碳市场下发电企业节能技改投资决策分析

孙 冬，韦倩茹，赵会茹

(华北电力大学 经济与管理学院， 北京 102206)



碳市场下发电企业节能技改投资决策分析

孙 冬，韦倩茹，赵会茹

(华北电力大学 经济与管理学院， 北京 102206)

随着碳约束的不断加强和碳市场的建立，碳价已直接影响到发电企业节能技改项目的投资决策。本文以财务净现值法为基础，构建火力发电企业技改项目临界碳价模型，即企业进行技改项目投资的阈值碳价，通过敏感性分析和数值案例分析，确定影响临界碳价的项目因素及市场因素，并对不同规模电厂、不同技改项目进行了比较，发现从临界碳价角度看投资规模及投资时机的选择对企业技改项目投资决策有重要影响，这为发电企业节能技改项目投资提供了一个新的方向。

碳约束；临界碳价；节能技改；敏感性分析；净现值

一、研究背景

全球变暖正深刻影响着人类的生存与发展，是全球可持续发展面临的严峻挑战之一。我国作为最大的发展中国家，承担着碳减排的重要任务，2009年11月25日国务院常务会议决定，到2020年中国单位GDP二氧化碳排放要比2005年下降40%～45%，将其作为约束性指标纳入我国“十二五”及中长期国民经济和社会发展规划。2011年3月16日国家颁布“十二五”规划纲要，要求“十二五”期间中国单位GDP二氧化碳排放量要比2010年降低17%左右。为更好地履行碳减排义务，我国已建立北京、上海、天津等7个碳交易试点市场。截至2015年4月12日，7个试点市场的最高碳价已达52元/吨。随着碳约束的不断加强，市场碳价将会逐渐走高，从而影响到企业的减排项目收益。

基于上述碳约束大环境，企业必须大力进行碳减排投资，同时考虑市场碳价对投资收益的影响。从全球范围看，电力行业是各国强制减排的先行者。2014年9月，国家发改委、环保部、国家能源局联合印发《煤电节能减排升级与改造行动计划》，要求新建燃煤发电机组平均供电煤耗低于300克/千瓦时；到2020年，现役燃煤发电机组改造后平均供电煤耗低于310克/千瓦时，其中现役60万千瓦及以上机组(除空冷机组外)改造后平均供电煤耗低于300克/千瓦时。

发电企业进行碳减排主要通过提高清洁能源比重、新建高参数大容量的机组和对现役项目进行节能技改三种方式进行。国内外学者对发电企业减排技术投资决策分析的研究有很多，国外学者主要是基于实物期权的思想，如Lin，T．T．and S．一L．Huang(2010)[1]，考虑了托宾Q的波动，建立实物期权的投资决策模型, Mutale J(2011)[2]主要研究关于可再生能源技术投资问题，指出实物期权的应用会提高可再生能源技术价值。Jana Szolgayová(2014)[3]基于实物期权的思想，利用广义预期效用模型模拟燃煤发电企业的企业价值，解决了不同碳价情形下企业进行CCS技术投资以及R&D投资的时机问题。

国内研究主要基于财务净现值法和实物期权思想，且主要集中于发电技术项目价值的研究。梁志宏等[4]综合运用净现值法，提出不同发电技术电源投资项目决策支持模型。王淑娟等[5]将中国光伏电站的上网电价按区域分为3类，基于财务分析方法，通过建立“资源-发电量”模型，分析了不同电价区内光伏电站投资策略研究。

陈涛等[6]建立实物期权模型对投资燃煤发电技术与核电技术进行了分析比较,得出在一定条件下，核电技术价值可超过燃煤发电技术价值。周远祺、杨邵军等[7]基于实物期权思想，分析了石化企业能耗优化项目在两种碳价情形下的投资价值、投资规模和投资时机影响。陈涛、邵云飞等[8]以PC和IGCC发电为例，研究了碳约束下发电技术的选择问题，通过比较不同碳价下两种发电技术价值的大小，给发电企业进行技术选择提供思路。也有学者从火电技术与可再生能源之间的替代关系角度分析投资决策问题，如赵新刚等[9]基于Lotka-Volterra模型，采用参数灰色估计方法，实证研究了可再生能源和火力发电技术之间的替代关系。

由上述分析可知，学者研究主要从项目投资价值或投资回报率出发，且主要针对的是发电技术的投资决策问题，针对发电企业节能技改项目投资决策的研究较少。基于未来碳约束的不断加强，本文重点探讨火力发电企业面临波动的市场碳价，如何进行节能技改项目的投资决策。从项目净现值出发，确定碳约束条件下发电企业节能技改项目的临界碳价，便于企业根据波动的市场碳价调整节能技改项目的投资决策。

二、模型建立

火力发电企业节能技改项目是指通过有效的技术手段，使各环节的能源消耗水平得到合理控制，并努力消除生产过程中可以避免的能源浪费，最后达到节能的目的。

火力发电厂进行节能技改项目投资一般包括以下几类：锅炉方面，主要是调整锅炉燃烧，提高锅炉热效率的技术改造；汽轮机方面，汽轮机真空系统的优化等技术改造项目；水处理方面，提高补给水回收率等技术改造项目；机组辅助设备方面，降低风机水泵设备电机的耗电量等技术改造项目。

从财务角度出发，发电企业是否进行节能技改取决于节能技改项目净现值的大小。如公式(1)所示，节能技改项目的净现值为项目投资期内每年收益和成本现金流的折现。假设项目整个存续期间，每年收益和成本式固定，其中Rt为项目在t年的收益，It为项目在t年的投资额，β为年金现值系数，r为投资收益率，n为项目的存续年限。碳约束条件下，企业面临的收益包括两个部分：一是节约标煤所带来的经济收益；二是减少碳排放所带来的碳收益；企业面临的成本包括节能技改的投资成本。考虑节能技改项目一般为一次性投入，公式(1)可调整为公式(2)。

式(2)中： Δbf表示降低的煤耗量，Pc表示标煤价格，P表示碳价，ΔQ减排的二氧化碳量。

根据传统的净现值投资决策方法，由公式(2)可知，当节能技改净收益大于零时，进行节能技改给企业带来正的现金流入，此时，发电企业应当进行节能技改投资，反之，发电企业不应该进行节能技改投资。当净收益等于零时，将公式(2)简单变换可以得到关于碳价的公式，如公式(3)所示。

(3)

由公式(3)可知，当净现值为零时的碳价为发电企业是否进行节能技改投资的临界碳价。临界碳价为发电企业进行节能技改投资的一个阈值，当市场碳价高于阈值时，进行节能技改的净现值为正，发电企业应该进行节能技改，反之，市场碳价低于该阈值时，发电企业则不应该进行节能技改。

三、影响临界碳价的因素分析

由公式(3)可知，节能技改一次性投资额、机组剩余折旧年限、投资收益率、降低的煤耗量、减排的二氧化碳量以及标煤价格均影响临界碳价水平。其中，技改项目的投资额、机组剩余折旧年限、降低的煤耗量以及减排的二氧化碳量由项目本身决定，为影响临界碳价的内在因素；剩余影响因素中，投资收益率和标煤价格受市场条件影响。 项目投资额和投资收益率与临界碳价呈正相关关系，其它因素与临界碳价均为负相关关系。由于临界碳价为企业进行节能技改项目投资的阈值，则项目临界碳价越高，发电企业进行节能技改投资的积极性越差，具体表现为以下几个方面：

1.当节能技改技术的投资额过大，发电企业通常会等待市场碳价上涨到较高时才会进行投资。

2.当煤耗量下降的幅度较小时，即该节能技改的吸引力减小，临界碳价较大，发电企业投资的积极性会减小。

3.减排的二氧化碳量较少，发电企业在碳市场上可供出售的配额量减少，项目临界碳价较高。因此，只有当市场碳价处于高位时，发电企业才有可能进行节能技改。

4)机组剩余折旧年限取决于节能技改投资时机，对于发电厂而言，越早进行节能技改，机组剩余折旧年限就越大，则节能技改投资的年均投资额越小，临界碳价越低，企业进行投资的可能性增加。

5)当标煤价格下降，节能技改节约标煤产生的经济效益下降，临界碳价较大，因此发电企业在碳价较低时进行投资的可能性减小。

6)当投资收益率增加时，折现因子减小，年均投资额增大，此时临界碳价较高，发电企业进行节能技改的积极性较小。

四、数值案例研究和仿真

基于上述对影响临界碳价因素的分析，通过数值案例研究进一步研究各影响因素对临界碳价的影响程度。其中，通过比较不同类型技改项目临界碳价，研究项目本身因素对临界碳价的影响；针对单一技改项目，通过数据仿真，分析标煤价格以及投资收益率对临界碳价的动态影响。

(一)敏感性分析

A电厂拥有2座600MW的机组，电厂年发电量为614020万千瓦时，该电厂准备进行一项节能技改投资，项目投资额为14260万元，项目预期节约标煤10400.7吨，减排二氧化碳343851.2吨，其中，机组剩余折旧年限为13年，投资收益率为5%，标煤价格为500元/吨。

根据公式(3)可得该项目临界碳价为29.02元，即市场碳价高于29.02元时，电厂进行技改项目投资，反之，不进行投资。为进一步研究各因素对临界碳价的影响程度，本文对各因素进行单因素敏感性分析，假设所有影响因素均增加10%，结果如表1所示。可知，项目投资额对项目临界碳价的影响最高，敏感性系数为1.52，即节能技改投资额越大，临界碳价越高，企业进行技改的积极性也就越小。其余因素里，对临界碳价影响程度大小依次为折旧年限、降低的二氧化碳量、降低的煤耗量、标煤价格以及投资收益率，其中降低的煤耗量和煤炭价格敏感度系数相同。剩余折旧年限涉及到项目投资的时机选择问题，一般来说，越早进行投资，临界碳价越低，企业越有动力进行节能技改。

由敏感性分析可知，项目本身因素对临界碳价的影响大于市场因素，且企业进行节能技改投资决策时，项目成本为影响投资决策的最重要因素。市场因素中，标煤价格的影响要大于投资收益率的影响，下文将从实际情况进一步研究项目因素和市场因素对临界碳价的影响情况。

(二)项目因素对临界碳价的影响

项目因素是指投资额、折旧年限、降低的煤耗量和降低的二氧化碳四个因素。这四个因素主要受项目类型和电厂规模的影响。技改项目类型不同影响投资额及减排效果，而不同电厂投资同一类型技改项目产生的减排效果也不同，如对于高参数、大容量的机组来说，减排空间较小，即使投入大量资金，所能产生的效益也是有限的，而对于一些本身减排空间较大的电厂来说，节能技改所带来的效益则比较明显。因此，本文通过比较不同电厂技改项目临界碳价的大小，分析项目因素对临界碳价的影响情况。

表1 临界碳价影响因素敏感性分析

初始状态变化率临界碳价临界碳价变化率敏感度系数项目因素投资额142600000(元)10%33441521%152折旧年限13(年)10%2616-987%-099降低的煤耗量104007(吨)10%2751-521%-052降低二氧化碳量3438512(吨)10%2639-909%-091市场因素投资收益率5%10%3036461%046标煤价格500(元/吨)10%2751-521%-052

表2 节能技改项目基本参数

参数IDnΔbfΔQPc元万千瓦时年吨吨元/吨A1514300061402013466581552618500A21426000006140201310400743438512500B11658300336006141285021114242500B2961100033600614160628168003500

表3 节能技改项目临界碳价

项目临界碳价(元)A1-3231A22902B1-5477B2999

基于上文分析，假设A电厂另有一节能技改项目投资额为514.3万元，项目具体参数如表2所示。此外，B电厂拥有2座300MW的机组，计划投资两个节能技改项目，投资额分别为165.83万元和961.1万元，其他参数见表2。通过上述对临界碳价的建模，计算技改项目的临界碳价如表3所示。

由表3可知，A电厂的2号技改项目临界碳价最高，B电厂1号技改项目临界碳价最低。从临界碳价的大小可以看出，由于A电厂1号技改项目和B电厂1号技改项目临界均小于0，而市场碳价永远为正，则对于A、B两电厂来说，这两个技改项目都应该进行投资，其余两个技改项目，只有当市场碳价大于临界碳价时，电厂进行技改项目投资才会带来正收益。

比较A、B两个电厂的技改项目可知，同一电厂的不同减排项目，投资额越大，临界碳价越高；比较不同电厂，A电厂2号技改项目为大投资额项目，但项目能够降低的供电煤耗较小，因此技改项目的临界碳价最大，而对B电厂1号技改项目来说，投资额最小，但由于自身减排空间大，因此减排强度最大，此时临界碳价也最小。通过上述分析可知，对于投资额较小的技改项目来说，无论电厂规模如何，电厂都会倾向选择进行技术投资，而对于投资额较大的项目来说，只有市场碳价高于临界碳价时，电厂才会进行投资，且对于机组容量较大的电厂来说，自身减排空间有限，投资额较高的项目只有当市场碳价处于高位时才会选择投资。

为进一步研究节能技改投资时机的选择问题，图1描绘了不同剩余折旧年限下，上述技改项目临界碳价的变化情况。由图1可知，随剩余折旧年限的减小，即越晚进行节能技改，技改项目的临界碳价成递增趋势，且剩余折旧年限越小，递增的越快。是因为对电厂来说，越晚进行节能技改，技改未来产生的经济收益就越少。对于A、B两个电厂1号节能技改项目来说，当剩余折旧年限大于3年时，项目的临界碳价均为负值，即无论市场碳价为多少，企业都应该进行投资，此时投资时机不影响项目投资决策。对于其余两个投资额较大项目来说，投资时机影响项目决策，企业越晚进行节能技改项目投资，所面临的临界碳价就越高，此时只有市场碳价处于高位时，企业才会进行投资。通过分析可知，对于投资额较小的技改项目，无论电厂规模多大，都应该进行投资，且投资不存在时机问题，而投资额较大时，电厂需要结合市场碳价变化，适时进行投资决策。

图1 不同剩余折旧年限下临界碳价

(三)市场因素对临界碳价的影响

由前文分析可知，投资收益率和标煤价格为影响临界碳价的市场因素，其中投资收益率与临界碳价为正相关关系，标煤价格为负相关关系。为清楚观察投资收益率和标煤价格对临界碳价的影响，本文以A电厂2号技改项目为例，将临界碳价随投资收益率和标煤价格的动态变化情况绘制于三维坐标系中。由图2可知，标煤价格很高时，临界碳价很小，此时由节能技改带来的节约标煤的收益很大，企业进行节能技改的积极性很大；在标煤价格为500元/吨时，若投资环境要求项目投资收益率大于10%，技改项目临界碳价高于318元，即只有市场碳价处于高位时，企业才有可能进行节能技改。

图2 标煤价格和投资收益率对临界碳价影响的动态分析

五、结论

本文基于净现值法，构建了发电企业节能技改项目临界碳价的模型，并将影响临界碳价的因素分为项目因素以及市场因素，通过分析技改项目临界碳价，在碳约束条件下为发电厂技改项目投资决策提供理论依据。主要可以得到以下结论：

1.临界碳价为火力发电厂进行一项节能技改项目投资的阈值，当市场碳价高于阈值时，企业进行项目投资，对企业来说，临界碳价越高，企业进行节能技改的积极性就越小。影响临界碳价的因素中，项目投资额和投资收益率与临界碳价呈正相关关系，其余因素与临界碳价均为负相关关系。

2.通过敏感性分析可知，影响临界碳价因素中，项目投资额的敏感性系数最高，即企业在进行节能技改时最关注的因素应为成本因素，其次为折旧年限、降低的二氧化碳量、降低的煤耗量、标煤价格以及投资收益率，其中降低的煤耗量和煤炭价格敏感度系数相同。

3.通过项目因素分析可知，无论电厂规模如何，电厂都应该投资小型节能技改项目，且投资时机不影响项目投资决策。而对于大型节能技改项目，电厂应该考虑市场碳价，遵循临界碳价阈值原则，依据市场碳价变化，择机进行投资，原则上是企业越早进行投资，技改项目的价值越大。考虑电厂规模不同可知，一般而言，对于大型电厂来说，机组的减排空间小于小型电厂，因此进行节能技改项目投资所带来的减排效益也就不同。大型电厂进行节能技改项目投资，临界碳价高于小型电厂，即同等市场碳价水平下，大型电厂进行节能技改的积极性要小于小型电厂。具体到单个电厂，技改项目类型的不同也影响临界碳价，项目投资额越大，临界碳价越高，电厂进行项目投资的积极性越低，此时，只有市场临界碳价处于高位时，电厂才有可能进行项目投资。

4.通过市场因素分析可知，标煤价格对临界碳价的影响大于投资收益率。单独来看，企业进行节能技改时，应考虑标煤价格未来的发展趋势，若标煤价格未来趋势上升，则技改项目未来产生的经济收益越大，此时企业应该尽早进行投资，反之，推迟投资。当企业要求的投资收益率较高时，不考虑其他因素影响，只有碳价处在高位时，才能满足企业的投资收益率要求。

[1] TyroneT.Lin,Shio-LingHuang. An entry and exit model on the energy-saving investment strategy with real options [J].EnergyPolicy, 2010(2).

[2] E.A. Martínez-Cesena,J. Mutale. Application of an advanced real options approach for renewable energy generation projects planning [J].RenewableandSustainableEnergyReviews,2011(4).

[3] Jana Szolgayová, Alexander Golub, Sabine Fuss. Innovation and risk-averse firms: Options on carbon allowances as a hedging tool [J].EnergyPolicy,2014(2).

[4] 梁志宏，杨昆，孙耀唯.不同发电技术电源投资决策支持模型 [J].华北电力大学学报，2007(4).

[5] 王淑娟，赵娜，李荣华，李宜真.不同电价区内光伏电站的投资策略研究 [J].中国电力，2014(5).

[6] 陈涛，邵云飞，碳排放约束下的发电技术特征、价值比较与投资启示——基于破坏性创新视角 [J].管理学家(学术版)，2012：3-15.

[7] 周远祺,杨邵军，杨金强.碳交易背景下石化企业能耗优化项目的投资分析 [J].工业技术经济，2013(11).

[8] 陈涛，邵云飞，唐小我.碳排放约束下的发电技术选择——以PC发电和IGCC发电为例[J].技术经济，2013(4).

[9] 赵新刚，刘平阔，刘璐，王婕妤.中国可再生能源发电对火力发电技术替代的实证研究——基于LVC模型 [J].技术经济，2011(10).

[10] 商桑.火电厂电机节能技术改造项目投资效益评价研究[D].保定：华北电力大学，2012.

(责任编辑：王 荻)

The Energy-saving Technological Reformation Investment Decisions of Power Generation Enterprise Under the Carbon Constraints

SUN Dong，WEI Qian-ru，ZHAO Hui-ru.

(School of Economics and Management, North China Electric Power University，Beijing 102206，China)

With the establishment of carbon markets and strengthen of carbon constraints, the price of carbon emission permission has directly influenced the decisions of generation enterprise′s energy-saving technological reformation investment. A critical carbon price model has been considered based on the financial NPV method, critical carbon price is the threshold carbon price of an energy-saving project. This paper has analyzed the project factors and the market factors which affected the critical carbon price by utilizing sensitivity analysis and numerical case study. Furthermore, this paper has compared different cases to analyze the effect of the investment scale and the timing of investment. Finally this paper has provided a new idea for enterprise′s energy-saving technological reformation investment from the perspective of carbon constraint.

carbon constraints; critical carbon price; energy -saving technological reformation; sensitivity analysis; NPV

2015-09-15

孙冬，女，华北电力大学经济与管理学院副教授；韦倩茹，女，华北电力大学经济与管理学院硕士研究生；赵会茹，女，华北电力大学经济与管理学院教授,博士生导师。

F407.61；F206

A

1008-2603(2015)05-0039-06