摘 要

日益严峻的气候危机推动了全球性的环保改革。作为全球最大的碳排放国和 《巴黎协定》的主要领导国，我国面临着巨大的减排压力，技术转型成为大势所趋。碳捕集与封存（CCS）技术是一项重要的减排技术，能够在维持目前能源消耗水平的同时降低碳排放，然而CCS技术高成本、高不确定性的特征限制了其在我国的商业化推广。其原因之一是传统的项目评估一般采用现金流折现法，高成本和高风险的项目的净现值往往为负，在相应的决策规则下，CCS项目往往被认为没有投资价值。

本文将实务期权方法引入CCS的项目投资决策中，将CCS项目投资看作一个美式期权，建立了一个多期二叉树模型以刻画CCS项目的投资价值，综合考虑了碳排放权价格、政府补贴、清洁电价、技术进步四个不确定性因素对CCS项目成本效益的影响，并分别使用现金流折现法和实物期权法对不同条件下的CCS项目进行评估。此外，本文利用现有CCS项目的部分实际参数模拟了一个600MW超临界燃煤机组的CCS改造项目，用于对比两种评估方法在实际应用中的差异。

模型应用结果表明，实物期权方法对应的投资价值往往大于现金流折现模型下的项目价值。当碳排放权价格为59.357元/吨时，CCS项目的净现值为-7674.121万元，在现金流折现模型的决策标准下，企业会立即放弃CCS改造；而在实物期权法下，CCS项目的价值为16340.360万元，此时实物期权的时间价值为24014.481万元，即企业应该推迟决策等待更多信息。这是因为实物期权法综合考虑了立即执行期权可能带来的现金流和推迟执行期权可能带来的潜在收益，这也更能适应CCS项目决策过程中的不确定性和投资决策的弹性。

关键词：现金流折现法、实物期权法、碳捕集与封存（CCS）项目、投资决策

Abstract

The increasingly severe climate crisis has driven global environmental reforms. As the world's largest carbon emitter and the main leader of the "Paris Agreement", China is facing tremendous pressure to reduce emissions, and technology transformation has become the general trend. Carbon capture and storage (CCS) technology is an important emission reduction technology that can reduce carbon emissions while maintaining current energy consumption levels. However, the high cost and high uncertainty characteristics of CCS technology limit its in China. Commercialization promotion. One of the reasons is that traditional project evaluation generally uses the discounted cash flow method. The net present value of high-cost and high-risk projects is often negative. Under the corresponding decision rules, CCS projects are often considered to have no investment value.

This paper introduces the real option method into CCS project investment decision, considers CCS project investment as an American option, and establishes a multi-period binary tree model to describe the investment value of CCS project, taking the impact of carbon emission price, government subsidy, clean electricity price and technological progress on the cost-effectiveness of CCS projects into consideration, and the use of cash flow discounting method and real option method to evaluate CCS projects under different conditions. In addition, this paper simulates a CCS retrofit project of a 600MW supercritical coal-fired unit using some of the actual parameters of the existing CCS project to compare the differences between the two evaluation methods in practical applications.

The model application results show that the investment value corresponding to the real option method is often greater than the project value under the cash flow discount model. When the price of carbon emission rights is 59.357 yuan / ton, the net present value of CCS projects is -7,674.21 million yuan. Under the decision standard of the discounted cash flow model, the enterprise will immediately abandon the CCS transformation; under the real option method, CCS The value of the project is 163,340,600 yuan. At this time, the time value of the real option is 24,414,481 yuan, that is, the enterprise should postpone the decision and wait for more information. This is because the real option method takes into account the possible cash flow from the immediate execution of the option and the potential benefits of delaying the execution of the option, which is more suitable for the uncertainty in the decision-making process of CCS projects and the flexibility of investment decisions.

Keywords: discounted cash flow method, real option method, carbon capture and storage (CCS) project, investment decision

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 研究目的 3

1.1.3 研究意义 3

1.2 国内外研究综述 4

1.3 研究内容与方法 5

1.3.1 研究内容 5

1.3.2 研究方法 5

第2章 现金流折现法与实物期权法对比分析 7

2.1 现金流折现法 7

2.1.1 基本原理 7

2.1.2 判断标准 7

2.1.3 现金流折现法的优点和缺点 7

2.2 实物期权方法 8

2.2.1 基本原理 8

2.2.2 判断标准 8

2.2.3 实物期权模型的优点及缺点 8

2.3 CCS项目投资决策中实物期权引入的必要性 9

第3章 CCS项目投资决策模型 10

3.1 CCS投资项目收益分析 10

3.2 不确定性因素 10

3.2.1 碳排放许可证价格 10

3.2.2 投资成本与运营维护成本 12

3.2.3 政府补贴 12

3.3 现金流折现模型下的CCS项目投资价值 12

3.4 实物期权法下的CCS项目投资价值 13

3.5 实物期权法与净现值法决策规则对比 14

第4章 模型应用 15

4.1 基本情景设置 15

4.2 参数设置 15

4.2.1 碳排放权价格参数 15

4.2.2 电站基本参数设置 16

4.2.3 参数计算 17

4.3 模型计算 17

4.3.1 碳价格演化的二叉树 17

4.3.2 现金流折现法下的项目投资价值 17

4.3.3 实物期权法下的项目投资价值 18

4.4 敏感性分析 18

4.4.1 碳排放权价格 19

4.4.2 政府补贴比例 19

4.4.3 清洁电价 21

4.5 应用总结 21

第5章 总结与展望 23

参考文献 24

致谢 26

第1章 绪论

研究目的及意义

研究背景

能源与气候

气候变化是当前人类生存面临的最大威胁，其负面影响众多，例如由高二氧化碳浓度导致的食物供给减少、水资源短缺、干旱、以及与日俱增的健康问题等等，这将对供需产生不利影响，进而影响现在和未来的经济发展^[1] 。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）发布的2014年气候变化评估报告显示，情况已经比预期更加严峻，并且负反馈效应也即将来临^[2] 。针对这一全球性问题，2015年的巴黎气候大会上通过了《巴黎协定》，其目标是将本世纪全球气温平均上升幅度控制在2摄氏度以内，并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上的1.5摄氏度以内。已有190多个国家签署了这一协定，承诺为控制气候变化做出共同的努力。然而，IPCC于2018年所发布的《IPCC升温1.5摄氏度特别报告》指出，各国的《巴黎协定》承诺并不足以实现1.5摄氏度目标^[3] ，这表明各国还需要进一步进行技术和政策改革。

温室气体排放是导致气候变化的主要原因。目前温室气体尤其是二氧化碳的减排力量主要集中于能源板块的创新，例如再生能源以及清洁发展机制^[4] ，但Chu等人（2016）认为就能源需求来看，新能源并不能完全取代化石能源^[5] 。2013年仍有41.3%的电力来源于煤电，大多数国家仍将把化石能源作为他们的主要能源。

中国是目前第一大能源消耗国，迅速的经济发展带来了巨大的能源消耗，这也给我国带来了更大的能源安全威胁。据中国统计局所公布的能源消费总量年度数据显示，2016年中国煤炭消费总量占能源消费总量的62.02%，石油和天然气占能源消费总量的27.7%，而水电、核电、风电等清洁能源的消费总量仅占能源消费总量的10%左右，这表明煤炭在我国的能源结构中占主导地位，并且这种主导地位在未来一段时间内将继续持续。（数据来源：中国统计局能源年度数据）。

碳捕捉与封存（CCS）技术

作为最大的发展中国家和排放大国, 中国未来将承担更多的压力^[6] 。为了实现1.5摄氏度目标，中国已承诺在2005年碳排放量基础上，2020年将完成减排40%~45%^[7] 。

二氧化碳减排涉及到不同的减缓措施的组合，需要在降低能源和资源强度，脱碳速率和二氧化碳去除做出权衡^[3] 。就中国目前的能源结构来说，化石能源占据了绝对的主导地位，降低化石能源的用量和强度是很难在短期内实现的，所以对于中国来说一项可行的选择是侧重利用碳去除技术以暂时维持目前化石燃料利用水平下，同时兼顾能源转换与脱碳技术研发。

碳捕获与封存技术（简称CCS技术）被认为是一项关键的二氧化碳去除技术，特别是对于以煤为主要能源消耗的发展中国家。CCS技术分为三个环节，首先通过碳捕捉技术将二氧化碳从工业和有关能源产业的源头分离出来，然后通过管道运输等方式将二氧化碳运输至封存地，最后通过碳储存技术将分离出的二氧化碳输送并封存至海底或者底下等与大气隔绝的地方。

这项技术可以在不对已有电力供应系统做大规模改造的前提下，大幅降低二氧化碳的排放水平。田泽、马海良认为与进行能源转换相比，CCS技术的优势在于：在化石能源仍为主要能源的背景下，能在保持能源耗费现状的同时降低对环境的损害；提供了一种调控气候变化的有效方法，规避了开发新能源引发的技术困难；目前地球可以为储存CO2提高充足的空间^[8] 。

但是CCS技术并没有得到广泛的商业化使用，最大的原因在于高昂的成本投入以及收益的不确定性。CCS项目的三个特定环节：碳捕捉、运输、封存需要大规模的实物投资。与没有CCS的项目相比，CCS总是需要额外的能源，因此除非项目经营​​者看到减少其运营中的二氧化碳排放的适当价值或引入要求使用CCS的立法，否则不会使用CCS^[9] 。在严格的CO₂排放限值下，高额的运营成本和收益的不确定性使得发电厂在是否应该实施CCS改造上陷入了两难的境地^[10] 。高成本与高风险的特征使得CCS项目的评估对于企业CCS改造决策至关重要。

碳排放交易市场

控制温室气体排放和发展低碳经济已成为许多国家的共同目标。促进实现这一目标的两种有希望的方法是对排放征税和建立碳排放交易体系，后者已成为许多国家实现低成本减排的主要政策工具^[11] 。目前比较完善的碳排放交易市场有：欧洲碳排放交易体系（EU ETS）、美国芝加哥气候交易所（CCX）、新西兰碳排放交易体系（NZ ETS）等，作为《巴黎协定》的主要领导国，中国近年来也颁布了一系列的政策以推进碳排放交易市场的建立与完善。

从2013年起，我国先后建立了七处碳排放交易试点，分别为北京、上海、天津、重庆、广东、深圳和湖北7个碳排放交易试点。2015年，中国政府在《中美元首气候变化联合声明》及巴黎气候大会上承诺，中国计划于2017年启动全国碳排放交易体系。2016年，“十三五”规划明确指出，推动建设全国统一的碳排放交易市场，实行重点单位碳排放报告、核查、核证和配额管理制度。2017年，国家发展改革委员会下发了关于印发《全国碳排放权交易市场建设方案（发电行业）》的通知，国家层面的碳排放交易市场建设拉开了序幕。目前中国碳市场已成为全球规模最大的碳排放交易市场，将在推动绿色低碳发展过程中发挥愈发重要的作用。

碳市场的发展存在着巨大的利润和商机，有助于改善人类社会的生活环境^[12] ，这对中国乃至世界的可持续发展都有着重要意义。在碳交易机制日益完善的背景下，环保改造将涉及到更多的影响因素，包括碳价、政策等等。

研究目的

随着美国2017年6月退出《巴黎协定》，中国成为世界第一大能源消费国与碳排放国，将在应对全球气候变化方面发挥更加重要的作用^[13] 。然而，化石能源仍然在我国能源结构中占主导地位，并且短期内无法被其他资源所替代。如何在维持现有化石能源消耗水平的基础上降低二氧化碳的排放是一个亟待解决的问题。

碳捕捉与封存技术是一种可行的解决方案，该技术能在保持能耗水平的基础上，大幅减排。但由于不确定因素较多，风险较大，投资规模较大，传统的现金流折现法（DCF）往往不能够客观的评估CCS改造项目，并且仅提供一个即时决策指标（NPV或IRR），导致企业很容易直接放弃CCS改造。本文旨在从企业的角度研究降低碳排放量的成本和企业长期效益之间的权衡，建立了一个多期二叉树模型以刻画企业在不同条件下执行CCS项目的投资价值，并将实物期权方法与现金流折现法相对比，结合多种不确定因素，考虑决策制定过程中内在的灵活性和动态性，更为客观地对CCS项目进行评估。

研究意义

理论意义

碳市场交易机制的建立将对碳排放成本造成影响，从而进一步影响环保改造项目的评估。目前已有文献大多对国外碳市场交易机制下的CCS项目决策进行研究，而对国内CCS项目实例的研究还为数不多，并且主要方法为传统的现金流折现方法，不能充分适用于高风险、高成本的技术转换项目评估。在中国碳市场逐渐形成的背景下，将实物期权方法应用于CCS改造项目一方面能将实物期权方法与我国碳市场交易机制结合起来，另一方面能够改进传统的技术转换项目评价方法，并充实相关领域的实例研究。

现实意义

发电行业是我国能耗最大的行业，也是首先被纳入碳排放交易范围的行业。2016年，发电行业的煤炭消耗量约占煤炭消耗量总计的44%，且电力生产总量中的72%都来源于火电，以燃煤为主的发电结构在长期内很难转变，为了提高煤电的可持续发展能力，发电企业应用CCS技术是一种有潜力的选择。

用现有的CCS项目的实际参数模拟实际情景，将实物期权方法应用于实际的CCS改造项目中，能为类似项目的决策提供评估方法的参考，从而帮助投资者进行更科学有效的技术转型投资决策，而不是一味地淘汰净现值为负的技术转型项目。