燃煤電廠碳捕集、利用與封存技術投資決策研究 節選

第1章 燃煤電廠CCUS技術投資決策面臨的問題 1.1 問題的提出 全球環境問題，特別是溫室效應問題越來越嚴峻，如全球變暖、森林資源銳減等對人類的生產活動造成了極為不良的影響，也成為世界各國政府和公眾關注的焦點。 為了有效解決溫室效應問題，世界各國都在努力探索有效方法以進行溫室氣體減排。全世界178個《聯合國氣候變化框架公約》的締約方在2015年12月一致同意通過《巴黎協定》，協定同意將21世紀內全球平均氣溫較前工業化時期上升幅度控制在2℃內，并為控溫1.5℃而努力。中國也為人類的發展向全球做出了“中國承諾”，宣布了低碳發展的系列目標，包括2030年左右使CO2排放量達到峰值并爭取盡早實現，2030年單位國內生產總值CO2排放比2005年下降60%～65%。國務院2013年8月印發的《國務院關于加快發展節能環保產業的意見》(國發〔2013〕30號)和2016年11月印發的《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》(國發〔2016〕61號)的總體要求都提到了順應綠色低碳發展國際潮流，加強碳排放和大氣污染排放的協同控制。若各國政府在現在的情況下采取減排措施，2050年能實現減排約50%，而這需要先進的技術支持(胡秀蓮和苗韌，2014)。2007年6月國務院發布的《中國應對氣候變化國家方案》明確提出，要依靠科技進步和科技創新應對氣候變化，研發溫室氣體減排技術、氣候變化監測技術和氣候變化適應技術等。 截至2016年11月，中國CO2排放量占全球排放總量的約30%，是全球CO2排放量*高的國家之一。雖然《京都議定書》要求我國從2012年才開始承擔減排義務，但是隨著我國經濟規模不斷擴大，能源需求不斷增加，導致CO2排放速度迅速增長，所以CO2減排不僅是《京都議定書》2012年開始對發展中國家的要求，也是我國可持續發展的必然選擇。但是強制實施碳減排會影響我國能源安全、各種要素價格、經濟投資決策等，從而影響經濟增長(陳文穎 等，2004)。先進的減排技術是不影響經濟增長和能源需求的*好的選擇，因此碳捕集、利用與封存(CCUS)技術應運而生。據預測，到2050年，在減排情境下，碳捕集與封存(carbon capture，storage，CCS)的減排潛力可達全球碳排放總量的31%(胡秀蓮和苗韌，2014)，其對我國節能減排非常重要，減排情境下不同發電技術對減排量的貢獻如圖1.1所示。 圖1.1 不同發電技術在減排情境下的減排貢獻量 盡管如此，CCUS技術要廣泛應用于電廠、鋼鐵廠還包含多種不確定因素，如CCUS技術水平、項目投資成本、燃料價格、碳排放價格以及政策法規等(陳濤 等，2012)。又因為燃煤電廠CCUS技術投資具有成本不可逆、投資回報不確定性、時機可選擇性、技術不確定性和風險大等復雜特性，傳統投資決策方法因為缺少管理柔性而面臨著挑戰，對于傳統投資評價理論的不足，可以由實物期權法(real options approach，ROA)來彌補。實物期權法的特點是投資項全部不可逆或者是部分不可逆和管理彈性等，它不僅沒有規避投資項目的風險，而且將項目的不確定性考慮為可以帶來收益的因素。燃煤電廠CCUS技術投資本身的投資特性正好和實物期權法特點相契合，能將項目的不確定性和其他影響因素納入決策模型，支持投資者做出合理的投資決策。對于CCUS技術這類由潛在風險帶來的投資收益的項目，傳統的投資評價方法與實物期權法相比，存在沒有考慮管理柔性的缺陷，故本書將實物期權法引入到燃煤電廠CCUS技術投資項目評價中，建立一個將不確定因素納入并且科學合理的評估模型，以評估投資項目的收益和CCUS技術投資項目的期權價值。 本書在國內外學者研究的基礎和成果之上，通過傳統投資決策方法和不確定條件下投資決策理論方法的對比，結合在不確定條件下燃煤電廠CCUS技術投資項目的復雜特性，對燃煤電廠投資CCUS技術投資的評價方法做出有益的探索，并計算出不確定條件下CCUS技術項目的投資價值。本書主要貢獻如下。 (1)給出不確定條件下燃煤電廠CCUS技術投資決策的模型框架，供企業投資者參考。由CCUS技術的發展現狀和需求識別出CO2資源化利用的可能性，對燃煤電廠CCUS技術投資項目具有的特點進行分析，并根據項目投資特性選擇適合的投資決策方法。 (2)本書給出案例，為企業投資者在投資時使用實物期權法提供參考。選擇燃煤發電行業*有發展潛力的超臨界燃煤電廠作為案例的基準電站，通過對模型的仿真分析得出結果。又因為實物期權法在實際應用中計算比較復雜、困難，本書案例中的計算步驟和方法能給使用實物期權法的投資者提供一定的參考。 (3)為達到國際、我國碳減排目標及CCUS技術在燃煤發電行業的發展目標，本書根據分析結果提出適當的政策建議。世界各國為將21世紀內全球平均氣溫較前工業化時期上升幅度控制在2℃內及控溫1.5℃而努力，中國也提出在2030年碳減排達到比2005年下降60%～65%的目標，在這樣的國際和國家大目標的指引下，本書根據實證案例的敏感性分析結果提出CCUS技術在中國燃煤發電行業發展的政策建議。 1.2 研 究 意 義 CCUS技術在燃煤發電行業具有很大的減排潛力，因此研究在不確定條件下燃煤電廠何時投資、如何投資CCUS技術有著重要的理論意義和實踐意義。 (1)研究的理論意義。在電力投資領域，有很多學者都用實物期權法進行投資決策研究，但是用實物期權法研究燃煤電廠CCUS技術投資項目的文獻還比較少。燃煤電廠投資者在做出投資決策時應充分考慮投資項目的特點和面臨的不確定性，選擇與項目特點適合的投資決策方法進行評估，并建立科學有效的評估模型。本書把實物期權法和期權定價模型應用到燃煤電廠CCUS技術投資項目評價中，并考慮了CCUS技術的不確定性，建立燃煤電廠CCUS技術項目投資決策模型，為企業投資CCUS技術項目提供理論支持，并豐富目前實物期權法在燃煤發電行業投資CCUS技術應用的理論大綱。 (2)研究的現實意義。我國大部分CO2排放來源于燃煤發電廠，煤炭在我國一次能源中所占的比例高達60%，而將近50%的煤炭用于發電(國際能源署，2008)。全球碳減排路徑的壓力越來越大，在這種情況下，既要保障我國的電力供應，又要減少溫室氣體排放，又因到2050年，CCUS技術有減少CO2排放量占全球排放總量33%的潛力(胡秀蓮和苗韌，2014)，普及CCUS技術就顯得極為迫切。本書將實物期權法引入燃煤電廠CCUS技術投資項目的評價中，可為判斷我國燃煤電廠CCUS技術項目的投資方向提供參考。 1.3 主 要 內 容 本書圍繞五個方面的內容展開。 (1)CCUS技術發展現狀及投資決策理論。主要介紹了CCUS技術及發展現狀；介紹CCUS投資決策用到的理論方法，包括凈現值投資決策理論、實物期權理論、不確定性理論。 (2)燃煤電廠CCUS技術投資決策分析。論述了燃煤電廠行業發展現狀和CCUS技術的發展現狀，對比了傳統投資決策的基本理論方法及模型和不確定條件下的投資決策方法及模型，得出了不確定條件下的投資決策方法及模型的優越性；*后分析了燃煤電廠CCUS技術投資性質，根據投資性質選擇適合燃煤電廠CCUS技術投資的決策理論方法。 (3)不確定條件下燃煤電廠CCUS技術投資決策模型構建。具體分析基于不確定條件下燃煤電廠CCUS技術投資決策過程與模型，首先就影響CCUS技術投資收益的不確定性因素進行分析；之后在此基礎上給出計算投資項目凈現值的過程和具體公式；然后構建燃煤電廠CCUS技術投資的定價模型；*后給出CCUS技術項目的投資決策規則，并利用案例進行分析和討論。 (4)激勵政策對CCUS技術投資的影響評估。探討了目前政策下CCUS技術投資問題，首先基于二叉樹實物期權法建立了決策模型；隨后通過案例分析，探討了碳交易價格與碳上限政策對投資決策的影響，根據影響因素做敏感性分析，并根據研究結果和敏感性分析結果就影響燃煤電廠CCUS技術投資的重要因素給出相應的政策建議。 (5)探討了不同技術進步情景下的CCUS技術投資價值分析。通過設置不同的技術進步情景，分析了CCUS技術投資決策問題，并結合案例，具體分析了不同情景下的決策。 1.4 研究方法及技術路線 本書的研究方法主要包括五種。 (1)文獻研究法。通過查閱國內外與CCUS技術發展和現狀相關的報告、專著、論文等研究成果，掌握CCUS技術的發展、應用和研究等各方面的情況。 (2)實地調研法。在已經安裝CCUS技術捕集設備的大型燃煤電廠和項目示范點進行實地考察，深入了解碳捕集、利用和封存各個運行環節的收益和成本組成以及每個環節需要考慮的問題。 (3)專家訪談法。向相關領域專家請教投資決策模型、各影響因素的數據處理辦法以及各參數的估值是否合理。 (4)決策技術法。研究的*終目的是為燃煤電廠CCUS技術的投資決策者做出正確的決策提供切實可行的指導，并提出發展CCUS技術的相關建議。因此，本書的研究成果，如指導方案、決策系統等，都將從兼顧企業經濟效益、環境效益、社會效益等和決策者做出正確的抉擇角度考慮問題，為其提出決策思路。 (5)案例分析法。不確定條件下燃煤電廠CCUS技術投資決策模型建立之后，需要做實證分析，驗證模型是否可行。選取合適的基準電站模擬CCUS技術的投資項目，利用投資項目進行案例分析。 第2章 CCUS技術發展現狀及投資決策理論 2.1 CCUS技術簡介及發展現狀 2.1.1 CCUS技術簡介 碳捕集、利用與封存(CCUS)技術是指通過碳捕集技術將電廠等其他排放源中的CO2分離、收集、壓縮，將其輸送到封存地或者投入新的生產過程以循環再利用，以減少CO2排放到大氣中的量，達到防止氣候變暖的目的(IPCC，2005)。CCUS技術發展潛力巨大，該技術將捕集到的CO2提純，再進行利用或者封存，作為其他行業的資源，能產生經濟效益，增加收益。在第三屆中國(太原)國際能源產業博覽會上，清華大學教授倪維斗也提出了我國應該盡快啟動CCUS技術的研發和應用。 CCUS技術之前被稱為碳捕集與封存(CCS)技術，在發展CCS技術過程中，我國學者認為在進行碳捕集、運輸和封存的基礎上，還應該重視CO2的資源化利用，以彌補投資CCS技術的成本，并可以帶動中國就業機會和產業發展，為CCUS技術廣泛的應用打下堅實的基礎。2011年新修訂的《碳收集領導人論壇憲章》中增加了CO2資源化利用的內容，在CCS技術中增加了“利用(utilization)”環節，稱為CCUS。 CO2捕集技術可以分為三類：燃燒前捕集、燃燒后捕集和富氧燃燒捕集，前兩個技術較為成熟，各行業使用較多，*后一個捕集技術目前不確定性較大，也正在示范性階段。燃燒前脫碳技術(燃燒前捕集)是在燃煤燃燒前先將煤炭進行氣化，形成煤氣，煤氣再分為CO2和H2，將燃料化學能轉移到H2中，然后再對CO2和H2進行分離(周響球，2008)。純氧燃燒技術(富氧燃燒捕集)是將純氧和煤炭一同放入專門的純氧燃燒爐進行燃燒，產生的煙氣再次回到燃燒爐，從而進行CO2捕集的一種方法(Miracca et al.，2005；牛紅偉 等，2014)。燃燒后脫碳技術(燃燒后捕集)是對煤炭在鍋爐中燃燒后產生的煙氣進行脫硝、除塵和脫硫等措施后捕集CO2的一種方法。現在的大部分燃煤電廠都是直接燃燒煤，在對現有電廠進行改造的基礎上，燃燒后脫碳技術可廣泛使用。燃燒后脫碳技術可以分為物理吸收法、化學溶劑吸收法、膜分離法、低溫分離法、吸附法等(Miracca et al.，2005)，其中*常用的是化學溶劑吸收法(Damen et al.，2006)。本書中的碳捕集技術采用的是第三種方法——燃燒后脫碳技術，三種CO2捕集技術比較如表2.1所示。