当金融走进能源行业——能源市场的投资实践

周国云

在前几期能源市场系列介绍了中国能源市场的基本情况之后，相信读者对能源市场有了一个基本概念。接下来几期专栏中笔者会介绍一些能源市场中的专业概念，考虑到读者都并非金融行业从业者，笔者将尽量以简单通俗的语言，介绍这些知识，如果有不当之处，也欢迎大家批评指正。
能源产业的发展促进了其与金融行业的创新和融合，同时也产生了多元化的能源金融服务需求。能源与金融市场如何协同融合？能源投资组合管理又是如何在金融理论的基础上实现的？请随交能网在本文中一一了解。
能源和金融市场的协同融合

在目前的能源市场上，多种市场力的交互作用会造成市场成员之间力量平衡的偏移。如下图所示：



图1：市场力的影响带来能源与金融市场的融合 [1]

·       价格波动拉动对能源新产品及服务的需求
·       监管改组影响金融与能源市场参与者的市场局面
·       风险管理工具为能源市场成员提供额外的保证
在能源交易中，企业通过买卖及保有资产，以资产收购价与卖出时的市场价间的差值来获取收益或规避损失。交易策略以投机（speculating）、套保（Hedging）和做市（Market Making）为主。
1. 套保（Hedging）是指交易人在买进(或卖出) 实际货物的同时，在期货交易所卖出(或买进) 同等数量的期货交易合同作为保值。它是一种为避免或减少价格发生不利变动的损失，而以期货交易临时替代实物交易的一种行为。通常用来规避风险，因此将在下一周的“能源市场的风险管理”中作详细介绍。
2.投机（speculation）指利用市场出现的价差进行买卖从中获得利润的交易行为。投机商越来越关注能源市场，其理由包括：a.交易范围广、b.波动率大、c.高流动性使得市场成员可以匹配他们的买卖订单、d.能源衍生品可用来从能源产品价格变动中获利或通过杠杆扩大收益。在这里，我们举个发电厂通过现货价格和电力期货获利的例子：



图2：发电厂的投机策略[1]

上图表示发电厂与纽约商品交易所的交易，箭头表示现金流的方向。当发电厂预测电力现货价格会升高时（如图中上半部分），发电厂可以提前从交易所以固定价格（低价）购买电力期货合同，经过时间t后，在电力价格确实升高后，发电厂可以以现货价格（高价）售出期货合同，清空仓位。与之相反，如果发电厂预测电力现货价格会降低（如图中下半部分），那么发电厂可以提前以固定价格（高价）向交易所售卖期货合同，并在未来以现货价格（低价）再购买期货合同。
下图列举了投机者和套期保值者的区别：



图3：投机者和套保者对比[1]

投机者的灵活性总是会对市场产生很大的影响。假设电力市场仅由希望通过购买期权进行套期保值的参与者组成。在任何给定的时间点，电力期权市场的短期套期保值金额可能与长期套期保值金额不同。这时投机者可以通过向电力市场提供流动性而做出贡献。投机者
·       可以向市场参与者出售期权，为他们提供保险，同时产生利润；
·       不持有任何能源资产；
·       通过长期或短期期权增加风险；
·       由于套期保值者愿意支付投机者提供的保障，因此投机者的风险增加得到补偿。
3. 做市商（market maker）是指在证券市场上，由具备一定实力和信誉的证券经营法人作为特许交易商，不断地向公众投资者报出某些特定证券的买卖价格（即双向报价），并在该价位上接受公众投资者的买卖要求，以其自有资金和证券与投资者进行证券交易。做市商通过这种不断买卖来维持市场的流动性，满足公众投资者的投资需求。这种做市制度在能源市场中也常被引用。美国历史上企业第二大破产案——安然事件被人们熟知，其主角安然公司在当年就是领先的能源批发做市商，虽然其因财务作假而最终破产，但其做市模式对能源产品交易市场也启发很大。
1999年安然公司创建了第一个基于互联网的全球商品交易平台——安然在线，提供从电和天然气现货到复杂的衍生品等1500多种商品交易。安然在线是“一对多”的做市商交易平台，从市场角度看，“一对多”做市商模式最符合当时场外市场发展的需求，解决了市场流动性问题。安然在线的做市商模式包括：
·       实时做市报价，发挥价格发现功能，
提供能源产品的远期（Forward）和掉期合约（Swap）以及衍生品的远期合约（Forward）和掉期合约（Swap）的在线交易；
·      以现货为基础，保障远期实物交割
·      管理交易头寸，控制持仓风险
·      使用授信额度，控制信用风险
2018年8月16日，上海期货交易所子公司上海国际能源交易中心发布《上海国际能源交易中心做市商管理细则(征求意见稿)》，10月11日发布《上海国际能源交易中心做市商管理细则》并确定原油期货做市商，15家企业进入准许名单。业内人士普遍认为，做市商制度在能源市场的正式推出是发展国内衍生品交易市场一项重要的制度建设，对维护市场秩序、鼓励做市商参与衍生品市场具有重要意义。
总之，在我国能源大宗产品交易市场上，推进能源与金融市场的协同融合是十分重要的一步。以交易为核心，构建交易与支付、清算和融资等金融服务的协同格局，建立“第三方支付”“第三方清算”等交易新模式，确保投资者资金安全和降低信用风险。
能源投资组合

投资组合是投资者（交易者，投资公司，对冲基金，金融机构和能源市场成员）持有的资产集合。
现代投资组合理论
现代投资组合理论（Modern portfoliotheory）提供了一个框架，用于在给定的投资组合风险条件下将投资组合预期回报最大化。它是投资多元化概念的数学公式，旨在选择一组风险低于任何单项资产的资产。
有效边界理论（Efficientfrontier）是现代投资组合理论的重要内容，它是指给定期望收益风险最小的投资组合集。有效的投资必须满足以下条件之一：a.同等风险条件下收益最大；b.同等收益条件下风险最小。
在现代投资组合理论中，单个资产或组合资产的期望收益率由风险测度指标标准差来决定；风险越大收益率越高，风险越小收益率越低；风险对收益的决定是非线性（二次）的双曲线（或抛物线）形式，抛物线的一半则表示有效边界，如下图所示：



图4：有效边界理论 [1]

能源投资组合管理
投资组合管理（Portfolio Management）是为投资者选择正确投资策略的方法。这个过程需要：
·       决定投资策略
·       将投资与目标相匹配
·       资产评估和分配
·       平衡风险与绩效
·       使回报最大化
·       投资组合优化
·       绩效评估
在能源行业中的投资组合管理有以下几种定义：
·       投资组合管理可以指包含各种能源的资源规划方案，包括供应方（例如传统和可再生能源）和需求方（例如能效）。
·       能源行业的“投资组合管理”也用于描述重组其电力行业的资源规划和采购。
·       该定义还可以表示应用于受监管的垂直公用事业的更传统的综合资源规划方法。
能源投资组合管理是指用于寻找最佳能源解决方案，为能源消费者和政策制定者提供有用的指导，帮助他们选择最优能源组合，同时降低成本，降低风险的管理方法。能源投资组合可以通过方法论与模型相结合的方法得到最佳方案。人们可以应用能源投资组合模型来得到最佳能耗解决方案，该模型需要给定边界条件，常见边界条件包括：可用能源资源、各种技术、储存限制、交付合同、监管、供应合同、能源社会成本结构、燃料价格波动、能源资源的安全性、运输能力、用户能效、公共安全、需求峰值降低、能源商品可靠性、发电技术及燃料的公共接受度以及环境标准等。
电力投资组合优化
我们以电力行业为例具体分析。在电力市场，投资组合可以包括发电燃料来源，发电技术、包括金融合同在内的一系列电力交付和购买合同。



图5：发电厂的投资组合多样化 [1]

假设发电系统中有一定数量的发电机组在运行当中。经济负荷调度问题涉及找到最优的发电分配，以实现总发电成本最小化，同时满足总需求。接着，借助如下的目标方程对该经济负荷调度问题进行优化：


其中C表示发电成本，ai、bi、ci分别为第i个发电机组的成本系数，P表示第i个发电技的发电功率。后续的数学过程在此不深入介绍。
当然，以上介绍的以现代投资组合理论进行电力投资组合优化的方法也有一定的局限性：

• 必须考虑与发电资产相关的非货币价值，例如消费者偏好
  
• 需要考虑其他标准：拥塞限制，长期投资期限，调度，运营，承诺成本
  
• 电力公用事业需要管理资产之间的相关性。例如，公用事业公司需要投资为峰值负荷而设计的设备
  
• 电力资产的独特特征导致很难通过概率假设来降低风险
  

经济负荷调度案例研究



图6：燃气发电系统案例流程图 [1]

在实际应用中，我们可以使用MATLAB插件工具进行经济负荷调度的分析和优化，例如，针对图6这个燃气发电系统的优化，可应用图7的优化流程：



图7：燃气发电系统投资组合案例的经济负荷调度流程 [1]

在这类经济负荷调度优化中的关键概念包括：
·       现货价格的随机微分方程模型
·       电力现货价格的季节性模式设定
·       均值回归
·       天然气生产电力的模型
·       蒙特卡罗模拟等
在该案例分析中使用的具体MATLAB方程在此不做详细介绍，如有需要，可联系小编获取。
以上就是本周“能源市场”系列文章的内容，关注本公众号阅读更多能源市场相关文章，下周预告——“能源市场的风险管理”，敬请期待。
参考资料：
[1] Wiley，《Energy trading and risk management – Apractical approach to hedging, trading and portfolio diversification》,Iris Marie Mack
[2] 百度百科，套期保值，https://baike.baidu.com/item/套期保值/310471?fr=aladdin
[3] 百度百科，投机，https://baike.baidu.com/item/投机/2544398
[4] MBA智库百科，做市商，https://wiki.mbalib.com/wiki/做市商
[5]期货日报，《安然事件对我国大宗商品交易市场的启示》，李雪静，http://futures.jrj.com.cn/2016/05/11064620940957.shtml
[6]百度百科，Efficient frontier，https://baike.baidu.com/item/Efficient%20frontier/10366576
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编辑：佳琪姐姐
作者：容玮悦
联系作者：weiyue.rong@jiaonengwang.com
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