王盟浩，李森圣

(1.天然氣經(jīng)濟研究所分站西南油氣田分公司博士后工作站，四川 成都 610051；2.天然氣經(jīng)濟研究所西南油氣田分公司，四川 成都 610051)

0 引 言

在國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司(以下簡稱“ 國家管網(wǎng)公司”)成立以及天然氣產(chǎn)業(yè)鏈上下游逐漸形成競爭性格局的大背景下，儲氣庫商業(yè)化運營的條件即將理順，商業(yè)化運營是儲氣產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的必然趨勢。就國外成熟的儲氣庫商業(yè)化運營經(jīng)驗而言，主要思路是將儲氣能力作為一種產(chǎn)品出售，并采用兩部制收費來回收儲氣庫建設(shè)運營成本，乃至獲取盈利[1-2]。兩部制收費即分別收取儲氣能力的占用費與實際注采過程中所發(fā)生的使用費，用戶通過購買儲氣產(chǎn)品，提前預(yù)定儲氣庫工作氣量與注采能力占用，從而獲取儲氣庫提供的儲氣服務(wù)。因此，未來儲氣庫提供的儲氣產(chǎn)品將是儲氣市場運作的基本單元[3-6]。

儲氣產(chǎn)品本質(zhì)上是一種倉儲產(chǎn)品，區(qū)別于普通倉儲產(chǎn)品的是儲氣產(chǎn)品還具有一定的金融價值。儲氣產(chǎn)品金融價值來源于天然氣價格隨季節(jié)的周期性波動，這使得購買儲氣產(chǎn)品的需求方可以通過在使用期內(nèi)購入與出售天然氣獲取一定程度的盈利[7-8]。顯然，具有不同金融價值的儲氣產(chǎn)品應(yīng)當具有不同的價格，從而實現(xiàn)產(chǎn)品區(qū)分的目的[9]。合理地理解儲氣產(chǎn)品的金融價值對于儲氣產(chǎn)品的設(shè)計與定價具有重要的指導(dǎo)意義。

儲氣產(chǎn)品的金融價值高度依賴于天然氣價格形態(tài)，不同的天然氣價格波動趨勢下，同樣的儲氣產(chǎn)品可以呈現(xiàn)截然不同的金融價值[10]。與我國儲氣庫商業(yè)化運營所需要的合理價值評估相矛盾的是，我國天然氣市場處于一個市場化改革逐步推進的過程中，天然氣價格形態(tài)也會隨之發(fā)生變化?？梢灶A(yù)見，我國天然氣價格會從過去政策管制下有限上浮的價格變化方式，逐漸過渡到根據(jù)市場供需決定價格的合理波動方式，在這個過程中，天然氣市場化程度穩(wěn)步提升。因此，研究儲氣服務(wù)在天然氣市場化進程中的金融價值變化情況，對于在這個階段里儲氣庫的商業(yè)化運營推進具有參考價值[11]。

對于儲氣產(chǎn)品的金融價值進行定量評價，在國外已有大量相關(guān)研究[11-13]。由于我國儲氣庫產(chǎn)業(yè)尚處于起步階段，這方面研究在國內(nèi)學(xué)界相對空白。針對歐美高度市場化的天然氣市場，國外學(xué)界提出的儲氣服務(wù)價值評估模型主要分為4類，包括內(nèi)在價值模型、滾動內(nèi)在價值模型、擴散模型以及現(xiàn)貨交易模型[11]。其中，現(xiàn)貨交易中的最小二乘蒙特卡洛模型具有較強的靈活性和穩(wěn)定性，是目前比較主流的方法[14]。

本文采用最小二乘蒙特卡洛法，研究儲氣產(chǎn)品在天然氣市場化進程中的金融價值變化。通過將天然氣市場化程度進行不同指標的量化，分別展示了金融價值在價格波動率、價格回歸率以及交易周期3個層面上的變化情況，并結(jié)合這些指標情況，討論了儲氣產(chǎn)品價值整體的國內(nèi)天然氣市場化程度推進中的變化。研究結(jié)果對未來天然氣市場化進程中的儲氣庫產(chǎn)品設(shè)計與定價具有參考價值。

1 天然氣市場化程度量化指標

本質(zhì)上，市場化程度是一個由政策、產(chǎn)業(yè)鏈、競爭環(huán)境等多方面因素綜合影響的屬性，因此難以量化。但通過對不同市場化程度下天然氣價格形態(tài)的對比，可以在部分層面上展現(xiàn)相應(yīng)的價格特征。通過研究不同特征對儲氣產(chǎn)品金融價值的影響，可以了解市場化程度對金融價值的作用形式。

不同天然氣市場化程度下一年內(nèi)典型的價格曲線如圖1所示，圖1(a)為典型合同內(nèi)價格曲線，圖1(b)為上海石油天然氣交易中心華東區(qū)價格曲線，圖1(c)為美國Henry Hub現(xiàn)貨交易價格曲線。合同內(nèi)價格由于受政策管控，在門站價基礎(chǔ)上，上浮與下行價格有明確的限制，本文將其視為非市場化的價格形態(tài)；上海交易中心價格能夠體現(xiàn)部分的市場化性質(zhì)，但由于國內(nèi)目前上游生產(chǎn)商處于壟斷地位，交易中心的價格由于供需關(guān)系不平衡，最終的價格并非完全市場化的行為，本文將其視為半市場化的價格形態(tài)；美國Henry Hub現(xiàn)貨價格是典型的天然氣市場化交易標桿，本文將其視為完全市場化的價格形態(tài)。

圖1 不同天然氣市場化程度下一年內(nèi)典型的價格曲線Fig.1 Typical price curves under different natural gas marketization standards within one year

通過對比不同市場化程度的價格形態(tài)可以看出，隨著市場化程度的變化，價格形態(tài)的變化主要體現(xiàn)在價格波動幅值、價格回歸性以及交易周期3個方面。隨著市場化程度的提高，價格波動幅值顯著增大，這是由于市場決定天然氣價格后，冬夏價差會因為供需關(guān)系的變化，呈現(xiàn)出更大的差異；隨著市場化程度的提高，價格回歸性顯著增加，這是由于在低市場化程度下，市場參與者不足，價格無法有效回歸到合理的位置；隨著市場化程度的提高，交易周期顯著降低，價格變化頻率更高，合同內(nèi)價格每30 d發(fā)生變化，上海交易中心則不定期發(fā)生價格變化，而美國Henry Hub現(xiàn)貨價格則每日發(fā)生波動，交易周期由政策和市場需求共同決定。

2 最小二乘蒙特卡洛法

為量化評價儲氣服務(wù)的金融價值，本文采用BOOGERT等[14]提出的最小二乘蒙特卡洛模型進行數(shù)值計算，算法基于Python編程語言中的數(shù)值計算庫numpy及scipy實現(xiàn)。本節(jié)中對最小二乘蒙特卡洛模型進行簡單的介紹，可參考文獻[14]以求對模型更詳細的了解。

儲氣能力受到3個維度的限制，即工作氣量、注采能力以及時間。考慮一份儲氣合同最大工作氣量占用為vmax，單日最大注氣能力為imax，單日最大采氣能力為imin，儲氣合同從t=0開始，到t=T+1結(jié)束。在儲氣合同時間范圍內(nèi)，一共有N個交易日，將這些交易日寫作tn,n=1,2，…,N，交易日對應(yīng)的天然氣價格寫作S(tn)，兩個相鄰交易日之間的時間間隔寫作Δtn，其中，tn為較前交易日的時間。

合同擁有者可以在任何交易日tn選擇將儲氣庫中的天然氣在市場上交易，從而改變儲氣庫的工作氣量。 可以交易的天然氣量Δv(tn)受儲氣庫注采能力限制，為Δtn時間內(nèi)注采能力的總和，見式(1)。

-imin×Δtn≤Δv(tn)≤imax×Δtn

(1)

同時也受到總工作氣量的限制，見式(2)。

0≤v(tn)+Δv(tn)≤vmax

(2)

因此，在任何交易日tn，儲氣庫可發(fā)生的工作氣量變化，見式(3)。

D(tn,v(tn))={Δv|0≤v(tn)-Δv(tn)≤vmax,

-imin×Δtn≤Δv(tn)≤imax×Δtn}

(3)

儲氣庫在時間tn的現(xiàn)金流計算，見式(4)。

h(S(tn),Δv(tn))=-S(tn)Δv(tn)

(4)

儲氣庫合同價值定義為在最優(yōu)的工作氣量操作策略Π下能夠獲得的累積未來現(xiàn)金流，見式(5)。

e-δ(T+1)q(S(T+1),v(T+1))]

(5)

式中：δ為利率；q為在合同到期后，如果還有剩余工作氣量的賠償金額，如果沒有相應(yīng)的賠償機制，則q=0。

延續(xù)值為期權(quán)中的概念，引申到儲氣庫價值評估中，其意義為在時間tn采取特定交易策略后，未來能夠達到的最優(yōu)現(xiàn)金流，算法見式(6)。

C(t,S(t),v(t),Δv)=

E[e-δU(t+1,S(t+1),v(t)+Δv)]

(6)

式中，U為儲氣庫價值，算法見式(7)。

U(t,S(t),v(t))=

maxΔv∈D(t,v(t)){h(S(t),Δv)+C(t,S(t),v(t),Δv)}

U(T+1,S(T+1),v(T+1))=

q(S(T+1),v(T+1))

(7)

式(1)～式(7)表明，在每個交易日tn，儲氣合同擁有者都需要衡量各種可能的工作氣量變化，考慮當日買進/賣出天然氣的現(xiàn)金流與延續(xù)值的總和，并使之取得最大值。在取得最大值時的Δv(tn)即是當日的最優(yōu)操作，記為π(tn)，相應(yīng)的當日現(xiàn)金流和延續(xù)值之和，則為在時間tn儲氣庫能夠?qū)崿F(xiàn)的價值U(t,S(t),v(t))。

蒙特卡洛法的基本思想是進行足夠多次的數(shù)值實驗，求取數(shù)值實驗的平均值，從而使得數(shù)值結(jié)果趨近于解析解。在儲氣庫的價值評估中，針對給出的價格趨勢曲線，采用一定的價格模式，可以生成一系列的隨機價格曲線。

假設(shè)生成了M條蒙特卡洛價格曲線，則單一曲線可寫作b=1,…,M。 同時，分別在時間、工作氣量以及注采能力方面對儲氣產(chǎn)品進行離散，算法見式(8)。

Cb(t,Sb(t),v(t+1;n))=

e-δYb(t+1,Sb(t+1),v(t+1;n))

(8)

式中：n為儲氣庫工作氣量的離散份數(shù)；Yb為在第b條路徑上在時間t以后能夠?qū)崿F(xiàn)的累計現(xiàn)金流。對于在時間t的每一條價格曲線b，都可以得到一個延續(xù)值Cb，對不同體積點對應(yīng)的Cb進行最小二乘法擬合，即可得到任意價格對應(yīng)延續(xù)值的擬合曲線。

已知所有體積點的延續(xù)值，則對于在時間t的所有可能操作，即Δv，可以得出一個最優(yōu)決策，見式(9)。

πb(t,Sb(t),v(t))=argmaxΔv∈D(t,v(t))×

{h(Sb(t),Δv)+Cb(t,Sb(t),v(t)+Δv)}

(9)

該決策對應(yīng)的現(xiàn)金流，算法見式(10)。

Yb(t+1,Sb(t+1),v(t+1))=

h(Sb(t+1),πb(t+1,Sb(t+1,v(t+1))))+

e-δYb(t+2,Sb(t+2),v(t+2))+

πb(t+1,Sb(t+1,v(t+1)))

(10)

價值評估結(jié)果為所有價格曲線計算得到最優(yōu)現(xiàn)金流的平均值，見式(11)。

(11)

3 計算與討論

3.1 產(chǎn)品設(shè)置及價格模式

在使用蒙特卡洛計算前，首先需要給定計算參數(shù)。計算參數(shù)分為2個方面，一是儲氣產(chǎn)品合同對儲氣能力的約定限制，二是儲氣產(chǎn)品對應(yīng)的天然氣市場的價格模式。由于本文研究目的是天然氣市場形態(tài)對金融價值的影響，儲氣產(chǎn)品合同參數(shù)在后續(xù)的計算中均保持不變，而對應(yīng)的價格模式則隨對應(yīng)變量發(fā)生變化。

計算中采用的儲氣產(chǎn)品合同參數(shù)見表1。該產(chǎn)品的最大允許注入速率為6.75×104m3/d，完全注滿最大工作氣量需要約100 d，最大采出速率為2.025×105m3/d，完全采出滿額的工作氣量需要約33 d，在合同開始的時候，產(chǎn)品中不包含工作氣量，合同結(jié)束時，如果還有剩余工作氣量，不考慮任何懲罰措施。

表1 計算中儲氣產(chǎn)品合同參數(shù)Table 1 Gas storage product contract parameters in the calculations

本文采用SCHWARTZ[15]提出的單因素價格模式作為蒙特卡洛價格曲線的生成模型，見式(12)。

(12)

式中：W(t)為隨機數(shù)；μ(t)為基準曲線的擬合形式；κ為平均回歸率；σ為價格波動率。

使用該模型生成價格模式時，σ決定了價格波動幅值，σ越大，價格波動幅值越大；κ決定了市場回歸性，κ值越大，市場回歸性越強。前文提到的前2個市場化程度參數(shù)都可以通過價格模式中的變量調(diào)節(jié)。μ(t)曲線通過對Herny Hub現(xiàn)貨價格在2018年1月—2019年3月的最小二乘擬合獲得。

交易周期ΔT則通過對價格變化周期的控制來實現(xiàn)，對于給定交易周期，讓周期內(nèi)每日的價格恒等于周期第一日的價格。不同ΔT下典型的價格波動曲線如圖2所示，可以看出在短交易周期下，價格模式模型讓價格呈現(xiàn)快速的波動，當交易周期增大，這些波動則不再存在。

圖2 不同交易周期下價格模式生成的典型價格波動曲線Fig.2 Typical fluctuation curves in different trading periods generated by the price process

3.2 價格波動性影響

價格波動性反映了天然氣價格隨供需關(guān)系變化的敏感程度，是一個最為直觀的市場化程度指標。價格波動幅值越大，天然氣價格受供需關(guān)系影響越大，而受政策與壟斷因素影響則越小。在高度市場化的價格市場，天然氣價格可能受短期供需影響，出現(xiàn)幅度極大的波動情況。為研究價格波動幅值對儲氣服務(wù)金融價值的影響，進行了價格波動率σ從0.02增加至0.20的價值評估數(shù)值模擬。

儲氣服務(wù)金融價值U隨價格波動率σ的變化曲線如圖3所示。由圖3可以看出，隨著σ的增加，儲氣服務(wù)金融價值呈現(xiàn)快速增大的趨勢。在σ為0.02時，金融價值約為1 400萬元，當σ增大至0.12時，金融價值則超過4 000萬元，增長了近3倍。在σ值較小時，金融價值增大速率相對較快，當σ達到0.16以后，金融價值隨σ的增大速率顯著放緩。這是由于在價格波動幅值較大的情況下，儲氣產(chǎn)品限制的工作氣量與注采能力不足以捕捉全部價格波動。

圖3 儲氣服務(wù)金融價值U隨價格波動率σ的變化曲線Fig.3 Variation of gas storage financial value Uwith increasing σ

理論上，天然氣市場的波動幅值越大，儲氣服務(wù)能夠?qū)崿F(xiàn)的金融價值也就越高。但對于實際的天然氣市場，由于天然氣作為基本能源的功能性，過大的波動幅值會造成較大的風險，并對社會穩(wěn)定造成影響。因此，理想的天然氣價格波動應(yīng)當在金融價值的實現(xiàn)與能源的穩(wěn)定供應(yīng)之間實現(xiàn)一個平衡。在2020年的中央定價目錄中，已經(jīng)取消了對天然氣價格的管制，我國未來的天然氣價格將由市場競爭形成。隨著天然氣市場化改革的推進，價格波動幅值的增加是可以預(yù)見的，儲氣服務(wù)的金融價值也會進入快速增長的階段。

3.3 市場回歸性影響

市場的回歸性反映了市場中參與者數(shù)量對價格的影響，當市場中有足夠的參與者(供應(yīng)方與需求方)時，天然氣價格在短期的異常波動后會快速回歸到供需關(guān)系的平衡點。因此，市場回歸性也是天然氣市場化程度的一個重要指標，為研究市場回歸性對儲氣服務(wù)金融價值的影響，進行平均回歸率κ從0.005增加至0.200的價值評估數(shù)值模擬。

儲氣服務(wù)金融價值U隨平均回歸率κ的變化曲線如圖4所示。由圖4可以看出，隨著κ的增大，在κ小于0.050時，金融價值呈現(xiàn)快速增加的趨勢，當κ達到約0.050以后，金融價值則不再隨κ的增加發(fā)生顯著變化，這說明在市場參與者較少，當市場呈現(xiàn)回歸性極差的時候，市場回歸性對儲氣服務(wù)的金融價值有顯著影響；當市場參與者足夠多的情況下，繼續(xù)增強市場回歸性，則不再對金融價值產(chǎn)生影響。另外，當κ從0.005增加至0.050，對應(yīng)儲氣產(chǎn)品的金融價值增加了約600萬元，相比增加市場波動性對金融價值數(shù)千萬的增大幅值，回歸性對金融價值影響的絕對值較小。

圖4 儲氣服務(wù)金融價值U隨平均回歸率κ的變化曲線Fig.4 Variation of gas storage financial value Uwith increasing κ

目前我國的天然氣市場由于供應(yīng)端尚處于相對壟斷的階段，需求端對天然氣價格議價能力差，使得目前的天然氣價格無法呈現(xiàn)明顯的回歸性。由于國家管網(wǎng)公司的成立，我國天然氣產(chǎn)業(yè)鏈將會形成“X+1+X”的市場格局，上下游會產(chǎn)生足夠多的競爭者，在可預(yù)見的未來，天然氣價格的回歸性也會得到呈現(xiàn)。屆時，儲氣服務(wù)的金融價值也會隨之得到顯著提升。

3.4 交易周期影響

相比波動率和回歸率2個市場本身決定的參數(shù)，交易周期更多由政策因素所決定，是對天然氣價格活躍度的一種人為限制。在高市場化程度的天然氣市場，天然氣價格通常每日發(fā)生變化，如美國Herny Hub價格；在管控程度較高的市場，天然氣價格變化周期則較長，如現(xiàn)行的合同內(nèi)交易，價格每月發(fā)生變化。為研究交易周期對儲氣服務(wù)金融價值的影響，進行交易周期ΔT從1增加至28時的價值評估數(shù)值模擬。

儲氣服務(wù)金融價值U隨交易周期ΔT的變化曲線如圖5所示，其中，圖5(a)展示了在不同價格波動率下的變化曲線，圖5(b)展示了在不同平均回歸率σ下的變化曲線。從圖5(a)可以看出，隨著交易周期的增加，儲氣服務(wù)金融價值整體呈現(xiàn)下降趨勢。在σ較小的時候，這種下降趨勢的幅度相對較小，隨著σ的增加，交易周期增加導(dǎo)致的金融價值下降則會更加顯著。在σ=0.025時，交易周期從1增加至30，金融價值下降約100萬元；而在σ=0.100時，金融價值則下降了約700萬元。這是由于高波動性的市場具有更多的短期金融套利空間，在交易周期較大的時候，這種短期套利則無法實現(xiàn)，而在低波動性的市場，較長的交易周期所損失的短期套利價值則相對較少。從圖5(b)可以看出，在κ=0.01和κ=0.03時，隨著交易周期增大，金融價值呈現(xiàn)出不規(guī)則的變化趨勢；當κ大于0.05以后，隨著交易周期增大，金融價值則呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。這是由于在市場回歸性較低的情況下，價格波動會呈現(xiàn)較大的分化，導(dǎo)致最終的金融價值呈現(xiàn)不規(guī)律的差異；而當市場回歸性足夠時，交易周期的影響才會得到呈現(xiàn)。

圖5 儲氣服務(wù)金融價值U隨交易周期ΔT的變化曲線Fig.5 Variation of gas storage financial value U with increasing ΔT

隨著上海市和重慶市兩大交易中心的建設(shè)與發(fā)展，交易周期將逐漸從過去合同內(nèi)交易的非市場化形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼮轭l繁的價格變化周期。而更短交易周期的影響并不只局限于對儲氣服務(wù)金融價值的提升，對于整個天然氣市場的活躍，天然氣市場化程度的推進，交易周期都起著重要作用。因此，交易周期的縮短除了能夠直接提升儲氣服務(wù)金融價值，還能夠間接影響波動性和回歸性兩個市場參數(shù)，從而促進儲氣服務(wù)金融價值的進一步提升。

3.5 儲氣產(chǎn)品價值變化

本文分別討論了在天然氣市場化進程中，市場波動性、回歸性以及交易周期3個市場化參數(shù)對儲氣服務(wù)金融價值的影響。總體而言，隨著各個參數(shù)向著市場化的方向變化，儲氣服務(wù)的金融價值呈現(xiàn)明顯增大的趨勢。其中，市場波動性對金融價值的影響幅值最大，而回歸性和交易周期造成金融價值變化的絕對值相對較小。

值得一提的是，隨著天然氣市場化程度的變化，這3個參數(shù)并非獨立變化，而是相輔相成，共同推進的。因此，在3個指標的共同作用下，天然氣市場化程度的增加會使得儲氣服務(wù)的金融價值產(chǎn)生巨大的促進作用。在天然氣市場化改革的大背景下，完全可以預(yù)期儲氣服務(wù)將具有更高的金融價值，從而提升儲氣庫的投資價值與運營價值，造成儲氣產(chǎn)業(yè)的繁榮。從另一個角度，儲氣庫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展同樣依賴于天然氣市場化改革的推進，在現(xiàn)有的體制下，儲氣庫難以展示其應(yīng)有的價值。

4 結(jié) 論

1) 隨著天然氣價格波動性的增強，儲氣服務(wù)的金融價值會出現(xiàn)大幅的提升。

2) 隨著競爭性市場參與者的增加，價格回歸性增強，儲氣服務(wù)的金融價值呈現(xiàn)先快速提升，達到一定程度后保持不變的趨勢。

3) 在低回歸性條件下，儲氣服務(wù)的金融價值隨交易周期出現(xiàn)了不規(guī)則變化，而在高回歸性條件下，儲氣服務(wù)的金融價值則隨交易周期的增大呈降低趨勢。

4) 隨著天然氣市場化程度整體的增加，儲氣服務(wù)的金融價值會出現(xiàn)顯著的提升，這也說明了天然氣市場化改革的推進對儲氣庫產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要意義。在現(xiàn)階段的儲氣庫規(guī)劃與設(shè)計中，應(yīng)該充分考慮天然氣市場化改革推進下金融價值的變化情況。