1 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
（1）当前以煤电为主的电力结构存在低碳转型需求
纵观中国电力系统的发展历程，一直遵循“以国内资源禀赋为依托、以满足本国电力需求为主旨，因地制宜选择发电方式”的模式。国内能源禀赋具有显著的“多煤少油贫气”的特征，为满足国内巨大的电力需求，大规模使用煤炭外的化石能源发电方式需要稳定的资源进口渠道并承担潜在的能源供给风险[1,2]。在此背景下，煤电逐渐成为国内电力结构的支柱并沿用至今。中国西南部区域的地理特征赋予其发展水利发电的先天优势，国内的水利发电量已于 2016 年达到了创纪录的 11807 亿千瓦时，并成为国内电力系统的第二大支柱，仅凭三峡项目，每年就能稳定供电超过 1000 亿千瓦时。除水利发电外，以风能和光伏发电为代表的其他可再生能源发电技术也充分延承了中国电力系统特色，即以自然资源条件作为发电装机分布的主要依据[3]。
以传统煤电为主导的现有电力结构具有显著的不可持续性特征。中国煤炭储量和电力消费在地理分布上具有显著的不均衡性，
60%以上的煤炭资源分布在“三西地区”，而中国电力消费的主要地区则集中在东部和东南沿海省份。为了满足经济发达区域的能源供给，跨区域煤炭调运成为国内除省际电力传输外另一个主要的能源转移方式[4,5]。国内大规模长距离的煤炭调运不仅消耗了大量的国内货运运力，也在此过程中产生了大量的不必要能耗和温室气体排放[6]。作为不可再生资源，化石电力还存在着潜在的能源供给安全的挑战，随着浅层储量的快速消耗，煤炭开采的深度和开采成本也将逐步提升。随着生命周期能源回报率的下降，化石电力的碳强度也将进一步升高。为了应对未来必然出现的化石能源耗竭的可能，中国有必要加大新能源的扶持力度，以保障未来较长时间内能源供给的稳定性。
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1.2 研究目标和内容
1.2.1 概念界定
基于本文研究目标可知，碳市场背景下电力企业装机决策机制和电力结构的低碳转型路径和演化规律是本文的核心问题。由于涉及到的研究主体较多，为了方便对后续研究内容的理解，本文首先对重要概念进行界定。
（1）电力结构
电力结构指各种发电方式（如煤电、气电、水电、核电、风电、光伏发电等）的装机容量（发电量）在总装机容量（发电量）中所占比重。
（2）电力结构低碳转型
电力结构低碳转型指传统以煤电为主的电力结构向加装 CCS 的化石能源电力、风电、光伏发电等多轮驱动的电力结构的转变，主要通过已有装机能力的低碳升级和低碳发电技术的培育和扩散实现。
（3）企业装机决策 企业装机决策指现有电力企业管理者和潜在新增装机能力的投资者在充分考虑内外部要素（如资源价格、碳价、补贴力度、技术水平等）水平和影响下，以企业价值最大化为目标，做出包括新增、升级、退役等决策的过程。
1.2.2 研究目标
中国正处于电力系统结构性升级的关键节点，现有碳强度高、发电效率低下的发电技术将逐步被低碳、高效的新技术所取代。在复杂的外部环境下，为了平稳推进低碳转型的实施并最终实现转型目标，需要对转型机制进行研究。作为电力系统的基本组成单位，电力企业决策对于电力结构转型产生直接影响。因此，本研究将在分析不同装机类型特征和决策机制的基础上，找出关键影响因素，并以此为依据制定可引导企业做出符合系统转型方向的政策组合方案。其中，决策类型主要包含落后产能的提前退出、现有机组的升级和低碳技术的扩散三方面。
中国已经与 2017 年底全面开启碳市场，并预计于 2020 年实现碳交易，电力系统在首批交易名单之中。但是由于运行经验的欠缺，碳市场对于国内电力结构低碳转型的影响效果尚不显著，作用机制尚未明确。本研究将立足碳市场在中国的发展环境，充分反映碳市场初级阶段特征，分析碳市场对电力企业装机决策以及电力结构低碳转型的作用特征和机制。
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2 文献综述和理论框架
2.1 电力结构低碳转型路径和规划模型
2.1.1 化石电力低碳升级路径
随着经济增速的放缓和装机能力的提升，保障供给已经不是中国电力系统的唯一任务，在提升效率的基础上实现低碳转型成为未来较长时间的发展目标。结合中国电力结构以煤电为主导且发电机组安装时间跨度较长的现状，首先需要解决的是落后发电能力的淘汰和升级问题。借用煤电产业供给侧改革的思想，在中国开启碳市场的背景下，落后产能的淘汰可以理解为：借助市场机制促使发电效率低下、碳强度较高的发电机组提前退役，以实现已有电力结构的低碳升级。
为了实现升级目标，首先需要对目前以煤电为主体，已有装机能力大于实际需求的原因进行深入分析。产能过剩的原因可以归为“市场失灵”和“政府失灵”两类，其中“市场失灵”的观点认为过剩的本质为应对未来需求可能出现的突然增长而产生的生产力富余的“窖藏效应”[33,34]，或者由于对行业发展产生的一致性正面预期和内部信息流动性不足而产生的“潮涌效应”[35,36]；“政府失灵”则是指由于经济体制转型期间制度不完善和要素定价不合理而产生的系统性问题[37–39]。在产能过剩程度的测度方面，已有研究主要采取生产函数[40,41]、协整函数[42]、峰值法[40,43,44]、成本函数[34,45]等方式进行描述。
产业转型作为应对产能过剩的一个主要手段受到了学界的重视和讨论。其中Gereffi（1999）[46]将产业转型概括为从劳动密集型向资本和技术密集型转变的过程，强调技术层面的升级并伴随着企业盈利能力的增加。产业转型的本质是企业为获得更大利润而做出的技术水平、企业能力和产品质量的全面提升[47–49]。王德鲁（2005）[50]通过对转型案例的研究，概括出了企业能力再造、产业区位转移、产业延伸和产业创新四种应对方式。近年来，随着气候和环境问题日益突出，如何在产业升级的同时兼顾低碳属性成为了产业转型研究中的热点问题。
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2.2 基于实物期权方法的企业装机决策机制
在上一节中，本研究已经对现有的电力系统规划模型进行了归纳分析，根据研究对象，可以分为以宏观系统为规划对象的“自上而下”的建模思路，以及以微观企业为研究对象的“自下而上”的建模思路两类。本研究致力于分析碳市场背景下各类微观企业的决策机制及其对电力结构转型的传导机制，因此采取“自下而上”的研究方向。针对微观企业决策的研究，往往以企业价值/收益作为决策对象，传统的投资项目决策大多采取贴现现金流法（DCF）。由于面向未来的研究中现金流具有不确定性，为了根据未来风险调整贴现率，资本定价模型（CAPM）应需而生。在很长的一段时间内，研究者和企业管理者都将该方法视作企业决策模拟和优化的主要手段。然而在使用的过程中，越来越多的研究者发现贴现现金流法本身存在许多系统风险。首先，DCF 法假设了一个未来不变的预期现金流，企业决策者对于未来外部环境变化采取较为消极的态度，这显然是不合理的。其次，DCF 法无法反映企业管理者的灵活性和反应能力。因此 Myers（1977）[117]提出，在面对具有战略意义的投资时应当采取期权的思维方式。随着 DCF 方法在处理系统复杂性和投资灵活性问题上的缺陷，实物期权方法应需而生。实物期权方法的核心为金融理论中的期权思想，即将项目投资中的灵活性问题进行量化处理，与传统的 DCF 法结合后不仅可以衡量企业决策的货币收益还可以用来度量包括等待价值等在内的企业价值[118,119]。
2.2.1 实物期权理论定义与特点
实物期权方法最早用于环境项目的投资决策研究[120,121]。Kester（1984）[122]将投资机会重新定义为包含未来成长机会的看涨期权，其中企业资产为该期权价值的固定部分，而未来投资机会和项目价值增长期望为该期权的浮动价值。因此，当前价值为负的投资选择只要在日后具有足够的增长可能也可以视作未来投资的潜在选择，并在有利投资的条件出现时再进行投资。这一特征与低碳发电技术投资的特征不谋而合，目前 CCS 和可再生技术投资项目的净现值要低于不含CCS 的传统发电方式，但是随着碳市场的发展和碳价的提升，此类低碳项目的价值会逐步提升直至超越传统火电技术，因此需要找到企业可以转变投资方向的临界点。
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3.1 化石能源发电装机决策流程..................................... 35
3.2 化石能源发电装机升级决策..................................... 37
4 碳市场背景下可再生能源发电装机决策研究 ................................ 83
4.1 可再生能源发电装机决策流程............................................................................ 83
4.2 可再生能源发电装机决策模型............................. 84
4.3 可再生能源发电装机决策影响因素分析.................................. 86
5 基于企业装机决策的电力结构低碳转型仿真模型 .............................. 90
5.1 建模思路...................................... 90
5.2 企业装机决策动态模型.................................... 93
7 电力结构低碳转型政策建议
7.1 转型路径分析
在前面四章中，本研究分别利用实物期权方法和基于复杂适应系统（CAS）理论的电力企业装机决策-电力结构演化动态仿真模型分别对碳市场背景下的企业装机决策机制、电力结构转型机制、不同情景下的低碳转型路径进行了系统分析。本章将基于上述分析结果对电力结构低碳转型提出政策建议。为了使政策体系具备理论性和结构性优势，本章首先基于 CAS 理论中复杂性和多样性内核，结合已有社会-技术转型理论框架，对电力系统内部各主体的潜在转型路径进行分析，并以此为基础提出促进电力结构低碳转型的理论框架。
现有的社会-技术转型理论试图通过不同外部环境（landscape）和功能性集群（niche/regime）的互动机制归纳系统转型范式，以对转型路径进行预测和管理。然而社会系统的转型是一个复杂的过程，不同类型、力度的外部压力和系统内部特征各异的功能集群的组合可能出现预期之外的转型结果。作为社会-技术系统的基本组成单位，系统层面转型的本质为各功能集群在相关驱动因素影响下规模、功能等方面变化的有机组合。不同状态下功能集群和外部环境的组合可能导致不同的转型路径，因此转型路径具有多样性和不确定性特征。
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8结论
8.1企业装机决策机制及影响因素的研究结论
（1）理性的电力企业在短期内不会对已有化石能源装机能力做出升级 CCS设备的决策，这个结果主要由当前碳市场发展水平和 CCS 技术本身限制引起。由于中国目前处于开启碳市场的初级阶段，碳价水平较低且免费配额率较高，两个因素共同导致企业所承担的实际碳成本较低，不足以对企业升级脱碳设备的决策产生显著影响。此外，CCS 技术的扩散还受到本身高昂的购置成本和额外发电能耗的负面影响。以往研究通常将购置成本视作限制 CCS 扩散的最大阻碍，本研究通过比较发现，由于加装 CCS 而承担的额外燃料成本对于投资该技术决策达成的负面影响更为显著，随着燃料成本的提升该负面作用有逐渐放大趋势。CCS 技术在发电损耗方面的升级可以大幅降低投资决策门槛，当运行 CCS 设备不产生额外的燃料损耗时，升级决策可在较低碳价水平下达成。
（2）在当前技术水平下，低碳发电技术仍需要较高补贴才可以在新增决策中取得与传统化石能源发电技术相比具有竞争力的企业价值。目前低下的碳价水平是造成这一现象的原因之一，除此之外，以可再生发电技术为例，虽然其在运行过程中不需要承担额外的燃料成本和碳成本，但是由于其较低的发电效率和较短的期望运行时间，与传统化石能源发电机组相比在企业价值方面仍不具备竞争优势，该结果在预期碳价高达 300 元/吨时依然成立。因此，除非可再生能源发电技术在未来获得突破性进步，否则在未来很长时间内仍需要政府补贴才可能获得与化石电力机组相近的收益水平。对于新增包含 CCS 的化石能源发电机组，其在全生命周期时间内额外消耗的燃料成本很大程度上抵消了规避碳成本的正面作用，进而造成其企业价值在不存在购置补贴和电价补贴时低于不同步安装CCS 情景的结果。
（3）新增的碳成本可以有效促进当前发电技术较为落后的火电机组做出提前退役决策，随着电力企业对未来承担碳成本预估值的升高，企业做出提前退役决策的时间将显著提前，其中高压机组达到提前退役的临界碳价最低，当预期碳价水平达到 100 元/吨时此类型机组就会在达到自然退役时间前提前退出市场，超超临界技术的临界值最高，当预期碳价达到 200 元/吨时才达到提前退役的基本条件。作为主要的碳市场指标，免费配额率对于企业提前退役的积极影响随剩余生命时间的减少而逐渐降低，该规律同样适用于碳成本转移率指标。此外，政府为鼓励落后产能提前退役而采取的补贴政策对此决策达成产生的影响不显著。
参考文献（略）