我國石化行業(yè)碳排放權分配研究

駱瑞玲，范體軍，李淑霞，李小鵬

(1.華東理工大學 商學院，上海 200237;2.石河子大學 信息科學與技術學院，新疆 石河子832000)

一、引言

全球氣候變化問題是21世紀人類社會面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)之一，引起了世界各國的高度關注。政府間氣候變化專門委員會(IPCC)全球氣候變化研究第四次評估報告表明，氣候變暖的原因除了自然因素影響以外，還與人類活動中排放CO2的程度密切相關［1］。2009年5月20日召開的哥本哈根氣候變化會議圍繞著發(fā)展中國家是否應該承擔減排溫室氣體義務展開了激烈的交鋒，抑制氣候變化、制定合理有效的環(huán)境政策成為國際科學領域研究的熱點。英國的《氣候變化法2008》規(guī)定了溫室氣體減排目標:即溫室氣體減排的基準年是1990年，到2050年實現(xiàn)的溫室氣體減排目標是至少比1990年基準降低80%。中國作為全球第一大溫室氣體排放國，面臨著越來越多的減排壓力。作為負責任的發(fā)展中國家，中國除了繼續(xù)采取措施促進能源節(jié)約、提高能源利用效率和可再生能源利用之外，正在積極探索適合國情的溫室氣體減排機制和政策體系。2012年1月，國家發(fā)改委宣布在北京、上海等7省市率先開展碳排放權交易試點，并明確試點省市需自行設計試點方案，為今后“在全國建立統(tǒng)一的碳排放交易市場”進行探索［2］。同時，我國政府決定到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，并將其作為約束性目標納入“十二五”規(guī)劃及今后國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的中長期規(guī)劃目標。

事實上，二氧化碳減排的最有效措施之一就是以重點領域作為突破口。石化行業(yè)作為工業(yè)部門中高能耗、高污染的行業(yè)之一，自然成為了我國節(jié)能減排工作實施的重點領域。在國家發(fā)改委重點監(jiān)控的千家耗能企業(yè)中，石化企業(yè)占了340家。如圖1所示，2010年石化行業(yè)能源消耗量為55328.73萬噸標煤，占工業(yè)能源消耗量的23.94%;2000-2010年我國石化部門能源消耗量占全國工業(yè)部門能源消耗量的比例始終保持在23%以上，而且工業(yè)能源消費總量和石化部門耗能量都在穩(wěn)步增長。碳排放權交易機制被認為是一種行之有效的減排手段，而碳排放權的合理有效分配是碳排放交易機制成功實施的關鍵所在。如果在特定的工業(yè)領域內(nèi)實施碳排放權交易機制，碳排放的配額應該怎樣分配?因此，本文采用2000-2010年我國石化行業(yè)能源消耗的歷史數(shù)據(jù)，基于碳排量估算公式、灰色預測和情景模擬的方法，以我國石化行業(yè)實施碳交易政策為情景，定量模擬分析了碳排放權分配對我國石化行業(yè)的影響，以期為我國未來實施碳交易政策提供一定的參考。

圖1 2000-2010年我國工業(yè)部門及石化行業(yè)耗能量趨勢

二、文獻綜述

碳排放權的分配機制是碳排放交易政策實施的核心問題，許多學者作了較深入的研究。Cramton和Kerr(2002)通過研究發(fā)現(xiàn)，碳排放權分配中，拍賣方式要優(yōu)于“繼承祖父式”等免費分配方式［3］。Zheng Wei等(2011)通過設定一個基于總量控制的“祖父式”分配模型，運用一般均衡分析法，探討了更具有經(jīng)濟效率和公平分配指標［4］。Klaassen等(2005)研究了基于三種分配方式(單一競標拍賣、Walrasian拍賣、雙邊有序貿(mào)易)下，有減排義務的美國、日本、歐盟、俄羅斯、烏克蘭、中東歐六個地區(qū)的碳交易的情況。結果表明，俄羅斯、烏克蘭、中東歐在雙邊有序貿(mào)易交易體系中是最大的贏家，歐盟遭受損失;雖然三種交易體系各有利弊，但是這三種分配方式都導致了減排成本的節(jié)?。?］。Steenberghe(2004)研究發(fā)現(xiàn)基于所謂“公平”的配額分配并不是對所有國家都有利，一些國家在合作型的配額原則下可能比在非合作的排放控制原則下要支付更多的成本［6］。Mackenzie等(2008)認為基于企業(yè)的歷史排放量進行分配只在封閉的交易體系中是最優(yōu)的，而基于獨立于產(chǎn)量和排放的外生因素進行分配更有可能達到社會性的最優(yōu)［7］。YI Wenjing等(2011)選擇了人均GDP、累積碳排量和單位工業(yè)增加值碳排量為指標構建了一個綜合的碳排放權分配模型，并模擬了在實現(xiàn)2020年中國減排承諾這一目標下，中國各省區(qū)所承擔的減排額度情況［8］。陳文穎等(2005)在對已有碳排放權分配方法進行分析評價的基礎上，提出“兩個趨同”的分配方法，并指出其可以作為我國關于遠期碳排放權分配的一個提案［9］。Wang等(2012)提出了用兩階段優(yōu)化方法進行碳排放權的分配，并用我國30個省的碳排放數(shù)據(jù)驗證了該模型的有效性［10］。吳靜等(2010)就我國省、市、自治區(qū)碳排放權分配的初始配額原則展開了研究，對比分析了世襲制原則、平等主義原則和支付能力原則對省、市、自治區(qū)碳排放配額的影響［11］。祁悅等(2009)以我國發(fā)展為出發(fā)點，分析了不同類型的碳排放空間分配方案的優(yōu)劣勢，對不同分配方案下中國獲取可獲得的碳排放空間進行了比較，并指出基于歷史公平和人均原則的分配方案是目前最適合的分配方案［12］。袁永娜等(2013)應用多區(qū)域CGE模型，模擬分析了碳排放交易機制下碳排放許可初始分配對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的影響［13］。但上述研究主要側重于國家或者區(qū)域層面上碳交易及碳排放權分配機制研究，而對在經(jīng)濟領域具有重要地位的特定的工業(yè)部門如何分配碳排放權研究較少。Zhou等(2010)等采用基于歷史排放量和歷史產(chǎn)量兩種分配規(guī)則，對比研究了澳大利亞電力市場環(huán)境下，碳交易帶來的潛在收益和補償對發(fā)電企業(yè)的影響［14］。宋旭東等(2013)在傳統(tǒng)碳排放權分配模式的基礎上，結合我國電力行業(yè)發(fā)展的實際情況以及發(fā)電資源分布的特點，提出基于區(qū)域比較的兩級分配機制，并建立相應的分配模型［15］。而本文以對國家經(jīng)濟發(fā)展有重大影響的石化行業(yè)為研究對象，以我國2020年減排目標為前提，研究如何在我國石化行業(yè)內(nèi)分配碳排放配額，模擬行業(yè)內(nèi)碳交易實施對經(jīng)濟發(fā)展的影響，并提出相關的政策建議。

三、數(shù)據(jù)與方法

(一)數(shù)據(jù)來源與處理

我國政府于2009年11月26日正式宣布控制溫室氣體排放的行動目標，決定到2020年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%。根據(jù)我國未來的GDP增長預測和碳排放強度，可以大體推算為實現(xiàn)承諾目標，每年需要減排的二氧化碳量［16］。因此，本文中將目標情境設置為:2020年時我國石化行業(yè)單位生產(chǎn)總值的碳排放比2005年下降40%。歷史數(shù)據(jù)包括2000-2010年石化行業(yè)GDP和能源(煤炭、石油、天然氣)消耗量均來自歷年《中國能源統(tǒng)計年鑒》［17］、歷年《中國工業(yè)經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》［18］及《中國統(tǒng)計年鑒》［19］。

(二)碳排放計算

根據(jù)IPCC給出的溫室氣體排放指導方針目錄(1996年修訂版)，中國石化行業(yè)的碳排放量可以采用以下公式進行估算:

其中，Ei為i類能源的消費總量，F(xiàn)i為i類能源的碳排放強度，其取值見表1。

表1 各類能源的碳排放系數(shù)

(三)能源與GDP數(shù)據(jù)的預測

灰色預測方法［20-21］由鄧聚龍教授于1982年提出，適用于預測、決策與控制等，尤其適用于預測分析。考慮到樣本容量較小，若用回歸分析的時間序列來擬合，可能對準確性產(chǎn)生影響。而灰色預測所需的樣本數(shù)據(jù)少，原理簡單，運算比較方便。因此，基于歷史數(shù)據(jù)采用灰色預測方法對2020年石油與天然氣開采業(yè)，化學原料及化學制品制造業(yè)、化學纖維制造業(yè)、橡膠制品業(yè)、塑料制品，石油加工、焦炭及核燃料加工業(yè)的GDP和能源消耗量進行預測。根據(jù)GM(1，1)模型［20-21］構建原理和分析步驟，本文分別采用2000-2010年的歷史數(shù)據(jù)構成預測模型的原始數(shù)據(jù)序列，分別對石化各子行業(yè)的能耗量、GDP進行預測，預測結果分別見表2和表3。

表2 經(jīng)灰色預測的石化行業(yè)碳排放量(萬噸)

表3 經(jīng)灰色預測的石化行業(yè)的GDP(億元)

(四)碳配額的分配機制

1.指標選取

Lee C F.(2008)［22］在構建碳排放權分配模型時選取了“基于基準年份經(jīng)濟發(fā)展水平”和“基于基準年份碳排放水平”兩種分配模型。行業(yè)GDP值是一個有效的反映其經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模和承擔減排義務能力的指標。歐盟在其未引入碳交易的成員國家中設定減排指標時也選用人均GDP作為一個主要的評價指標(EUROPA，2011)［23］。因此，本文選取我國石化行業(yè)各子行業(yè)基準年份(2005年)的GDP值(億元)、碳排放量(萬噸)作為分配碳排放權的兩個評價指標。

2.碳配額模型建立

根據(jù)以上分析，建立石化行業(yè)碳排放權分配模型如下:

權重參數(shù)α，β的不同取值可以得到不同的碳配額分配方案，本文中選擇了三組取值得到了三種不同的分配方案，見表4。

表4 三種不同的碳配額分配方案

(五)碳交易對石化行業(yè)GDP的影響

在石化行業(yè)引入碳交易機制后，對GDP的影響主要體現(xiàn)在買賣雙方的購買收支上，對于碳配額的提供方來說，來自碳交易的利潤可以計入部門的總產(chǎn)值中，對于碳配額的需求方買方，則需要支出成本來購買足夠的碳配額。實施碳交易后，我國石化各子行業(yè)的產(chǎn)值可以采用以下公式估算:

(3)式中，P為碳排放權交易價格，本文假設在所模擬的時間范圍內(nèi)，碳交易價格是不變的。假定中國參與碳交易的價格8歐元/噸碳是預測的基準情境下各石化子行業(yè)在2020年的碳排放量。

四、結果分析與討論

通過上述三種碳配額分配機制的比較，我們可以看出在三種不同的分配機制下，各行業(yè)獲得的碳排放額度是截然不同的(圖2)。在“經(jīng)濟發(fā)展水平偏好型”這一方案下，上游產(chǎn)業(yè)石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)和化學原料及化學品制造業(yè)獲得了比其他兩種分配機制都要多的碳排放配額，分別約為9098萬噸、11558萬噸，其2020年GDP分別下降0.06%、1.38%。而恰好相反，下游石化行業(yè)，如化學纖維制造業(yè)、橡膠制品業(yè)和塑料制品業(yè)，上游的石油與天然氣開采業(yè)，在“經(jīng)濟發(fā)展水平偏好型”這一方案下，獲得的碳排放配額比其他兩種分配機制下分配的配額都要少，分別為1177萬噸、641萬噸、1032萬噸、3786萬噸;而在“歷史排放水平偏好型”這一方案下，石化下游行業(yè)，如化學纖維制造業(yè)、橡膠制品業(yè)和塑料制品業(yè)，上游的石油與天然氣開采業(yè)，他們獲得的碳排放額度分別為1472萬噸、907萬噸、1920萬噸，4953萬噸，均大于在“經(jīng)濟發(fā)展水平偏好型”和“均衡型”兩個方案下獲得的碳配額;上游行業(yè)石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)和化學原料及化學品制造業(yè)在此方案下獲得的碳配額相對于“經(jīng)濟發(fā)展水平偏好型”和“均衡型”兩種方案最少。在“均衡型”這一分配方案下，各石化行業(yè)所獲得的碳配額均處于“經(jīng)濟發(fā)展水平偏好型”和“歷史排放水平偏好型”兩個方案所獲額度之間，對GDP變化的影響也是如此。

由圖3可以看到，三種不同的分配方案對工業(yè)GDP產(chǎn)生的影響是截然不同的?！熬庑汀?、“經(jīng)濟發(fā)展水平偏好型”和“歷史排放水平偏好型”三種分配方案下，分別對應的石化行業(yè)總體GDP變化為-0.88%、-1.01%、-0.75%。從石化行業(yè)全局經(jīng)濟發(fā)展來看，只有“歷史排放水平偏好型”這一方案造成的GDP總量損失最小。在本文所比較的三種分配機制下，下游產(chǎn)業(yè)化學纖維制造業(yè)、橡膠制品業(yè)和塑料制品業(yè)，以及石油與天然氣開采業(yè)的GDP均是增長的，這些增長即來自于多余的碳排放配額在碳交易市場上的出售。而圖4中顯示的2005年碳排放水平和GDP比重都占有較大份額的“石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)”和“化學原料及化學品制造業(yè)”在三種分配機制下均表現(xiàn)為GDP的損失，這歸因于行業(yè)所獲得的碳配額滿足不了自身發(fā)展，他們不得不通過碳交易市場購買不足的碳配額。因此，一部分產(chǎn)值由配額的需求方向提供方轉移。

具體而言，如化學原料與化學品制造業(yè)在“均衡型”、“經(jīng)濟發(fā)展水平偏好型”和“歷史排放水平偏好型”三種分配方案下，分別對應的GDP損失為1.45%、1.38%、1.52%，為本文所研究的6個石化子行業(yè)中GDP損失最大的行業(yè)。相比較而言，“經(jīng)濟發(fā)展水平偏好型”這一方案更加利于化學原料與化學品制造業(yè)。同樣，我們可以看到“歷史排放水平偏好型”更加有利于石化下游行業(yè)。理論上說，基于歷史水平分配碳排放權可以使得一些高排放的行業(yè)獲得較多的碳排放權，如處于產(chǎn)業(yè)鏈下游的塑料制品業(yè)，其在2005年的碳排放水平為總體排放水平的1%，而其GDP則占到了總體產(chǎn)值的9%，在“歷史排放水平偏好型”這一方案下參與碳交易使其GDP增加0.33%。

圖2 2020年三種碳排放權分配機制下不同石化行業(yè)獲得的碳排放額度

圖3 2020年三種碳排放權分配機制下不同石化行業(yè)GDP變化

五、結論與政策建議

在碳排放交易政策下，碳排放權的初始分配不僅影響到行業(yè)或企業(yè)碳排放量的大小，而且還會影響到其生產(chǎn)計劃，進而影響到其經(jīng)濟效益。本文建立了一個綜合的碳排放權分配模型，綜合考慮了歷史排放水平和經(jīng)濟發(fā)展水平兩個因素，提出了三種不同的碳排放權分配方案。

在本文的模擬中，三種分配方案均導致了石化工業(yè)總體GDP的下降，可以理解成在這三種分配模式下均導致凈的減排成本增加，但是每個子行業(yè)情況不盡相同，于是，決策部門在制定碳排放權分配方案時，參與者各方由于利益出發(fā)點不同會造成對政策的認可度、積極性的不同。例如石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)和化學原料及化學品制造業(yè)，其2005年碳排放量分別為4554萬噸、6820萬噸，GDP比重分別為30%、29%，他們的絕對排放量和經(jīng)濟比重較大，這樣的高耗能高產(chǎn)值行業(yè)，無論在考慮經(jīng)濟比重還是在考慮歷史排放水平的分配方案下，均難以獲得足夠的碳排放權，從而必然成為碳交易市場中的需求者，導致凈的減排成本增加。從石化行業(yè)全局經(jīng)濟發(fā)展來看，只有“歷史排放水平偏好型”這一方案造成的GDP總量損失最小。從這個角度來說，這一方案可能是比較合適的，因為一個工業(yè)部門如果大量削減碳排放量的話必然會對期工業(yè)產(chǎn)值造成巨大影響［22］。根據(jù)歷史排放水平來分配碳排放權會更大程度地照顧到其經(jīng)濟發(fā)展的連貫性，盡量減小減排對經(jīng)濟的沖擊，一些碳排放量不夠的部門或者企業(yè)就可以從一些有碳余額的部門通過碳交易來購買碳排放權。但是如果決策者選擇這種方案，那么高耗能高產(chǎn)值行業(yè)可能就會有所抵制，所以要解決這個問題就需要綜合靈活地引入碳限額分配制度，協(xié)調(diào)各方利益，平衡好發(fā)展和環(huán)境的關系。

如果我國未來全面實施碳交易政策，交易機制的設計中必須參考國外成熟的碳排放權交易機制的經(jīng)驗與教訓。根據(jù)本文的研究與論證，決策部門在對碳排放權進行初始分配時，主要從以下幾方面進行考慮:(1)對于減排成本較低的行業(yè)或企業(yè)，碳排放權分配應該從緊，從而激勵其進行節(jié)能改造，減少排放;對于減排成本較高的高耗能高產(chǎn)值行業(yè)(如石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)和化學原料及化學品制造業(yè)等)，碳排放權分配應適度寬松，以免其因無法達成減排目標而被動接受懲罰，這樣不僅會削弱企業(yè)的競爭力，而且違背了建立碳排放交易體系的初衷。(2)石化行業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，同時也是高耗能、高排放的產(chǎn)業(yè)，是我國的主要污染源之一，其節(jié)能減排技術的改進對減少碳排放量有顯著的影響。政府要以政策引導，鼓勵企業(yè)通過調(diào)整節(jié)能減排技術、投資綠色產(chǎn)業(yè)等方式，在不影響工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的情況下，有效降低碳排放量，從而獲得新的競爭優(yōu)勢。(3)在碳交易政策下，目前主要的碳排放權分配方式有政府免費分配、公開拍賣及兩者結合的分配方式。我國政府在進行碳排放權分配時，根據(jù)企業(yè)所屬行業(yè)的實際情況，不妨采用免費分配和拍賣相結合的混合分配機制?？傊谔寂欧艡喑跏挤峙溥^程中，應將環(huán)境有效性、經(jīng)濟效率性和保護競爭力等基本原則貫穿于政策實施的全過程。

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