基于蒙特卡罗模拟的PPP项目风险评估

潘华 周小凤

【摘 要】 水污染生态补偿普遍面临着补偿资金不足、效率偏低的问题，目前实践中采用PPP模式探索多元化的补偿机制和融资渠道初见成效，而PPP项目投资收益以及风险的不确定性是项目的关键风险，关系到政企双方项目合作的成败。鉴于此，文章通过对水污染生态补偿PPP项目风险因素识别、估计和定量分析，采用蒙特卡罗模拟方法，运用财务指标评估水污染生态补偿PPP项目投资收益风险，并结合相关案例进行模拟计算，以期为水污染生态补偿PPP项目风险评估提供定量分析借鉴。

【关键词】 水污染生态补偿； PPP项目； 风险评估； 蒙特卡罗模拟

【中图分类号】 F282 【文献标识码】 A 【文章编号】 1004-5937（2018）10-0074-07

随着我国经济快速发展，生产和生活用水消耗量不断增大，污水排放量随之而上升，但水环境的治理投入远远不够，导致污染日趋严重。据统计，2010—2015年全国废水排放总量（工业废水排放量与生活污水排放量之和）环比增长分别为4.68%、6.79%、3.88%、1.55%、2.99%、2.67%①，不难看出近两年增速有所放缓，但总体仍呈正增長。为减缓生态水环境污染压力，保护水资源，2015年国务院正式颁发《水污染防治行动计划》，指出生态补偿是解决水环境污染的重要措施。生态补偿通常有政府和市场两条途径，多年实践表明这两条途径各有利弊：政府有意愿，但缺少资金；市场有资金，却需要逐利。政府与社会资本合作（PPP）不失为一种合理且有效的选择。然而，由于相关制度的缺失和PPP模式自身特点，致使过去的合作成功不多，失败不少。PPP项目合作期限长，不确定因素多，投资收益性较差，评估水污染生态补偿项目的风险对于合作双方十分重要。

一、国内外相关研究及实践综述

Casper等[ 1 ]根据PPP项目的特点，运用资本资产定价模型确定项目风险校正的贴现率，并用现金流贴现计算评估PPP项目财务风险。Azar等[ 2 ]运用联合风险组合和模糊理论的方法，评估发电厂PPP项目的几个关键风险。近年来国内PPP风险评估方面的研究成果颇丰，柯永建和王守清[ 3 ]采用德尔菲调研法对我国PPP项目风险进行量化评估，认为项目风险影响程度较大的有运营成本超支风险、通货膨胀以及融资风险等。蒲明书等[ 4 ]提出了利用Excel工具对PPP项目运用蒙特卡罗模拟进行风险分析，并加以详细解说。付金存[ 5 ]通过挑选不同领域、不同地域且具代表性的公共事业PPP项目进行案例比较分析后，认为由于领域和地域差别的存在，项目风险具有唯一性。李素英和杨娱[ 6 ]采用层次分析法（AHP）来判断某县市政基础设施PPP项目的风险程度，认为政策风险和质量风险为高风险，竞争风险和管理风险等为较高风险，银行利率和资金周转等风险为较低风险。刘明喆等[ 7 ]讨论滦河水生态补偿机制，指出建造污水处理厂是生态水环境的直接补偿项目，是水污染生态补偿项目的实现方式。

在水污染生态补偿实践方面，欧洲较成功的案例是流经德国和捷克的易北河水生态补偿项目。处于上游的捷克在上下游交界处建造污水处理厂，而处于下游的德国受益于捷克的污水治理措施，建立起了易北河生态保护区，通过财政转移支付、收取排污费的方式对上游的捷克给予经济补偿[ 8 ]。近年来，我国水污染生态补偿实践也有一些典型案例，例如安徽新安江流域、广东东江流域、辽宁辽河流域、河南淮河流域、福建闽江流域等的生态补偿与污染赔偿，但这些补偿都非PPP模式，补偿途径基本以地方政府财政资金补偿为主，补偿项目少有风险评估。

目前，我国PPP尚处起步阶段，PPP项目风险量化评估还较薄弱，鲜有项目风险量化评估的应用案例。PPP项目投资收益的不确定性是PPP合作双方所面临的重要风险，关系到项目合作的成败。因此，针对水污染生态补偿PPP项目案例，运用蒙特卡罗模拟方法结合相关财务指标对项目投资收益不确定性的风险进行评估具有现实意义和实践应用价值。

二、水污染生态补偿PPP项目概述及风险识别

（一）水污染生态补偿PPP项目概述

水污染生态补偿项目意义高于一般城市污水处理项目，有更强的公共产品属性，更加注重污水治理和环境管理方式对生态水环境整体的恢复与保护效果，且能够形成较好的生态效益，借此打造生态公园、生态景区、自然保护区等，间接产生经济效益，反哺生态水环境。另外，水污染生态补偿项目的投资收益性差，盈利能力不足，导致社会资本的可期待参与性低于一般城市污水处理项目，其项目可行性财政补贴诉求更高，财政风险分担更大。

水污染生态补偿PPP项目，采用PPP模式吸引社会资本参与水污染环境治理，既解决公共产品的融资难题，也满足社会资本逐利需求，长期来看，还有利于提高资本使用效率。政府作为项目发起方，主要为项目提供相关政策支持，以保证良好的运行环境和秩序，也是项目特许经营期内的监管者和财政补贴的承担者。社会资本作为项目的主要投资方，承担项目初期的建设、经营期运营管理与技术改进方面的责任，也是项目财政补贴和经济收益的主要受益方。用户是水污染生态补偿项目的综合效益受益者，在分享项目生态和社会效益的同时，也是相关污水治理费用的承担者。一方面，通过付费，对用户产生一定的约束力，在一定程度上制约其破坏生态水环境和浪费水资源的行为；另一方面，把用户付费作为社会资本的部分投资回报，弥补财政支出差额。通过政府和社会资本合作，共同出资建设水污染环境治理项目的方式，调节政府、社会资本及用户三方相互间利益关系，实现公共产品生态效益、社会效益以及经济效益的良性循环，其补偿的实现路径如图1所示。

（二）水污染生态补偿PPP项目风险因素识别

通过水污染生态补偿PPP项目的具体分析，识别项目风险因素，并将影响水污染生态补偿PPP项目的风险因素分为确定性因素和不确定性因素两类。

1.确定性因素

（1）初始投资成本。PPP项目的初始投资成本由政府和社会资本在项目开始前，针对项目的具体实施方案做相应的预算，确定初始投资额，并在合同中做出约定。因此，初始投资成本固定，为确定性因素。初始投资成本主要用于项目的主体建设，即厂房建设、设备和管道等的购置安装等。

（2）用户污水处理付费标准。由于水污染生态补偿项目具有准公共物品属性，对用户污水处理付费的定价标准不能完全按市场需求供给规律。为保证用户的利益，同时体现生态补偿项目的准公共物品性质，污水处理付费标准应通过听证方式确定，并由政府部门确认，在合同中予以明确。另外，考虑到物价上涨、通货膨胀等经济因素的影响，运营成本会增加，收费标准需每隔几年做出调整，但在一定时间段内仍为确定值。

（3）项目建设期。作为水污染生态补偿项目的主要发起方，政府为了尽快解决水环境治污问题，避免生态损失进一步扩大，应保证项目及时运营，对项目的建设期会有要求，一般不得超过政府所规定的年限，项目建设期是确定的。

（4）资本成本。将资本投资于水污染生态补偿PPP项目时，会放弃另外可能的投资机会，即资本是有成本的。資本成本由两部分组成：资本成本=无风险报酬率+风险报酬率，可以是股权资本成本或综合资本成本，是项目所要求最低可以接受的期望报酬率，也是项目折现率，一般应分行业确定。

2.不确定性因素

（1）污水处理量。一般来说，污水处理量主要受到生态水源区人口的密集程度、周边用水企业和农业规模大小的影响；就一个地区或城市而言，其产业结构调整、经济增速的变化、人口的流动性、技术创新和人们生活习惯的改变等，都会影响其一定时段的耗用水量。因此，污水处理量为不确定性因素。

（2）运营成本。项目主要是污水处理，而污水处理本身的工艺流程比较复杂，环节较多，主要涉及动力费（主要为电费和燃料费）、药剂费用（包括各种化学试剂、絮凝剂、消毒费等）、污泥处理费用、员工薪酬福利以及设备的日常维修费用等管理费[ 9 ]。此外，对于水污染生态补偿项目而言，除污水处理这一项目主体的费用外，整个水生环境的截污、清淤、自然净化等环节常常还会发生一些物理、化学或生物治理成本。所有这些运营成本的发生额跟项目治污数量和治理难度直接相关，受很多因素影响，具有较多不确定性。

（3）运营收入。直接运营收入主要有两部分：一部分为用户所付治污费用，目前大都按用户实际耗用水量提取；另一部分为政府补偿付费，根据PPP合同约定，政府将定期对项目公司运营绩效（主要从水环境治理成效方面）进行考核，并根据考核结果给予财政补贴。此外，项目公司在治污过程中还可能产生一些其他业务收入，例如水生养殖收入、旅游景观收入、污物变废为宝收入等。所有这些收入受到多种因素影响，具有不确定性。

三、水污染生态补偿PPP项目风险评估流程

（一）项目风险因素概率分布和安全阈值估计

运用蒙特卡罗模拟方法评估项目风险，需要对上述不确定性因素的概率分布进行估计。根据蒲明书等[ 4 ]在PPP项目的蒙特卡罗计算中对几种常见概率分布的应用解释，结合水污染生态补偿PPP项目的具体情况，笔者对不确定性因素的概率分布做如下分析：对于污水处理量，由于周边居民和游客量在一定范围内连续波动，所以假设污水处理量近似服从三角分布，在污水处理能力范围内估算最大值、最小值及最可能值；在运营成本中，动力费和药剂费成本跟污水处理难度有关，再加上单位成本变动幅度较小，设动力费和药剂费成本近似服从正态分布；项目的规模一旦确定，员工福利工资在一定时期内相对稳定，设其服从正态分布；污泥处理的方式较多，且受污水处理情况影响，对污泥处理具体成本知之甚少，假设其服从均匀分布。

此外，出于谨慎性考虑，在做出一个项目的投资决策之前，投资方应结合蒙特卡罗模拟进行项目投资现金流分析，预算项目投资收益，分析项目的可行性。反映项目投资收益常用三个指标：净现值、内含报酬率和投资回收期。在用投资收益分析项目可行性时，如果仅以净现值零点为分界点，不能满足社会资本的利润要求，需综合多方面因素设定项目评价指标的安全阈值，评估项目可行性。水污染生态补偿PPP项目的安全阈值设置需考虑的因素有初始投资规模大小、特许经营期的长短、项目运营期间的成本及收入等。

（二）项目运营成本和收入的确定

1.运营成本确定

设第t年的年污水处理量为Qt，污水处理所需的各项单位成本费用分别为：动力费P1，药剂费P2，污泥处理费P3，员工工资及福利费用C4，设备的日常维修等管理费C5，其他治理成本（截污、清淤、自然净化等物理、化学或生物性的治理成本）C6。年运营成本为：

Ct=（P1+P2+P3）×Qt+C4+C5+C6 （1）

受物价上涨、通货膨胀等因素的影响，运营成本每隔K年上调一次，上调幅度为？琢，则上调后的运营成本为：

Ct'=Ct×（1+？琢）？茁 （K+T0≤t≤2K+T0，？茁=1，…）

（2）

其中，T0为项目的建设期。

2.运营收入确定

项目的收入包括收取地用户污水处理付费和政府补偿付费以及其他收入，收取用户污水处理费用单价为P4，政府补偿付费年补偿金额为I0，水生养殖收入、旅游景观收入、污物变废为宝收入等其他收入为I1，年运营收入为：

It=P4×Qt+I0+I1 （3）

由于运营的成本上涨，用户污水处理费和政府补偿金额及其他收入也要随运营成本上调，同样每隔K年上调一次，上调幅度等于运营成本幅度？琢，上调后的运营收入为：

It'=It×（1+？琢）？茁 （K+T0≤t≤2K+T0，？茁=1，…）

（4）

（三）设定财务指标，评估项目风险

蒙特卡罗模拟评估项目风险的具体实施：首先，应根据相关成本和收入分别设立净现值、内含报酬率及投资回收期财务指标；其次，需要对影响成本和收入的不确定性风险因素，结合前文的概率分布分析代入参数确定其具体概率分布；再次，运用公式结合数据分别模拟出各项财务指标数值，并与设定的各财务指标安全阈值相比较，判断项目的可行性；最后，根据各财务指标的统计数值结果进一步评估项目风险。财务指标设定具体如下：

1.净现值

按照净现值法，应分别算出水污染生态补偿PPP项目建设期净现值和运营期净现值。

项目建设期的净现值：

其中：t表示项目资本成本，C0表示初始投资额，NPV0表示建设期的净现值。

（6）

其中It表示第t年的运营收入，Ct表示第t年运营成本，另外，假设初始投资额发生在每年年初，而运营收入和成本发生在每年年末。

2.内含报酬率

内含报酬率能反映水污染生态补偿PPP项目本身的报酬率：

其中：IRR为内含报酬率。

3.动态投资回收期

由于货币具有时间价值，应当在考虑货币的时间价值前提下，计算项目的动态投资回收期，使公式（8）成立的n为动态投资回收期：

其中：Ik表示净现值为零时的运营收入，Ck表示净现值为零时的运营成本。

由于水污染生态补偿PPP项目的公益性，因此，理论上假设其收益免税收，即不考虑税收问题。若考虑税收因素，可以对模型进行相应优化。

蒙特卡罗模拟在项目风险评估中的运用较为广泛，它的优越性表现在：可以用计算机模拟复杂且庞大的抽样过程，得出在现实中可能出现的各种结果，模拟结果精确。在水污染生态补偿项目相关实践案例较少、数据缺乏，项目周期长、风险高的现实背景下，采用案例分析与蒙特卡罗模拟相结合的方式，使研究的问题更具针对性和科学性。风险评估流程如图2所示。

四、案例应用分析

（一）案例背景

云南某生态水源保护区为旅游景区，同时也是周边居民日常生活以及灌溉用水的主要水源地。近年来，该生态水源保护区旅游业迅速发展，城镇化进程不断加快，导致水污染严重，不仅影响水生态环境的稳定、周边居民的用水安全，还出现由于水污染严重而关闭相关商户的情况。为了减小该生态水源保护区环境压力，保证周边的用水质量以及该地区旅游业的可持续发展，当地政府采用PPP模式建造污水处理厂以及截污清淤等，对水污染环境给予生态补偿。

该项目于2015年年底正式开始筹建，计划投资总额为34.9亿元，项目特许经营期为30年（其中包括建设期三年，政府规定该项目建设期不得超过三年，建设期三年的投资比例分别为50%、30%、20%，每年年初投入资金）。项目建成以后，能保证周边84万居民的用水污水处理量和年平均2 000万游客的用水污水处理量。由于是生态旅游区，为一般的生活污水处理，成本小于工业污水处理。污水处理规模可达到11.8万吨/天，该项目政府每年补偿付费以及其他收入之和约为3.4亿元，在该地区财政收入预算之内。根据目前云南省污水处理收费情况和行业数据并结合生态补偿PPP项目，拟定的用户污水处理费为1元/吨②，同时约定资本成本为6%（相关学者认为具有长远环保效益的工程项目资本成本率应低于8%③）。考虑到物价及通胀影响，運营成本每隔5年需上调一次，用户付费和政府补偿标准同期上调，上调幅度为2%。根据项目已知数据和项目初始投资规模假设该项目的安全阈值为：特许经营期小于25年（含25年），内含报酬率大于等于8%④，净现值大于等于5亿元。

（二）影响项目风险因素的确定

根据案例背景能够确定的因素主要有：i=6%，I0+I1= 3.4亿元，T0=3年，Tn=30年，C0=34.9亿元，P4=1元/吨，K=5，？琢=2%。

设定的安全阈值分别为：Ta≤25年，IRRa≥8%，NPVa≥5亿元。

根据收集的云南现有污水处理厂各项运营成本数据，结合本项目污水治理规模和水污染环境管理的投入，将概率分布分析代入相关参数，对不确定性因素的概率分布预测如下：污水治理年处理量最可能的值为3 000万吨，最小值为2 500万吨，最大值为3 500万吨，均在预计年污水处理规模之内，服从三角分布。拟定项目各项成本费用概率分布如表1所示。

设备的日常维修等管理费用以及其他相关成本之和按年运营收入的5%估算。

（三）数据结果分析

利用公式（1）、（3）分别算出运营成本、运营收入的预测模拟数据，并根据公式（2）、（4）分别算出调整后的运营成本和运营收入模拟数据，用公式（5）算出建设期的净现值（由于项目初始投资额、建设期和资本成本已知，则建设期的净现值可以运用公式直接得出），再用公式（6）模拟运营期各期的净现值，最终模拟统计结果趋于稳定，净现值模拟统计结果如表2所示（单位：万元）。

1.净现值指标分析

根据表2模拟结果可知，第30年，项目的净现值平均值为61 829.39万元，大于安全阈值5亿元，符合项目净现值投资收益要求，项目可行。另外，第23年与净现值相关统计结果：标准偏差为1 415.09，偏斜度为0.051，峰度为2.64，变异系数为0.2129，平均标准误差为2.58，综合净现值统计指标分析，项目在第23年净现值大于零的可信度高，收回全部资本的风险较小，即从净现值统计指标分析，项目风险较小。

2.内含报酬率指标分析

用公式（7）和各年收入、成本，模拟内含报酬率，模拟统计结果如表3。模拟结果显示项目的内含报酬率平均值为8.37%，大于项目内含报酬率的安全阈值8%，符合项目投资对内含报酬率的要求。项目内含报酬率的模拟统计结果，标准偏差为0.04%，偏斜度为0.0571，峰度为2.64，变异系数为0.0043，平均标准误差为0.00%。综合内含报酬率的统计指标分析，项目的风险较小。

3.动态投资回收期指标分析

用公式（8）和各年的收入、成本以及资本成本，模拟项目动态投资回收期，模拟统计结果如表4。模拟结果显示动态投资回收期的平均值为22.31年，而项目动态投资回收期的安全阈值为25年，大于22.31年，结果符合项目对动态投资回收期的要求。项目动态投资回收期模拟统计结果：标准偏差为0.14，偏斜度为-0.0388，峰度为2.64，变异系数为0.0064，平均标准误差为0.00。综合动态投资回收期的统计指标分析可知，项目的风险较小。

从上述净现值、内含报酬率和动态投资回收期三个财务指标模拟结果可以看出，三个指标均值都在安全阈值之内，符合项目收益要求，项目可行。综合各个指标模拟统计结果分析判断，该项目的风险较小。

五、结语

本文结合云南某生态旅游景区案例，采用蒙特卡罗模拟方法，探索水污染生态补偿PPP项目的风险评价，是一种方法创新，值得总结提炼。

水污染生态补偿项目在我国已有相关的实践案例，但结合PPP模式的实践却少有。生态补偿项目的准公共产品属性和PPP模式风险性决定了两者相结合有一定的难度，分析可行性以及量化风险是社会资本和政府的首要问题，但采用常规的项目评价方法难以客观地评估项目风险，而蒙特卡罗模拟却行之有效。根据现有的基础数据，通过计算机模拟输出特许经营期的净现值、内含报酬率和投资回收期模拟数值以及各项统计指标，便于投资者清晰明了地分析项目可行性以及风险。目前，我国生态补偿项目除水污染生态补償项目之外还涉及森林生态补偿、矿产资源生态补偿、草原生态补偿等多个生态领域，都面临资金短缺、来源单一、效率偏低的问题，PPP模式为政府资金以及补偿效率问题提供了解决方案，而蒙特卡罗模拟进一步分析项目风险，使生态补偿PPP项目具体应用成为可能。

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[4] 蒲明书，罗学富，周勤.PPP项目财务评价实战指南[M].北京：中信出版集团，2016.

[5] 付金存.城市公用事业公私合作制的风险识别及其分担[J].城市问题，2016（5）：4-11.

[6] 李素英，杨娱.PPP模式下基础设施项目融资风险研究：以RC县市政基础设施建设为例[J].经济研究参考，2016（33）：15-19.

[7] 刘明喆，张辉，谭林山，等.滦河流域水生态补偿机制初探[J].环境保护，2016（16）：50-53.

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