火力发电企业IGCC项目投资决策方法研究进展

火力发电企业IGCC项目投资决策方法研究进展

代春艳1，2徐书会1，2罗雪梅1，2

（1.重庆工商大学企业管理研究中心重庆400067；2.重庆工商大学管理学院重庆400067）

摘要：全球气候变暖和能源危机已经成为影响各国经济发展的共同问题，我国能源行业中的火电企业作为碳排放源大户选择碳减排发电项目是实现碳减排和可持续发展的必由之路。本文通过研究火力发电企业整体煤气化联合循环IGCC（IntegratedGasificationCombinedCycle）项目投资决策问题，对火力发电企业IGCC项目投资历程、投资特点和投资方法进行回顾、总结和述评，并着重对多阶段复合实物期权法在火力发电企业IGCC项目投资决策的适用性进行了分析，为我国火电企业IGCC项目投资决策者们在方法论上提供参考。

关键词：火力发电企业；IGCC项目；投资决策；复合实物期权；研究进展

中国是一个能源消费和碳排放大国，面临着能源约束、结构转型、减排和发展的深刻矛盾。自从2006年中国成为第一大碳排放国，就面临严峻的国际碳减排压力[1]，2015年4月25日发表的《中共中央国务院关于加速推进生态文明建设的意见》中的主要目标之一为到2020年单位GDP的CO2排放强度比2005年下降40%-45%[2]。主流科学界在研究中把碳排放增长分解为人口规模、产业结构、能源强度、经济增长、技术进步等因素的影响效应[3]。而我国“富煤、贫油、少气”的能源结构现状决定了以煤为主的能源消费结构在短期内难以改变[4]，其中化工、电力等用煤量尤其突出，《2016中国能源统计年鉴》数据显示，煤炭占我国能源消费总量的64%[5]。中国既要持续发展经济又要减排CO2，就只有依靠科技创新、走改革发展的道路。在此背景下，整体煤气化联合循环（IGCC）项目把高效的联合循环和洁净的燃煤技术结合起来，是21世纪最具有发展潜力的煤电技术之一[6]，而现阶段我国IGCC项目仍处在示范工程阶段，为推动IGCC项目的商业化发展，提高发电效率和减少碳排放，建设资源节约型和环境友好型社会，本文基于大量文献的研究，回顾、归纳和总结了IGCC项目的投资发展历程、投资特点，探索出适合于IGCC项目投资决策的方法，并对下一步IGCC项目的研究方向进行了展望。

1.IGCC发展历程

IGCC技术优先在国外兴起，国内发展较为滞后，因此国内外发展阶段不同步。本文通过对已有文献进行整理、归纳和分析，将国外IGCC技术发展分为以下三个阶段：20世纪70年代到80年代为试验阶段。1972年，德国在Kellerman电厂建成了170MWIGCC试验装置，直到1984年，美国在CoolWater建成世界首套120MwIGCC示范电站，成为世界上真正试运成功的第一座IGCC电站，解决了技术可行性、运行可用率和环境污染等问题，被誉为“世界上最清洁的燃煤电站”。20世纪80年代到20世纪末21世纪初为工程示范阶段。以美国为代表，1985年，美国能源部和企业界共同投资70多亿美元、执行一项洁净煤技术（CCT）计划，以研究、开发与示范新一代燃煤和煤电技术，IGCC在项目数与总投资数上都占首位。此后，美国的IGCC技术居世界领先地位。20世纪末21世纪初至今为商业化阶段。21世纪初，IGCC发展迎来第一次高潮，除美国和欧盟以外，日本也加入IGCC研发行列，日本三菱公司在2003年6月30日正式投运日本第一座商业性运行IGCC，并于2007年成功运行了250MW等级的IGCC电站，成为世界上独立开发和设计制造IGCC电站关键设备的第3个国家。到2005年，世界上已经投入运行和正在建设的IGCC电站近30座，其中美国占了一半左右，装机容量超过800万千瓦，到2007年2月，世界范围内共有IGCC电站项目44项。第一次高潮的兴起主要来源于IGCC项目创造的经济利益和它优越的环保特性。2012年至今，IGCC发展迎来第二轮高潮，主要表现为：美国（DepartmentofEnergy，DOE）提出发展IGCC的FutureGen计划，美国和欧盟的IGCC设备的制造商和电站设计单位组成了设计和制造IGCC工程的联合体，美国、欧盟和日本为首的发达国家实行政策鼓励，推动IGCC商业化发展，使得世界范围内掀起一个建设IGCC电站和多联产能源系统的新高潮。

我国IGCC技术发展起步较晚，总体发展可以分为两个阶段：1994年至21世纪初期为起步阶段。1994年，在国家科委领导下成立了IGCC领导小组，并把IGCC列入21世纪行动计划的优先项目。20世纪末IGCC的两个主要研究课题为高温煤气净化和CO2的分离，来提高煤气化联合循环发电效率和减少碳排放[7]，相关学者提出了IGCC发展的总目标：力求提高其经济性、可用率，降低比投资费用和发电成本，促使IGCC走向商业化，同时进一步优化IGCC的系统，以便清除和利用CO2[8]。早期IGCC的发展受到系统过于复杂、影响机组可用率的不确定性、电站启动周期长、用电耗率高、需要对原来的燃气轮机进行相当重大的技术改造、设备非批量生产和缺少经验等缺陷制约，发展较为迟缓。第二阶段，工程示范阶段，21世纪初期至今。中国华能集团在2004年提出了“绿色煤电”发展规划；另外，华能集团会同其他7家经营发电，投资和煤炭的公司共同成立“绿色煤电公司”用来确保该计划能够顺利实施。2012年12月12日，我国天津市滨海新区天津港工业园的华能天津IGCC示范电站正式投产发电，这是中国首个IGCC清洁煤电项目，也是全球第六座IGCC电站[9]。这期间IGCC的发展引起了国内学者高度关注，兴起一股研究的热潮。总之，近期研究表明，在当今碳减排和能源转型背景下，IGCC必将成为我国煤电领域值得探索的重点方向[10-11]。

综合国内外IGCC技术40多年的发展历程，不难发现IGCC取得了不少成果，但总体还不尽人意。国内外IGCC发展的不同阶段都受到发电成本高、比投资费用高、可用率低等方面的制约，但随着技术进步、市场对清洁能源需求的增长和各国优惠政策的出台，IGCC高效率和低排放的优势将会极大显现，必将在今后的碳减排目标实现发挥巨大作用。

2.IGCC项目投资特性分析

通过回顾已有研究，本文发现IGCC项目投资具有以下特性：

（1）投资分阶段。世界上最典型的五座IGCC电站，荷兰的Buggenum电站、美国的WabashRiver电站、美国的Tampa电站、西班牙的Puertollano电站以及美国PinonPine的TracyIGCC电站均经历了紧张的调试状态到工程示范，最终投入商业化运行。国外自1984年美国率先试运成功IGCC示范电站“CoolWater”到现在，IGCC技术已全面进入商业验证阶段[12]。2012年12月12日，我国首座煤气化联合循环电站—华能天津IGCC示范电站投产，标志着我国洁净煤发电技术取得重大突破，我国IGCC技术正式进入工程示范阶段[13]。另外，在IGCC投资发电成本和比投资费用高的制约条件下，分阶段投资更符合当前的投资环境的需求。

（2）投资的不确定性与风险性。由于部分发电企业和投资者对于清洁发电和碳减排战略任务的认识还没有达到应有的高度，且由于技术、市场的不确定性和沉没成本，创新技术很难被投资者接受[14]，碳减排技术的应用受到一定阻碍[15]。IGCC技术的商业推广主要受到投资成本、联合系统性能关键技术不确定的影响、关键设备的研发滞后、集成创新成果有待提升和缺少龙头示范工程[16]等方面的阻碍，同时，还受到国外技术投资的可能性、机组的功率、机组的年运行时数、机组的净热效率、燃料的价格、电站的折旧年限、电站的维护诸因素和内部收益率、“污染罚款”[17]及碳交易价格[18]、经济波动强度[19]、政府优惠政策和补贴政策等诸多不确定因素的影响，存在较高的风险。

（3）投资的成长性。IGCC项目被认定为“最具有发展潜力的煤电技术”来源于它本身具有很大成长性：首先，IGCC技术本身具有显著优势，例如环保性能好、燃料适应性好[20]、用水量少（IGCC电厂的用水量仅是煤粉炉电厂的50%-70%[21]）、废弃物再利用、易大型化形成规模经济、多产联合运行可用率达到80%以上、易于实现广泛共享相关科技成果。其次，IGCC可极大提升能源利用效率的空间。近期IGCC效率为42%～45%，专家预测2020年将突破60%。ObaraS，MorelJ，OkadaM等发现将IGCC连接独立的微电网和可再生能源网络可促进可再生能源利用率[22]。周贤等，许世森，史绍平，等研究表明回收余热的IGCC电站将大大提高我国电力行业的能源利用效率[23]。最后，IGCC未来碳减排的潜力巨大。TaseskaV，MarkovskaN，CausevskiA等研究电力系统减少温室气体排放的潜力，其中IGCC技术可以将排放量从78%减少到41%，减排成本似乎不到10美元/吨[24]。黎水宝，程志，史翀祺等研究得出在考虑碳捕集时，IGCC经济性最好[25]。张勇，闫媛媛在研究中证明了IGCC低能耗和低排放的效果[26]。AlobaidF，MertensN，StarkloffR研究认为未来火电领域有很大发展潜力的发电技术，IGCC居于首位[27]。总之，高效率、低成本和低排放给未来IGCC投资带来巨大成长性，在当今碳减排和能源转型背景下，IGCC必将成为煤电领域值得探索的重点方向[28]-[29]。

3.IGCC项目投资决策方法

本文通过回顾、总结和归纳国内外21世纪以来有关IGCC的研究，发现该领域在21世纪初期研究主要围绕IGCC发展背景、国内外IGCC发展现状、IGCC应用前景与发展方向及我国发展IGCC对策建议这一模式来展开[30]-[31]，近几年研究的主题分为具有捕获CO2功能的IGCC系统研究[32]-[33]、IGCC系统性能优化研究[]-[]和国内外IGCC项目概况研究[34]-[35]，鲜有文献对IGCC项目投资决策的方法进行研究。鉴于此，本文着重对能源行业碳减排项目投资决策方法进行综述，试图寻找到适合于IGCC项目投资决策的方法，为IGCC项目的后期发展提供借鉴和参考。

从已有文献节能减排项目投资决策方法来看，可知用于节能减排项目投资决策的方法没有统一定论，其中常用的有系统动力学方法、博弈决策法、三边模型、决策树法、蒙特卡洛模拟法、线性规划和非线性规划法及灰色局势决策法等。不同的投资决策方法有其独特的适用性：系统动力学方法根据系统内部组成要素清晰地反馈互为因果关系，通过仿真模拟出关键指标发展轨迹，在此基础上分析决策的优劣，但是它易受模型边界影响，无法对模拟事物进行定量数据分析，但无法对IGCC项目投资分阶段和未来投资价值进行预判；博弈决策方法可以完整地显示参与策略选择的各方主体做出决策的过程和决策得失，充分考虑了市场和环境等外部因素，科学客观，但无法对决策方案未来的潜藏的价值进行评估，有可能错失投资机会；三边模型可以从三个维度对决策问题进行剖析，但总体属于定性分析，带有一定主观决断色彩，缺乏定量分析作为客观依据，且不适合分阶段决策；决策树与蒙特卡洛模拟可以直观反映出决策主体做出选择后的影响，但不适合IGCC项目分阶段投资的特性；模糊区间线性规划法可以基于一个研究系统和不确定环境来帮助投资者找出最优方案，但是区间范围的大小会对具体项目的投资决策正确性有很大影响，且未考虑分阶段投资；不完全信息分阶段动态风险投资决策模型与IGCC项目投资特性较为符合，但在同类项目中的应用还不够成熟；投入产出非线性优化模型引入了约束条件，并基于投入产出系数调整模型相关系数，但在模型系数与发展目标的设定时，部分系数或目标所采用的估计方法相对简单，且不社会分阶段投资。灰色局势决策法借用模糊数学、运筹学、系统工程学等知识进行完全理性的即时决策，不适合分阶段投资；复合实物期权法充分考虑了投资分阶段、投资不确定性和风险性及未来投资机会的价值，体现了管理决策柔性，适合于IGCC项目投资决策。

此外，研究发现风险企业、新创企业和高科技企业投资[36-37]企业研发和信息系统开发[38-39]、自然资源开发[40-41]、房地产开发[42]等项目同样具有投资分阶段、投资不确定性与风险性及投资成长性等特征，且多阶段复合实物期权已经在诸多此类项目中成功运用。故本研究得出结论：多阶段复合实物期权法适用于IGCC项目投资决策。

4.结论

本文从IGCC的投资历程入手，分析IGCC项目的投资特征，由此探索出适用于IGCC项目投资决策的方法。结果表明：①IGCC技术起源于国外，且美国在总体上居世界领先。目前，IGCC在国外处于商业化生产阶段，我国发展稍微滞后，尚且处于工程示范阶段。美国、欧盟和日本等国IGCC研发、示范和商业化的成功经验给我国IGCC技术的引进、研发和推广带来很好的借鉴和示范作用；②IGCC项目具有投资分阶段、投资不确定性和风险性及投资成长性三大特征，准确把握IGCC项目的投资特征是进行实际投资决策的前提和基础。③多阶段复合实物期权法对IGCC项目的投资决策具有很好的适用性，用其评估具有广阔商业前景的IGCC项目价值可以给电力企业科学合理投资决策带来有益的参考和借鉴。④未来IGCC的投资应注意几点：商业性IGCC电站容量足够大，以规模经济效应降低投资费用成本；进一步提高IGCC电子的净效率，目前为42%-43%，争取过渡到45%甚至更高；加大研发力量投入，提高技术进步，降低发电成本；建立全国统一的碳交易市场，通过出售指标获得经济补偿；政府应给予IGCC项目开发特殊政策，如专项补贴、上网电价补贴、贷款利息优惠、设备进口税优惠等。⑤碳减排是当前也是未来能源和环境协调问题中最引人关注的热点和难点，开拓无公害或准零排放的IGCC系统可以成为另一个重要研究方向。

参考文献：

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[6]黄志烨，傅云，常远.基于实物期权的既有建筑节能改造项目投资评价[J].城市发展研究，2015，22（8）.

作者简介：

代春艳，博士，教授，主要研究方向为能源管理与低碳发展、投资项目管理；

罗雪梅，硕士研究生，主要研究方向为能源管理与低碳发展、投资项目管理。

基金项目：教育部人文社科研究西部和边疆地区项目（编号：13XJC630003）；重庆工商大学企业管理研究中心开放基金项目（编号：201605）；重庆工商大学研究生校级创新型项目（编号：yjscxx2017-066-29）。