在政策激励下，CCUS（碳捕获、利用与封存）技术的扩散及多主体投资行为

《Energy Policy》：CCUS technology diffusion and multi-agent investment behavior under policy incentives

本研究构建多主体投资决策模型，整合实物期权与演化博弈论，分析碳源与碳汇企业协同投资策略，探讨油价、碳价不确定性及差异化补贴政策对CCUS技术扩散的影响，揭示初始采用概率、收益成本阈值及政策激励的动态作用机制，提出分阶段激励、双阈值收益分配及区域规模化项目优先政策建议。

　　

李远明|李北|刘双星|薛明|李行春|吴鹏

四川大学商学院，中国四川610064

摘要

碳捕获、利用与封存（CCUS）技术对于实现碳中和至关重要，但高昂的成本和不确定性导致投资不足，因此需要在碳源行业和碳汇行业之间进行协调投资以解决这一问题。本研究将碳源企业和碳汇企业视为在油价和碳交易价格不确定条件下的合作投资者，并开发了一个综合模型，该模型结合了双玩家实物期权框架和进化博弈理论，以分析在不同补贴政策下的多主体CCUS投资决策和技术扩散情况。研究结果表明，CCUS技术的扩散表现出明显的非线性和波动性，初始条件对其发展路径具有关键影响：较低的初始采纳概率会延迟收敛并放大波动，尤其是对于面临高成本和不确定回报的资本密集型燃煤电厂而言。收入-成本分配机制存在关键阈值效应：存在一个支持相对较高且稳定扩散的收益-成本共享范围，而电厂过度索取收入或成本分担过高虽然会提高平均扩散速度，但会抑制石油公司的参与并导致更显著的长期波动。差异化补贴政策也产生不同的效果：初始投资补贴可以降低进入壁垒、加速技术扩散并减少波动；清洁电力价格补贴可以提高采纳率但可能加剧周期性波动；CO₂-EOR税收抵免则优化了碳汇行业的收入结构并显著促进技术向高稳定状态的扩散。这些发现为设计渐进式激励补贴方案、实施双阈值收入-成本机制以及优先考虑具有规模效应的区域CCUS项目提供了理论依据。

引言

气候变化是一个全球性的关键问题，已经引起了政府、公众和企业的广泛关注（Kayikci等人，2022年；Carè和Weber，2023年）。二氧化碳（CO₂）是气候变化的主要驱动力（Dietz等人，2020年），减少CO₂排放是应对全球气候挑战的切实可行的解决方案（Yu和Mo，2022年；Agrawal等人，2022年；Bhavsar等人，2023年）。碳捕获、利用与封存（CCUS）是一项创新技术，对于减少碳排放和实现碳中和具有重要作用。它不仅减少了碳排放，还提高了资源利用效率。CCUS的应用范围广泛，包括热力发电、钢铁、水泥和化工等高排放行业（Li等人，2022a；Han和Liu，2023年；Gu等人，2024年；Boldrini等人，2024年；Tan等人，2024年）。根据国际能源署的数据，到2050年，CCUS技术可能贡献高达8%的减排目标。预计到2060年，CCUS将在关键工业部门的减排中占比达到24%。然而，尽管潜力巨大，CCUS的发展仍受到技术挑战和高成本的限制（Li等人，2022b）。目前，每年捕获的CO₂量还不到预期目标的1%。

CCUS技术通过捕获、储存和利用过程有效减少了CO₂排放。将CO₂注入枯竭的油藏中，可以实现地质封存和增强型石油回收（CO₂-EOR）（Ampomah等人，2017年；麻省理工学院，2023年）（如图1所示）。CO₂-EOR技术能够最大化石油开采量，提高生产效率，并充分发挥油藏的潜力。根据国际能源署的数据，石油和天然气行业主导或参与了90%的CCUS项目（IEA，2020年）。利用碳氢化合物盆地的详细地质数据和石油天然气公司的工程技术，有助于扩大CCUS的应用规模并推动能源行业的绿色转型（Yang等人，2023年）。与此同时，作为最大的单一碳排放源，燃煤电力行业是CCUS应用的关键领域。燃煤发电作为传统能源，会排放大量CO₂，对实现气候目标构成重大障碍（Zhang等人，2024年）。仅中国就拥有全球51%的燃煤发电装机容量，约有250吉瓦的装机容量正在建设中或计划建设中（全球能源监测机构，2023年）。如果不采取减排措施，这些电厂可能会排放大量CO₂。大规模发展CCUS迫切需要碳源和碳汇之间的协调机制。石油公司在储存地点和石油回收技术方面具有专业知识，可以独立投资建设区域储存中心。燃煤电厂作为集中排放源，需要通过建设捕获设施并融入管道网络来实现低成本减排。因此，包括碳源企业和碳汇企业在内的多方参与和投资对于CCUS技术的大规模发展至关重要。

CCUS项目的高成本给企业的主动投资带来了重大挑战（Sun等人，2024年）。为了解决这一问题，许多国家出台了各种激励措施来促进CCUS的发展（生态环境部，2021年；全球CCUS研究所，2021年）。例如，中国生态环境部在自由贸易区内支持CCUS试点和示范项目（生态环境部，2021年）。同样，欧盟也将CCUS技术纳入其战略框架，并将其视为欧洲绿色债券系统的合格资产（全球CCUS研究所，2021年）。政策激励在促进CCUS采纳方面发挥着关键作用。早期研究主要集中在投资补贴上（Chen等人，2016年；Yang等人，2019年）。当前的研究强调清洁电力价格补贴、碳税和碳定价补贴在鼓励CCUS投资方面的作用（Sun等人，2024年；Wen等人，2025年）。碳定价可以广泛应用于所有碳排放行业（Zhang等人，2021a）。碳税提高了高碳排放企业的减排动力，并有效降低了CCUS项目的投资门槛。清洁电力价格补贴显著提高了运营阶段的现金流稳定性。因此，本研究分析了初始投资补贴、清洁电力价格补贴和税收返还激励对碳源企业和碳汇企业在CCUS项目中的投资决策的影响。

现有研究已经考察了在不同补贴政策下企业的CCUS投资策略，但在推进多主体协调投资方面仍存在重大挑战。首先，关于涉及多个利益相关者的合作投资的研究仍然有限，因为大多数研究仅分析了单个企业的投资决策。在不确定性条件下，碳源企业（如燃煤电厂）和碳汇企业（如油田）之间的联合投资行为的动态进化机制尚未得到充分探索。其次，现有研究很少将CCUS项目投资相关的重大不确定性（如初始建设成本、油价波动和碳市场波动）纳入决策过程，从而未能充分理解现实世界不确定性下的投资时机和估值。第三，尽管政府补贴被广泛认为是CCUS部署的重要推动力，但以往的研究主要假设了统一的激励政策。针对碳源企业和碳汇企业的差异化补贴影响，以及它们对CCUS技术扩散动态和多主体协调的影响，尚未得到系统研究。

本研究开发了一个多主体CCUS投资决策框架，将实物期权理论与进化博弈分析相结合（图2）。首先，利用实物期权理论评估燃煤电厂和石油天然气企业的CCUS项目投资价值和最佳时机，明确考虑了油价和碳交易价格的不确定性。其次，构建了一个进化博弈模型来分析在有限理性条件下碳源企业和碳汇企业之间的战略互动和协调机制。第三，将针对这两种类型企业的差异化补贴政策纳入进化博弈框架，以研究目标激励如何影响企业的动态决策和CCUS技术的扩散轨迹。最后，将该综合模型应用于中国的CCUS项目数据，以评估投资结果并提出促进协调CCUS部署的政策建议。

本文的结构如下：第2节回顾了实物期权、CCUS投资和进化博弈理论的文献。第3节使用实物期权方法为单一企业和多主体投资在不同补贴方案下的投资价值进行了评估。第4节构建了燃煤电厂和石油公司的进化博弈模型，分析了其均衡解，并进行了稳定性分析。第5节基于中国CCUS项目的实际数据进行了数值模拟，讨论了政府补贴对CCUS技术扩散周期的影响。第6节总结了本文并提出了政策建议。

部分摘录

文献综述

CCUS技术的实际应用可以追溯到20世纪50年代，当时石油公司首次将CO₂-EOR技术商业化，以增强石油回收，这主要得益于低成本天然碳源的可用性（国家能源技术实验室（NETL），2010年；Wallace，2021年）。2005年，政府间气候变化专门委员会（IPCC）在其“二氧化碳捕获与封存特别报告”中正式定义了CCS（碳捕获与封存）技术框架

CCUS的实物期权估值

本节探讨了在不同补贴政策下，燃煤电厂和石油天然气企业对CCUS项目的投资估值。首先，分析假设每个实体作为唯一投资者，独立承担成本并享受收益的情况。其次，研究了燃煤电厂和石油天然气企业之间的合作投资估值

进化博弈模型

为了探讨不同激励机制对CCUS项目的影响，本研究构建了一个双玩家进化博弈模型，推导了CCUS项目发展的纳什均衡，并分析了系统策略的稳定性。参数和变量在表A2中定义。

数值结果与讨论

本研究以延安石油集团积极推广的“陕北煤化工一体化CCUS示范项目”为例，探讨了合适的激励机制。部分数据和结论基于该项目的实际运营情况。假设的项目参数见表2，数据设置主要基于陕北煤化工CCUS示范项目的改造计划。

煤炭的规模

结论

本研究通过结合双玩家实物期权框架和随机进化博弈，开发了一个多主体CCUS项目投资决策模型。该模型共同描述了在相关碳价和油价、技术学习、收益-成本共享以及结构化政策激励条件下，碳源（燃煤电厂）和碳汇（石油公司）企业的投资触发因素，然后将这些收益嵌入到两个人群复制系统中

CRediT作者贡献声明

李远明：撰写——初稿、方法论、形式分析、数据整理。李北：可视化、方法论、形式分析。刘双星：监督、调查、数据整理。薛明：可视化、调查。李行春：调查。吴鹏：撰写——初稿、监督、资金获取、概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。