综合能源服务商参与碳交易的可行性探究

梁可曼， 聂景琦， 刘第舒， 王玉玮

（华北电力大学， 河北 保定 071066）

1 研究概述

1.1 研究背景及意义

目前，积极应对气候变化已成全球共识，中国能源发展亦进入新时代。习近平总书记在2020 年的第七十五届联合国大会上郑重宣布了中国的“双碳”目标。在政府工作报告和“十四五”规划纲要中特别强调了要大力发展绿色金融的政策举措，明确要“实施金融支持绿色低碳发展专项政策，设立碳减排支持工具”。碳金融将为企业碳减排提供杠杆支撑，而碳交易是碳金融的重要组成部分，在相关政策支持下我国碳交易市场方兴未艾。

综合能源服务转型和碳交易作为减少碳排放的两个重要方式，本文从这两者结合的角度对我国的基于节能减排的低碳经济发展问题进行实证研究，有利于促进两者的创新发展，为我国节能减排方案制定和低碳经济实现提供新思路和新路径，为我国建设“资源节约型、环境友好型、生态文明型”社会提供必要的支持，为进一步推动“双碳”目标实现增益添彩。

1.2 文献综述

随着世界经济的发展，环境保护问题已经引发全球重视，同时，我国的“双碳”政策也在逐步推进，紧跟时代步伐。综合能源和碳交易有着推动经济绿色、可持续发展的共同目标，充分立足国家政策，共同助力“双碳”目标的实现。至今，已有不少学者对这两个领域进行了学术讨论和理论研究，但是，将两者结合起来的思考仍较少。

1）在综合能源服务方面。董健等[1]从深度强化学习的角度为解决综合能源系统调度中的不确定性问题提供了新的思路。贾宏杰等[2]从国家、区域以及终端三个层面探讨了我国综合能源系统发展的未来方向。窦金月[3]聚焦区域综合能源服务商业模式设计和成本效益分析两个问题，综合能源服务商业模式的设计、建立测算综合能源服务经济效益的工具并且对综合能源系统的投资运营提出了一些建议。邱彬等[4]提出了基于需求响应和阶梯型碳交易机制的多能耦合综合能源系统优化调度的模型，研究了不同运行方式对优化调度的影响。吴彪等[5]建立了综合能源服务商与电力、天然气市场互动的双层决策模型并求解，发现采用综合需求响应在减小电力、天然气市场的价格差异、提高平均用电效用系数和平均气转电效率、增大社会福利等方面具有积极作用。

2）在碳市场交易方面。周宏春[6]提出了我国应积极利用碳市场降低碳减排成本，从而提高能源利用效率和碳生产率的有效建议。魏震波等[7]对不同碳交易价格系统的运行状态分析后发现，制定一个合理的碳交易价格水平能够同时实现系统经济性和低碳性。魏庆坡[8]提出了避免产生在制度范围上存在绿色低碳政策与碳交易体系的交叉或重叠的建议，同时评估了低碳政策对整体减排效果的影响。

3）在综合能源服务和碳交易结合方面。Peiran Sun 等[9]重点研究了中国碳交易机制下综合能源体系的低碳经济运行，通过商业优化软件研究了在不同碳交易价格下的综合能源体系运行模式，得出在碳交易机制下，综合能源系统不仅可以减少碳排放，还可以通过碳交易降低年度总成本，表明了综合能源服务与碳交易结合有其优势和良好的发展前景。张笑演等[10]分析了碳价格对于交易成本和减排量的影响，以此为基础说明了碳市场的运营机理。

1.3 发展现状

1）综合能源服务业。综合能源服务是一种提供面向消费终端的综合能源产品和能源综合服务的新型能源服务方式。为促进其发展，我国出台了相关政策推进综合能源改革试点建设，例如国家电网公司印发《关于在各省公司开展综合能源服务业务的意见》，《意见》中明确综合能源服务成为主营业务，而其他大型能源电力企业也在国家政策指导下积极探索向综合能源服务商转型，加快布局综合能源服务市场。从市场角度来说，目前我国综合能源服务市场出现了多种业务发展模式，总体发展仍处于初级阶段，大部分综合能源服务商仍为国内大型能源电力企业，进入碳市场的能源服务商极少，碳减排支持工具有限，市场布局仍较为不成熟。从产业发展角度来说，供需匹配效率低、资源整合能力有限、供需双方信任程度不足是综合能源产业发展面临的三大痛点问题。

2）碳交易。碳排放标准被认为是建立健全温室气体排放管理体系的重点内容，对促进绿色低碳发展模式具有重大的意义。美国、英国等发达资本主义国家的碳交易起源较早，发展程度较高，已经形成了较为完整的碳交易体系。就我国而言，碳交易发展经历了“部分地区试点—建立全国碳市场”两大阶段。2011年国家发展和改革委员会下发《关于开展碳排放权交易试点工作的通知》，要求试点地区制定碳排放权交易试点管理办法，建立本地区碳排放权交易监管体系和登记注册系统，培育和建设交易平台，做好碳排放权交易试点支撑体系建设，保障试点工作的顺利进行。2021 年5 月，我国碳排放权登记、交易及结算规则正式出台，碳交易逐渐从区域试点阶段过渡到全国统一的发展新阶段。2022 年1 月，我国全国碳交易市场的第一个履约周期结束。截至2021 年12 月31 日，全国碳市场已累计运行114 个交易日，累计成交量1.79 亿t，累计成交额76.61 亿元。但就企业参与状况而言整体比例仍不高，且多数电力企业入市交易的态度仍相对谨慎，碳交易市场仍有很大发展空间。

1.4 研究内容及思路

本文以我国目前综合能源及碳交易发展程度较高的深圳市、北京市、广州市、武汉市和上海市为研究对象，在构建模型的基础上，对该5 个城市的综合能源服务商参与碳交易进行实证分析研究和经济性评价，以此探索综合能源服务商参与碳交易的可行性。

本文研究思路分为几步：首先，在数据收集和文献研读的基础上，结合分布式鲁棒优化的方法，以深圳、北京、广州、武汉、上海5 个碳交易市场1960—2021 年的交易数据为样本构建碳价格预测模型，并根据现有碳交易信息建立碳交易信息体系；其次，根据碳交易的盈利机制建立综合能源服务商参与碳交易的经济性评估模型；再次，利用5 个研究城市的综合能源服务业发展和碳市场交易数据进行模型检验和数据计算，从碳价格预测和碳交易经济性评价两个方面进行了实证研究和可行性分析；最后，分别从立法行政机关、碳交易市场监管机构和综合能源服务商三个主体角度提出一些改善建议。

2 碳价格预测模型构建

2.1 基于鲁棒优化思想的碳价格预测模型

2.1.1 鲁棒优化理论

鲁棒优化是研究不确定优化问题的新型建模方法，它能在众多不确定解中寻求到一个对于不确定输入的所有实现都能有良好性能的解[11]。鲁棒优化建模得到的优化方案并非最优解，然而当参数发生改变时，鲁棒优化所得到的解仍然可以保证方案的可行性，使优化方案对参数的变动敏感性降低[12]。本文认为它适用于碳价格数据多，而且波动不确定性的情况，因此选其为理论基础构建碳价格预测模型。

2.1.2 碳交易数据选取

本文从碳排放交易网上收集了中国8 大碳市场自1960—2021 年有关于碳交易的数据。基于研究对象的考虑和模型检验及数据预测的需要，本文仅选取了深圳、北京、广州、武汉、上海5 个城市的碳市场交易数据进行碳市场价格分析。重点整理了该5 个城市2013—2021 年碳交易市场每日的交易类型、交易量、交易额、成交价等信息，数据整理部分展示如表1 所示。

表1 八大碳市场碳交易数据

2.1.3 碳价格预测模型构建过程

2.1.3.1 基本思路

先用层次分析法对数据进行分析，将每个城市数据构造为一个矩阵，其次用鲁棒优化求解模型每个区间的最优解并拟合成一条平滑的曲线。

2.1.3.2 模型构建结果

1）基本公式及x 变量说明：x=-（16+c+2b+12a-464）。

以半个月为单位作为横坐标，以1 元/t 为单位作为纵坐标，初始时是2021 年3 月下旬，时间随横坐标的增大而不断减小。

x=-（18+（2022 年开始至服务商查询时的时间月份-1）×2+2（当前所在时间在当月＞=15 日）或1（当前所在时间在当月＜15 日））

比较各地区碳价格的大小，就可以选择对服务商最有利合适的市场。

2）符号说明：碳价格预测模型符号说明见表2所示。

表2 碳价格预测模型符号说明

3）构建结果。在利用Matlab 求解出最优解后，引入碳价格影响因子x 并拟合出一条平滑的曲线结果如表3 所示。

表3 碳价格预测模型构建结果

2.2 碳交易信息体系

本文在文献研读的基础上，利用互联网进行碳交易相关资料搜集，建立了碳交易信息体系如表4 所示，该体系的建立旨在为碳交易的潜在参与者更好地了解和参与碳交易提供信息收集的方向指导和参考。

2.3 基于碳交易基本原理的经济性评估模型

2.3.1 碳交易机制理论准备

碳交易市场是一种人为制造的市场。通常情况下，政府会计划一个地区的碳排放量总体水平，并根据一定的分配规则将这个碳排放配额总量逐步分配至每个行业再到企业[13]。如果企业的最终碳排放量高于其配额水平，则企业就需要到市场上去购买配额以完成政府设定的减排任务。而此时，部分企业能够通过节能减排技术使得自己的最终碳排放量低于其获得的配额水平，则这部分企业就可以通过碳交易市场出售自己多余的配额而获取一定的收入[14]。目前我国碳交易市场主要的交易产品有两类，一类由政府给予企业的碳排放量配额，另一类则是企业的核证自愿减排量[15]。

2.3.2 经济性评估模型构建

2.3.2.1 符号说明

经济性评价模型符号说明表5 所示。

表5 经济性评价模型符号说明

2.3.2.2 模型构建过程。

根据碳交易基本原理[16]，我们可将碳交易结果分为两种情况。第一种情况：当企业的减排成本低于碳交易的现行市价时，企业可以通过卖出减排产生的份额从而实现盈利；第二种情况：当企业的减排成本高于碳交易的现行市价时，企业就会向拥有碳排放量配额的政府、企业或其他市场主体购买碳排放配额来完成政府给企业设定的碳排放减量目标。最终在减排周期结束时，若企业的实际碳排放量高于其所拥有的碳排放配额总量，则政府会对其收取高额的罚款[17]。

1）企业的减排成本低于碳交易的现行市价时（y＞z），模型构建结果如图1 所示。

图1 碳交易经济性评价模型情况一

2）企业的减排成本高于碳交易的现行市价时（y≤z），模型构建结果如图2 所示。

图2 碳交易经济性模型情况二

2.3.2.3 模型求解

1）当企业的减排成本低于碳交易的现行市价时（y＞z），企业会选择减排，虽然x，A1，A2，z 会随能源商的不同而发生改变，但都是一个常量，综上可以得出利润Z 是关于A3的函数（A3会受减排方式的限制），利润Z 想获得最大，只要使A3最大。所得利润为A3（2x-y+z）+A2y-A1（x+z），所得碳资产为2A2-A3。

2）服务商减排成本高于碳交易市场价时（y≤z）显然选择购买碳排放量，所得的利润为A1x-（A1-A2）y所得碳资产为A2。

3 实证研究与可行性分析

假设能源价格取806.26 元/t，则从2020 年起到2021 年五大城市实际碳价格和本文建立模型所预测的碳价格对比如图3—图7 所示。

图3 深圳市实际碳价格与预测碳价格对比图

图4 北京市实际碳价格与预测碳价格对比图

图5 广州市实际碳价格与预测碳价格对比图

图6 武汉市实际碳价格与预测碳价格对比图

图7 上海市实际碳价格与预测碳价格对比图

由上述结果，我们可知该模型在后期具有较好的综合预测效果，能够为企业预测未来碳交易价格更好地参与碳市场交易提供有效的指导。

4 结论与建议

4.1 研究结论

4.1.1 我国碳交易市场发展存在不足

虽然目前我国碳市场已经获得一些发展成效，但从整体上来看仍然是不足的，对比美欧等国家还有很多缺陷，例如碳交易市场数量少、全国性碳市场推广程度低、现有碳交易主体主要为传统电力能源企业交易主体结构单一、碳交易市场机制不完善等等是亟需解决的阻碍我国碳交易市场发展的问题。

4.1.2 综合能源服务行业发展遇到困境

我国综合能源服务市场现在的发展特征为市场主体多元性、业务形态多变性、商业模式多样性，总体发展仍处于初级阶段，大部分综合能源服务商仍为国内大型能源电力企业，综合能源服务产业发展面临供需匹配效率低、资源整合能力有限、供需双方信任程度不足三大痛点问题。我国目前无论是智慧能源管控的核心技术，还是商业化运营的数字化服务型平台建设技术都仍不成熟，无法解决其发展痛点问题。

4.1.3 综合能源服务商能够适应碳交易机制

本文在文献研究以及模型构建时均发现，无论是碳交易信息获取还是碳交易的实际操作方面，现有的碳交易机制对企业具有普适性，并没有特殊的行业限制。而相对其他企业来说，综合能源服务商对碳排放权、碳资产等碳交易的核心概念都是更加熟悉且接触更多的，碳交易与综合能源服务商减排和发展新能源等业务也是存在许多交叉的，这也使综合能源服务商能够在短时间内有效地适应碳交易机制。

4.1.4 综合能源服务商具有参与碳交易的独特优势

综合能源服务商是能为用户供应综合能源产品及相关能源综合服务的新兴能源发展企业。综合能源服务商在减排技术、能源综合、能源成本降低、发展新能源等有利于降低碳排放量的相关方面处于领先地位，而碳交易的核心产品碳排放权产生于分配额和实际减排额的差异，这使综合能源服务商拥有了参加碳交易的独特优势。

4.1.5 参与碳交易有利于综合能源服务商提高竞争力

碳交易作为一种鼓励减排重点企业自觉节约能耗、降低碳排放量的有效方式，已经成为国家发展的重要方向。综合能源服务商若能利用好自身资源技术优势积极地参与到碳交易中合理利用碳价格变化，则能够有利于其拓宽业务范围和收入渠道，节约碳排放成本从而提高自身抗风险能力和市场竞争力。

4.2 改善建议

4.2.1 立法行政机关

立法机关要建立健全环境保护法律体系，为碳交易市场和综合能源服务行业绿色发展提供必要的法律基础。行政机关要推行有效的政策，完善碳市场交易机制，鼓励综合能源服务商进入碳交易市场，加大财政对综合能源服务商参与碳交易的支持力度，积极推行碳交易全国化。

4.2.2 碳交易市场监管机构

碳交易市场监管机构要对市场交易规则进行精细化设计以满足不同地区不同类型交易者的需要，完善市场监督机制和市场交易规范，加大碳交易市场机制的宣传力度，建立健全碳交易信息公布体系为潜在交易者提供便利，降低碳交易市场的参与门槛鼓励更多的社会资本进入从而更好地推进碳市场全国化激发碳交易市场的活力。

4.2.3 综合能源服务商

综合能源服务商要加大研发投入，发展减排技术进行技术创新，关注碳价格变动和碳市场交易情况变化，利用自身优势积极参与到碳交易中，提高自身环保减排意识，建立有效的碳资产管理机制和适应碳交易的经营模式，增强发展后备力。