产能扩张、补贴与市场力量：一种实物期权分析方法

《Energy Economics》：Capacity expansion, subsidies and market power: A real options approach

欧盟和美国可再生能源政策对投资的影响分析。通过构建包含随机需求和正外部性的实物期权模型，比较不同补贴政策对可再生能源投资长期增长率及财政负担的作用。研究发现传统补贴虽推高资本积累但无法提升增长率，反而加剧财政压力。

　　

亚历西奥·洛瓦雷利

米兰比可卡大学，新雅典广场1号，米兰，20126，意大利

摘要

目前，发达国家，主要是欧盟和美国，正致力于发展更加可持续的能源行业，通过扩大可再生能源（RES）的产能来实现这一目标。为此，政府提供了慷慨的补贴以鼓励投资。本文提出了一个考虑随机需求的实物期权模型，以阐明政策干预的基础以及不同支持政策在动态环境中的影响。在描述了一个包含外部性的模型后，研究了几种支持政策。不同形式的补贴以不同的方式改变投资规模和时间安排。由于产能扩张是一个长期现象，本文重点关注在不同政府干预下的长期预期增长率，并通过模拟计算了资本积累的分布情况。研究发现，虽然某些常见的补贴形式并未提升增长率，但它们增加了未来安装资本的波动性，并带来了显著的财政负担。

引言

鉴于美国和欧盟提出的减少排放和污染的雄心勃勃的计划，对可再生能源及其生产的投资变得至关重要。本文旨在研究和比较各种在经济上可行的可再生能源支持方案，这些方案既能帮助实现生产目标，又能控制公共资金的支出。尽管许多现行政策都采用补贴来促进绿色技术的采用，但这些政策往往对纳税人来说成本较高。¹此外，由于市场力量在能源行业中起着重要作用，这些政策可能会让定价企业将大部分补贴转化为利润，从而降低政策的有效性。

大多数采用的模型基于实物期权框架，考虑的是一次性投资新产能的情况，其中补贴改变了投资的时间和金额。这种方法在鼓励新进入市场的“边缘生产者”（即市场影响力较小的小型生产商）时是相当合适和有说服力的，这也有助于提高能源市场的竞争性。然而，也有大型生产商（如意大利的Enel、西班牙的Endesa等）对发展可再生能源感兴趣。这类生产商可以根据需要随时分期投资。他们更有可能利用其市场优势来制定长期战略。如果我们认为可再生能源对减少污染具有重要意义，那么还需要考虑其积极的外部性，这意味着市场结果可能无法达到最优投资水平（即使是在竞争性情况下也是如此）。因此，需要强调的是，加快投资与促进实际增长之间存在区别：前者只是改变了投资的时间，而后者同时考虑了时间和数量。那么，哪种公共政策能够引导这种扩张计划——即增加投资的速度和规模，以实现监管目标并控制补贴成本呢？本文试图探讨的问题正是补贴方案与可再生能源产能长期增长之间的关系。

欧盟指令2018/2001（2018）列举了多种促进可再生能源生产和消费者采纳的措施。该指令设定了到2030年实现32%可再生能源产量的目标（8），并鼓励成员国为投资提供便利（12），同时强调机构需提供可靠的支持方案和可承受的价格（29）。综合这些要求，可以看出，实现生产目标并非唯一重要的因素。事实上，虽然公共支持方案可能是必要的，但必须对其成本进行控制：如果不控制用于支持计划的资源（税收）数量，那么关心最终消费者价格将是毫无意义的。在大西洋彼岸，美国《2021年可再生能源法案》也提出了类似的目标，不仅关注能源生产，还关注环境保护，甚至设定了到2030年实现70%可再生能源发电量的雄心勃勃的目标（包括水电）。在这种情况下，了解推动这些投资的动力以及如何扩大产能以实现政府提出的政策目标变得至关重要。

本文的结构如下：第2节介绍了研究方法并简要回顾了相关文献；第3节介绍了产能扩张的基本模型，区分了垄断者的行为与仁慈的社会规划者的行为，为存在正外部性情况下的公共支持奠定了基础；第4节详细阐述了各种补贴形式，特别强调了它们对项目预期增长率的影响；第5节对结果进行了讨论。所有证明和推导过程见附录A，附录B则详细介绍了第5节中数值示例的校准参数。

相关文献

本文运用实物期权理论研究了垄断企业进行不可逆投资以扩大发电产能的情况。市场特征是由随机过程扰动的反向需求决定的。当然，电力市场不仅有垄断者，还有许多小型企业，因此下文提到的“垄断者”应理解为在剩余需求领域的垄断者。

动态投资模型

本节致力于构建一个简单的垄断企业产能扩张路径模型。在本文的后续部分，该模型将扩展以考虑更现实的因素，从而讨论政策问题。

选择以垄断企业为例进行建模，是因为本文的研究重点是电力市场，该市场确实由多个供应商组成，但竞争程度较低。

支持政策

由于外部性可能会改变并加快对新产能的投资速度，许多政府都制定了支持计划，投入资源以促进这一发展。最常见的支持方式是上网电价补贴，尽管各国计算方法有所不同，但大多数欧盟国家都采用了这种补贴（并随着时间进行了调整）。例如，意大利和西班牙会在市场价格基础上额外添加补贴。

结论

目前欧盟和美国的能源行业监管目标旨在减少二氧化碳排放，并建立能够确保稳定供应的绿色能源生产体系。这些目标通过具体指标来衡量，即在一定时间范围内必须安装一定规模的产能，为此政府认为有必要提供补贴。这种强力干预的基础在于