本文是一篇电气自动化论文，本文聚焦燃煤电厂CCUS项目投资决策问题，以优化投资决策模型、提高项目收益为研究目标，考虑CCUS项目投资风险高、成本投入大、投资过程不可逆及投资时机可选择性等特性，选择实物期权法和复杂网络分析法作为基础理论，结合我国火电行业发电现状对燃煤电厂CCUS项目投资改造和运营决策进行深入研究。
第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
1.1.1 研究背景
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气候变化是人类面临的全球性问题，随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁，节能减排等系列措施[1]日益受到国际社会的强烈关注。2020 年9月22 日，习近平主席在第七十五届联合国大会一般性辩论上宣布，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，承诺2030 年前二氧化碳的排放不再增长，达到峰值之后逐渐下降；并且力争在2060年前通过植树造林、节能减排等方式将已排放的二氧化碳全部抵消掉，即实现“碳达峰、碳中和[2]”的发展目标。因此，节能减排的可持续发展道路无疑是势在必行。但若减排力度过大或减排措施过于强制势必会导致国内能源安全失衡、各种经济决策受限进而出现负增长态势，寻求科学先进的技术手段去辅助大型燃煤电厂高效合理的控制碳排放成了当前亟待解决的问题。碳捕获、利用与封存[3（]Carbon Capture，Utilization and Storage，CCUS）技术的出现使得碳排放的严格把控不再是难题，通过加装CCUS装置使得CO2从工业排放物中得以分离并封存于地下，大大减少有害气体排放从而达到减排目的，是目前国际社会公认减排潜力巨大的前沿技术。
但在CCUS技术实际应用到我国电厂及燃煤企业的过程中，由于其高昂的投资成本和面临的诸多不确定性，如化石燃料供需关系的变动[4]、前期成本的投入的不确定、CCUS技术本身的经验累积、碳交易市场价格的波动以及政府补贴政策不明朗都使得项目投资在一定程度上受到了制约。同时，考虑到燃煤电厂投资CCUS项目具有成本高昂且无法逆转、投资时机可选择性、技术不确定性及投资收益不稳定性等复杂特点，传统的净现值投资方法忽略了投资过程的管理柔性所带来的战略价值，对燃煤电厂未来的经济发展造成较大损失。实物期权法的出现正好弥补了传统投资决策方法的不足，在恰如其分的计算项目现金流和净现值[5]的同时，又结合实物投资的不可逆转性，将投资过程视为一个受多重不确定性因素条件的随机波动[6]过程，过程中不仅没有忽略掉各种因素对投资的影响，反而量化了各种因素指标从而增加了项目的期权价值，使得项目决策的准确性和灵活性得以在可控范围内进一步提高。实物期权不仅从技术方法上体现了其相较于传统投资方法的优越性，能从方法特性上贴合燃煤电厂CCUS投资项目的需求，将不确定性影响因素作为能带来项目期权溢价的指标，纳入模型并作进一步优化，提高投资者整体决策效率。
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1.2 国内外研究现状
国内外相关学者对于CCUS项目投资决策的研究主要集中在CCUS技术特性和实物期权在投资中的应用两方面。学者们从不同研究角度和应用方向，或通过仿真模型对实物期权考虑复杂投资情况做了系统性评估，或通过应用博弈中期权理论对企业资产变化过程进行动态模拟来创建投资模型[10]。所以本章主要通过查阅CCUS项目投资特性、实物期权法与不确定性的关系、实物期权法在投资中的应用等方面的文献，为后续分析提供理论支撑。
1.2.1 CCUS技术研究现状
自从碳捕集、利用与封存技术问世以来，其强大的二氧化碳分离封存技术被国际社会认为是当今世界解决碳排放问题的有效手段，因此也引来国内外学者的广泛讨论和关注。现阶段对于CCUS技术的相关研究主要集中在以下四个方面：
一是CCUS技术本身。该项技术主要由二氧化碳从能源燃烧产物中分离[11]、捕集、运输、封存和利用等环节组成，国内外有学者致力于从对捕集技术进行完善、气体分离流程简化[12]、碳资源化循环再利用等方面进行进一步研究；还有相关学者对于发展CCUS技术对于燃煤电厂整体设备技术体系优化[13]方面进行研究，认为CCUS技术不仅减排潜力巨大，还能够优化燃煤电厂能源利用率，达到节能增效的效果。
二是 CCUS 的碳减排效果。国外学者在研究碳减排效果时会将政府政策措施和力度作为主要影响因素考虑在内。Koen Smekens将Bottom-up 能源技术模型[14]应用到探寻CCS技术对于欧洲整体处于能源强需求态势下的研究当中进行影响分析，结果表明影响CCS技术的推进和商业化发展的主要因素是受到政府碳减排政策的制约。Grethe结合利用模型和仿真技术相结合[15]，研究CCS技术对于印度整体碳减排措施的推进和能源利用率的优化作用。研究表明，要想使得CCS技术真正发挥其控制碳排放作用的前提还是需要印度政府给与一定的CCS技术配套设备及相应补贴。国内学者陈俊武经大量数据研究分析得出，CCUS减排效果得以彰显的必要前提是碳捕集设备大规模投入使用，并且起码要经过长达30年的捕集与封存技术才能将碳排放总量削减至95×108t[16]。汤勇从碳利用与封存角度[17]探寻以二氧化碳气体注压作为驱油采收媒介的实践效果，通过对气压、温度及气体含量等条件严格控制下的二氧化碳替代甲烷长岩心实验证实二氧化碳驱油并封存于地底的实际应用效果明显，潜力巨大。
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第2章 相关理论基础
2.1 实物期权理论
2.1.1 实物期权定义及其与不确定性的关系
实物期权理论最早是由金融期权定价理论发展而来的，二者的差异在于实物期权是相较于金融期权较为单一的应用范围外，着重与用于处理以实物资产为标的物的类型结构的投资行为的决策支撑手段。实物期权理论在发展初期，通常被认为是由项目投资所带来的利润收益在实际应用当中应该是按照投资者对现有实物资产的利用方式创造的价值与根据市场形式及未来发展所判断的增值机会所共同创造的价值。由于传统投资方法所忽略掉的管理柔性和不确定性因素带来的项目增值潜力巨大，故而这也是实物期权法能在众多投资决策方法中脱颖而出的优势所在。
使用实物期权法的大型投资项目往往会因为其投资过程不可逆、投资回收周期长、投资环节多等项目特性面临诸多的不确定性风险因素，从而造成实际项目净现值与预估值差异较大的问题。但实物期权相较于传统投资决策方法最突出的优势就在于他能充分考虑并刻画在投资过程中所面临的诸多不确定性，并认为这种不确定性是可以作为一种期权形式在合适的时机为项目带来增收价值的。实物期权法与不确定性因素之间更像是一种良性循环、相辅相成合作关系。实物期权法将不确定性与传统的投资风险概念区分开来，与传统观念最大限度的规避和消除不确定性因素不同的是，实物期权将这种不确定看做是可转化、可利用的项目增值条件，将它与投资时机、投资环节与投资领域等多重不确定因素关联起来，将不确定性看作是未来项目价值的重要组成部分，而不确定性也因其巨大的溢价潜力提升了实物期权法在项目投资决策中的重要作用，从而更加清晰精准的对项目投资价值进行整体评估。
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2.2 CCUS项目理论
2.2.1 CCUS定义
碳捕集、利用与封存技术作为新一代节能减排主力技术将二氧化碳与工业废料中提取分离出来，进而通过压缩、运输、循环再利用，达到以中和代替碳排放目的的同时又能扩大收益，发展潜力巨大，因此深受能源行业重视。CCUS技术运作流程主要包括碳捕集、碳运输、碳资源化利用以及封存部分。其中，碳捕集技术是通过化学工业分离、提纯、富氧燃烧等途径将能源废料中二氧化碳重新收集的过程。当前国内公认有效的碳捕集技术主要分为燃烧前捕集、燃烧后捕集和富氧燃烧捕集技术[48]，而燃烧后捕集因其技术对传统电厂的适配性而得以广泛应用，故本文燃煤电厂用于CCUS项目投资技术选用燃烧后脱碳捕集技术。二氧化碳运输分为公路运输、管道运输和铁路运输，其中铁路运输受管制约束较多，公路运输较为快捷但规模较小，管道运输是最被看好的运输方式，但也存在着投资成本较大这一问题。对于资源化利用近年来也备受市场关注，其中应用二氧化碳注入油田进行驱油，提高油田采收率这一应用技术已逐渐成熟，在工业方面也渐渐有研究利用二氧化碳进行可降解塑料的合成。经转化后多余的二氧化碳为了避免其接触大气，需将二氧化碳注入地质深部进行封存，根据研究不断的深入，未来有望实现海底咸水层或气田封存。
现阶段，我国对于CCUS各技术环节已掌握相对较为成熟的研究成果，在大规模碳捕集与利用示范项目上也都展现了出色的统筹设计能力。至此，我国瞄准CCUS巨大的减排潜力，将进一步带动产业发展，推进能源行业加大对CCUS技术投资进程。
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第3章 融合图复杂网络的CCUS投资影响因素分析模型 ................ 18
3.1 影响投资收益的不确定性分析 ............................. 18
3.2 图复杂网络分析原理及自适应训练方法 .................... 19
第4章 基于实物期权的燃煤电厂CCUS项目投资决策模型 ............ 24
4.1 基于图结构自适应的不确定性因素分析 ....................... 24
4.1.1 碳排放权交易价格 ..................... 24
4.1.2 二氧化碳利用价格 .......................... 25
第5章 案例分析 .................................... 33
5.1 项目概况和基础数据 ............................ 33
5.2 基于图网络分析的燃煤电厂CCUS参数估计 ............................ 34
第6章 投资策略及对策建议
6.1 燃煤电厂CCUS项目最优投资策略
衡量电厂对于CCUS项目的投资策略是否最优，主要是看项目投入运营后能否为企业带来效益。这里的企业效益不仅是指项目净利润的盈利，同时还应包含项目对于企业把握行业能源价格变化和减排所带来的社会影响价值。项目投资是否盈利主要取决于投资临界条件的界定，利用投资临界值制定出最适合企业的项目投资规则进行投资，对于燃煤电厂管理者来说无疑才是最优投资策略。
在采用传统净现值投资方法中，对于进行投资的触发条件基本上是NPV>0就可以。而最优投资策略的制定通常是针对CCUS项目特点，识别出对于大型实物资产具有天然优势的实物期权类型，鉴于CCUS项目的投资时机可选择性采取延迟实物期权决策法，以便投资者能够在市场环境转好的任何时机进行投资行为。在实物期权投资决策模型中，燃煤电厂投资CCUS技术项目的总投资价值ENPV在数值上由CCUS项目本身的净现值NPV和项目延迟期权溢价DV共同作用所得。对于本文所讨论的CCUS项目，从期权层面衡量投资价值应当从以下两个方面出发：一方面是纯经济学角度赋予项目本身的固有价值，即燃煤电厂不行使期权行为而投资所得的净现值NPV，另一方面则是由延迟实物期权特性所赋予投资者延迟投资时机所刻画出的期权溢价DV。为了更清晰给出支撑投资决策的标准，列出如下表6-1所示的延迟实物期权条件下电站CCUS项目投资决策规则表。
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结论
本文聚焦燃煤电厂CCUS项目投资决策问题，以优化投资决策模型、提高项目收益为研究目标，考虑CCUS项目投资风险高、成本投入大、投资过程不可逆及投资时机可选择性等特性，选择实物期权法和复杂网络分析法作为基础理论，结合我国火电行业发电现状对燃煤电厂CCUS项目投资改造和运营决策进行深入研究。在投资过程中可能面临的各种不确定性因素的刻画和衡量方面，引入图谱复杂网络理论构建图结构自适应模型对相关风险因素进行挖掘、关联解析，以评估不确定性为项目带来的期权溢价；在此基础上，基于实物期权构建燃煤电厂CCUS投资决策模型，计算项目净现值及延迟实物期权条件下项目总价值。并进一步通过选定行业标准电厂进行案例分析对模型进行验证，最终确定投资临界值进而制定适用于燃煤电厂CCUS项目的最优投资策略并给出相应建议，推动我国燃煤行业CCUS技术投资长足发展，为碳达峰、碳中和的减排目标的实现提供有力支撑。
本文主要结论可以分为以下几个方面：
第一，针对CCUS项目特性构建了基于实物期权的燃煤电厂CCUS投资决策模型。实物期权相较于传统投资决策方法最突出的优势就在于他能充分考虑CCUS项目投资特性，并刻画投资过程中所面临的诸多不确定性，并认为这种不确定性是可以作为一种期权形式在合适的时机为项目带来增收价值的。本文所构模型将燃煤发电厂CCUS投资赋予实物期权特性，将投资问题具象化和模型化，同时兼顾考虑了CCUS项目投资的期权价值，不确定性越高，项目投资价值也相应越大，并且投资者可以随时行使实物期权所赋予的延迟投资权利，以确保最佳投资时机带来的利益最大化，更为精准的为燃煤电厂投资CCUS项目提供科学有效的最优投资策略。
第二，通过图结构的正则化自适应 Lasso法提出了融合图谱复杂网络的投资影响因素分析模型，识别出燃煤电厂CCUS投资项目主要影响因素包括碳排放权交易价格、二氧化碳利用价格、政府补贴政策以及技术进步率。本文通过对CCUS项目投资过程中影响投资收益的不确定性因素样本进行训练和调整，通过对噪声变量的消除和和对实验数据样本的扩充等方面对模型参数进行优化，构建了图结构的正则化自适应 Lasso法融合图谱复杂网络的投资影响因素分析模型，从而达到高效、准确评估投资过程中的敏感性因素的强关联对于投资收益主体的相互作用。
参考文献（略）