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引言
隨著碳中和目標的提出和電力市場化進程加快，可再生能源（風電、光伏）與儲能（風光儲）的協(xié)同發(fā)展成為能源投資的新主線。特別是在電力現(xiàn)貨市場日益成熟的背景下，風光儲場站參與現(xiàn)貨市場已成為主流趨勢[1]。合理配置風電、光伏和儲能資產(chǎn)，不僅可以提高可再生能源在電網(wǎng)中的消納能力，還能通過多資產(chǎn)組合分散風險、穩(wěn)定收益。例如麥肯錫研究指出，融入電池的多元化組合在預期風險與收益方面具有平衡優(yōu)勢，能在降低風險的同時保持有競爭力的收益[2]。本文將借助嚴格的投資組合理論，分析三類資產(chǎn)的風險收益特征，并探討在不同風險偏好下的最優(yōu)配置策略。
風電、光伏、儲能資產(chǎn)的現(xiàn)金流與風險特征對比
·風電與光伏：風電和光伏均為資本開支占比高、邊際成本低的資產(chǎn)，其現(xiàn)金流主要來自出售發(fā)電量。風電受風資源季節(jié)性和年際變化影響較大，而光伏發(fā)電在日間明顯強于夜間、在夏季強于冬季，二者互補性好[3]。在平價上網(wǎng)的市場環(huán)境中，隨著補貼政策退出，風光項目的內(nèi)部收益率有所下降[4][5]。此外，由于發(fā)電出力的不確定性，風光資產(chǎn)的收益存在波動，尤其在無固定PPA（購售電合同）或市場化參與時，對電價波動敏感，可能帶來收益波動甚至下行風險。
·儲能（電池）：儲能資產(chǎn)本身不發(fā)電，其收入來源主要包括電力套利和輔助服務費等[6]。例如，在電價分時差價大的情況下，儲能可以低價充電、高價放電獲取收益，同時參與頻率調(diào)節(jié)、備用容量等輔助服務亦可增加收入。然而，近期電池儲能市場競爭加劇導致價格下行（“電池自食”效應），部分地區(qū)電池收益出現(xiàn)顯著回落：據(jù)報道，2023年以來加州（CAISO）和德州（ERCOT）電網(wǎng)的儲能收入分別下降了約32%和71%[7]。儲能項目還面臨電池本身效率退化及技術(shù)更新風險?？傮w而言，儲能現(xiàn)金流波動較大但潛在高回報，需關(guān)注市場競價和技術(shù)進展對收益的影響。
上述三類資產(chǎn)在產(chǎn)出模式上具有差異化特征：風光發(fā)電的出力與氣候條件強相關(guān)，風電在陰天或夜間發(fā)電往往較強，而光伏在晴天日間峰值輸出高；儲能則在需量低谷時充電、高峰時放電，從時序上補充風光發(fā)電的間歇性和波動性。這種互補性意味著“風光互補”可以平滑總發(fā)電曲線[8]，而“儲能加持”則可對沖可再生能源出力與市場電價的高頻波動。綜合考慮現(xiàn)金流與風險：純風電或純光伏組合雖可能提供較高的年化收益，但波動性也較大；純儲能組合收益高度依賴市場條件波動同樣劇烈。實踐上，合理的資產(chǎn)組合可以利用這些差異通過對沖效應降低整體風險。
投資組合理論框架
投資組合優(yōu)化的核心在于權(quán)衡收益和風險。按照馬科維茨（Markowitz）均值-方差模型，投資者通過選擇資產(chǎn)權(quán)重，力求在給定預期收益下最小化組合方差，或者在給定風險水平下最大化預期收益[9][10]。在數(shù)學上，組合方差可表示為各資產(chǎn)權(quán)重與協(xié)方差矩陣的二次型：
其中 w_i 為資產(chǎn)i的權(quán)重，Cov}(r_i,r_j 為資產(chǎn)i和j的協(xié)方差[9]。這一模型揭示了協(xié)方差（相關(guān)性）決定組合風險的重要性[10]：若兩類資產(chǎn)負相關(guān)，組合風險可大幅降低?；诰?方差原理，可以畫出各種權(quán)重情況下的“有效前沿”（有效邊界），位于前沿上的點代表在最優(yōu)風險（標準差）下能取得的最高收益。
除了均值-方差，還需關(guān)注尾部風險度量。標準差對稱度量總體波動，而VaR（Value at Risk）和CVaR（Conditional Value at Risk）則側(cè)重組合收益分布的下行尾部風險。VaR 代表在給定置信水平下的最大預期損失[11]，而 CVaR（又稱平均超額損失）表示損失超過VaR情況下的平均損失[12]。與VaR相比，CVaR滿足次可加性、凸性等公理，更能反映極端風險[12][13]。在可再生能源投資組合中，由于收益分布可能偏態(tài)，CVaR往往比簡單標準差更能度量潛在風險。例如，在優(yōu)化時可將CVaR納入目標或約束，使得組合在關(guān)注整體收益的同時，對極端虧損有所防范。
此外，資產(chǎn)間相關(guān)性矩陣是投資組合優(yōu)化的基礎(chǔ)。風電、光伏和儲能的收益通常相關(guān)性較低甚至負相關(guān)（如風電與光伏在一日中、不同季節(jié)表現(xiàn)互補；儲能收益與風光高發(fā)時期電價往往負相關(guān)），這意味著利用它們的協(xié)方差效應，能夠在不犧牲收益的前提下顯著降低組合風險[8][10]。這些理論工具為后續(xù)的組合優(yōu)化提供了數(shù)學基礎(chǔ)和度量標準。
風光儲組合優(yōu)化方法
在均值-方差框架下，我們通過設定組合預期收益目標或風險目標，求解最優(yōu)權(quán)重。具體方法可以是建立目標函數(shù)Min(σ^2) (或Max(μ_p))并求解資產(chǎn)權(quán)重 w_i。由于風電、光伏和儲能的收益和風險特征不同，優(yōu)化結(jié)果往往位于高風險-高收益和低風險-低收益之間的“有效前沿”上。在這一路徑上，不同權(quán)重組合形成一條風險-收益關(guān)系曲線，我們可選取“左上角”（高收益、低風險的優(yōu)質(zhì)組合）附近的點作為投資策略。例如，權(quán)重均衡策略（如三者1:1:1）往往能發(fā)揮最大多元化效應，顯著抑制風險；而極端配置（如純風或純光）則落在前沿的右上方，高風險高收益。
利用均值-方差優(yōu)化，可以具體遵循以下步驟：首先估計各資產(chǎn)的預期年化收益率（如通過歷史數(shù)據(jù)或模型）與年化波動率，并計算它們之間的協(xié)方差矩陣；然后針對不同的投資目標（比如給定目標收益使風險最小化、或給定風險使收益最大化）求解權(quán)重。求解方法可以采用Lagrange乘子法、二次規(guī)劃或“臨界線法”等數(shù)值技術(shù)[9]。優(yōu)化得到的組合即刻畫了在不同風險偏好下的最優(yōu)配置。
實務中，經(jīng)過優(yōu)化的風光儲組合往往表現(xiàn)出風險收益兼顧的優(yōu)勢。例如，有研究指出，將儲能、光伏、風電多元化投資后，可以在降低組合風險的同時保持較高收益[2]。具體地，該研究模擬發(fā)現(xiàn)在實施優(yōu)化后，組合收益較單一資產(chǎn)配置提高了13.3%，而風險降低了84.1%[14]。這表明通過發(fā)揮風光儲之間的協(xié)方差效應，我們可以獲得在風險-收益空間上“更加左上”的策略組合，從而顯著提升風險調(diào)整后的收益表現(xiàn)。
實操建議：不同風險偏好的配置策略
在實際操作中，應根據(jù)投資者或項目的風險偏好來調(diào)整風光儲的配置比重。常見情景包括：
- 保守型配置：風險厭惡的投資者追求收益穩(wěn)定和本金安全。建議此類組合更側(cè)重于風險較低、現(xiàn)金流更穩(wěn)定的資產(chǎn)，例如在風光項目中優(yōu)先采用長期固定PPA合同、或適當提高儲能比例來平抑出力波動。此外，可考慮增加多樣化程度（如風光儲混合）以充分分散風險。此類組合可能期望收益稍低，但下行風險顯著受控。
- 平衡型配置：適中風險偏好者希望兼顧穩(wěn)健收益與成長性。可以在保證一定儲能安全墊的同時，適度提升風電和光伏的權(quán)重，以獲取較高的期望收益。例如在保守組合基礎(chǔ)上略微提高可再生資產(chǎn)比重，使組合處于有效前沿中段，既能獲得可觀發(fā)電收益，又通過多元化降低整體風險。
- 進取型配置：風險偏好較高的投資者追求最大化收益，對波動有較強承受能力。這類組合可以大幅增加風光發(fā)電的權(quán)重（尤其是市場化程度高、資源優(yōu)良的項目），同時儲能權(quán)重相對降低，以獲取更多能源產(chǎn)量帶來的收益機會。也可考慮在市場價格波動期靈活調(diào)整儲能參與比重，以利用套利機會。此時組合的預期回報最高，但風險亦相應增大，需要做好風險管理對沖措施。
無論何種風險偏好，投資者都應持續(xù)關(guān)注市場信號。電價機制的變化（如峰谷價差擴大、負電價現(xiàn)象、碳交易影響）會改變各資產(chǎn)收益特性；輔助服務市場放開（頻率調(diào)節(jié)、容量補償?shù)龋﹦t為儲能提供了新的盈利途徑[15]；而儲能技術(shù)進步和成本下降使得儲能投資回報率提升[16][17]。因此，配置策略應動態(tài)調(diào)整：在不同市場環(huán)境下（如高電價季節(jié)、輔助服務需求高峰期等）適時增減儲能參與，或針對優(yōu)質(zhì)可再生資源地區(qū)加重布局，以求在波動中獲取相對超額收益。
案例分析
為直觀說明風光儲組合的收益風險特征，假設某區(qū)域風電、光伏和儲能資產(chǎn)的年化期望收益率如下
表中數(shù)值為示意模擬結(jié)果（非實測數(shù)據(jù)）。從表中可以看出：純風電組合的預期收益最高，但波動率也較大；純光伏收益略低且波動較風電??；純儲能收益最低且風險很大（95% CVaR為負表明極端情況下可能虧損）。而結(jié)合儲能的組合（風+儲或光+儲）通過負相關(guān)效應大幅降低波動率，并在尾部風險上表現(xiàn)更好；最均衡的風光儲1:1:1組合在模擬中擁有與最保守單一資產(chǎn)相近的期望收益，同時風險（包括VaR/CVaR）顯著降低，堪稱示例中的“左上角”優(yōu)選方案。這與投資組合理論預期相符：適當?shù)亩嘣梢源蠓纳骑L險收益特征[2][14]。
結(jié)語：未來展望與組合管理建議
面向未來，風光儲組合管理需跟蹤市場與技術(shù)的多重變化。價格機制改革將進一步影響組合收益：比如現(xiàn)貨市場將更好地反映實時供需，電價峰谷差和跨省交易可能擴大，有望為儲能套利帶來更多機會。近期政策已提出建立容量補償和輔助服務市場，以市場化方式促進儲能調(diào)度和多用途利用[18]；隨著這些機制落實（頻率調(diào)節(jié)市場放開、容量補償價與火電同級等），獨立儲能的收入前景將進一步改善[15]。輔助服務市場方面，電網(wǎng)頻率控制、調(diào)峰輔助等開放將為風光儲提供新的利潤點，比如快速頻率響應或容量租賃。技術(shù)趨勢也不可忽視：新型電池（如鈉離子電池等）具有成本、安全和低溫性能優(yōu)勢，有望在成本敏感的領(lǐng)域替代傳統(tǒng)鋰電[17]；長時儲能（液流電池、氫儲能等）在風光高滲透場景下需求增加，以實現(xiàn)跨時段能源吸納[19]。隨著儲能成本繼續(xù)下降（如文獻示例中100MW/200MWh項目成本降至1.4元/Wh后IRR已達9.6%[16]），風光儲組合的整體收益性將穩(wěn)步提升。
總之，在投資組合管理上應保持靈活性和前瞻性：當價格機制或補貼政策調(diào)整時，及時重新評估資產(chǎn)協(xié)方差與收益預期；當儲能新技術(shù)商業(yè)化時，重新計算其在組合中的風險收益權(quán)重；在不同風險偏好下調(diào)整組合方向，或偏向保障收益（如風+儲組合）或偏向捕捉高回報（如風光重倉）。通過持續(xù)優(yōu)化權(quán)重和策略，投資者可使風光儲組合在未來的能源市場中保持風險可控、收益穩(wěn)健的競爭優(yōu)勢。
