基于碳交易市場下的電力企業(yè)碳減排決策研究

何沚金趙洱崠宋玨池陳建民王 浩

1.華北電力大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院

2.北京理工大學(xué)管理與經(jīng)濟學(xué)院

0 引言

2018 年全球的 CO2排放量為 331．43 億 t，與2017年相比增長了1．7%，創(chuàng)下了自2013年以來的碳排放新高度。而2018年中國CO2排放量達到了100億t，相比2017年增長了2．3%，約占全球CO2排放量的30%，國內(nèi)CO2排放量形勢依然嚴峻[1]。我國火電行業(yè)排放的CO2占全國總排放量的50%以上，主要是因為我國火力發(fā)電所占比例較高，火力發(fā)電量大約占到全國總發(fā)電量的73．32%。

自2011年起，北京市、上海市、重慶市、湖北省、廣東省與深圳市先后啟動了碳排放交易試點工作，國家發(fā)展和改革委員會鼓勵各試點地區(qū)在明確中央總體思路的基礎(chǔ)上進行大膽嘗試，先試先行。根據(jù)國家碳排放交易試點工作的總體安排，2012年上海市啟動了碳排放交易試點工作，并采用了“1+1+N”的政策體系[2]。上海市的碳排放總量目標仍是排放強度框架下的總量目標，但經(jīng)過對參與碳交易的企業(yè)和單位CO2排放量的盤查，已經(jīng)“自下而上”地形成了上海碳交易市場的排放總量控制目標，覆蓋了17個工業(yè)和非工業(yè)領(lǐng)域行業(yè)，與其他試點碳市場相比，覆蓋行業(yè)較多，其中包括了航空、港口、機場、鐵路等排放較大但控排難度也較大的行業(yè)[3]。

上海市火力發(fā)電裝機容量所占的比例較高，大約為上海市總裝機容量的95%，其碳排放量大。在碳排放交易試點建立后，電力企業(yè)有了更多的減排方法，不僅可以通過技術(shù)更新進行減排，也可以購買碳配額進行減排。本文比較企業(yè)通過技術(shù)更新減排成本費用與購買碳配額進行減排的費用，探討企業(yè)如何進行碳減排的相關(guān)決策。電力企業(yè)進行自主減排主要有兩種方法，一是增加非化石能源發(fā)電的裝機容量；二是火電機組的持續(xù)優(yōu)化。非化石能源發(fā)電技術(shù)投資成本高，本文重點討論火電機組優(yōu)化的技術(shù)成本[4]。

1 文獻綜述

上海的城市生產(chǎn)總值對城市碳排放增長量影響程度最大，上海城市化率增長依賴于碳排放量增加[5]。但是碳市場的活躍度卻并不高，原因主要有兩點，一是控排主體市場參與度較低，二是控排企業(yè)的行業(yè)與規(guī)模存在較大差異從而導(dǎo)致市場流動性受到限制[6,7]。碳市場需要建立一套完善規(guī)范的制度體系，建立專門的管理機構(gòu)和專業(yè)化管理隊伍，處理好政府管理與市場運行的關(guān)系[2]。

在上海市碳價研究方面，Jiakui C等認為，上海燃煤電廠碳排放的平均影子價格在2007年到2010年期間一直上漲是因為上海相應(yīng)政策的日益嚴格，而其價格遠低于行業(yè)能耗的影子價格，這意味著CO2減排的空間仍然很大[8]。Zhou X等認為CO2排放影子價格與碳強度呈負相關(guān)，碳強度較高的重工業(yè)影子價格往往較低。齊紹洲等認為上海市碳價格內(nèi)在趨勢項波動幅度較大，說明碳市場的制度結(jié)構(gòu)可能存在問題，市場監(jiān)督者需要根據(jù)實際情況進行整改從而保證市場平穩(wěn)運行[9]。張婕等認為上海碳市場碳排放價格波動具有較強的持續(xù)性以及聚集性，碳排放價格波動均呈現(xiàn)出非對稱特征，碳排放市場在試點中處于相對不成熟的階段[10]。

節(jié)能減排技術(shù)的推廣應(yīng)用對電力企業(yè)的低碳發(fā)展有著很重要的作用。劉貞等以重慶市為例，提出一種對不同的碳減排情況設(shè)計與分析評價模型，認為電力節(jié)能減排技術(shù)對碳減排的影響比較顯著，而且其投資成本也較為適中[11]。毛森茂、段蒙等以深圳市和武漢市為例也證明了這個觀點，他們認為電網(wǎng)可以通過自主碳減排與節(jié)能技術(shù)改造在碳交易市場上獲得更多的經(jīng)濟效益，并且在中長期電網(wǎng)規(guī)劃中發(fā)揮對電力系統(tǒng)碳減排的支撐作用，從而促進電力企業(yè)的低碳發(fā)展[12,13]。X．Jiang等對我國中資與外資企業(yè)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)中資企業(yè)如果可以完全復(fù)制外資企業(yè)的碳減排相關(guān)技術(shù)，2010年中國的CO2排放量可能會減少25%左右[14]。

本文通過對上海地區(qū)發(fā)電企業(yè)有關(guān)碳減排制定不同決策的收益進行量化，并對比研究，為其他行業(yè)開展碳減排工作起到借鑒作用。

2 上海市碳排放影子價格計算

上海市碳排放影子價格使用超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)進行計算，本文將CO2排放作為傳統(tǒng)投入生產(chǎn)要素（上海市的資本存量和勞動力）引入到生產(chǎn)函數(shù)之中，最終達到求解碳配額影子價格的目的。

基于上述理論，構(gòu)建超越對數(shù)生產(chǎn)函數(shù)模型為：

lnNt第t年的GDP的對數(shù)；

lnLt—第t年勞動力投入量的對數(shù)；

lnKt—第t年資本存量投入量的對數(shù)；

lnEt—第t年碳排放量的對數(shù)；

lnKlnL,lnKlnE,lnLlnE為交叉項；

ε為隨機干擾項；

αe、αke、αle、αee為待定參數(shù)。

經(jīng)過方程式變形為：

根據(jù)邊際生產(chǎn)率理論，我國碳配額影子價格等于碳排放的邊際生產(chǎn)力，計算公式見式（4）。

Y—碳排放影子價格，元；

N—GDP，元；

E—CO2排放量，t；

K—資本存量，元；

L—勞動人口，人；

其中αe、αke、αle、αee為待定參數(shù)。

由于我國于2013年才逐漸出現(xiàn)碳交易，在2012年以前并沒有碳交易相關(guān)數(shù)據(jù)，因此本文將時間段分為2012年以前及2012年以后兩個部分，運用2001年至2015年的相關(guān)數(shù)據(jù)進行模型設(shè)計及驗證，模型驗證可靠后用于測算2012年之后年份的碳配額影子價格評估測算。

式（4）需要根據(jù)上海市2001-2015年上海市GDP、勞動人口、資本存量、CO2排放量數(shù)據(jù)進行綜合計算。2001-2015年上海市GDP數(shù)據(jù)見表1，2001-2015年上海市勞動人口數(shù)據(jù)見表2。2001-2015年上海市資本存量數(shù)據(jù)見表3。2001-2015年上海市CO2排放量見表4。

為求解碳配額影子價格Y，需要計算公式中的系數(shù)αE、αKE、αLE、αEE，本文采用嶺回歸模型通過SPSS軟件分析公式中各項系數(shù)值。使用SPSS軟件進行嶺回歸時的數(shù)據(jù)擬合曲線如圖1所示。

表1 2001-2015年上海市GDP（單位：億元）

圖1 SPSS嶺回歸擬合

根據(jù)公式計算得出2001-2015年碳排放影子價格見表5。

通過2001-2015年碳排放影子價格預(yù)測得出2020年上海市不同比例下的碳排放影子價格見表6所示。

由結(jié)果可知，2001-2015年上海市的碳排放影子價格呈平穩(wěn)上升趨勢，預(yù)測所得2020年上海市碳排放影子價格為9 688．92元。

3 電力企業(yè)進行技術(shù)更新的總成本計算

3.1 上海市某電力公司技術(shù)更新情況概述

本文以上海市某電力公司為例，對其低碳發(fā)電技術(shù)所需的成本與碳減排的經(jīng)濟效益進行量化分析，表7為該公司裝機容量基本情況，進行碳減排技術(shù)更新的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，表8為該公司技術(shù)更新費用，表9為該公司技術(shù)更新后運行過程基本情況，表10為技術(shù)更新后運行過程其他指標。

表2 2001-2015年上海市勞動人口（單位：萬人）

表3 2001-2015年上海市資本存量（單位：億元）

表42001 -2015年上海市CO2排放量（單位：億t）

表5 2001-2015年碳排放影子價格（單位：元）

表6 2020年不同拍賣比例下上海市碳排放影子價格（單位：元）

表7 上海市某電力公司裝機容量基本情況

表8 上海市某電力公司技術(shù)更新費用

3.2 上海市某電力公司技術(shù)更新費用計算

該公司清潔能源所占比例較少，火電為其主力能源，若大幅降低碳排放，應(yīng)從火電機組的升級改造做起。本文采用低碳電力成本效益分析方法計算了該公司更新火力發(fā)電技術(shù)的發(fā)電成本，包括年固定成本費用、工資、福利費用與可變成本費用。

表9 上海市某電力公司技術(shù)更新后運行過程基本情況

表10 上海市某電力公司技術(shù)更新后運行過程其它指標

年固定成本費用計算公式為：

N—總投資分攤至每年的年固定成本，元；

G—固定資產(chǎn)投資，元；

θ—年固定分攤率，%。

Wi—機組i的總裝機容量，kW；

Bi—機組i單位容量的投資成本，元/kW。

x—大修理費率，%；

b—保險費率，%；

c—殘值率，%。

工資與福利費用計算公式為：

Z—工資與福利費，元；

g—職工工資，萬元/（人·年）；

r—規(guī)定人員數(shù)量，人；

?—福利勞保系數(shù)，%。

可變成本費用計算公式為：

K—可變成本，元；

F—發(fā)電燃料費，元；

R—燃料脫硫費，元；

P—排污費，元。

d—機組年發(fā)電量，kWh；

m—發(fā)電煤耗，g/（kW·h）；

p—燃料價格，元。

h—機組年利用小時數(shù)，h。

l—燃料含硫率，%；

ps—石灰石價格，元。

c—材料費，元/MWh；

q—其他費用，元/MWh；

po—SO2排污成本，元；

pn—NOx排污成本，元；

py—煙塵排污成本，元。

電力生產(chǎn)碳排放量的計算公式為：

C：電力生產(chǎn)碳排放量，g/kWh；

σ：化石能源的發(fā)電比例，取70%；《2017-2018年度全國電力供需形勢分析預(yù)測報告》

φ：標準煤CO2排放因子，取2．78。

根據(jù)公式與基本情況，可以計算出年固定成本費用為46．01億元，工資與福利費用為1．61億元，可變成本費用為85．19億元。最終總改造成本為132．81億元。

4 碳市場交易成本與電力企業(yè)技術(shù)更新總成本對比分析

配額發(fā)放方式始終是學(xué)者們爭論的焦點，很多學(xué)者認為拍賣法是實現(xiàn)減排成本降低的最好方法，初始分配采用免費的方式雖然利于企業(yè)接受，但是會衍生出很多關(guān)于公平性與競爭力方面的問題。

在公平性上，配額免費發(fā)放的方法會讓那些壟斷行業(yè)獲利。壟斷行業(yè)如果能夠獲得足夠多的免費發(fā)放配額，而且其產(chǎn)品價格上漲后可以經(jīng)受住激烈的市場競爭，企業(yè)就可以將減排成本從消費者那里收回，并且還可以通過出售部分免費發(fā)放配額以獲取額外的利潤。雖然配額拍賣方法對企業(yè)的成本和利潤會有很大的影響，但是配額免費發(fā)放方法所引起的公平問題明顯比這個問題更嚴重。

在競爭力上，配額免費發(fā)放方式看起來對企業(yè)更有利，使企業(yè)不用擔心生產(chǎn)成本的增加而降低企業(yè)的競爭力。實際上，很多企業(yè)對本區(qū)域內(nèi)處于壟斷地位，而對外也不一定會直接面臨來自國外的競爭壓力，這就導(dǎo)致了免費發(fā)放的配額并沒起到關(guān)鍵性的作用，而且配額拍賣的方法也不會降低它的競爭力。而那些競爭力會受到影響的企業(yè)，它們會面臨國外的競爭壓力，免費發(fā)放的配額對它們來說算是一次補助，但是也并不能改善其邊際成本。從長期看，配額拍賣方式會使企業(yè)加強綠色技術(shù)研發(fā)力度，從而增強自己的環(huán)保競爭力，這種效果不一定會比通過免費發(fā)放配額來維持現(xiàn)有市場規(guī)模和地位的效果差。

根據(jù)上述理論，我們可以發(fā)現(xiàn)配額拍賣方式確實是比配額免費發(fā)放方式有更好的效果，所以我們假設(shè)上海市碳市場開啟了100%碳交易拍賣比例，沒有免費發(fā)放的配額。

我們將企業(yè)碳減排力度分為幾個情境（見表11）：

情境一：上海市碳市場開啟100%碳交易拍賣比例，沒有免費發(fā)放的配額。企業(yè)進行技術(shù)更新后可以減排10%的電力生產(chǎn)CO2排放量。

情境二：上海市碳市場開啟100%碳交易拍賣比例，沒有免費發(fā)放的配額。企業(yè)進行技術(shù)更新后可以減排20%的電力生產(chǎn)CO2排放量。

情境三：上海市碳市場開啟100%碳交易拍賣比例，沒有免費發(fā)放的配額。企業(yè)進行技術(shù)更新后可以減排30%的電力生產(chǎn)CO2排放量。

根據(jù)計算，我們可以得到上海市某電力公司電力生產(chǎn)過程中CO2的總排放量為2 500萬t。

企業(yè)進行技術(shù)更新的總改造成本為132．81億元，當碳減排力度為10%、20%、30%時，將碳市場交易成本分別與企業(yè)進行技術(shù)更新的總改造成本相對比，找出企業(yè)作出不同決策的臨界點。

從表12-表14可以看出，在情境一中，拍賣比例40%為企業(yè)決策的臨界點；在情境二中，拍賣比例20%為企業(yè)決策的臨界點；在情境三中，拍賣比例13%為企業(yè)決策的臨界點?？梢娫谂馁u比例較小時，減排力度越大，企業(yè)進行自主減排就越合適。

表11 碳市場交易成本與電力企業(yè)技術(shù)更新總成本對比表

表12 情境一 碳市場交易成本與電力企業(yè)技術(shù)更新總成本對比表

表13 情境二 碳市場交易成本與電力企業(yè)技術(shù)更新總成本對比表

表14 情境三 碳市場交易成本與電力企業(yè)技術(shù)更新總成本對比表

5 結(jié)論

本文通過比較某電力企業(yè)的火力發(fā)電機組改造升級的費用與所減排的CO2在碳市場中進行交易的費用，對該電力企業(yè)進行火電機組的改造升級還是進行碳市場交易的決策進行分析，最后得出，在碳市場開啟100%碳交易拍賣比例，沒有免費發(fā)放的配額時，發(fā)電企業(yè)進行減排10%、20%、30%CO2排放量所對應(yīng)的拍賣比例企業(yè)決策臨界點分別為40%、20%與13%。在拍賣比例較小時，減排力度越大，企業(yè)進行自主減排越合適。

對建立全國碳市場的思考和建議：

1）加強對超額碳排放處罰的強度

對于碳實際排放量超過碳排放配額情況，試點省市一般采取罰款與責任不可免除的懲罰機制，但也有省市對碳實際排放量超過碳排放配額情況只處以罰款。此外還有其他約束機制，主要表現(xiàn)在對企業(yè)信用信息記錄、不得享受融資支持和財政支持優(yōu)惠政策等方面，但這些約束并不具有法律效力。我國當前對超額碳排放行為主要采用罰款、行政責任方式，處罰形式單一，而設(shè)定碳排放權(quán)交易制度的目的是持續(xù)削減碳排放總量，因此，對超額碳排放行為的處罰也不應(yīng)該“一罰了之”，而應(yīng)該植入更多的行為罰和資格罰，才能使企業(yè)自身從收益最大化的角度來進行減排規(guī)劃。

2）適當加大碳拍賣比例，減少免費發(fā)放配額

我國試點碳市場中，廣東是拍賣力度最大的試點，但拍賣比例仍不夠高，雖然對電力行業(yè)設(shè)立了相對較高的拍賣比例，但是也僅占5%，95%的比例仍是免費獲得。雖然在碳市場成立初期免費配額占比較大，但是為了充分發(fā)揮碳市場減排的作用，在我國的配額分配中應(yīng)借鑒歐盟碳市場的經(jīng)驗，在碳市場發(fā)展的不同階段逐漸提高拍賣比例，以實現(xiàn)最有市場效率的分配方式。同時也需要根據(jù)不同行業(yè)的減排成本、減排潛力和國際競爭力等情況，制定差異化的拍賣比例。