基于碳交易市场下的电力企业碳减排决策研究

何沚金赵洱岽宋珏池陈建民王 浩

1.华北电力大学经济与管理学院

2.北京理工大学管理与经济学院

0 引言

2018 年全球的 CO2排放量为 331．43 亿 t，与2017年相比增长了1．7%，创下了自2013年以来的碳排放新高度。而2018年中国CO2排放量达到了100亿t，相比2017年增长了2．3%，约占全球CO2排放量的30%，国内CO2排放量形势依然严峻[1]。我国火电行业排放的CO2占全国总排放量的50%以上，主要是因为我国火力发电所占比例较高，火力发电量大约占到全国总发电量的73．32%。

自2011年起，北京市、上海市、重庆市、湖北省、广东省与深圳市先后启动了碳排放交易试点工作，国家发展和改革委员会鼓励各试点地区在明确中央总体思路的基础上进行大胆尝试，先试先行。根据国家碳排放交易试点工作的总体安排，2012年上海市启动了碳排放交易试点工作，并采用了“1+1+N”的政策体系[2]。上海市的碳排放总量目标仍是排放强度框架下的总量目标，但经过对参与碳交易的企业和单位CO2排放量的盘查，已经“自下而上”地形成了上海碳交易市场的排放总量控制目标，覆盖了17个工业和非工业领域行业，与其他试点碳市场相比，覆盖行业较多，其中包括了航空、港口、机场、铁路等排放较大但控排难度也较大的行业[3]。

上海市火力发电装机容量所占的比例较高，大约为上海市总装机容量的95%，其碳排放量大。在碳排放交易试点建立后，电力企业有了更多的减排方法，不仅可以通过技术更新进行减排，也可以购买碳配额进行减排。本文比较企业通过技术更新减排成本费用与购买碳配额进行减排的费用，探讨企业如何进行碳减排的相关决策。电力企业进行自主减排主要有两种方法，一是增加非化石能源发电的装机容量；二是火电机组的持续优化。非化石能源发电技术投资成本高，本文重点讨论火电机组优化的技术成本[4]。

1 文献综述

上海的城市生产总值对城市碳排放增长量影响程度最大，上海城市化率增长依赖于碳排放量增加[5]。但是碳市场的活跃度却并不高，原因主要有两点，一是控排主体市场参与度较低，二是控排企业的行业与规模存在较大差异从而导致市场流动性受到限制[6,7]。碳市场需要建立一套完善规范的制度体系，建立专门的管理机构和专业化管理队伍，处理好政府管理与市场运行的关系[2]。

在上海市碳价研究方面，Jiakui C等认为，上海燃煤电厂碳排放的平均影子价格在2007年到2010年期间一直上涨是因为上海相应政策的日益严格，而其价格远低于行业能耗的影子价格，这意味着CO2减排的空间仍然很大[8]。Zhou X等认为CO2排放影子价格与碳强度呈负相关，碳强度较高的重工业影子价格往往较低。齐绍洲等认为上海市碳价格内在趋势项波动幅度较大，说明碳市场的制度结构可能存在问题，市场监督者需要根据实际情况进行整改从而保证市场平稳运行[9]。张婕等认为上海碳市场碳排放价格波动具有较强的持续性以及聚集性，碳排放价格波动均呈现出非对称特征，碳排放市场在试点中处于相对不成熟的阶段[10]。

节能减排技术的推广应用对电力企业的低碳发展有着很重要的作用。刘贞等以重庆市为例，提出一种对不同的碳减排情况设计与分析评价模型，认为电力节能减排技术对碳减排的影响比较显著，而且其投资成本也较为适中[11]。毛森茂、段蒙等以深圳市和武汉市为例也证明了这个观点，他们认为电网可以通过自主碳减排与节能技术改造在碳交易市场上获得更多的经济效益，并且在中长期电网规划中发挥对电力系统碳减排的支撑作用，从而促进电力企业的低碳发展[12,13]。X．Jiang等对我国中资与外资企业进行对比分析，发现中资企业如果可以完全复制外资企业的碳减排相关技术，2010年中国的CO2排放量可能会减少25%左右[14]。

本文通过对上海地区发电企业有关碳减排制定不同决策的收益进行量化，并对比研究，为其他行业开展碳减排工作起到借鉴作用。

2 上海市碳排放影子价格计算

上海市碳排放影子价格使用超越对数生产函数进行计算，本文将CO2排放作为传统投入生产要素（上海市的资本存量和劳动力）引入到生产函数之中，最终达到求解碳配额影子价格的目的。

基于上述理论，构建超越对数生产函数模型为：

lnNt第t年的GDP的对数；

lnLt—第t年劳动力投入量的对数；

lnKt—第t年资本存量投入量的对数；

lnEt—第t年碳排放量的对数；

lnKlnL,lnKlnE,lnLlnE为交叉项；

ε为随机干扰项；

αe、αke、αle、αee为待定参数。

经过方程式变形为：

根据边际生产率理论，我国碳配额影子价格等于碳排放的边际生产力，计算公式见式（4）。

Y—碳排放影子价格，元；

N—GDP，元；

E—CO2排放量，t；

K—资本存量，元；

L—劳动人口，人；

其中αe、αke、αle、αee为待定参数。

由于我国于2013年才逐渐出现碳交易，在2012年以前并没有碳交易相关数据，因此本文将时间段分为2012年以前及2012年以后两个部分，运用2001年至2015年的相关数据进行模型设计及验证，模型验证可靠后用于测算2012年之后年份的碳配额影子价格评估测算。

式（4）需要根据上海市2001-2015年上海市GDP、劳动人口、资本存量、CO2排放量数据进行综合计算。2001-2015年上海市GDP数据见表1，2001-2015年上海市劳动人口数据见表2。2001-2015年上海市资本存量数据见表3。2001-2015年上海市CO2排放量见表4。

为求解碳配额影子价格Y，需要计算公式中的系数αE、αKE、αLE、αEE，本文采用岭回归模型通过SPSS软件分析公式中各项系数值。使用SPSS软件进行岭回归时的数据拟合曲线如图1所示。

表1 2001-2015年上海市GDP（单位：亿元）

图1 SPSS岭回归拟合

根据公式计算得出2001-2015年碳排放影子价格见表5。

通过2001-2015年碳排放影子价格预测得出2020年上海市不同比例下的碳排放影子价格见表6所示。

由结果可知，2001-2015年上海市的碳排放影子价格呈平稳上升趋势，预测所得2020年上海市碳排放影子价格为9 688．92元。

3 电力企业进行技术更新的总成本计算

3.1 上海市某电力公司技术更新情况概述

本文以上海市某电力公司为例，对其低碳发电技术所需的成本与碳减排的经济效益进行量化分析，表7为该公司装机容量基本情况，进行碳减排技术更新的基础数据，表8为该公司技术更新费用，表9为该公司技术更新后运行过程基本情况，表10为技术更新后运行过程其他指标。

表2 2001-2015年上海市劳动人口（单位：万人）

表3 2001-2015年上海市资本存量（单位：亿元）

表42001 -2015年上海市CO2排放量（单位：亿t）

表5 2001-2015年碳排放影子价格（单位：元）

表6 2020年不同拍卖比例下上海市碳排放影子价格（单位：元）

表7 上海市某电力公司装机容量基本情况

表8 上海市某电力公司技术更新费用

3.2 上海市某电力公司技术更新费用计算

该公司清洁能源所占比例较少，火电为其主力能源，若大幅降低碳排放，应从火电机组的升级改造做起。本文采用低碳电力成本效益分析方法计算了该公司更新火力发电技术的发电成本，包括年固定成本费用、工资、福利费用与可变成本费用。

表9 上海市某电力公司技术更新后运行过程基本情况

表10 上海市某电力公司技术更新后运行过程其它指标

年固定成本费用计算公式为：

N—总投资分摊至每年的年固定成本，元；

G—固定资产投资，元；

θ—年固定分摊率，%。

Wi—机组i的总装机容量，kW；

Bi—机组i单位容量的投资成本，元/kW。

x—大修理费率，%；

b—保险费率，%；

c—残值率，%。

工资与福利费用计算公式为：

Z—工资与福利费，元；

g—职工工资，万元/（人·年）；

r—规定人员数量，人；

∂—福利劳保系数，%。

可变成本费用计算公式为：

K—可变成本，元；

F—发电燃料费，元；

R—燃料脱硫费，元；

P—排污费，元。

d—机组年发电量，kWh；

m—发电煤耗，g/（kW·h）；

p—燃料价格，元。

h—机组年利用小时数，h。

l—燃料含硫率，%；

ps—石灰石价格，元。

c—材料费，元/MWh；

q—其他费用，元/MWh；

po—SO2排污成本，元；

pn—NOx排污成本，元；

py—烟尘排污成本，元。

电力生产碳排放量的计算公式为：

C：电力生产碳排放量，g/kWh；

σ：化石能源的发电比例，取70%；《2017-2018年度全国电力供需形势分析预测报告》

φ：标准煤CO2排放因子，取2．78。

根据公式与基本情况，可以计算出年固定成本费用为46．01亿元，工资与福利费用为1．61亿元，可变成本费用为85．19亿元。最终总改造成本为132．81亿元。

4 碳市场交易成本与电力企业技术更新总成本对比分析

配额发放方式始终是学者们争论的焦点，很多学者认为拍卖法是实现减排成本降低的最好方法，初始分配采用免费的方式虽然利于企业接受，但是会衍生出很多关于公平性与竞争力方面的问题。

在公平性上，配额免费发放的方法会让那些垄断行业获利。垄断行业如果能够获得足够多的免费发放配额，而且其产品价格上涨后可以经受住激烈的市场竞争，企业就可以将减排成本从消费者那里收回，并且还可以通过出售部分免费发放配额以获取额外的利润。虽然配额拍卖方法对企业的成本和利润会有很大的影响，但是配额免费发放方法所引起的公平问题明显比这个问题更严重。

在竞争力上，配额免费发放方式看起来对企业更有利，使企业不用担心生产成本的增加而降低企业的竞争力。实际上，很多企业对本区域内处于垄断地位，而对外也不一定会直接面临来自国外的竞争压力，这就导致了免费发放的配额并没起到关键性的作用，而且配额拍卖的方法也不会降低它的竞争力。而那些竞争力会受到影响的企业，它们会面临国外的竞争压力，免费发放的配额对它们来说算是一次补助，但是也并不能改善其边际成本。从长期看，配额拍卖方式会使企业加强绿色技术研发力度，从而增强自己的环保竞争力，这种效果不一定会比通过免费发放配额来维持现有市场规模和地位的效果差。

根据上述理论，我们可以发现配额拍卖方式确实是比配额免费发放方式有更好的效果，所以我们假设上海市碳市场开启了100%碳交易拍卖比例，没有免费发放的配额。

我们将企业碳减排力度分为几个情境（见表11）：

情境一：上海市碳市场开启100%碳交易拍卖比例，没有免费发放的配额。企业进行技术更新后可以减排10%的电力生产CO2排放量。

情境二：上海市碳市场开启100%碳交易拍卖比例，没有免费发放的配额。企业进行技术更新后可以减排20%的电力生产CO2排放量。

情境三：上海市碳市场开启100%碳交易拍卖比例，没有免费发放的配额。企业进行技术更新后可以减排30%的电力生产CO2排放量。

根据计算，我们可以得到上海市某电力公司电力生产过程中CO2的总排放量为2 500万t。

企业进行技术更新的总改造成本为132．81亿元，当碳减排力度为10%、20%、30%时，将碳市场交易成本分别与企业进行技术更新的总改造成本相对比，找出企业作出不同决策的临界点。

从表12-表14可以看出，在情境一中，拍卖比例40%为企业决策的临界点；在情境二中，拍卖比例20%为企业决策的临界点；在情境三中，拍卖比例13%为企业决策的临界点。可见在拍卖比例较小时，减排力度越大，企业进行自主减排就越合适。

表11 碳市场交易成本与电力企业技术更新总成本对比表

表12 情境一 碳市场交易成本与电力企业技术更新总成本对比表

表13 情境二 碳市场交易成本与电力企业技术更新总成本对比表

表14 情境三 碳市场交易成本与电力企业技术更新总成本对比表

5 结论

本文通过比较某电力企业的火力发电机组改造升级的费用与所减排的CO2在碳市场中进行交易的费用，对该电力企业进行火电机组的改造升级还是进行碳市场交易的决策进行分析，最后得出，在碳市场开启100%碳交易拍卖比例，没有免费发放的配额时，发电企业进行减排10%、20%、30%CO2排放量所对应的拍卖比例企业决策临界点分别为40%、20%与13%。在拍卖比例较小时，减排力度越大，企业进行自主减排越合适。

对建立全国碳市场的思考和建议：

1）加强对超额碳排放处罚的强度

对于碳实际排放量超过碳排放配额情况，试点省市一般采取罚款与责任不可免除的惩罚机制，但也有省市对碳实际排放量超过碳排放配额情况只处以罚款。此外还有其他约束机制，主要表现在对企业信用信息记录、不得享受融资支持和财政支持优惠政策等方面，但这些约束并不具有法律效力。我国当前对超额碳排放行为主要采用罚款、行政责任方式，处罚形式单一，而设定碳排放权交易制度的目的是持续削减碳排放总量，因此，对超额碳排放行为的处罚也不应该“一罚了之”，而应该植入更多的行为罚和资格罚，才能使企业自身从收益最大化的角度来进行减排规划。

2）适当加大碳拍卖比例，减少免费发放配额

我国试点碳市场中，广东是拍卖力度最大的试点，但拍卖比例仍不够高，虽然对电力行业设立了相对较高的拍卖比例，但是也仅占5%，95%的比例仍是免费获得。虽然在碳市场成立初期免费配额占比较大，但是为了充分发挥碳市场减排的作用，在我国的配额分配中应借鉴欧盟碳市场的经验，在碳市场发展的不同阶段逐渐提高拍卖比例，以实现最有市场效率的分配方式。同时也需要根据不同行业的减排成本、减排潜力和国际竞争力等情况，制定差异化的拍卖比例。