基于实物期权的碳税政策对CCS项目投资决策影响研究

林则夫　文书洋　宋斌

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。大量研究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究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。最后根据研究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 and 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CO2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同角度研究了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CO2价格作为随机变量[4]。碳市场的产生和兴起使得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CO2价格从最高超过13欧元/t下跌到0.7欧元/t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究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。研究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/t[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究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，但对该问题的讨论已经持续多年。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。

本研究的主要假设如下：

（1）排放主体已经存在，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（t）=β（QCPC+QCt）-I+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CCS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（t）=β（QCPC+QCt）-I+C（t），（16）

V<0，不投资CCS项目

事实上，该模型考察的是CCS系统的增量投资与其带来的增量收益的关系，原排放主体的收益水平并不影响投资者的决策。

在本文的假设下，临界税率t0就是最低的有效税率，在不存在交易成本的假设下，可以认为是最优的税率。令V（t）=0，可以得到关于临界税率t0的公式。

β（QCPC+QCt）-I+C（t）=0（17）

V（t）不是初等函数，将期权价值的表达式（10）-（13）代入公式后（17），无法求得其解析解。

公式（17）可以看作是最佳税率关于各技术经济变量的隐函数，由于本文的目的是研究如何制定税收政策可以有效促进私人部门投资CCS项目。需要考察各变量对最优税率的影响。第三部分将结合算例，将各参数以数值代入，求解临界税率。并用数值仿真的形式，对主要参数进行敏感性分析。

3 数值仿真

3.1 基础数据的选取与估计

考虑如下CCS项目：在原排放主体（工厂）基础上改造增加捕获率碳捕集与封存装置，增量成本10.6亿元；原排放主体碳排放200万t/年；碳捕获系统100%捕集率下每年捕获180万t二氧化碳；投资者要求回报率10%，则参数β=9.4；项目运营期30年；为使分析贴近实际，这里选取2014年第二期凭证式国债，一年期的票面利率3.60%作为无风险利率。

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。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σ、无风险利率r、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β。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σ和无风险利率r与临界税率t0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，碳交易价格越高，临界税率越低。在价格超过35元/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/t。

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

为研究税收政策对CCS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究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究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）

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