碳稅政策對我國電力系統碳減排的影響分析

王文娟

(復旦大學，上海 200433)

碳稅政策對我國電力系統碳減排的影響分析

王文娟

(復旦大學，上海 200433)

碳稅通常被認為是成本有效的碳減排政策工具。本文利用綜合資源規劃評價模型，對我國電力系統在碳稅征收情景下的碳減排影響進行了分析。研究顯示，碳稅政策不僅實現了二氧化碳排放量減少的政策目標，同時還促進了電力系統技術和燃料結構的低碳化發展。

碳稅;電力系統;碳減排

1 引言

在低碳經濟的時代背景下，世界上已有丹麥、芬蘭、荷蘭、挪威和瑞典五個北歐國家實施了碳稅或能源稅政策。我國國家發改委和財政部組織的碳稅專題組經調研，也已于2010年上半年形成了“中國碳稅稅制框架設計”專題報告。此外，專題組相關專家還在公開會議上表示，我國碳稅比較合適的推出時間是2012年前后。而在此消息傳出之前，法國政府剛剛宣布原預計2010年推出的碳稅方案將被擱置。這一系列事件再次引發了公眾及學術界對碳稅政策實施的可行性和有效性的熱議。

目前，國內外對碳稅政策的研究多基于CGE模型等政策分析工具對宏觀經濟影響進行分析討論。如Creedy和Sleeman（2006）研究了碳稅對新西蘭消費品價格和社會福利的影響；Lee（2008）分析了碳稅和排污權交易對不同工業部門的經濟影響；國內學者王燦等（2005）的研究表明，碳稅影響主要作用在能源部門，有助于能源使用效率的提高，但對經濟增長和就業有負面影響；張明文等（2009）構建了基于省際面板數據的計量模型，證明征收碳稅能提高我國大部分地區的經濟規模；張明喜（2010）建立了我國開征碳稅的CGE 模型，并對我國碳稅征收情況下的國家整體經濟進行了研究等。總的來說，現有研究多是針對宏觀經濟影響的分析，大多數學者對于碳稅政策的碳減排有效性影響持肯定態度，但具體到行業系統及企業的政策響應和定量分析較少涉及。企業作為重要的微觀經濟主體，同時也是國家推進碳減排目標實現的重要落實對象，對其進行政策分析十分必要。本文基于企業經濟行為原則，分析碳稅政策下的電力系統政策響應和碳減排有效性將有助于提供環境政策決策信息。

2 我國電力系統現狀

中國電力行業在過去的十多年中發展迅猛，1990年全國裝機容量僅為1.38億kW，到2005年已經突破5億大關，平均年增長率高達8.96%。據統計，全國超過75%的發電量來源于燃煤火電，電力部門每年消費的煤炭量占全國工業部門消費量的一半左右，電力系統產生的CO2超過全國總排放量的40%，造成了巨大的環境影響[1]。

電力系統作為社會經濟發展的能源后盾，其低碳化轉型戰略直接關系到我國電源結構的低碳化程度。目前，我國政府已采取多項措施鼓勵電力系統引進清潔生產技術促進低碳化轉型，以減少燃煤引起的環境污染。但政府在遏制污染、保護環境的措施上仍主要依賴于行政推進而非市場激勵，因此推進效果并不明顯。企業低碳化轉型難也與電力行業具有明顯鎖定效應有關。高能效、清潔的低碳發電技術設備造價高昂，企業低碳化轉型往往需要投入大量成本進行設備改進，故而積極性不足。本文預設碳稅政策情景作為市場激勵條件，對電力系統的政策響應做分析評價，其結果對環境政策決策以及電力系統低碳化轉型戰略都有借鑒意義[2]。

3 研究方法及碳稅情景預設

發展低碳電力是實現電力系統可持續發展的重要途徑。引入低碳發電技術，改進電力系統燃料結構，降低對高碳能源的依存度，優化社會系統的電源結構。但由于發電機組往往具有較長的服役年限，電力行業具有明顯鎖定效應，因此在對電力系統進行相關研究時需要將評價期適當加長。本文采用亞洲理工學院開發的綜合資源規劃評價模型（IRPA）對中國電力系統未來15年內（評價期為2011-2025年）實施碳稅后對低碳化發電技術的選擇進行了分析，并對由此產生的碳減排效果進行評價。

研究采用的IRPA模型是一個最小成本線性規劃的模型，根據外生的電力需求量、燃料價格、現有及備選電廠數據以及不同碳稅稅率，對現有的及備選的高能效和清潔技術按最小成本的原則進行優化選擇后，得出電力部門未來的技術選擇，并計算相應的污染氣體排放量。其中，電力需求量是平衡狀態下的電力需求量，是將電力價格變化在電力需求價格彈性曲線中進行多次反饋后得到的[3、4]。

本研究的基本流程如下圖所示。

研究流程示意圖

圖中，對電力系統的發電技術選擇最為關鍵。本研究對現有的傳統發電技術和新型發電技術進行了歸類篩選，主要按照其能源使用作為歸類標準，以未來15年內具有較高的使用可行性為篩選標準，選定12種發電技術作為現有和備用技術。這12種技術包括：機組容量低于300MW的低參數燃煤機組、機組容量不低于300MW的高參數燃煤機組、超臨界燃煤機組、燃油機組、燃氣機組、天然氣燃氣輪機聯合循環機組（NGCC）、煤氣化燃氣輪機聯合循環機組（IGCC）、離網風力發電、太陽能發電、生物質氣化發電、加壓循環流化床機組（PFBC）以及核電，其中核電不作為可替換的備用技術[5、6]。

燃料價格選取市場價格為基準情景（不征收碳稅情景）價格。在碳稅征收情景下，燃燒化石燃料（煤、石油、天然氣）的價格會上升，上升幅度取決于燃料的含碳質量分數。

研究中預設的情景包含基準情景和碳稅征收情景。其中，基準情景是指沒有對電力部門征收碳稅；碳稅征收包含6個不同情景，即征收不同稅率的碳稅，稅率分別為5美元/tC、10美元/tC、25美元/tC、50美元/tC、100美元/tC及200美元/tC。

4 研究結果及分析

4.1 電力系統技術構成變化

在沒有征收碳稅或能源稅時，電力系統中只有傳統的煤電（包括部分超臨界機組）、水電以及少部分核電、油電和氣電，其中煤電占60%以上，水電占30%。隨著碳稅和能源稅越來越大，傳統煤電所占的比例逐漸減少（但超臨界機組的比例基本保持不變），取而代之的是各種高能效技術和清潔技術，如NGCC、IGCC、PFBC、生物質能發電等。水電的比例隨碳稅稅率的增加逐漸增大。當征收碳稅情景下，在稅率達到25美元/tC時，IGCC被電力系統選中，開始進入電力系統；當稅率達到50美元/tC時，NGCC被選中；達到100美元/tC時，一部分風電進入電力系統；達到200美元/tC時，PFBC和生物質氣化發電也同其他低碳發電技術一樣被選中，而此時傳統煤電機組所占比例已不到全部裝機的20%；水電（包括抽水蓄能）的裝機相比基準情景上升4%，達到34%。而太陽能發電由于成本較高，在設定的碳稅稅率為5～200美元/tC的情景下都沒有被選中。

4.2 電力系統燃料結構變化

在不征收碳稅的基準情景下，經IRPA模型分析得出電力系統燃料結構為：燃煤75.43%、石油1.73%、天然氣0.28%、水電21.22%、可再生能源為0、核電為1.34%（由于核電不作為備選技術，故不分析其變化）。相對于不征收碳稅的基準情景，隨著碳稅稅率的增加，電力系統燃料結構也發生了變化（見表1）。隨稅率的提高，燃煤所占的比例逐漸小幅下降，當碳稅稅率增加到50美元/tC時，燃料結構中燃煤的比例下降11.47%。當碳稅稅率增大到200美元/tC時，燃煤比例的下降值達到15.47%，也就意味著燃煤在電力系統燃料結構中所占比率縮小到60%；天然氣的比例由原先的接近零，上升到8.7%；可再生能源的比例由原先的零上升到4%；水電的比例上升2%，所占比率提高到23%。

表1 各碳稅稅率對應下的電力系統燃料結構變化

4.3 電力系統碳排放量變化

隨碳稅稅率提高，電力系統碳排放變化見表2。

表2 各碳稅稅率對應下的電力系統CO2排放量變化

在對電力系統征收碳稅的情景下，在稅率為5和10美元/tC時，電力系統CO2排放質量分數幾乎沒有下降。分析其原因可能在于電力企業的污染排放與其發電技術息息相關，由于在10美元/tC以下的稅率下，整個電力系統的技術構成基本沒有發生變化，故造成此稅率對應下的燃料結構及排放情況沒有明顯變化。當碳稅稅率達到25美元/tC以上時，CO2排放質量分數相比基準情景開始有顯著下降。當征收200美元/tC的碳稅時，CO2排放質量分數下降到了基準情景的75.89%，減排效果明顯。同時，其他污染物如SO2等的排放也得到了有效控制。

5 結論

征收碳稅的確可實現對電力系統碳減排的促進作用，主要原因為：1）碳稅和能源稅的征收使電力系統的技術和燃料構成向低碳、清潔的方向變化，由于技術的提升使得污染物排放減少；2）碳稅的征收從客觀上提高了發電成本，從而提升了電力的市場價格。在征收碳稅稅率從5～200美元/tC不斷提高的情景下，相對基本情景電價分別有1.8%、3.4%、8.3%、15.8%、27.1%、48.2%的漲幅。同時根據市場供求原理，電力價格的上揚會減少對電力消費的需求，也有助于電力系統污染物排放量的減少。在碳稅稅率不同的情況下，由以上兩方面原因造成污染物減排的影響份額也不同（見表3），當碳稅稅率不超過25美元/tC時，電力價格和需求的影響是導致排放量減少的主要因素，之后隨著碳稅稅率的升高，技術和燃料構成的變化逐漸成為主導因素。

表3 各碳稅稅率對應下的電力系統結構變化和電力市場變化對CO2減排的影響份額

綜上所述，碳稅政策的推行可以有效減少碳排放及其他污染物的排放，實現環境保護的目的和碳減排目標。但為了實現上述目的，最少要征收25美元/tC左右的碳稅。在此碳稅稅率下，會帶來發電成本的提高，導致電價上漲8.3%，電力市場需求下降。從市場供求原理分析，電價的上升會抑制公眾對電力的消費，這對于公眾能源消費向節約型方向發展有較好的市場引導作用。

同時，碳稅政策的推行還可以優化電力系統的技術結構和能源使用結構，使其系統結構向低碳化、清潔化方向發展。結合我國以煤炭為主的能源結構及目前電力系統的發展趨勢來看，電力系統近期的主要目標仍是滿足不斷增長的電力消費需求，其以煤炭消耗為主的電力模式在短時間內還很難得到改變。本研究的分析結論佐證了碳稅征收對電力系統的燃料結構低碳化有引導作用，為環境政策決策提供了信息。在本研究的情景分析中還可以看出，某些先進發電技術如被較早選中的煤氣化聯合循環、天然氣聯合循環等低碳技術，在相同政策條件下更具有成本競爭性。因而建議在電力系統低碳化發展的未來規劃中可對此種技術給予優先考慮。另外，由于本研究對碳稅政策的設計只選用了目前技術適用性和經濟性較高的發電技術，未將核電和碳捕捉等技術討論在內；且對燃料價格和電價需求彈性系數等數據的選擇是基于2006年的數據，因此會對研究結果產生一定的影響，在今后的研究中有待于進一步完善。

[1] 中國統計局.中國統計年鑒[G]. 北京：中國統計出版社，2005.

[2] 林銳.低碳經濟對我國電力企業的影響及應對[J]. 電力與電工， 2010（1）.

[3] Ram M. Shrestha， R.S.S.B.， Environmental and electricity planning implications of carbon tax and technological constraints in a developing country Original Research Article. Energy Policy，1998，7（26）: 527-533.

[4] Ram M. Shrestha， C.O.P.M.， Supply- and demand-side effects of carbon tax in the Indonesian power sector: an integrated resource planning analysis. Energy Policy， 1999, 4（27）: 185-194.

[5] 劉強，姜克雋，胡蓮.碳稅和能源稅情景下的中國電力清潔技術選擇[J]. 中國電力，2006, 39（9）.

[6] 嚴宏強，程鈞培.發展中的中國火力發電裝備[J]. 發電設備，2008（1）.

Impact of Carbon Taxes Policy Introduction on Carbon Emission Reduction in China’s Electric Power System

WANG Wen-juan
(Fudan University, Shanghai 200433, China)

Carbon taxes have been frequently advocated as a cost-effective instrument for reducing carbon emissions. The application of an integrated resource planning assessment model assesses the impact of carbon taxes on carbon emission reduction in electric power system. The primary simulation result shows that the carbon tax policy can not only improve the power generation structure, but also reduce carbon emissions in electric power industry.

carbon taxes; electric power system; carbon emission reduction

X32

A

1006-5377（2010）12-0017-04