碳排放交易體系對高耗能行業(yè)的短期經(jīng)濟影響—以湖北省為例

尹力，梅鳳喬

碳排放交易體系對高耗能行業(yè)的短期經(jīng)濟影響—以湖北省為例

尹力，梅鳳喬*

(北京大學環(huán)境科學與工程學院，北京100871)

“十二五”期間，湖北等七省市陸續(xù)啟動碳排放交易試點.碳排放交易體系的引入，會在短期內(nèi)造成覆蓋行業(yè)的邊際成本上升，從而對行業(yè)利潤造成影響.通過構(gòu)建理論分析框架，分析行業(yè)受碳排放交易體系影響的具體機理，并建立起古諾多寡頭壟斷模型，量化分析不同情景下湖北省碳交易試點對電力、水泥、有色金屬和鋼鐵四大高耗能行業(yè)的經(jīng)濟利潤的影響.研究結(jié)果表明，在湖北省目前的碳配額價格水平和免費配額分配比例下，四大高耗能行業(yè)的利潤降幅均不到1%，受到的短期經(jīng)濟影響很小.敏感性分析顯示，行業(yè)利潤變化率對免費配額比例的變化較為敏感.四大高耗能行業(yè)中有色金屬行業(yè)受到的短期經(jīng)濟影響最強，在未來逐步加強碳排放總量控制的過程中需要特別關(guān)注.

古諾模型;碳排放交易體系;高耗能行業(yè);短期經(jīng)濟影響;湖北省試點

《國家應對氣候變化規(guī)劃(2014—2020年)》規(guī)定，中國控制溫室氣體排放的主要目標為:到2020年，單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年降低40%～45%.為確保該目標的實現(xiàn)，國家發(fā)改委批準湖北等7省市開展碳排放權(quán)交易試點.到2013底，7個試點省市的碳排放權(quán)交易體系已全部啟動.

各試點地區(qū)在政策法規(guī)、總量和范圍設(shè)定、排放配額分配等方面進行了大量探索，結(jié)合各地區(qū)能源消費、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟發(fā)展狀況建立起各具特色的碳排放交易體系.根據(jù)歐盟碳排放權(quán)交易體系的實施經(jīng)驗，出于對行業(yè)競爭力的考慮，政府需要評估碳排放交易體系對覆蓋行業(yè)的經(jīng)濟影響，以便對配額總量和配額分配進行適當調(diào)整.歐盟制定出一套定量和定性相結(jié)合的評估方法，識別出易受碳市場影響的行業(yè)，并計劃在第三階段提高這些行業(yè)的配額免費分配比例［1］.

雖然，我國的碳排放交易制度起步較晚，目前尚未建立起全國統(tǒng)一的碳排放交易市場，但是也應該及早開展碳排放交易體系對行業(yè)影響的相關(guān)研究.

1 研究綜述

目前，國外關(guān)于碳排放交易體系對行業(yè)影響的研究主要采用模型分析的方法.D.Demailly等［2］通過構(gòu)建局部均衡模型，對反映鋼鐵行業(yè)競爭力的產(chǎn)量和利潤水平進行分析，結(jié)果顯示碳排放交易體系對鋼鐵行業(yè)競爭力的影響較小，靈敏度分析研究表明，配額免費分配比例和成本傳導率是重要的影響因素.O.Sartor［3］采用多元線性回歸模型，將原鋁凈進口量作為體現(xiàn)行業(yè)競爭力的指標，對可能造成歐盟原鋁行業(yè)凈進口變化的多個影響因素進行分析，研究結(jié)果顯示碳排放交易體系的引入并未造成原鋁凈進口的明顯變化.J.Sijm等［4］通過構(gòu)建量化分析模型，分析了碳排放交易體系對高耗能行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新機制和行業(yè)競爭力影響.V.Graichen等［5］從碳成本的GDP占比、貿(mào)易指標、直接和間接成本的傳導3個方面對比分析了對德國行業(yè)競爭力的影響，識別出易受影響的行業(yè)，并提出了調(diào)整關(guān)稅、直接補貼等應對措施.G.Klepper等［6］建立DAFT一般均衡模型，將產(chǎn)量變化作為表征競爭力受影響程度的指標，分析了6個地區(qū)和12個行業(yè)受到EUETS的影響，研究結(jié)果顯示行業(yè)總體的產(chǎn)量小幅降低，其中化石燃料和能源行業(yè)受到較為顯著的影響.

國內(nèi)對碳排放交易體系對行業(yè)影響研究相對較少，主要采用指標分析的方法.王鑫等［7］通過測算各工業(yè)行業(yè)的經(jīng)濟指標和貿(mào)易指標，對免費配額分配對各工業(yè)行業(yè)的影響進行了量化分析，結(jié)果顯示免費配額發(fā)放政策對有色、化工等13個行業(yè)有顯著影響.李繼峰等［8］測算了不同碳配額價格水平下，碳配額引起的額外成本占該行業(yè)增加值的比重，將比重超過5%作為判斷行業(yè)是否受到碳市場嚴重影響的標準，識別出不同碳配額價格水平下受到嚴重影響的行業(yè).

指標分析的方法，雖然便于進行行業(yè)間的橫向比較分析，但是不能直觀的反映碳排放交易體系對行業(yè)經(jīng)濟利潤等的具體影響程度，并且缺乏對行業(yè)受碳排放交易體系影響的具體機理方面的探究.因此，本文通過構(gòu)建相關(guān)理論分析框架，分析行業(yè)受碳排放交易體系影響的具體機理，并在古諾模型的基礎(chǔ)上，建立了多寡頭壟斷市場模型，以湖北省試點為例，量化分析了碳排放交易體系對行業(yè)經(jīng)濟利潤的影響.

2 理論分析框架

分析碳排放交易體系對高耗能行業(yè)的短期經(jīng)濟影響，將行業(yè)利潤的變化作為表征行業(yè)短期經(jīng)濟影響的指標.碳排放交易體系的引入，會對邊際成本、市場價格、市場需求和固定成本產(chǎn)生影響，從而使行業(yè)利潤發(fā)生變化.圖1為碳排放交易體系對行業(yè)經(jīng)濟影響的理論分析框架.

2.1邊際成本的變化碳市場建立之后形成碳價格，導致碳排放產(chǎn)品的邊際成本增加，且碳排放強度越高的產(chǎn)品，成本增加越顯著［9］.碳排行交易體系從2個方面導致企業(yè)的邊際成本發(fā)生變化:1)直接增加了二氧化碳排放成本，它等于增加一個單位產(chǎn)量所排放的二氧化碳量和碳市場價格的乘積.2)發(fā)電廠通過提升電價將碳排放成本轉(zhuǎn)價給下游企業(yè)，等于增加一個單位產(chǎn)量所消耗的電量與電力市場價格變量的乘積.本文假設(shè)各行業(yè)的邊際成本在產(chǎn)量的變化范圍內(nèi)為常數(shù)，即每增加一個單位的產(chǎn)量，將給生產(chǎn)成本帶來相同的邊際效應.

2.2價格和需求的變化碳價格引起的增量成本，一部分由生產(chǎn)企業(yè)自身承擔，碳排放的環(huán)境成本內(nèi)部化，導致企業(yè)的盈利空間有所縮減;而另一部分由產(chǎn)品消費者承擔，生產(chǎn)企業(yè)通過提高產(chǎn)品價格，將碳價格引起的部分增量成本向下游傳導，進而導致產(chǎn)品市場需求量的變化［10］.產(chǎn)品市場需求量變化對產(chǎn)品價格變化的反應程度可由需求價格彈性表征，不同行業(yè)的需求價格彈性不同.

2.3固定成本的變化理論上，碳排放權(quán)交易體系通過碳價格信號的激勵作用促進企業(yè)進行減排技術(shù)投資，以降低未來的減排成本.目前激勵低碳技術(shù)發(fā)展所需的碳價格水平為30～50歐元/t CO2(折合人民幣約200～400元/t CO2)，然而我國目前碳交易試點價格在20～80元/t CO2［11］.短期內(nèi)激勵低碳技術(shù)發(fā)展所需的碳價格遠超中國當前碳試點的碳價水平，故本文不考慮減排技術(shù)投資所導致的固定成本的變化.

2.4行業(yè)利潤的變化在碳成本核算中，企業(yè)特別關(guān)注碳配額交易、減排技術(shù)投資，通過提價將碳從成本轉(zhuǎn)嫁給消費者等，因為這些都會對企業(yè)的利潤造成影響［12］.由上述分析可知，碳排放交易體系通過改變行業(yè)的邊際成本，進而對市場價格，市場需求，以及固定成本造成影響，最終導致行業(yè)利潤發(fā)生變化.

3 研究模型

3.1模型選擇從目前公布的試點省市碳排放權(quán)交易方案以及碳排放權(quán)交易試點納入企業(yè)名單來看，所有試點都將電力、熱力、水泥、鋼鐵和有色等高耗能工業(yè)納入了覆蓋范圍.除深圳外，其他6地試點都采取抓大放小的原則，設(shè)置了較高的納入交易企業(yè)的準入門檻，從1萬～15萬噸二氧化碳排放當量不等.納入試點的企業(yè)，特別是高耗能高排放的工業(yè)企業(yè)的數(shù)量較少.以湖北省為例，湖北省碳排放交易試點覆蓋范圍為電力、熱力、鋼鐵、水泥、化工和有色等12個行業(yè)共138個大型企業(yè)，其中電力行業(yè)27個，鋼鐵行業(yè)8個，水泥行業(yè)5個，有色金屬行業(yè)31個.這些高耗能工業(yè)納入碳排放交易體系的企業(yè)數(shù)量較少，且符合寡頭壟斷市場的4個特征:企業(yè)數(shù)量少、企業(yè)相互依存、價格穩(wěn)定、企業(yè)進出不易［13］.因此，用古諾寡頭壟斷模型來模擬高耗能行業(yè)的市場是較為合理的.

3.2模型構(gòu)建結(jié)合上述理論分析框架，本文構(gòu)建起古諾多寡頭壟斷模型，來測算碳排放交易體系引入前后的行業(yè)利潤變化率，以此反映碳排放交易體系對該行業(yè)的短期經(jīng)濟影響.模型的關(guān)鍵假設(shè)如下:1)某行業(yè)有n個寡頭被納入到碳排放交易體系內(nèi)，每個寡頭生產(chǎn)同質(zhì)產(chǎn)品，都追求利潤最大化; 2)寡頭相互之間沒有勾結(jié)行為，寡頭壟斷市場的均衡價格即為產(chǎn)品市場價格;3)每個寡頭同時做出產(chǎn)量決策，即寡頭間進行的是產(chǎn)量競爭而非價格競爭;4)每個寡頭都把其余n－1個寡頭的產(chǎn)量水平視為既定，并以此確定自己的產(chǎn)量;5)需求曲線是線性的.

假設(shè)寡頭壟斷市場上有n個生產(chǎn)同質(zhì)產(chǎn)品的寡頭，其產(chǎn)量分別為q1，q2，…，qj，…，qn.設(shè)該產(chǎn)品的市場需求函數(shù)為

其中，P為該同質(zhì)產(chǎn)品的市場價格，a和b為常數(shù)且a＞0，b＞0.Q為該產(chǎn)品的需求總量，也就是各寡頭的產(chǎn)量之和，即.寡頭i的成本函數(shù)為

其中，ci為寡頭i的邊際生產(chǎn)成本，則寡頭i的利潤為

當寡頭i達到利潤最大時，其邊際利潤為0，則

即

由(4)式得，所有寡頭都達到利潤最大化的一階條件是

其中，為行業(yè)的平均邊際成本，則總的均衡產(chǎn)量為

行業(yè)總產(chǎn)量與行業(yè)的平均邊際成本有關(guān)，與邊際成本在各寡頭間的分布無關(guān).由(1)和(6)式得，產(chǎn)品的均衡價格為

引入碳排放交易體系后，行業(yè)的價格和產(chǎn)量達到新的均衡，相當于在行業(yè)的平均邊際成本中增加了碳配額成本△c其中，η為免費配額的比例，Pc為碳配額價格，E為單位產(chǎn)品CO2排放量.那么，碳排放交易體系引入后的均衡利潤

又碳排放交易體系引入前的均衡利潤為

該行業(yè)中體系覆蓋企業(yè)的利潤變化率為

雖然在以往別的地區(qū)有本文類似的研究方向[14]，但是本文首次以不同區(qū)域內(nèi)的地下水中主要組分含量總和的表述，揭示了哈拉湖地區(qū)地下水分布規(guī)律。

由上述推導可得，利潤變化率為

3.3模型數(shù)據(jù)本文選取湖北省電力、水泥、有色和鋼鐵四大高耗能行業(yè)作為研究對象.湖北省是試點中內(nèi)部發(fā)展水平差異最大的，這種差異正好與全國總體情況類似.

在電力、水泥、有色金屬和鋼鐵四大高耗能行業(yè)中分別選取火電、水泥、電解鋁和螺紋鋼4個代表性的產(chǎn)品.市場數(shù)據(jù)包括碳交易市場覆蓋企業(yè)數(shù)量n、需求價格彈性Ed、行業(yè)平均生產(chǎn)成本、產(chǎn)品價格和單位產(chǎn)品CO2排放量E.覆蓋企業(yè)數(shù)量n來源于湖北納入碳排放權(quán)交易的企業(yè)名單.需求價格彈性Ed的估值來源于國際能源署的報告［15］.生產(chǎn)成本和產(chǎn)品價格為2013年湖北省的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于湖北省上網(wǎng)電價表、中國水泥網(wǎng)、中鋁網(wǎng)和中國鋼鐵網(wǎng)的行情匯總.單位產(chǎn)品CO2排放量由《2014年湖北省工業(yè)大行業(yè)能耗情況》中的各行業(yè)的單位能耗換算得到(《節(jié)能低碳技術(shù)推廣管理暫行辦法》中標準煤的排放系數(shù)為2.64 t CO2/tce).市場和生產(chǎn)成本的具體數(shù)據(jù)見表1.

表1 市場和生產(chǎn)成本數(shù)據(jù)Table 1The data of product market and production cost

3.4情景設(shè)定2013年，各試點地區(qū)的碳市場開始運行，并通過碳排放權(quán)交易形成市場價格.各地碳排放權(quán)交易中心的數(shù)據(jù)顯示，截止2015年1月1日，七省市試點的二級市場碳排放配額成交均價為24～78元不等，湖北省CO2的成交均價為26元/t.因此，本文在5個情景中設(shè)立了25、50和75元3個不同的碳價水平.

目前，7個省市的碳排放交易試點的配額均以免費分配為主，湖北省和廣東省建立了拍賣制度，配額實行部分免費發(fā)放和部分有償發(fā)放.廣東省2014年電力行業(yè)的免費配額比例為95%，鋼鐵、石化和水泥行業(yè)的免費配額比例為97%，湖北省所有行業(yè)的免費配額比例均為97%.從歐盟碳排放交易體系3個階段的實施經(jīng)驗來看，歐盟碳排放交易體系實施的第二階段(2008—2012年)只有不到4%的配額是有償發(fā)放的，而到2013年第三階段開始，這一比例超過了40%，制造業(yè)的免費配額比例也降低到了80%，并計劃到2020年進一步降低免費配額比例.預計未來中國碳排放交易體系的免費配額比例也將逐步縮小，有償發(fā)放的比例逐步擴大.因此，本文在50元的中位碳價水平設(shè)立了97%、95%和90%3個不同的免費配額比例.5個交易情景的具體設(shè)定見表2.

表2 交易情景的具體設(shè)定Table 2The specific setting of trading scenarios

模型測算的結(jié)果顯示(見表3和圖2)，情景1～5的電力行業(yè)利潤分別降低0.207%、0.413%、0.62%、0.688%、1.380%;水泥行業(yè)利潤分別降低0.046%、0.093%、0.139%、0.154%、0.309%;有色金屬行業(yè)的利潤分別降低0.912%、1.823%、2.734%、3.038%、6.076%;鋼鐵行業(yè)的利潤降低分別降低0.421%、0.852%、1.260%、1.420%、2.839%.

表3 四大高耗能行業(yè)的利潤變化率δTable 3The profit change rate of four high energy－consuming industries δ

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)，對碳配額價格PC和免費配額的比例η 2個參數(shù)進行敏感性分析，用敏感度系數(shù)β表示，由于參數(shù)F的變化所引起的利潤變化率δ的變動程度為

表4 利潤變化率對碳配額價格PC和免費配額比例的敏感性分析結(jié)果Table 4The sensitive analysis of the proportion of free quota allocation and carbon price level to profit change rate

4 結(jié)論

在情景1，即湖北省目前的碳配額價格水平和免費配額分配比例的情況下，四大高耗能行業(yè)的利潤降低幅度均不到1%，行業(yè)受到的短期經(jīng)濟影響很小，說明目前湖北省碳排放交易試點的配額總量設(shè)定過于寬松，碳排放配額的價格處于較低水平，未能充分反映碳排放配額的稀缺性，弱化了碳排放交易市場促進高耗能行業(yè)降低碳排放的效果.湖北省2014年碳排放交易試點設(shè)定的總量中，政府預留的排放配額占到了配額總量的8%，約合2 600萬t.在湖北省碳排放交易試點啟動前，政府以20元/t CO2的低價拍賣了200萬t碳排放配額，價格低于后來的市場成交均價26元，一定程度上造成了湖北省碳排放交易試點出現(xiàn)總量過于寬松，碳排放配額價格較低，企業(yè)減排積極性不高的現(xiàn)象.在目前免費配額分配比例為97%的情況下，價格水平應不低于75元/t CO2，碳排放交易體系才有可能達到有效促進高耗能行業(yè)減排的效果.建議進一步嚴格總量控制，避免以后出現(xiàn)總量過于寬松，促進減排效果不佳的情況.

從圖2中可以看出，碳排放交易體系對四大高耗能行業(yè)的短期經(jīng)濟影響由大到小分別為:有色金屬行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、電力行業(yè)和水泥行業(yè)，其中，有色金屬行業(yè)受到的短期經(jīng)濟影響最大，水泥行業(yè)受到的短期經(jīng)濟影響最小.這與有色金屬行業(yè)，特別是電解鋁行業(yè)的單位產(chǎn)品CO2排放量較高有關(guān).在情景5，即碳價格處于高位75元/t CO2，免費配額分配比例為90%的情況下，有色金屬行業(yè)的利潤率降低幅度超過了6%，受到較強的經(jīng)濟影響.因此，在未來逐步加強碳排放總量控制的過程中，需要特別關(guān)注對有色金屬行業(yè)的經(jīng)濟影響，必要時可適當提高其免費配額的分配比例，以避免對行業(yè)競爭力造成較大沖擊.

表4的敏感性分析結(jié)果顯示，利潤變化率對免費配額比例的敏感度系數(shù)大于對碳配額價格的敏感度系數(shù)，行業(yè)利潤變化率對免費配額比例的變化較為敏感.提高免費配額比例能夠避免部分行業(yè)的競爭力受到碳排放交易體系的過強沖擊，歐盟計劃在EUETS的第三階段，向存在碳泄漏風險的行業(yè)發(fā)放較高比例的免費配額.

本文的研究是從分析碳排放交易體系對行業(yè)經(jīng)濟影響的機理入手，量化分析了碳排放交易體系對湖北省四大高耗能行業(yè)的短期經(jīng)濟影響.未來，可以在更為細致劃分的行業(yè)層面進行相關(guān)分析，并在此基礎(chǔ)上，使用CGE模型等工具進一步分析碳排放交易體系對行業(yè)的長期經(jīng)濟影響.

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The Short Economic Impact of Carbon Emission Trade System on High Energy-consuming Industries in Hubei Province

YIN Li，MEI Fengqiao
(College of Environmental Sciences and Engineering，Peking University，Beijing 100871)

During the 12th Five-year Plan，Hubei and six other provinces and cites have launched pilot carbon emissions trading schemes.The introduction of carbon emissions trading system leads to the change of marginal cost and has an economic impact on the industries，especially on high energy-consuming industries in the short term.By constructing the theoretical framework，this paper analyzes the impact mechanism of carbon emissions trading system on industries.Besides，it establishes a multi-oligopoly Cournot model and make a quantitative analysis of the economic impact of Hubei pilot carbon emission trade on electricity，cement，steel and non-ferrous industries under different scenarios.The results show that the profit of the four energy-intensive industries has a decrease less than 1%and the short-term economic impact on the industries is very slight.Sensitive analysis shows the profit change rate of industry is highly sensitive to the proportion of free quota allocation.Hubei province has the greatest economic impact on ferrous metal industry among the four industries in the short term.Nonferrous metal industry requires special attention in the process of gradually tightening carbon emissions control in the future.

Cournot model;carbon emission trade system;high energy-consuming industries;short economic impact;Hubei province

X322

A

1001－8395(2016)03－0437－07

10.3969/j.issn.1001－8395.2016.03.024

(編輯鄭月蓉)

2016－03－07

國家環(huán)境保護公益性行業(yè)科研專項課題(200709036)

*通信作者簡介:梅鳳喬(1965—)，男，副教授，主要從事環(huán)境政策、環(huán)境規(guī)劃與管理研究，E－mail:meifq@pku.edu.cn