中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
引言
隨著碳中和目標(biāo)的提出和電力市場(chǎng)化進(jìn)程加快，可再生能源（風(fēng)電、光伏）與儲(chǔ)能（風(fēng)光儲(chǔ)）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(chǎng)日益成熟的背景下，風(fēng)光儲(chǔ)場(chǎng)站參與現(xiàn)貨市場(chǎng)已成為主流趨勢(shì)[1]。合理配置風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)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(fēng)險(xiǎn)、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(yù)期風(fēng)險(xiǎn)與收益方面具有平衡優(yōu)勢(shì)，能在降低風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)保持有競(jìng)爭(zhēng)力的收益[2]。本文將借助嚴(yán)格的投資組合理論，分析三類資產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)收益特征，并探討在不同風(fēng)險(xiǎn)偏好下的最優(yōu)配置策略。
風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能資產(chǎn)的現(xiàn)金流與風(fēng)險(xiǎn)特征對(duì)比
·風(fēng)電與光伏：風(fēng)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(fēng)電受風(fēng)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(qiáng)于夜間、在夏季強(qiáng)于冬季，二者互補(bǔ)性好[3]。在平價(jià)上網(wǎng)的市場(chǎng)環(huán)境中，隨著補(bǔ)貼政策退出，風(fēng)光項(xiàng)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(fēng)光資產(chǎn)的收益存在波動(dòng)，尤其在無固定PPA（購(gòu)售電合同）或市場(chǎng)化參與時(shí)，對(duì)電價(jià)波動(dòng)敏感，可能帶來收益波動(dòng)甚至下行風(fēng)險(xiǎn)。
·儲(chǔ)能（電池）：儲(chǔ)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(wù)費(fèi)等[6]。例如，在電價(jià)分時(shí)差價(jià)大的情況下，儲(chǔ)能可以低價(jià)充電、高價(jià)放電獲取收益，同時(shí)參與頻率調(diào)節(jié)、備用容量等輔助服務(wù)亦可增加收入。然而，近期電池儲(chǔ)能市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇導(dǎo)致價(jià)格下行（“電池自食”效應(yīng)），部分地區(qū)電池收益出現(xiàn)顯著回落：據(jù)報(bào)道，2023年以來加州（CAISO）和德州（ERCOT）電網(wǎng)的儲(chǔ)能收入分別下降了約32%和71%[7]。儲(chǔ)能項(xiàng)目還面臨電池本身效率退化及技術(shù)更新風(fēng)險(xiǎn)?？傮w而言，儲(chǔ)能現(xiàn)金流波動(dòng)較大但潛在高回報(bào)，需關(guān)注市場(chǎng)競(jìng)價(jià)和技術(shù)進(jìn)展對(duì)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(fēng)光發(fā)電的出力與氣候條件強(qiáng)相關(guān)，風(fēng)電在陰天或夜間發(fā)電往往較強(qiáng)，而光伏在晴天日間峰值輸出高；儲(chǔ)能則在需量低谷時(shí)充電、高峰時(shí)放電，從時(shí)序上補(bǔ)充風(fēng)光發(fā)電的間歇性和波動(dòng)性。這種互補(bǔ)性意味著“風(fēng)光互補(bǔ)”可以平滑總發(fā)電曲線[8]，而“儲(chǔ)能加持”則可對(duì)沖可再生能源出力與市場(chǎng)電價(jià)的高頻波動(dòng)。綜合考慮現(xiàn)金流與風(fēng)險(xiǎn)：純風(fēng)電或純光伏組合雖可能提供較高的年化收益，但波動(dòng)性也較大；純儲(chǔ)能組合收益高度依賴市場(chǎng)條件波動(dòng)同樣劇烈。實(shí)踐上，合理的資產(chǎn)組合可以利用這些差異通過對(duì)沖效應(yīng)降低整體風(fēng)險(xiǎn)。
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(fēng)險(xiǎn)。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(yù)期收益下最小化組合方差，或者在給定風(fēng)險(xiǎn)水平下最大化預(yù)期收益[9][10]。在數(shù)學(xué)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(fēng)險(xiǎn)的重要性[10]：若兩類資產(chǎn)負(fù)相關(guān)，組合風(fēng)險(xiǎn)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(diǎn)代表在最優(yōu)風(fēng)險(xiǎn)（標(biāo)準(zhǔn)差）下能取得的最高收益。
除了均值-方差，還需關(guān)注尾部風(fēng)險(xiǎn)度量。標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)稱度量總體波動(dòng)，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(fēng)險(xiǎn)。VaR 代表在給定置信水平下的最大預(yù)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(fēng)險(xiǎn)[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(jiǎn)單標(biāo)準(zhǔn)差更能度量潛在風(fēng)險(xiǎn)。例如，在優(yōu)化時(shí)可將CVaR納入目標(biāo)或約束，使得組合在關(guān)注整體收益的同時(shí)，對(duì)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(fēng)電、光伏和儲(chǔ)能的收益通常相關(guān)性較低甚至負(fù)相關(guān)（如風(fēng)電與光伏在一日中、不同季節(jié)表現(xiàn)互補(bǔ)；儲(chǔ)能收益與風(fēng)光高發(fā)時(shí)期電價(jià)往往負(fù)相關(guān)），這意味著利用它們的協(xié)方差效應(yīng)，能夠在不犧牲收益的前提下顯著降低組合風(fēng)險(xiǎn)[8][10]。這些理論工具為后續(xù)的組合優(yōu)化提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和度量標(biāo)準(zhǔn)。
風(fēng)光儲(chǔ)組合優(yōu)化方法
在均值-方差框架下，我們通過設(shè)定組合預(yù)期收益目標(biāo)或風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)，求解最優(yōu)權(quán)重。具體方法可以是建立目標(biāo)函數(shù)Min(σ^2) (或Max(μ_p))并求解資產(chǎn)權(quán)重 w_i。由于風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)能的收益和風(fēng)險(xiǎn)特征不同，優(yōu)化結(jié)果往往位于高風(fēng)險(xiǎn)-高收益和低風(fēng)險(xiǎn)-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(fēng)險(xiǎn)-收益關(guān)系曲線，我們可選取“左上角”（高收益、低風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)質(zhì)組合）附近的點(diǎn)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(yīng)，顯著抑制風(fēng)險(xiǎn)；而極端配置（如純風(fēng)或純光）則落在前沿的右上方，高風(fēng)險(xiǎn)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(jì)各資產(chǎn)的預(yù)期年化收益率（如通過歷史數(shù)據(jù)或模型）與年化波動(dòng)率，并計(jì)算它們之間的協(xié)方差矩陣；然后針對(duì)不同的投資目標(biāo)（比如給定目標(biāo)收益使風(fēng)險(xiǎn)最小化、或給定風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)偏好下的最優(yōu)配置。
實(shí)務(wù)中，經(jīng)過優(yōu)化的風(fēng)光儲(chǔ)組合往往表現(xiàn)出風(fēng)險(xiǎn)收益兼顧的優(yōu)勢(shì)。例如，有研究指出，將儲(chǔ)能、光伏、風(fēng)電多元化投資后，可以在降低組合風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)保持較高收益[2]。具體地，該研究模擬發(fā)現(xiàn)在實(shí)施優(yōu)化后，組合收益較單一資產(chǎn)配置提高了13.3%，而風(fēng)險(xiǎn)降低了84.1%[14]。這表明通過發(fā)揮風(fēng)光儲(chǔ)之間的協(xié)方差效應(yīng)，我們可以獲得在風(fēng)險(xiǎn)-收益空間上“更加左上”的策略組合，從而顯著提升風(fēng)險(xiǎn)調(diào)整后的收益表現(xiàn)。
實(shí)操建議：不同風(fēng)險(xiǎn)偏好的配置策略
在實(shí)際操作中，應(yīng)根據(jù)投資者或項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)偏好來調(diào)整風(fēng)光儲(chǔ)的配置比重。常見情景包括：
- 保守型配置：風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)較低、現(xiàn)金流更穩(wěn)定的資產(chǎn)，例如在風(fēng)光項(xiàng)目中優(yōu)先采用長(zhǎng)期固定PPA合同、或適當(dāng)提高儲(chǔ)能比例來平抑出力波動(dòng)。此外，可考慮增加多樣化程度（如風(fēng)光儲(chǔ)混合）以充分分散風(fēng)險(xiǎn)。此類組合可能期望收益稍低，但下行風(fēng)險(xiǎn)顯著受控。
- 平衡型配置：適中風(fēng)險(xiǎn)偏好者希望兼顧穩(wěn)健收益與成長(zhǎng)性?？梢栽诒ＷC一定儲(chǔ)能安全墊的同時(shí)，適度提升風(fēng)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(fēng)險(xiǎn)。
- 進(jìn)取型配置：風(fēng)險(xiǎn)偏好較高的投資者追求最大化收益，對(duì)波動(dòng)有較強(qiáng)承受能力。這類組合可以大幅增加風(fēng)光發(fā)電的權(quán)重（尤其是市場(chǎng)化程度高、資源優(yōu)良的項(xiàng)目），同時(shí)儲(chǔ)能權(quán)重相對(duì)降低，以獲取更多能源產(chǎn)量帶來的收益機(jī)會(huì)。也可考慮在市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)期靈活調(diào)整儲(chǔ)能參與比重，以利用套利機(jī)會(huì)。此時(shí)組合的預(yù)期回報(bào)最高，但風(fēng)險(xiǎn)亦相應(yīng)增大，需要做好風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)沖措施。
無論何種風(fēng)險(xiǎn)偏好，投資者都應(yīng)持續(xù)關(guān)注市場(chǎng)信號(hào)。電價(jià)機(jī)制的變化（如峰谷價(jià)差擴(kuò)大、負(fù)電價(jià)現(xiàn)象、碳交易影響）會(huì)改變各資產(chǎn)收益特性；輔助服務(wù)市場(chǎng)放開（頻率調(diào)節(jié)、容量補(bǔ)償?shù)龋﹦t為儲(chǔ)能提供了新的盈利途徑[15]；而儲(chǔ)能技術(shù)進(jìn)步和成本下降使得儲(chǔ)能投資回報(bào)率提升[16][17]。因此，配置策略應(yīng)動(dòng)態(tài)調(diào)整：在不同市場(chǎng)環(huán)境下（如高電價(jià)季節(jié)、輔助服務(wù)需求高峰期等）適時(shí)增減儲(chǔ)能參與，或針對(duì)優(yōu)質(zhì)可再生資源地區(qū)加重布局，以求在波動(dòng)中獲取相對(duì)超額收益。
案例分析
為直觀說明風(fēng)光儲(chǔ)組合的收益風(fēng)險(xiǎn)特征，假設(shè)某區(qū)域風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)）。從表中可以看出：純風(fēng)電組合的預(yù)期收益最高，但波動(dòng)率也較大；純光伏收益略低且波動(dòng)較風(fēng)電?。患儍?chǔ)能收益最低且風(fēng)險(xiǎn)很大（95% CVaR為負(fù)表明極端情況下可能虧損）。而結(jié)合儲(chǔ)能的組合（風(fēng)+儲(chǔ)或光+儲(chǔ)）通過負(fù)相關(guān)效應(yīng)大幅降低波動(dòng)率，并在尾部風(fēng)險(xiǎn)上表現(xiàn)更好；最均衡的風(fēng)光儲(chǔ)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(shí)風(fēng)險(xiǎn)（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(yù)期相符：適當(dāng)?shù)亩嘣梢源蠓纳骑L(fēng)險(xiǎn)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(fēng)光儲(chǔ)組合管理需跟蹤市場(chǎng)與技術(shù)的多重變化。價(jià)格機(jī)制改革將進(jìn)一步影響組合收益：比如現(xiàn)貨市場(chǎng)將更好地反映實(shí)時(shí)供需，電價(jià)峰谷差和跨省交易可能擴(kuò)大，有望為儲(chǔ)能套利帶來更多機(jī)會(huì)。近期政策已提出建立容量補(bǔ)償和輔助服務(wù)市場(chǎng)，以市場(chǎng)化方式促進(jìn)儲(chǔ)能調(diào)度和多用途利用[18]；隨著這些機(jī)制落實(shí)（頻率調(diào)節(jié)市場(chǎng)放開、容量補(bǔ)償價(jià)與火電同級(jí)等），獨(dú)立儲(chǔ)能的收入前景將進(jìn)一步改善[15]。輔助服務(wù)市場(chǎng)方面，電網(wǎng)頻率控制、調(diào)峰輔助等開放將為風(fēng)光儲(chǔ)提供新的利潤(rùn)點(diǎn)，比如快速頻率響應(yīng)或容量租賃。技術(shù)趨勢(shì)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(shì)，有望在成本敏感的領(lǐng)域替代傳統(tǒng)鋰電[17]；長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能（液流電池、氫儲(chǔ)能等）在風(fēng)光高滲透場(chǎng)景下需求增加，以實(shí)現(xiàn)跨時(shí)段能源吸納[19]。隨著儲(chǔ)能成本繼續(xù)下降（如文獻(xiàn)示例中100MW/200MWh項(xiàng)目成本降至1.4元/Wh后IRR已達(dá)9.6%[16]），風(fēng)光儲(chǔ)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(yīng)保持靈活性和前瞻性：當(dāng)價(jià)格機(jī)制或補(bǔ)貼政策調(diào)整時(shí)，及時(shí)重新評(píng)估資產(chǎn)協(xié)方差與收益預(yù)期；當(dāng)儲(chǔ)能新技術(shù)商業(yè)化時(shí)，重新計(jì)算其在組合中的風(fēng)險(xiǎn)收益權(quán)重；在不同風(fēng)險(xiǎn)偏好下調(diào)整組合方向，或偏向保障收益（如風(fēng)+儲(chǔ)組合）或偏向捕捉高回報(bào)（如風(fēng)光重倉(cāng)）。通過持續(xù)優(yōu)化權(quán)重和策略，投資者可使風(fēng)光儲(chǔ)組合在未來的能源市場(chǎng)中保持風(fēng)險(xiǎn)可控、收益穩(wěn)健的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
