 资回报。 但在电力市场环境下，发电公司成为自负盈亏、独立经营的实体，这样，它 们更多地以自身盈利最大为舀标，而较少考虑整个系统的充裕性和可靠性，对新 增发电容量也没有统一的规划，发电公司由于不能保证其投资的回收和合理的投 资回报，也就不在承担保证充足电力供应的责任。 电力工业的市场化改革的主要特征之一为厂网分离，传统的、由垂直垄断的 电力公司基于负荷预测、失负荷概率( 0 l p ) 和失负荷价值( v o l l ) 进行的统一发电 规划在电力市场环境下烽不复存在，电力市场改革的过程中，不同的市场成员或 利益主体所追求的目标各不相同：政府的目标是傈障资源优化配置和国民经济可 持续发展的宏观战略计划；电力公司的目标是自身利润最大化，并力图通过各种 手段保持在市场竞争中的有利地位；消费者的舀标是能购买到价格低廉、安全、 可靠的电力，同时能获得优质服务；环保机构的豳标是控制电力企业造成的环境 污染，保持生态平衡；电力监管机构的目标是通过竞争实现最优选择和市场均衡， 通过监管实现整体利益和价值的最大化。 表2 1 列出了不同电力体制对发电投资决策的影响。 表2 1 不同电力体制对发电投姿决策的影响 项爵传统电力体制电力市场环境 承担傈证发电容量充裕性责任的主体电力公司政府或监管机构 市场环境管制的、垂商垄断的竞争的 发电投资决策的制定方法集中的分散的 投资决策制定的疆标总成本最小收益最大仡 投资者的收益由监管机构确定的投资回报率风险收益 发电投资决策面临着更多的不确定性因素以及由此带来的风险，如电价变化 的不确定性、负荷增长的不确定性、监管政策的变化、燃料价格的波动以及监管 政策的变化等。同时，投资者在制定发电投资决策时也面临着市场中其它竞争对 手发电投资的威胁，且这些对手的发电投资规模和投资时间也是不确定的。传统 硕士学位论文 的电力工业不同，发电投资风险完全由投资者自己承担，政府不再保证投资成本 的回收。 表2 2 列出了电力市场化改革对发电容量充裕性以及发电投资决策的影响。 表2 2 发电投资面临的不确定性分析 不确定性可能导致的问题 建造阶段 建造成本建造成本高 建造时间建造时间过长；需外购电力以满足本地需求 财务融资成本高 运营阶段 市场需求经济增长乏力；电力需求小于预期 市场竞争主要的电力用户转向其他发电商 市场价格 电价水平低 运行与维护成本劳动力成本和原材料成本高 燃料供给及成本燃料价格高；燃料供应不足或供应不及时 财务风险资产回报率低于预期；资产结构不合理 政策与环境 管制政策规制导致更高的成本；行政程序导致的迟延；税负增加 环境政策环境政策趋于严格；环境评估推则变化 土地政策 土地政策或土地利用规划变更使得原来电厂建设不合法 素的影 响就成为待解决的重要问题。 2 1 2 国外发电投资形势 纵观国际电力产业改革的效果，大多数国家在提升短期效率、实现短期目标 方面取得了一定的成效，但在提升电力市场长期效率、保障电力市场长期均衡方 面却乏善可陈。电力市场的设计者和研究者们似乎有意无意忽视了对长期目的， 尤其是竞争性电力市场条件下发电投资问题的研究，至少没有引起像短期目标那 样足够的重视。由于大多数发达国家在开放电力市场前一般都有比较多的备用容 量，这一忽略行为的后果最初并不明显。但随着改革的持续推进，许多国家( 地区) 都出现了投资萎缩、容量短缺和电价飞升的现象；一些国家( 地区) 的电力市场化 改革方案也因此被中止或搁置，如美国的加州、阿肯色州、亚利桑那州，加拿大 的安大略地区，澳大利亚的昆士兰地区，以及瑞士、泰国、多米尼加共和国等。 在美国，经历了9 0 年代的容量备用率持续下降之后，从2 0 0 0 年开始，各区域 电力市场普遍进入新一轮发电投资的繁荣期。在19 9 9 2 0 0 1 年底的三年间，全美电 力市场有4 4 亿千瓦的容量在建或拟建，预计到2 0 0 7 年底，全美发电总装机容量至 少将达到1 3 亿千瓦，上世纪8 0 年代容量普遍过剩的局面又将在全美各大电力市场 重演。容量备用率的起起落落，意味着电力供给与需求总是处于一种波动失衡状 期权理论在电力投资中的应用研究 态，电力产业效率难以保障，反过来又严重影响了短期效率和短期目标的实现。 尤其是近年来，美国加州、加拿大、西班牙、意大利、北欧以及新西兰等不断发 生的由长期发电容量不足导致的大停电事故，带来巨大的经济效率损失和恶劣的 社会政治影响，使得人们越来越关注电力长期效率，而不仅仅局限于短期均衡的 讨论。在其他一些已经运营的电力市场中，虽然没有出现象加州这样严重的电力 危机，但已显现出潜在的容量不足问题。 2 1 3 我国发电投资形势 当前，我国电力产业正处于市场化改革的初期，面临包括如何增进电力市场 效率，保证充足的发电容量等在内的许多问题。电力市场效率分为静态优化效率、 长期投资效率和创新效率。就重要性而言，后两者要高于前者，这是因为它们可 以使生产成本与交换成本得到更多的下降，从而可以带来更大的效率提升。发电 投资波动的过分剧烈与频繁，是电力产业缺乏长期效率的最直接体现。与其他行 业周期性问题相比，由于新建或扩建发电容量项目的投资巨大，因而发电投资过 于频繁或剧烈的周期性波动所带来的产业效率与社会福利损失更为巨大。在电力 产业管制放松，投资主体日益多元化，投资环境愈发不确定的市场化条件下，发 电投资波动的可能性增大，对电力产业长期效率的损害尤其需要关注。 在我国，对长期效率的漠视与长期效率的缺失也是当前电力市场存在的主要 问题之一。我国发电投资长期以来也处于“过热 与“过冷的失衡波动状态， 形成了自八十年代中期以来“紧缺一过剩一再紧缺一又将过剩”的循环怪圈。2 0 世纪 9 0 年代末，受1 9 9 7 年和1 9 9 8 年亚洲金融危机的影响，我国的经济增长速度明显放 慢、电力负荷的增长速度也随之下降，致使我国在制定电力“十五”发展规划时， 电源新建项目较少。然而，随着近年来我国经济的全面复苏，经济增长速度明显 加快，电力负荷也持续高速增长，导致我国出现了较为严重的发电容量不足的现 象。2 0 0 2 年我国的电力缺口是2 0 3 5 0 m w ，2 0 0 3 高达4 4 8 5 0 m w ，2 0 0 4 虽然情况有所好转， 但电力缺口仍有2 5 0 0 0 m w 左右，2 0 0 5 年第二季度的电力缺口在2 0 0 0 0 m w 以上，第三 季度的估计电力缺口在2 5 0 0 0 3 0 0 0 0 m w 左右。我国的大部分省份尤其是东部沿海经 济比较发达的地区，发生了不同程度的“电荒”现象阳1 。而2 0 0 4 年在建发电项目 总容量高达2 5 亿千瓦，占2 0 0 3 年底全部装机容量的7 1 8 ，2 0 0 4 和2 0 0 5 两年发电 装机分别增长5 0 5 5 万千瓦和6 5 0 0 万千瓦，截至2 0 0 5 年1 2 月2 9 日，我国总装机容量 已经超过5 亿千瓦。根据第七届中国经济学家论坛发布的经济蓝皮书预测，2 0 0 6 年我国电力供求可达到基本平衡，2 0 0 7 年又将出现过剩趋势。 在这一背景下，开展市场机制下电力投资的相关研究，成为实现电力改革长 期目标，增进电力市场长期效率的迫切需要。 8 硕士学位论文 2 2 发电投资决策研究现状 就电力市场环境下的发电投资问题，国内外已经做了不少研究工作，并取得 了一定的成果。文献 7 在比较了不同市场模式对发电投资决策以及投资风险的影 响的基础上，着重分析了电力市场化改革对我国发电投资所带来的影响。电力工 业的市场化改革使发电投资决策目标和决策方法发生了重大的改变，文献 8 分别 对截至2 0 0 4 年以前的国际上在传统体制下的电源规划方面的研究工作和在电力 市场环境下的发电投资决策方面的研究工作进行了比较详细的综述。以最大化投 资者在规划期内的发电投资的期望收益为目标，文献 9 ，1 0 建立了电力市场环境 下的发电投资决策模型，计及了负荷增长、电价变化、投资者的风险喜好程度、 其它投资者的竞争和市场机制( 是否具有容量回报机制) 等因素的影响，并采用随 机动态规划方法求解。假设所有发电投资者必须将自己的电源规划方案提交给监 管机构，而监管机构又需在对这些信息进行综合分析之后反馈给各个发电公司以 便于它们调整自己的投资计划，文献 1 1 构造了一个监管机构和所有发电公司之 间的信息交互机制以最优化整个系统的电源规划，并采用遗传算法( g a ) 进行求解。 然而，在实际运营的电力市场中，发电投资决策属于商业机密，不能强制其向监 管机构提交，故该方法难以实施。 电力工业市场化改革使发电投资决策目标和决策方法发生了重大的改变1 。 与传统体制下的电源规划方法相比，电力市场环境下的发电投资决策的主要区别 在于： 1 投资决策目标由最小化整个系统的总成本转变为投资者的投资收益最大 化； 2 投资者在进行投资决策时需要考虑市场中其它发电投资者的竞争； 3 投资者将面对比传统体制下更多的不确定性因素以及由此而带来的各种风 险，如：负荷增长的不确定性、电价的波动、监管政策的变化和燃料价格的波动 等。 针对电力市场环境下的发电投资决策问题，国内外研究者所提出方法大体上 可归为以下三大类： 2 2 1 基于传统优化算法的发电投资决策 该方法与传统体制下的电源规划方法相似。其基本思路为以最大化投资者的 投资收益为目标将发电投资决策问题表示为一个优化问题，并用传统的优化算法 进行求解。与传统体制下的电源规划所不同的是： 1 ) 模型中不再计及电力平衡约束和可靠性约束等传统电源规划模型中的一 些约束条件； 2 ) 必须计及市场环境下各种不确定性因素的影响。 期权理论在电力投资中的应用研究 该方法的主要缺点是难以考虑竞争对手的投资情况。 针对传统体制下的电源规划问题，国内外已经进行了大量研究，提出了许多 有价值的电源规划数学模型和求解方法。所提出的方法大体上可归为以下几类： 1 传统的数学优化方法，如动态规划法n 2 1 副、整数规划法，1 5 1 、多目标优化 法1 6 1 73 等； 2 人工智能方法，如专家系统m 3 、进化算法n 引、遗传算法呦吒6 1 免疫算法心7 2 引、 粒子群算法心9 j 、蚁群算法们等； 3 启发式方法3 引。 此外，随着对电源规划要求的不断提高和研究工作的不断深入，在原有的以 最小化总成本为目标的电源规划模型的基础上，电源决策中也考虑了越来越多的 其它相关因素的影响，如污染排放约束n3 | ，需求侧管理机制的影响6 1 7 1 和用户停 电损失约束4 1 等。 在一些国家或地区进行电力市场化改革的初期，还允许电力公司拥有部分发 电容量，并且监管机构也制定了相应的措施以强制电力公司公平的选择自己发电 或向独立电力供应商( i p p ) 购电，针对这种情况，以最大化自己的收益为目标，文 献 3 3 ，3 4 构造了电力公司的发电投资决策框架，计及了可靠性约束、c 0 2 排放限 制和i p p 运行决策等因素的影响，并分别采用动态规划方法和遗传算法进行求解。 假设所有发电投资者必须将自己的电源投资方案提交给监管机构，而监管机构又 需在对这些信息进行综合分析之后反馈给各个发电公司以便于它们调整自己的投 资计划，文献 1 1 构造了一个监管机构和所有发电公司之间的信息交互机制以最 优化整个系统的电源规划，并采用遗传算法进行求解。然而，在实际运营的电力 市场中，发电投资决策属于各个公司的商业秘密，不能强制其向监管机构提交， 故该方法实际上难以实施。以发电投资者的装机进度和规模以及融资结构作为决 策变量，以最合理的使用资金为目标，文献 3 5 ，3 6 建立了电力市场环境下火电厂 投资决策的数学模型，计及了决策者风险喜好程度的影响，并提出了一种基于分 解协调思想的启发式算法进行求解。针对以水电为主的智利电力市场，假定投资 者在制定投资决策时所面对的不确定性因素主要来自于未来可用水资源的变化的 情况下，文献 3 7 以最大化投资者的收益为目标构造了发电投资决策模型，并采 用动态规划方法求解。 2 2 2 基于实物期权的发电投资决策 自2 0 世纪7 0 年代以来，实物期权理论己被广泛应用于不确定性条件下的不 可逆投资项目的投资决策问题，并己被逐步应用于发电投资决策问题。实物期权 理论的基本思想是：在期权的有效期内，投资者可以在立即投资、等待或永远放 弃投资这三种选择中自由决策。d i x i t 和p i n d y c k 在文献 3 8 中指出，当投资者 硕士学位论文 投资于某一不可逆的投资项尽时，它实际上相当于执行了投资期权，同时也意味 着其放弃了通过等待来获得可能影响其投资愿望和时机的新信息的可能性，这样 当市场条件朝向对其不利的方向发展时也无法再放弃投资。这种损失的期权价值 实际上就是当前投资的机会成本，萁应该包含在投资成本中。传统的净现值法( 攥e 毛 p r e s e n tv a 王u e ，缩写为n p v ) 忽略了投资的这种机会成本，因此可能导致错误的 投资决策。 文献 3 9 分别采用几何布朗运动和均值回复运动模拟市场电价的变化过程， 在此基础上采用实物期权理论求得了实施投资的最优电价阂值，僵没有就采用两 种电价模型所得到的电价阈值差异过大的闷题给出合理的解释。以最大化期望的 净现值为目标，文献 4 0 建立了计及延迟期权价值和未来不确定性因素的发电投 资模型，并扼要介绍了延迟期权价值的计算方法，但是该文所提出的模型相当简 单，仅是对发电投资闷题所做的比较初步的探讨。针对传统发电规划方法难以处 理对决策灵活性要求的问题，文献 4 1 以实物期权价值表示发电投资项目的灵活 性价值，运用b l a c k s c h 0 1 e s ( b s ) 期权定价模型对发电项目的延迟投资决策进行 估价，其在相当程度上避免了传统的发电投资决策方法依赖项目的净现值而对诸 多实物期权价值只能凭主观判断蟪缺点，放丽可以做出更合理的投资决策。在假 设现有发电机组的价值随时间的变化符合几何布朗运动的前提下，文献 4 2 基于 实物期权理论构造了发电投资决策模型，计及了监管政策的变化和投资项豳半途 中止的残值等因素的影响，并在此基础上分析了机组市场价值变化的不确定性和 枫组建设周期对最优发电投资阂值的影响。文献 褐】利用实物期权理论构造了电 力市场环境下的小容量机组和大容量机组的选择决策分析框架，提出了相应的数 学模型和求解方法，分别求取了负荷平稳增长和随机增长两种情况下的两种机组 的最优投资的价格阈值，研究结果表明受电力市场环境各种不确定性因素的影响， 投资者更倾向于选择较为灵活的小容量机组以规避投资风险。在假设电价随时闻 的变化符合几何布朗运动的基础上，文献 4 4 利用实物期权理论对大小容量核电 机组的投资选择问题进行了分析，并研究了贴现率和电价波动率等因素对最优投 资的价格阂值进而机组类型选择的影响。 2 2 3 基于博弈论的发电投资决策 博奔论是关于包含相互依存情况下理性行为的研究，其主要研究两个或两个 以上有冲突个体在有相互作用的情况下如何进行各自的优化决策。应用这种方法 进行发电投资决策的主要步骤为：首先根据所研究的市场的结构构造个博弈模 型( 如n a s h 均衡模型、n a s h c o u r n o t 均衡模型以及s t a c k e l b e r g 均衡模型等) ， 然后寻求这些模型的均衡点，这些均衡点就对应予各个发电投资者的最优投资决 策。目蘸，国外有些学者已将博弈论应用于电力市场环境下的发电投资决策问题， 联权灌论在| 电力投资孛静应用研究 并发展了一些数学模型和求解方法。然而，就现有的研究成果来看，这类方法还 存在以下问题： 1 在已有的研究成果中，均假设了竞争对手的投资成本和运行成本为已知量， 然两，在电力市场环境下，发电公司的成本信息属于商业秘密，不会公之于众； 2 为迎合某些博弈论的方法，不得不对问题进行简化处理，例如为应用连续 博弈模型，不褥不把离散决策变量当作连续变量处理，这样通过求解均衡点而得 到的最优投资决策中通常会出现机组建设个数为非整数的情况，在这种情况下， 需要对发电投资决策进行适当的调整以符合电力投资的特征，但调整后的投资决 策一般不是最优的。 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，文献 4 5 ，4 6 基于n a s h c o u r n o t 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。 到目前为止，虽然电力市场环境下的发电投瓷的研究己经取褥了一些成果， 但是对于在发电投资决策中如何适当计及各种不确定性因素的影响以及如何评估 其它投资者的竞争影响等问题研究的还比较初步，还需要进行深入的研究。 硕士学位论文 第3 章输电投资形势及激励机制研究概况 3 1 输电投资形势 3 1 1 电力体制对输电投资的影响 在受管制的垄断环境下，垂直统一的电力企业有责任满足所有现有和未来用 户的负荷需求。电力企业对发电、输电、配电和用户服务业务的各个方面负责， 各个环节运作的共同目标是以稳定、合理的收费可靠地满足用户的需求。它预测 未来的负荷需求，进行发电和输电扩展规划并执行经审批的规划方案以满足所预 测的负荷增长的需要。它可以获取最多等于被允许的投资回报率的利润，但必须 满足管制要求并通过审核。 在电力工业重组后，输电系统的功能扩展了，超出了过去连接发电和负荷与 提高供电可靠性的作用。互联使更多的发电容量可以在一个大范围的市场中竞争 以供应组合负荷，从而减少了阻塞成本、促进了资源优化配置、提高了经济效率。 输电能力不足引起的输电瓶颈使处于电网特定位置的发电商可以在局部市场中行 使市场力，而充裕的输电容量则可通过增加可输送到用户的总供电容量、降低任 何一个市场参与者的市场份额和增加用户可选择的发电商的数目来提高市场的竞 争、减少市场力。此外，输电环节的组织结构也受到了冲击。电力工业改革的一 个基本指导原则是尽可能地提倡竞争和由市场定价，仅在必要时方通过管制手段 来控制自然垄断和提供适当的激励以引导市场参与者的有效率行为h ”。在这一基 本理念的指导下，基于市场的输电投资规划被认为是可能的，尽管一定范围或一 定程度的管制仍然是必要的。 所有这些都给输电投资规划问题带来了新的挑战。 1 不确定因素和风险 放松管制为输电投资和输电扩展规划引入了更多的不确定性因素和复杂性。 首先，由于发电投资和规划决策是分散进行的，因此潜在的发电场景的数目将可 能大大增加。由未来可能出现多种发电场景所引起的不确定性程度的增加对输电 系统规划可以考虑的水平年的范围会产生影响。换句话说，很难进行长期的输电 规划。当输电系统规划的跨度超过5 或10 年时，相应发电场景的不确定性很大且 难以界定其范围。从这个意义上讲，对长期规划方案进行仔细分析是否有意义就 很值得怀疑。然而，从另一个方面讲，输电设备的使用寿命一般长达3 0 至4 0 年， 因此又必须考虑设备的长期利用。第二，由于输电线路的审批和建造需要很长的 时间，因此输电规划就需要提前多年进行，此时很难对未来的输电容量需求作比 期权理论在电力投资中的应用研究 较准确的预测。一般而言，输电工程的筹建时间比发电项目要长。典型地，一个 输电工程项目的筹建往往需要5 1 0 年的时间，而筹建一个燃气轮机或联合循环发 电机组( 发电厂) 则仅需2 年( 市场环境下发电项目的审批时间一般比输电项目要 短得多) 。这样，一个发电项目可能在一个输电项目动工后启动，这可能会明显地 改变原先论证该输电项目时所依据的财务预算和假设h 引。此外，未来电能政策、 市场结构和管制方案等方面的不确定性也会对输电规划产生重要的影响。 不确定性会导致风险。输电扩展规划需要面对不同的风险，如投资风险和安 全运行风险等。一个需要解决的关键问题是如何量化和管理这些风险。为此，必 须考虑各种不确定因素的范围及这些因素的组合作用。 2 输电网络的灵活性和强健性要求 竞争的环境对输电系统的灵活性和强健性提出了更高的要求。在放松管制的 环境下，基于竞价的调度方法会导致非常规的运行模式更频繁地出现。这是因为 发电公司被调度的情况依赖于其报价，而报价未必是基于成本的，可以是策略性 的、可变的。此外，在一些电力市场中允许大用户直接从发电公司购电。如果允 许用户自由选择供电公司的话，发电负荷模式将会因为用户更换供电公司而变化 得更为频繁。美国电力科学研究院( e p r i ) 在其所作的一个评估报告中指出，放松 管制后大规模的电力交易显著地增加了，而且电力交易的输送距离也变得越来越 大。由于当前的电力系统原本并不是针对竞争环境下的电力供求模式来规划和设 计的，因此现有网络或其中某些部分的使用方式可能会与原先规划的以及过去使 用的方式有所不同，从而可能产生新的输电瓶颈，同时一些现有的输电阻塞也可 能会更经常地出现或者产生更显著的经济影响。这样，市场化后会比以往更迫切 地需要缓解输电阻