排污权交易市场与电力市场的交互作用研究

论文摘要

气候变化已成为人们广泛关注的一个重要问题。如何缓解气候变化呢?实行排污权交易就是减轻温室气体排放,缓解气候变化的一个有效途径。排污权交易已经在欧洲实行,也将成为其它国家减少温室气体排放的重要手段,如澳大利亚。由于在大多数国家,电力工业都是排放温室气体最多的行业,要有效的改善污染状况就必须改善电力行业的污染物排放现状。排污权交易的实行将改变电力工业的排污现状,因此,排污权交易的实行必然对电力工业和电力市场产生影响。如:排污权交易计划的设计、排污权市场的交易品种、排污权许可证的分配方式等都会对电力工业和电力市场产生影响。本文的研究目的是从发电公司的角度探讨排污权交易对不同类型的发电公司的影响,其中包括了燃煤,燃气等有污染物排放的发电公司,也包括了核电,风电等无污染物排放的发电公司。研究的内容包括排污权交易实行后对发电公司行为的短期影响,表现为实行排污权交易后的发电公司策略和同时参与各类电力市场和排污权交易市场的竞争者之间的博弈均衡;以及排污权交易实行后对各类发电公司的长期影响,表现为发电投资者如何选择投资于不同类型的发电机组,也就是投资策略问题。本文的主要工作如下:1.由于电力市场本身是一个寡头垄断市场,针对存在排污权交易品种仅为二氧化碳这单一品种的排污权交易市场,发电公司需要同时考虑排污权市场中排污权价格波动和电力市场中电价变化以及其他发电公司的行动对本公司利润的影响。为此,建立了二氧化碳排污权价格估算模型,并导出了发电公司供给函数均衡模型来分析多个发电公司同时参与排污权市场和电力市场竞争时的策略行为。仿真结果表明了排污权交易能够促进节能减排,但是,排污权交易在短期内也会造成电价升高,而且使得发电公司能够获取暴利。2.对于一个能够同时交易二氧化碳、二氧化硫和氧氮化物等交易品种的排污权交易市场,建立了推测变量模型和各类排污权价格的估算模型来分析同时参与排污权交易市场和电力市场竞争的发电公司的策略行为。分析了各发电公司间分别进行古诺博弈、合谋均衡、伯川德博弈和斯塔克博格博弈时的报价和出力策略。结果表明,排污权交易能够升高电力市场出清电价,抑制高排放发电公司的排放,增加低排放发电公司的出力和利润,减少某个地区所有发电公司总的污染物排放量。3.在双边合同市场中,发电公司能够直接和用户进行交易。采用互补方法建立了有电力用户、火电公司、风电公司、输电权拥有者参与博弈的日前电力市场均衡模型。模型还同时考虑了火电公司和用户的远期双边合同,备用市场、输电权交易市场以及排污权价格波动性和风电公司出力不稳定等特点。所编制的GAMS仿真程序的仿真结果表明:排污权交易能够提高风电公司的发电份额,减少火电公司的温室气体的排放量;发电公司和电力用户的远期双边合同能够有效的抑制发电公司行使市场势力提高电价的行为,降低电价;随着排污权配额的减少,排污权的价格显著增长,各类发电公司间的调度序位改变,排污量小的CCGT发电公司能够获得更多的发电机会,但是由于风力发电成本过高,其发电份额并未显著提高,因此,风电公司要获得更多出力份额关键在于降低发电成本,或者获得政府补贴。4.在联营体市场和双边合同市场共存的市场环境中,研究了存在排污权交易情况下的多个市场竞争者同时参与跨期能量市场、备用市场、输电权交易市场和排污权市场竞争的博弈均衡问题,建立了描述为混合线性互补问题的综合互补模型。考虑的市场参与者包括发电公司、输电权拥有者、套利者和用户。并针对所建立的模型和算例,编制了相应的GAMS应用程序进行仿真。最后,得到的仿真结果说明了所提出的模型与方法的基本特征。对研究多个博弈方在多市场内的博弈均衡问题进行了有益的探索。5.排污权交易实行后,增加了发电投资的不确定性,传统的净现值分析法已经无法满足投资决策的需要。根据实物期权理论,将多种不确定性因素综合,建立了实物期权模型,分析了发电投资者在面临电价、燃料价格、排污权价格、政策变动、碳捕集与封存技术发展等不确定性时,选择投资于传统的燃煤发电、CCGT机组还是风电、核电等新能源机组。首先,假设各种不确定因素的变化符合几何布朗运动。接着,使用EViews 6.0软件对各种不确定因素的历史时间序列进行分析,使用一阶移动平均自回归条件异方差GARCH(1,1)模型来获得预测参数。然后,建立实物期权模型。最后,采用水晶球软件进行了蒙特卡洛模拟仿真,确定了各种项目选择的投资价值和投资时间,验证了模型的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景和意义
• 1.1.1 论文研究背景
• 1.1.2 论文研究意义
• 1.2 排污权交易概述
• 1.2.1 排污权交易计划
• 1.2.2 排污权分配及其相关问题
• 1.3 研究现状
• 1.3.1 对电力工业的短期影响
• 1.3.2 对电力工业的长期影响
• 1.3.3 排污权交易对可再生能源发电的促进作用
• 1.3.4 排污权交易对电价的影响
• 1.4 论文的主要工作
• 第二章 排污权交易市场和电力市场供给函数均衡模型
• 2.1 引言
• 2.2 供给函数均衡模型
• 2.2.1 负荷需求
• 2.2.2 发电公司供给函数
• 2.2.3 发电成本函数
• 2.2.4 排污权分配方式
• 2.2.5 排污权价格模型
• 2.2.6 发电公司报价策略模型
• 2.3 模型求解
• 2.4 算例结果及分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 多种排污权交易实施后发电公司的策略行为分析
• 3.1 引言
• 3.2 理论基础
• 3.2.1 逆需求函数
• 3.2.2 发电成本函数
• 3.2.3 推测变量简介
• 3.2.4 排污权分配方式
• 3.2.5 排污权价格预测模型
• 3.3 发电公司策略行为模型
• 3.3.1 目标函数
• 3.3.2 约束条件
• 3.4 模型求解
• 3.5 算例及结果分析
• 3.5.1 算例
• 3.5.2 结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 火电和风电参与的排污权市场与电力市场均衡
• 4.1 引言
• 4.2 数学模型
• 4.2.1 线性互补问题
• 4.2.2 模型假设
• 4.2.3 排污权价格推测
• 4.2.4 市场参与者优化模型
• 4.2.5 市场出清和一致性条件
• 4.2.6 市场均衡模型
• 4.3 模型求解方法
• 4.4 算例分析
• 4.4.1 日前电力市场中的均衡结果
• 4.4.2 三节点系统总排放量比较
• 4.4.3 排污权分配量对排污权价格的影响
• 4.4.4 网络输送容量对输电权拥有者收益的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 电力联营体模式下计及排污权交易的跨期多市场均衡
• 5.1 引言
• 5.2 数学模型
• 5.2.1 若干假设
• 5.2.2 市场参与者优化模型
• 5.2.3 市场出清条件
• 5.2.4 市场均衡一致性条件
• 5.2.5 市场均衡模型
• 5.3 求解方法
• 5.4 算例分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 计及排污权交易等多类不确定性的发电投资决策
• 6.1 引言
• 6.2 数学模型
• 6.2.1 若干假设
• 6.2.2 价格和成本模型
• 6.2.3 各投资项目年收益
• 6.2.4 各投资项目总收益折现
• 6.2.5 各投资项目期权价值
• 6.3 求解步骤
• 6.4 算例分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录第五章GAMS 源代码
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 答辩决议书