期权理论在发电投资决策中的应用---数学系 说是.pdf

河南大学 硕士学位论文 期权理论在发电投资决策中的应用 姓名 杨菲菲 申请学位级别 硕士 专业 应用数学 指导教师 叶中行 陈守信 20070501 摘要 电力市场定义较为广泛 主要包含三个子市场 发电市场 输配电市场 用电 市场 其中 发电市场是指发电企业直接面向供电企业供电的市场 随着电力市场化改革的不断深入 发电市场的改革也是大势所趋 已经开始 实行 厂网分开 竞价上网 即在发电环节引入竞争机制 打破发电垄断 形成 竞争性发电市场 通过在发电公司之间引入竞争 更多的风险将由电厂来承担 使 各个发电公司要从自身经营的利润最大化来考虑组织生产 因此在这种形势下 发电企业的发电投资决策就具有重要的现实意义和学术意义 针对发电环节做发 电市场方面的研究正逐渐成为电力行业的热点问题 本论文的主要研究内容包括以下六个部分 1 本论文对电力工业的垄断背景进行了分析 结合经济学理论 分析了垄 断市场下难以实现电力资源的最优配置 需要恢复电力市场的竞争机制 2 针对目前的发电市场政策和环境 重点分析了随着 厂网分开 竞价上 网 的实施 发电市场的不确定性增大 发电厂商承担的风险增多 亟需建立一 种不确定条件下的新的发电投资决策方法 3 目前用于确定发电市场投资决策的方法较多 本论文针对现有的发电投 资决策方法 N P V 和实物期权等方法所存在的缺陷和不足 基于停时构建了问题的 实物期权模型 提出了适合于确定发电最佳投资边界的方法 解决了本模型中的 电力投资决策的最佳边界问题 4 以某个基荷发电厂商为例 对本论文中发电投资决策的研究内容进行了 实证分析 并对几个参数进行了静态分析 阐释了经济含义 5 依据发电容量不同 电厂可划分为以下三类 调峰电厂 基荷电厂 腰 荷电厂 本文对每一类电厂的最佳投资边界进行了比较分析 最后 通过上述对发电厂商最佳投资边界的研究 本论文总结了几点结论 可供发电厂商在制定和实 晦投资策略时参考 关键词 期权 发电投资 最佳投资边界 停时 静态分析 A b s t r a c t T h ed e f i n i t i o no ft h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e ti se x t e n s i v e m a i n l yi n c h d i n gt h r e e s u b m a r k e t s am a r k e tg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t y am a r k e tt r a n s m i t t i n ga n dd i s t r i b u t i n g e l e c t r i c i t ya n dam a r k e tu s i n ge l e c t r i c i t y T h em a r k e tg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t ym e a n st oa m a r k e tt h a tab u s i n e s se n t e r p r i s eg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t yd i r e c t l ys u p p l yp o w e rt ot h e b u s i n e s se n t e r p r i s es u p p l y i n gp o w e r W i mt h ec o n t i n u o u s l yp r o c e s so ft h er e f o r mi nt h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e t t h e r e f o r mo ft h eg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t ym a r k e ti sa l s oa ni r r e s i s t i b l et r e n d h a v i n ga l r e a d y s t a r t e dp r a c t i c i n g d i v i d i n gi ti n t ot h ef a c t o r ya n dt h eG r i d c o m p e t i n gp r i c et ot h e I n t e r n e t T h ec o m p e t f f i o nm e c h a n i s mi si n t r o d u c e dt ot h el i n ko ft h eg e n e r a t i n g e l e c t r i c i t y t h e r e f o r e t h em o n o p o l yi sb r o k ea n dac o m p e t i t i o nm a r k e ti sf o r m e d T h e c o m p e t i t i o ni nt h eg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t yc o m p a n i e sm a k ee a c hp o w e rs t a t i o nu n d e r t a k e m o r er i s k sa n de a c hg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t yo r g a n i z ep r o d u c t i o nt om a x i m i z et h e m s e l v e s p r o f i t s T h e r e f o r e t h ei n v e s t m e n td e c i s i o no ft h eb u s i n e s se n t e r p r i s eg e n e r a t i n g e l e c t r i c i t yh a st h ei m p o r t a n tr e a l i s t i ca n da c a d e m i cm e a n i n gu n d e rt h es i t u a t i o n T h e r e s e a r c h a i m i n gt og e n e r a t i n ge l e c t r i c i t yl i n k a b o u tt h eg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t ym a r k e ti s b e c o m i n gah o tp r o b l e mo f t h ee l e c t r i cp o w e rp r o f e s s i o ng r a d u a l l y T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t so ft h i st h e s i si n c l u d e st h ef o l l o w i n gs i xp a r t s 1 T h i st h e s i s a n a l y z e t h e m o n o p o l yb a c k g r o u n d i nt h ee l e c t r i c p o w e r i n d u s t r y C o m b i n i n gt h ee c o n o m i c st h e o r i e s i ta l s oa n a l y z et h a tt h es u p e r i o ri n s t a l l o f t h ee l e c t r i cp o w e rr e s o u r c e si sh a r dt oc a r r yo u ti nam o n o p o l ym a r k e t T h ec o m p e t i t i o n m e c h a n i s mo ft h ee l e c t r i cp o w e rm a r k e ti sn e e d e dt or e c o v e r 2 A c c o r d i n gt ot h ep o l i c ya n de n v i r o n m e n to ft h ec u r r e n tg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t y m a r k e t t h i st h e s i sa n a l y z e dt h a tt h ei n d e t e r m i n a t i o na n dt h er i s ki nt h em a r k e ta r ea 1 1 i n c r e a s i n g f o l l o w i n gw i t ht h ei m p l e m e n to f d i v i d i n g i ti n t ot h ef a c t o r ya n dt h e I I G r i d c o m p e t i n gp r i c et ot h eI n t e r n e t U n d e rt h ei n d e t e r m i n a t i o nc o n d i t i o n an e w p o w e r i n v e s t m e n td e c i s i o nm e t h o di sn e e d e dt ob u i l du p 3 T h em e t h o du s e df o ra s s u r i n gt h ei n v e s t m e n td e c i s i o nh a sm a n yo n e s c u r r e n t l y T h i st h e s i s a i m i n gt ot h eb l e m i s ha n ds h o r t a g eo ft h em e t h o d ss u c ha sN P V a n dt h er e a l o b j e c to p t i o ne t c e x i s t i n g i nt h ei n v e s t m e n td e c i s i o no fg e n e r a t i n g e l e c t r i c i t y u s et h et h o u g h to fs t o pa n dc o n s t r u c tt h eo p t i o nm o d e lb a s e do nT h eR e a l O b j e c tO p t i o n Am e t h o di sp u tf o r w a r dt oc o m p u t et h eb e s ti n v e s t m e n tb o u n d a r y T h e b e s tb o u n d a r yp r o b l e mo ft h ee l e c t r i cp o w e ri n v e s t m e n td e c i s i o nw i t h i nt h i sm o d e li s s o l v e d 4 T a k eag e n e r a t i n ge l e c t r i c i t yf a c t o r yo fB a s i cl o a df o re x a m p l e t h es u b s t a n t i a l e v i d e n c ei sc a r r i e do n C a r r yo nas t a t i cs t a t ea n a l y s i so faf e wp a r a m e t e r sa n de x p l a i n e c o n o m i cm e a n i n g 5 A c c o r d i n gt ot h ec a p a c i t yo fg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t y t h ep o w e rs t a t i o nc a nb e d i v i d e di n t ot h ef o l l o w i n gt h r e ek i n d s A d j u s tp o w e rs t a t i o n B a s i cl o a dp o w e rs t a t i o n a n dw a i s tl o a dp o w e rs t a t i o n T h i st e x ta n a l y z et h eb e s ti n v e s t m e n tb o u n d a r yo fe a c h t y p eo fp o w e rs t a t i o n I nt h ee n d c o m b i n i n gw i t ht h ea b o v er e s e a r c ho ft h eb e s ti n v e s t m e n tb o u n d a r yo fa g e n e r a t i n ge l e c t r i c i t yf a c t o r y t h i st h e s i s m a k e ss o m ec o n c l u s i o n s w h i c hC a nb e p r o v i d e dt ot h eg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t yf a c t o r i e st od r a wu pt h ei n v e s ts t r a t e g y K e y w o r d s O p t i o n A ni n v e s t m e n to fg e n e r a t i n ge l e c t r i c i t y T h e b e s ti n v e s t m e n t b o u n d a r y S t o p p i n g S t a t i ca n a l y s i s I I I 关于学位论文独立完成和内容创新的声明 本人向河南大学提出硕士学位审请 本人郑重声明 所至交的学位论文是 本人在导师的指导下独立完成的 对所研究的课题有新的见解 据我所知 除 交中特别加以说明 标注和致谢的地方外 论文中不包括其他人已经发表或撰 写过的研究成果 也不包括其他人为获得任何教育 科研机构的学位或证书而 使用过的材料 与我一同工作的同事对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意 学位申请入 学位谚丈 椎孝 鍪名 叠 聋菱 2 0 年月 日 关手攀位泛囊著作投使瓣授权书 本人经河南大学审核批准授予硕士学位 作为学位论文的作者 本人完全 了解并同意河南大学有关保留 使用擘往论交的要求 即河南大学有权向国家 图书馆 科研信息机构 数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文 纸质文 本和电子文本 以供公众检索 查阅 本人授权河南大学出于宣扬 展览学校 学术发展和进行学术交流等目韵 可泓采取影即 缩印 扫描和拷贝等复制手 段保存 汇编学位论文 纸质文本和电子文本 涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书 学位获得者 学位论文作者 签名 逊聋聋 2 0 学位论文指导教师签名 河南大学硕士学位论文 l 绪论 1 1 论文的研究背景 长期以来 电力工业被认为是一种自然垄断的行业 整个电力工业的价格是 在政府或在由政府授权的独立管制机构的管制下形成的 传统的电力系统都由统 一的电力运营机构来经营管理 然而随着电力工业的发展和现代电力技术的日趋 成熟 各国电力监管部门开始意识到垄断经营会产生种种弊端 己经严重阻碍了 电力工业的发展 电力工业必须引进竞争 进行市场化运作 2 0 世纪8 0 年代 以 英国 智利为代表的几个国家率先在电力工业领域引入竞争机制 从此在世界各 国掀起电力市场化改革的浪潮 l 由于电力工业既是国家基础产业又是公用事业 关系国计民生 而且由于电 力的不可储存性以及发电 输电 供电 用电同时完成 牵一发而动全身 电力 市场化改革必须分阶段 分步骤地进行 目前世界各国电力市场化改革的模式各 具特色 改革深度和进展程度各不相同 市场框架和运行机制也各有特点 但是 改革的最终目标和方针基本一致 主要是在发电和输配电及供用电环节引入竞争 机制 建立并完善电力商品市场 扩大用电客户用电选择权 减少用电中间环节 优化服务质量 提高客户满意度 2 这也是我国电力工业改革的必由之路 电力市场的主体包括独立发电厂 电网经营企业 供电企业 用电客户 而在 电能产品的发 输 供 用一系列流程 将会在这些市场主体之间形成不同的市 场 发电市场 输配电市场 用电市场 电力作为最重要 使用最广泛的二次能源 它的需求和消费与国民经济发展 密切相关 事实上 我国电力供应和消费水平还很低 据资料显示 2 0 0 0 年全国 发电量和发电装机容量居世界第二位 但人均水平 人均用电量只有1 0 8 2 千瓦时 人均装机容量0 2 5 千瓦 仅为发达国家的1 0 2 0 3 还不到世界平均水平的一 河南大学硕士学位论文 半 电力消费和供应水平都很低 电力供应还有很大潜力可挖 由此可见 我国 国民经济的发展需要大力发展电力工业 但电力发展受到一次能源的生产 运输 分配及科学技术 电源建设资金等的约束 受到国民经济发展状况的严格制约 所以经济合理地发展电力工业 对保证国民经济的健康发展有重要意义 正因为 这样 电力行业发展决策问题在全世界受到普遍的重视 寻求合理的电源规划投 资决策方法就显得尤为重要 在垂直一体化的旧体制下 政府机构要求市政电力公司的规划人员建设足够 的发电厂 满足几乎所有的用电需求 要求规划人员选择厂址和机组类型 确定 建设时间 目标是最小化总成本 当编制发电规划时 考虑的关键问题是数量 规划要应用大型计算机程序 使用复杂的最优化软件求解建设各种类型的电厂需 要多少钱和允许停电多长时间 计算出优化各种不同类型电厂组合的投资费用并 选定最佳的厂址 在新的以市场为基础的行业组织模式下 制定发电规划 关键 的问题是价格 市场参与者以未来预期的能源价格为基础计划发电投资 4 当电 能价格上升时 他们将建设新电厂 当电能价格下降时 他们就不建设新电厂 理论上认为 市场将促使生产者把成本降到最低 如果市场不按正确分配的容量 生产 市场参与者就会在利益驱使下自我调整发电容量 分散的市场参与者有积 极性象集中规划人员遵循最小成本原则那样 建设同样数量和种类的发电厂 差 别在于 集中规划依赖于数量内在化 竞争电力市场下的规划依赖于市场的价格 信号和利益驱动 我国正逐步在发电环节引入竞争机制 建立了独立发电厂 在部分地区实行 厂网分开 竞价上网 不断深入电力市场化改革 电力工业改革后 发电规划 的主体由整个电力系统的规划部门转变为各独立的发电公司 能否取得适当的利 润甚至能否回收投资成本取决于发电公司在市场中所处的竞争位置及其所采用的 运营策略 5 同时 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 从而对决策的灵活性提出了更高的要求 在未来的电力投资决策中 发 电企业不仅要考虑投资费用最小化 而且还必须考虑企业的收益和可持续发展问 2 河南大学硕士学位论文 题 因此 在这种形势下 关于发电企业投资决策方面的研究就显得特别有现实 意义 1 2 国内外研究现状 传统的建设项目通常认为建设项目的投资收益 成本等是确定的 评价方法 是基于评价时点的净现值 N P V 法则 项目未来具有不确定风险分布时 用期望净 现值代替确定条件下的净现值 电源建设投资也是一种投资行为 在传统电力规 划投资模型中 采用净现值方法 S P V 对发电机组寿命期内各阶段的估计收益按给 定的折现率折算到现值 然后与投资成本进行比较 在电力市场环境下 政府相 关部门或监管机构不再保证成本的回收和合理的利润 发电企业不得不考虑投资 回报和未来的不确定性 此时 基于N P V 法的长期发电投资规划决策方法不再适 用 为了克服N P V 法的不足 经济学家们做了大量研究工作 试图为不确定性环 境下的投资决策找到更好的解决途径 当前用的较多的是实物期权方法 R O A R e a lO p t i o n sa p p r o a c h 金融期权被引人投资项目的决策分析中 形成了实物 期权 通过计算投资项目的期权价值 它可以为投资决策的管理灵活性以及有关 的不确定性价值进行评估 实物期权方法为我们提供了一种比较独特和科学的决 策思维方式 实物期权在电力投资与规划决策中有着良好的应用前景 且已出现了部分研 究成果 对于基于电力现货价格变化的电力期权 早期的文献大多采用传统的 B l a c k S c h o l e s 期权定价公式对电力期权定价 文献 6 认为期权定价公式可以用 于电力期权定价 文献 7 指出在风险中性定价规则下 蒙特卡罗法作为一种有效 的期权定价方法几乎能够得到任何期权的近似价格 文献 8 采用蒙特卡罗法结合 用户负荷的不确定性对购买电能的欧式看涨期权进行定价 文献 9 1 0 最早将 实物期权方法应用于长期发电投资规划问题 提出了基于二叉树的多相关项目多 河南大学硕士学位论文 期权投资模型 并采用动态规划方法求解 分析了项目间的相关性对投资决策和 期权价值的影响 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 1 1 构造了一种基于实物期权理论的发电投资决策模型 并采用四叉 树方法求解 以最大化期望的净现值为目标 文献 1 2 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 仅是对发电投资问题所做的比较初步的探讨 文 献 1 3 将发电投资方案视为一系列延迟期权的组合 应用实物期权方法分析了不 确定性市场环境下发电项目的投资问题 构建了非线性整数规划的优化问题的数 学模型 并用数值方法求得发电厂的最优投建时间 文献 1 4 在以蒙特卡罗随机模 拟法为基础发展起来的改进方法中 采用B a r r a q u a n d M a r t i n e a u 美式期权定价模 型 简称B M 模型 将资产价格的状态空间予以分隔得到一些区块 b 蛐 之后观察 每条路径在不同区块间移动的概率 再以类似二项式的方式回推加以求解 进而 得到美式期权的价值 来研究长时期内的离散发电投资决策问题 文献 i s 以利润 最大化为理性发电商的行动目标 将电力市场短期发电决策和长期投资决策统一 到一个模型框架中 建立了一个旨在描述自由竞争市场发电商长期行为的随机动 态博弈模型 给出了需求不确定性条件下发电投资时机 类型及数量的扩张均衡 定量刻画市场竞争和不确定需求对发电商容量扩张路径的影响 以发电投资的期 望收益为目标 建立了电力市场环境下的发电投资决策模型 考虑了市场需求变 动 电价变化 投资者的风险喜好程度 其他投资者的竞争和市场机S U 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 综上所述 国内外在发电投资决策方面的研究取得了很大的成果 但作者发 现目前发电投资决策理论还存在以下不足和缺陷 大部分的研究是把投资机会看作 是美式看涨期权 研究的重点是用各种不同的方法对电力投资期权进行定价 例 如 B l a c k S c h o l e s 期权定价公式 蒙特卡罗法 动态规划方法 二叉树方法 四 叉树方法 数值方法 B M 模型 随机动态规划方法等 从结论上看 上述文献 4 河南大学硕士学位论文 并未明确给出期权的最佳实施期 对于电力项目的投资而言 并未给出具体而又 明确的的投资条件 针对目前研究中存在的不足和缺陷 对于这方面的研究已经 成为电力行业的一项很有意义的工作 1 3 本文研究方向 以往的文献都侧重于用B l a c k S c h o l e s 期权定价公式 蒙特卡罗方法及其衍生 的一些方法 以及数值方法对电力期权的价值进行分析 虽然都对投资的项目价 值和期权价值进行了分析比较 但并未给出明确的阙值 对实际电力市场中电力 项目投资的指导意义不大 本文也用期权理论分析投资项目价值 不同的是 本 文又结合停时的概念 试图用市场电价水平来作为判断投资与否的一个重要的衡 量标准 给出由电价临界值决定的最佳投资边界的表达式 从而得到电力投资最 优时机的判别条件 结果更加直观 更加实用 河南大学硕士学位论文 2 电力市场分析 2 1 电力工业及电力市场概述 作为目前使用最广泛的一种二次能源 电力在国民经济的发展中起着绝对重 要的作用 它的本质属性是一种商品 电力工业的生产环节包括发电 系统运行 输电和配电 销售环节包括批发 和零售 其中 输电线路和配电线路属于输送功能 它们连接着电力生产部门和 消费部门即电厂和用户 输电线路是直线型的 是针对各个大区域的服务 配电 是网络化的 它是针对每个大区域内部的一种服务 在政府放松管制之前 电力工业的典型组织形式是垂直一体化公司 集上述 功能于一身 这些公司自己拥有电厂和电网 依靠自身的调度部门来协调电力生 产 电力输送以及电力销售 并使得电网没有超负荷运行 在这种情况下 用户 最终支付的屯价 不仅包括电厂生产电力的销售价格和电网的输配送服务价格 还包含了其中各个环节的服务性价格 这样的电价是一种单一的捆绑式的价格 1 6 一体化的电力公司要有足够多的电厂和电网组织生产和输送 来保证为各 个大区域内的用户及时供电 它们既是电力的生产者又是销售者 存在很大程度 的垄断性经营 因此在传统上 整个电力工业的价格是在政府部门或是在由政府 授权的独立管制机构下所形成的 各国普遍采取价格管制措施来监督管理 在电力工业的各个环节中 发电环节的成本约占电力销售最终成本的 3 5 一5 0 输电环节的成本约占电力销售最终成本的5 一1 5 配电环节的成 本约占电力销售最终成本的3 5 一5 0 1 7 输电 配电环节由于具有真正的规模 经济 处于绝对的自然垄断状态 电力生产由于受到一次能源的生产 运输 技 术条件等因素的影响 也是处于垄断经营 这些因素造成了电力工业垂直一体化 的公司模式 构成了完全垄断的电力市场 在这种情况下 为保护广大用户的利 6 河南大学硕士学位论文 益就必须控制价格 当由政府垄断时 由政府来定价 当由私人公司垄断时 由 政府以某种方式按成本来限定价格 2 2 电力市场竞争 由于电力的本质属性是一种商品 根据福利经济学的一般原理 在完全垄断 条件下 用户承担着大部分的风险 在实际需求低于预测水平的情况下 价格将 不得不上涨以弥补过剩供给的成本 显然不可能实现资源的最优化配置 不能够 达到社会福利的最大化 而在没有政府干预的竞争条件下 这些风险将由电厂来 承担 他们必须要为自己的失误付出代价 也会因为决策正确和管理得当而收益 这样就能恢复整个电力市场的竞争机制 使电力资源得到充分利用 达到资源最 优化配置 1 8 在一般情况下 完全竞争市场的最基本假设就是要有大量的买者和卖者 并 且任何一个买者或卖者的个体行为对市场供求的影响都是微不足道的 市场价格 是全体参与者决策行为的共同结果 针对电力市场 需要大量的买方和卖方共同 作用来确定市场均衡电价 在买方 已经存在了大量的买者 但是电力是一种必 需品 它是缺乏需求价格弹性的 人们根本不可能通过减少消费来对市场电价做 出影响 为了满足需要 无论卖方开出什么价格都必须消费 也就是说在电力市 场中消费者是价格的被动接受者 这时 就需要政府利用其行政职能来扮演消费 者的角色 制定电力最高限价 作为对电力市场中电价的影响 在卖方 由于电 网的自然垄断性 如果发电市场不是竞争性的 那么只有销售市场的竞争是不能 够降低电价的 因此就迫切需要实现发电市场恢复竞争性 也就是要有大量的电 厂 通过电厂之间的竞争来实现市场电价的均衡 1 9 所以在电力市场中 可以存 在适度的政府干预而不会影响到整个市场的竞争性 关键是要解决以往的一体化 公司模式 实行有效的电力市场体制改革 7 河南大学硕士学位论文 2 3 电力市场体制改革 为了恢复切实有效的竞争机制 解决以往的一体化公司模式 我国主要通过 在销售环节和发电环节中引入竞争 实行单一买方模式 将发电环节从原有的状 态下剥离出来 让电厂作为电力生产的主体而独立 随着体制改革的不断深入 已经开始实行 厂网分开 竞价上网 将以往的一体化公司分成几部分 组建独 立的发电公司和电网公司 在单一买方模式下 任何省份或大区域只允许一体化 垄断者从竞争性发电公司处买电 独立发电公司也只可将电卖给垄断电力公司 电力公司对所有最终客户仍是完全垄断的 而独立电厂既要面临一次能源即生产 原料市场的竞争 又要面对与电网公司的价格博弈 通过在发电公司之间引入竞争 使各个发电公司要从自身经营的利润最大化 来考虑组织生产 不仅要考虑投资费用最小化问题 还必须考虑原材料市场价格 的不确定性 电价变动的不确定性以及政府监管部门政策的不确定性 这些大量 存在的不确定性使发电市场成为有限竞争市场 这种竞争是电厂建设与运营方面 的竞争 因为买方太少 不足以实现完全竞争 所以在电厂建设之前 也就是发 电投资之前 发电公司与电网公司需要签订长期 电厂寿命周期 供电合同 2 0 2 4 三种电厂类型 由于发电容量不同 可将电厂划分为以下三类 调峰电厂 基荷电厂 腰荷 电厂 如下图所示 曲线代表一年的负荷 从高峰负荷时间到低谷负荷时间 有 些电厂几乎全年运行提供稳定的电力 C 基荷 其他电厂运行大约一半时间 B 腰荷 而另一些电厂只在最大负荷时间运行 A 峰荷 负荷 M W 小时 河南大学硕士学位论文 87 6 0 小时每年 图一负荷持续曲线 调蜂电厂 比如G T 或喷气机组 往往固定成本很低 但运行费用很高 如果 这种电厂只运行很少时间 那么它们是最便宜的选择 但是如果全年运行 A 类 厂 那么它们的平均成本费用就太高了 基荷电厂 如大型核电厂和燃煤机组 往往固定成本很高 但运行费用很低 因此 当它们全年大部分时间运行时 C 类 厂 平均成本费用最便宜 腰荷电厂处在两者中间 B 类厂 它们常常是些原 有的老电厂 其固定成本就是维护成本 2 1 9 河南大学硕士学位论文 3 发电投资决策方法 在以前的体制环境下 发电投资决策多是整体统筹安排 很少考虑投资回报 问题 随着我国电力工业体制改革和 厂网分开 竞价上网 政策的实施 发电 公司和电网公司彻底分离 发电投资项目的决策风险将由发电公司独立承担 其 目标是追求公司利润最大化 因此未来发电投资项目的决策将会根据市场需求来 自行确定 而市场上电价的波动又会导致发电公司的利润出现相当程度的变动 从而给公司预期收益带来了很大的不确定性 发电投资出现很大的风险 发电投 资者在决策时 要充分考虑诸多不确定性因素 如未来电价走向 政策变动走向 收益率如何 来确定何时何地投建 投建何种类型多大的机组 这时 在竞争条 件下 利润最大化以及可持续发展已经成为发电投资者不得不重点考虑的问题 3 1N P V 方法 传统的电力投资决策模型采用的是N P V 方法 将未来的不确定性量化 并通 过折现因子反应到当前 从而来指定决策的方法就是净折现值法 N P V n e t p r e s e n tv a l u e 该方法经常被用于短期内的投资项目决策 N P V 法的一般步骤是 1 以固定的时间 通常是一年 将未来一段时期划分 2 预测每一个时间段的期 望现金流c 3 将该项目未来的不确定性量化 预测各个时间段的风险折现因子 4 采用折现公式萎石考可 将其反应到当期 得到其现值y 5 将初始投资7 与矿 做比较 若 V 一 0 则这个项目值得投资 该方法在很多行业取得广泛应 用 但是 我们也要看到 针对目前电力市场中特别是发电市场改革后所面临的 大量不确定性 很难取到合适的风险折现因子t 因为影响它的因素是多方面而且 随时都在变化着的 事实上 由于发电机组的寿命期一般相当长 这样在此期间 经济环境可能会发生明显的变化 相应地贴现率也会发生变化 如果对发电机组 l O 河南大学硕士学位论文 的整个寿命期内采用单一的贴现率评估其收益 可能会有很大的误差 以此为基 础进行发电投资决策也可能会导致相当大的投资风险 固定的k 值已经不能够适应 未来的多变 不能够最大限度的描述未来各种因素对项目决策的影响 而且 到 底应该如何去求得折现因子k 应该考虑哪些因素来做为求取折现因子的k 的标 准 各种不确定性之间的关系如何 这些都没有一个固定的公式或是模型来表 述 实际上 随着时间的推移 环境的变化 各种不确定性也在变动 每一期的 不确定性程度都在变化着 如果对每期都采用相同的折现因子k 显然是不恰当的 会导致项目决策出现很大的偏差 再者 N P V 法是通过直接预测未来的现金流来确定投资方案 其隐含地假定 了投资者会按既定方案一直执行下去 这忽略了在执行既定决策过程中投资者的 能动性 事实上 随着时间的推移 大量不确定性因素的存在使得真实现金流也 不可避免的会偏离原来的预测c 同时 原来的不确定性因素可能会逐步明朗化 此时决策者可能会根据当时的市场条件和所获得的新信息对投资方案进行调整 对决策内容进行修正 如扩展投资 延迟投资和放弃部分投资等 这种调整会使 原来用N P V 方法计算的投资方案的净现值失去意义 所以 在很大程度上 N P v 法的这些客观局限性决定了它只能用于短期内不确定性小 变动程度不大的项目 决策中 在传统的电力系统规划模式下N P V 方法的局限性并不突出 因为无论发电投 资规划方案是否合理 政府相关部门或监管机构会保证成本的回收和合理的利润 但是 在市场环境下 发电投资方案对于发电企业而言至关重要 若用N P V 法进 行发电投资决策 就可能会导致相当大的投资风险 针对N P V 法存在的这些缺陷 经济学家们做了大量研究工作 试图为不确定 性环境下的投资决策找到更好的解决途径 当前已经提出了很多方法 其中以罗 伯特一默顿为代表的一些学者所提出的实物期权方法 R O A r e a l o p t i o n s a p p r o a c h J 2 2 为投资者提供了一种比较独特和科学的决策理念与方法 由于N P V 法的主要弱点在于不能为投资决策的管理灵活性以及有关的不确定性价值进行评 河南大学硕士学位论文 3 2 R O A 实物期权方法 3 2 1 实物期权介绍 变化而采取不同的行动 2 4 在决策时刻 假如情况比预期要好或估计会向好的 能将损失控制在一定的程度内 2 5 作为规避风险并可从中获利的一种金融工具 v 驯瓴 一L e 7 亿 1 1 1 曼 f b d l 墨i 一 a 4 r 无风险利率 盯为标的股票波动率 b e x x J o 1 为标准正态分布 河南大学硕士学位论文 的概率分布函数 2 6 受金融期权的启发 人们提出了与金融期权这种虚拟资产相对应的概念 实物期权 开始将期权思想和方法应用于金融期权市场以外的实物资产投资与管 理领域 实物期权 R e a lO p t i o n 一词最初是由斯图尔特迈尔斯提出 他最先 指出 期权分析对公司成长将会的合理估价是重要的 许多公司的实物资产可以 看成是一种看涨期权 实物期权之所以成为与金融期权类似的实物资产投资的选 择权 不仅与期权的基本特征相承 而且与实物投资决策的特征有关 投资决策的重要特征 大多数投资决策有三个重要特征 不能撤销性或不可 逆性 不确定性 管理者对投资时机的选择余地 2 7 首先 投资不可逆的性质主 要是由于 第一 资产的专用性 例如 电厂只能用来发电 第二 信息不对称 例如 在旧机器市场中 由于买卖双方之间的信息不对称 即使它们几乎还是新 的 其转售价格也往往会远远低于其购买成本 第三 政府管制或制度安排 其 次 投资的未来回报是不确定的 一般地 不确定性有两个方面 好 的一面和 不好 的一面 就不确定性变量的性质角度而言 可把不确定性分为经济上的 和技术上的不确定性 不确定性主要产生于信息的不完全性 我们在做出投资决 策之前 无法进行为获得亟需的信息所需的试验或测试 因此 只要在做投资决 策时 对投资回报的任何估计都是不精确的 投资的这种不确定性与实物期权有 着密切的相关性 一般来讲 投资的不确定性越大 实物期权的价值就越大 最 后 投资的时机是可以选择的 多数投资选择并不是 要么现在投资 要么永远 不投资 这是说投资者在投资时机上有一定的回旋余地 投资者可以推迟行动以 获得有关未来的更多信息 因此 逐步地投资会提供一些有价值的信息 减少不 确定性的差异并修正预期价值 如果实际价值是关于不确定性的 好的 一面 那就继续投资 如果是关于不确定性的 不好 的一面 那就停止投资 通常 投资者选择的自由度越高 投资选择的价值就越大 河南大学硕士学位论文 3 2 2 实物期权与金融期权的对比 在直观上 一个不可逆的投资机会非常类似于金融看涨期权 我们已经知道 在金融的范畴中 一个典型的看涨期权赋予其持有者这样的权利 在特定的时间 范围内 支付执行价格以获得具有一定价值的资产 如股票 为未来进行投资创 造机会 但并不承诺一定会投资 对一项投资而言 假定其是完全不可逆的 那 么 适当项目的价值仅仅是它所产生的利润 或损失 流的预期现值 根据潜在 不确定性的观点 这个投资决策仅仅是支付沉没成本的决策 其回报是获得价值 会波动的一种资产 这实际上和金融看涨期权类似 以预先设定的执行价格购 买一种价值波动的资产的权利而不是义务 因此 实物期权和金融期权一样 具 备一个必不可少的特征 投资回报与风险分配的不对称性 可能赢得的回报数 额大于风险可能带来的损失数额 这是由于期权买方可以停止执行投入期权 或 者反过来说 可以控制损失 并通过未来的执行行为 充分获取利润 为了更好地理解实物期权的概念 下表 2 8 将它与金融期权进行了比较 表1 金融期权与实物期权的对比 T a b l e1 C o m p a r i s o n so ff i n a n c i a lo p t i o n sa n dr e a lo p t i o n s 从上表我们可以对两者的差异依次进行如下分析 1 对于金融期权而言 正是由于存在丰富的可交易的标的资产市场 才使相关无 套利复制思想得以实现 而对于实物期权而吉 有些不存在可交易市场标的资 产 只能采取寻找类似可交易资产作为 孪生证券 的方法进行定价 国外研 1 4 河南大学硕士学位论文 究者已经将动态规划的思想引进到了对不存在交易市场的标的资产实物期权 的定价 他们的分析指出一般的金融期权的定价要求市场应存在充分的风险资 产 然后可以通过一些可交易资产 或资产的组合 对标的资产进行复制 而动 态规划的方法则没有做这样的要求 如果风险资产不能在市场中交易 目标函 数可简单反映决策者对风险价值的主观评价 另外在实物期权中将期望现金流 的现值看作是标的资产 如果这个现值是负值 则无法应用经典的金融期权定 价模型进行定价 此时需要根据项目的特点重新选择适当的标的资产 2 由于金融期权的到期期限较短 因而可以不用考虑股票的到期期限 而对于实 物期权来说 不仅仅是期权到期的问题 还有项目到期的问题 这是因为实物 期权的到期期限往往会较长 经常会出现在期权到期日之前 项目由于某些原 因已经被终止 这一点也是金融期权中没有涉及的问题 3 金融期权中风险可以认为是外生的 但在实物期权中风险可以是部分内生的 对于项目决策者及项目的管理方式不同可能会造成项目风险的增加或减少 而 且对于项目的风险 近期的研究与区分市场风险和技术风险 前者有利于期权 价值的提升 而后者则降低了期权的价值 所以说这两者都会决定项目本身风 险的发展尺度波动率 4 从分红支付角度来看 金融期权只考虑了对于标的资产持有者的分红支付 如 对股票持有者的支付 而实物期权中还有对于期权持有者的支付 如一块农业 用地被用作生产用她后产生的利润应有部分用于对于期权持有者的分红 5 投资机会的价值有期权定价方法给出的结果可能对模型和模型中参数比较敏 感 期权定价方法对期权定价已被证明是非常成功的 这是因为期权到期日都 在一年之间 时间比较短 而投资机会的有效期一般比较长 风险随时间变化 而变化 评价起来更为复杂 使用常数风险会导致较大的误差 另外 我们一 般都假定常数的利率 时间较长时 利率也是变化的 这更增添了计算的难度 河南大学硕士学位论文 3 2 3 实物期权在电力系统投资决策中的应用类型 I 延迟投资期权 在电力市场环境下 将来的电价水平和发电公司能够被调度的发电出力的变 化趋势是影响投资决策的二个重要因素 但二者都难以准确预测 此外 将来的 融资环境和能源政策都可能存在不确定性 由于发电市场具有很强的进入壁垒 新的投资项日即使通过N P V 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 面对未来大量不确定性因素 投资者 会谨慎地选择一个有利的投资时机 当不确定性因素很多且程度很高时 投资者 可考虑暂缓进行大规模投资 待电力需求 政策变化 财务状况等信息逐步明朗 化以后 再重新对项目进行现金流评估 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 期权的执行价格为项目的投资成本 期权标的资产的现值对应于 项目的期望净现值 2 分阶段投资期权 对于同一个发电厂内多台机组不同时兴建的问题 可按时间顺序分为若干相 互关联的阶段 每一阶段的投资决策取决于前期投资结果和本阶段可以获取的信 息状况 各期投资都对应一个实物期权 且这些期权相互关联 在这种情况下 一个期权的价值不仅仅取决于其自身特征 还与其他尚未执行的实物期权的价值 有关 在总体上形成 个复合期权 3 扩张期权 如果在发电投资项目的实现过程中发现电力需求超过预期或投资环境有所改 善时 可考虑扩大投资规模 以增加项目价值 投资者所拥有的这种可根据项目 实际进展情况和市场有利因素 适当扩大投资规模的权利被称为扩张期权 它赋 予投资者在今后某个时段进行追加投资的权利 该期权的执行价格为追加项目的 投资成本 标的资产的现值对应于追加项目的期望N P V 4 停启期权 1 6 河南大学硕士学位论文 投资的发电项目不一定要在其寿命期内连续运营 如果由于一次能源 电力 需求 市场竞争等原因使得在一段时间内该项目处于亏损状态 则可考虑暂停发 电以减少损失 待情况好转后重新启用该项目 这种可根据外部环境变化暂时中 止及重新启用项目的能力就构成了停启期权 5 转换期权