基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的京津冀碳排放交易政策影響研究

張俊榮，王孜丹，湯 鈴，余樂(lè)安

(北京化工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100029)

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基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的京津冀碳排放交易政策影響研究

張俊榮，王孜丹，湯 鈴，余樂(lè)安

(北京化工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100029)

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重，京津冀地區(qū)低碳協(xié)同發(fā)展成為關(guān)注的焦點(diǎn)。碳排放權(quán)交易機(jī)制作為一種市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的碳減排政策，能有效地減緩氣候變化，降低二氧化碳排放量。對(duì)此，本文基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，構(gòu)建京津冀碳排放交易政策仿真模型，探索不同的碳交易機(jī)制設(shè)計(jì)對(duì)京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響。實(shí)證研究結(jié)果表明：(1)總體上，碳交易機(jī)制能有效地促進(jìn)京津冀地區(qū)的碳減排進(jìn)程，即使對(duì)經(jīng)濟(jì)會(huì)產(chǎn)生微小的負(fù)向沖擊；(2)在碳交易機(jī)制設(shè)計(jì)方面，減少碳配額總量，減少免費(fèi)配額發(fā)放，以及提高碳交易價(jià)格均會(huì)增大碳減排力度，并同時(shí)加劇對(duì)經(jīng)濟(jì)的抑制作用。

碳交易；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)；京津冀地區(qū)；碳減排；能源政策模擬

1 引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，溫室效應(yīng)與氣候變暖問(wèn)題已對(duì)人類的生產(chǎn)與生活產(chǎn)生了不容忽視的影響。在此背景下，我國(guó)積極承擔(dān)碳減排任務(wù)，推行低碳經(jīng)濟(jì)。在眾多能源政策中，碳排放權(quán)交易(碳交易)已成為有效降低碳排放的重要工具。碳交易機(jī)制首次在《京都議定書(shū)》中被提及，把二氧化碳排放權(quán)作為一種商品進(jìn)行交易，從而形成碳排放權(quán)交易市場(chǎng)，即碳市場(chǎng)。相比于由國(guó)家強(qiáng)制征收的碳稅政策，碳交易機(jī)制能更為靈活、有效地運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制以實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)。因此，2011年10月，我國(guó)正式確定了北京、天津、重慶、上海、湖北、廣東和深圳七省市為全國(guó)首批碳排放交易試點(diǎn)。

關(guān)于碳交易機(jī)制的影響研究，現(xiàn)有的國(guó)外研究主要集中于碳交易機(jī)制對(duì)公司及行業(yè)的決策影響。例如，Galinis等[1]利用CGE模型，研究了不同碳交易政策下荷蘭的未來(lái)能源決策；Chappin等[2]引入multi-agent模型，分析了寡頭市場(chǎng)中的碳排放交易機(jī)制對(duì)于電力企業(yè)生產(chǎn)決策的影響；Mo Jianlei等[3]利用多因素市場(chǎng)模型，研究了不同碳交易機(jī)制設(shè)計(jì)和價(jià)格變化對(duì)于歐盟電力公司的影響；Tang Ling等[4]構(gòu)建了multi-agent模型，探究了碳交易機(jī)制對(duì)中國(guó)碳排放及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，同時(shí)對(duì)碳配額初始分配方式中的標(biāo)桿法則和祖父法則進(jìn)行了對(duì)比研究；Cong Ronggang等[5]基于agent模型，研究了碳交易機(jī)制對(duì)于中國(guó)電力行業(yè)的潛在影響。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)碳排放交易系統(tǒng)的研究起步較晚，但發(fā)展迅速。主要研究包括兩方面：碳交易機(jī)制設(shè)計(jì)研究和碳交易機(jī)制下的公司決策研究。在碳交易機(jī)制設(shè)計(jì)研究方面，陳文穎和吳宗鑫[6]提出通過(guò)利用兩種分配方式相結(jié)合的混合分配機(jī)制來(lái)降低成本，減少對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響；劉新宇[7]認(rèn)為以拍賣法分配初始碳配額，并將拍賣收入返還企業(yè)的設(shè)計(jì)較優(yōu)；湯鈴等[8]利用multi-agent模型，構(gòu)建了我國(guó)碳交易機(jī)制模型，研究不同的碳交易機(jī)制對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的影響；時(shí)志雄[9]總結(jié)了國(guó)內(nèi)與國(guó)際碳排放交易的發(fā)展，分析了碳市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)、機(jī)制以及發(fā)展趨勢(shì)，提出了我國(guó)碳交易市場(chǎng)的主要任務(wù)和發(fā)展途徑；陳曉紅等[10]探索了碳交易價(jià)格的影響因素，采用面板回歸和GARCH方法，對(duì)美國(guó)芝加哥氣候交易所碳金融工具價(jià)格進(jìn)行了相關(guān)影響因素分析；崔連標(biāo)等[11]構(gòu)建了一個(gè)省際排放權(quán)交易模型，測(cè)算了不同的碳交易機(jī)制設(shè)定對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)“十二五”減排目標(biāo)及其經(jīng)濟(jì)成本的影響。在碳交易機(jī)制下的公司決策研究方面，劉婧等[12]設(shè)計(jì)了不同企業(yè)間的基于碳排放強(qiáng)度的碳排放交易機(jī)制理論模型；張立杰等[13]提出了我國(guó)企業(yè)碳交易博弈模型，并且求出了企業(yè)達(dá)到納什均衡時(shí)的碳交易量及碳交易價(jià)格；駱瑞玲等[14]基于博弈模型，針對(duì)單制造商和單零售商組成的供應(yīng)鏈，探討了消費(fèi)者碳足跡敏感系數(shù)、碳配額及碳減排成本對(duì)供應(yīng)鏈成員最優(yōu)決策及減排效果的影響。

特別地，京津冀地區(qū)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為全國(guó)主要的高新技術(shù)和重工業(yè)基地，其能源需求量巨大，碳排放量增長(zhǎng)迅速，面臨著巨大的減排壓力。因此，京津冀地區(qū)碳排放研究同樣受到廣泛關(guān)注。例如，武義青和趙亞南[15]通過(guò)測(cè)算2000-2011年京津冀二氧化碳排放量，從不同角度分析了京津冀的能源消費(fèi)、碳排放與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)；張煥波和齊曄[16]以京津冀經(jīng)濟(jì)圈為例，提出了中國(guó)發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略思考；孫乾和周耀光[17]結(jié)合三地發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的優(yōu)劣勢(shì)，通過(guò)對(duì)京津冀碳排放走勢(shì)的分析，提出了低碳經(jīng)濟(jì)背景下京津冀產(chǎn)業(yè)協(xié)作模式和相關(guān)建議；王錚等[18]通過(guò)計(jì)算區(qū)域內(nèi)碳排放量和凈碳排放量，對(duì)于京津冀地區(qū)的碳排放趨勢(shì)進(jìn)行了估計(jì)。

然而，現(xiàn)有研究較為缺乏對(duì)于京津冀地區(qū)碳排放交易機(jī)制的深入研究。另一方面，京津冀地區(qū)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為全國(guó)主要的高新技術(shù)和重工業(yè)基地，能源需求和碳排放隨之迅速增長(zhǎng)，面臨著巨大的減排壓力。因此，建立京津冀地區(qū)碳交易機(jī)制，能有效實(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)，加快“京津冀一體化”的進(jìn)程，對(duì)全國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有很大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。因此，本文著重研究京津冀地區(qū)碳交易機(jī)制，擬定量估計(jì)不同碳交易機(jī)制對(duì)京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的影響。

鑒于京津冀碳排放交易機(jī)制受多重因素的影響，是一個(gè)典型的復(fù)雜系統(tǒng)。而系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)以反饋控制理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)為手段，能有效結(jié)合定量和定性分析，深入研究復(fù)雜系統(tǒng)中信息反饋行為，能夠從系統(tǒng)整體出發(fā)，在系統(tǒng)內(nèi)部尋找和研究相關(guān)影響因素?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型已廣泛用于多種碳減排研究中。例如，唐建榮等[19]利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)碳排放強(qiáng)度的影響因素進(jìn)行分析；戴歆等[20]通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，分析不同情景下我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和碳排放趨勢(shì)，探討我國(guó)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方向；施婷等[21]針對(duì)節(jié)能、低碳和強(qiáng)化低碳三種情景，構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)保定市第一產(chǎn)業(yè)碳排放趨勢(shì)進(jìn)行情景模擬；張麗等[22]構(gòu)建了碳排放仿真系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，將碳排放系統(tǒng)分為經(jīng)濟(jì)、能源、人口和環(huán)境子系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了分析研究。為此，本文擬引入具有高階次、非線性、多重反饋性的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，構(gòu)建京津冀碳排放交易系統(tǒng)仿真模型。該模型涵蓋京津冀經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境及碳交易模塊，并清晰把握各模塊間的相互作用機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)京津冀碳排放交易機(jī)制的仿真研究。基于所構(gòu)建的京津冀碳排放交易系統(tǒng)仿真模型，本文探討了不同碳交易政策設(shè)計(jì)下，碳交易政策對(duì)京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響，并檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠行院蛯?shí)用性，為政府相關(guān)部門(mén)提供有效的政策建議。

2 模型構(gòu)建

碳交易機(jī)制是一個(gè)典型的復(fù)雜系統(tǒng)，涉及經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、能源和碳交易政策等多種因素，這些因素復(fù)雜多變并相互作用。因此，本文通過(guò)構(gòu)建京津冀碳交易機(jī)制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，探索碳交易系統(tǒng)中各個(gè)關(guān)鍵變量的變化對(duì)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的影響。

本文所構(gòu)建的京津冀碳交易系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，涵蓋京津冀經(jīng)濟(jì)、能源、環(huán)境和碳交易四個(gè)模塊，主要包括二氧化碳排放量、GDP總量、能源消費(fèi)、科技投資、環(huán)境治理成本以及碳交易政策等關(guān)鍵變量。其中，二氧化碳排放一方面影響碳交易政策的實(shí)施，另一方面促進(jìn)政府對(duì)環(huán)境保護(hù)的投入，二者又同時(shí)影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展將拉動(dòng)能源消費(fèi)，而能源消耗的同時(shí)也產(chǎn)生了大量的二氧化碳。同時(shí)，作為GDP的重要組成部分，科技投資將隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高而不斷增加，從而促進(jìn)能源效率的提高，并最終作用于二氧化碳排放量。類似的，經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)固定資產(chǎn)投資有促進(jìn)作用，而固定資產(chǎn)投資的增加反過(guò)來(lái)又會(huì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)。具體的，模型框架圖如圖1所示：

圖1 模型框架圖

2.1 因果回路圖

根據(jù)模型框架圖和系統(tǒng)邊界，構(gòu)建模型因果回路圖如圖2所示：

圖2 因果回路圖

該因果回路圖中主要有四個(gè)反饋回路，包括三個(gè)增強(qiáng)型回路和一個(gè)平衡型回路，分別是：

1)二氧化碳排放量→(+)環(huán)境治理成本→(-)GDP增長(zhǎng)量→(+)GDP→(+)科技投資→(+)能源效率→(-)二氧化碳排放量。

二氧化碳排放的增多促使政府增加更多的投入來(lái)治理環(huán)境，而環(huán)境治理成本的增加必然在短期內(nèi)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成一定的負(fù)效應(yīng)[22]。同時(shí)，科技投資作為GDP重要的組成部分，直接受到經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的影響，隨著GDP的增加而增加?？萍纪顿Y的增加促進(jìn)了能源行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)而提高了化石能源的利用效率，即能源效率。相應(yīng)的，能源效率的提高，對(duì)碳減排起到積極作用[21-22]。

2)GDP→(+)固定資產(chǎn)投資→(+)GDP增長(zhǎng)量→(+)GDP。

經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)固定資產(chǎn)投資有促進(jìn)作用，而固定資產(chǎn)投資的增加反過(guò)來(lái)又會(huì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，并最終作用于GDP總量[22]。

3)GDP→(+)利潤(rùn)→(+)GDP增長(zhǎng)量→(+)GDP。

同樣的，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，可以促進(jìn)企業(yè)產(chǎn)出的增長(zhǎng)，從而對(duì)利潤(rùn)產(chǎn)生一定的正效應(yīng)。而利潤(rùn)增加又會(huì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，相應(yīng)的，最終促進(jìn)了GDP總量的增長(zhǎng)。

4)二氧化碳排放量→(+)懲罰→(+)碳排放成本→(-)利潤(rùn)→(+)GDP增長(zhǎng)量→(+)GDP→(+)能源消費(fèi)總量→(+)化石能源消費(fèi)總量→(+)二氧化碳排放量。

當(dāng)政府配額總量一定時(shí)，二氧化碳排放量越大，對(duì)于超額排放的企業(yè)懲罰就會(huì)增加，從而增加企業(yè)的碳排放成本。相應(yīng)的，碳排放成本的增加，將提高生產(chǎn)成本，對(duì)利潤(rùn)產(chǎn)生一定的負(fù)效應(yīng)，而利潤(rùn)的下降會(huì)對(duì)GDP的增長(zhǎng)起到抑制作用。另一方面，能源消費(fèi)為經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，因而GDP上升，促進(jìn)了能源消費(fèi)總量的增加[23-24]，從而化石能源消費(fèi)量隨之加大，最終增加二氧化碳排放[21]。

2.2 存量流量圖

根據(jù)因果回路圖，具體的存量流量圖和方程設(shè)定如圖3所示。模型中的主要變量包括GDP總量、二氧化碳排放量、固定資產(chǎn)投資、環(huán)境治理成本、能源消費(fèi)總量、化石能源消費(fèi)總量、配額總量、碳交易價(jià)格、碳排放成本等變量。

圖3 存量流量圖

表1 主要變量及參數(shù)設(shè)定

模型構(gòu)建過(guò)程中，數(shù)據(jù)來(lái)源于Wind、《國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒》、《能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、中國(guó)碳交易網(wǎng)(http://www.tanjiaoyi.com/)、清潔能源網(wǎng)(http://www.21ce.cc/)等權(quán)威數(shù)據(jù)庫(kù)。模型變量分為外生變量與內(nèi)生變量。其中，外生變量主要取值于相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)、文獻(xiàn)以及新聞，這些變量包括：煤炭二氧化碳排放系數(shù)、石油二氧化碳排放系數(shù)、天然氣二氧化碳排放系數(shù)、免費(fèi)比例、配額總量減少率、碳交易價(jià)格等。其中，煤炭、石油、天然氣的二氧化碳排放系數(shù)取自IPCC2006二氧化碳排放系數(shù)；碳交易價(jià)格來(lái)源于京津兩地歷史碳交易價(jià)格平均值；其它變量的取值則源于相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，包括Wind、中國(guó)統(tǒng)計(jì)局等。模型的模擬時(shí)間設(shè)定為2005-2025年，其中，t(t=2005,…,2025)為時(shí)間期數(shù)，單位為年。

模型內(nèi)生變量包括GDP、GDP增長(zhǎng)量、二氧化碳排放量、固定資產(chǎn)投資、碳交易成本、環(huán)境治理成本、能源消費(fèi)總量、化石能源消費(fèi)總量等變量。在定性分析的基礎(chǔ)上，基于計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)方法設(shè)定各內(nèi)生變量，估計(jì)關(guān)鍵方程的參數(shù)，且各擬合方程R2的平均值在0.90以上。

主要變量及參數(shù)的具體設(shè)定，如表1所示。

3 實(shí)證研究

3.1 模型檢驗(yàn)

本文選取了模型中三個(gè)主要變量，即二氧化碳排放量、GDP總量和能源消費(fèi)總量進(jìn)行誤差檢驗(yàn)，觀測(cè)其2005-2012年擬合值與真實(shí)值的絕對(duì)誤差大小，從而對(duì)該模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證。

誤差檢驗(yàn)的結(jié)果如表2所示，其中三個(gè)主要變量的最大絕對(duì)誤差分別為3.88%，3.55%，3.20%，均小于4%；平均絕對(duì)誤差分別為2.75%，1.80%，1.53%，均小于3%，處于可接受范圍內(nèi)。結(jié)果表明，本文所構(gòu)建的京津冀碳交易機(jī)制仿真模型能較為有效地把握京津冀碳交易系統(tǒng)中變量之間的變化規(guī)律及其相關(guān)關(guān)系。

表2 誤差檢驗(yàn)

3.2 情景設(shè)定

模型假設(shè)京津冀碳交易機(jī)制將于2016年開(kāi)始實(shí)施，模型分別運(yùn)行到2025年，在此基礎(chǔ)上將2016-2025年各年仿真結(jié)果與BAU情景(無(wú)碳交易機(jī)制)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)探索碳交易機(jī)制對(duì)京津冀經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的影響。

為研究不同碳交易政策對(duì)京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響，設(shè)定基準(zhǔn)情景(BAU)為無(wú)碳交易政策情景，S0為經(jīng)典情景，A1-C4為仿真情景。其中，在經(jīng)典情景中，配額總量減少率以及免費(fèi)比例是根據(jù)國(guó)家碳減排政策以及相關(guān)文獻(xiàn)[4]得出的，碳交易價(jià)格根據(jù)京津兩地所有歷史碳交易數(shù)據(jù)得出。仿真情景將分別刻畫(huà)不同的配額總量減少率、免費(fèi)比例以及碳交易價(jià)格下的碳交易機(jī)制。

仿真情景設(shè)定方面，對(duì)于配額總量減少率，考慮到碳減排的最終目標(biāo)，配額總量逐步減少將成為必然趨勢(shì)，配額總量減少率將隨之逐步增加，以達(dá)到碳減排的目標(biāo)。因此，我們主要研究配額總量減少率增加的情景，將A1-A4情景下的配額總量減少率分別設(shè)定為0.005，0.015，0.020和0.025。在免費(fèi)比例方面，根據(jù)國(guó)家碳減排政策以及相關(guān)文獻(xiàn)參考，將B1-B4情景下的免費(fèi)比例分別設(shè)定為0.3，0.5，0.7和0.9。碳交易價(jià)格方面，以京津兩地為主，并同時(shí)參考了其他五個(gè)碳交易所的碳交易價(jià)格，根據(jù)交易所真實(shí)價(jià)格，將C1-C4情景下的碳交易價(jià)格分別設(shè)定為20，30，50，60元/每噸碳排放。具體情景設(shè)定如表3所示：

3.3 結(jié)果分析

3.3.1 碳交易對(duì)京津冀影響研究

圖4展示了碳交易機(jī)制自2016年實(shí)施后從2017年至2025年，對(duì)京津冀地區(qū)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響。仿真結(jié)果表明，碳交易機(jī)制的實(shí)施將會(huì)使二氧化碳排放量和GDP都產(chǎn)生下降。例如，在S0情景下，在2020年和2025年二氧化碳排放量將分別下降13.13%和14.72%，GDP總量分別下降7.44%和8.42%。同時(shí)，隨著時(shí)間的推移，二氧化碳排放量和GDP總量的下降幅度將逐漸增大，但下降趨勢(shì)趨于平穩(wěn)。表明隨著京津冀地區(qū)碳排放交易系統(tǒng)的運(yùn)行，碳交易對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響趨于平穩(wěn)。值得注意的是，GDP總量的變化明顯小于二氧化碳排放總量的變化，說(shuō)明相比于碳減排效果，碳交易機(jī)制對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生的負(fù)面影響較為微弱。

表3 政策仿真情景設(shè)定

圖4 S0情景下，碳交易機(jī)制對(duì)京津冀環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響(%)

3.3.2 不同碳交易政策影響研究

為了研究不同碳交易政策對(duì)京津冀地區(qū)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響，本文通過(guò)模擬三種情景，即不同的配額總量減少率(A1-A4)、免費(fèi)配額比例(B1-B4)以及碳交易價(jià)格(C1-C4)，來(lái)分析不同碳交易政策的影響結(jié)果。

(1)配額總量

圖5 2025年不同配額總量影響下，碳交易機(jī)制對(duì)京津冀環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響(%)

圖5展示了不同配額總量減少率的情況下，碳交易機(jī)制對(duì)二氧化碳排放量和GDP總量的影響。A1-A4配額總量減少率逐漸增大，意味著政府碳配額總量逐漸減少。仿真結(jié)果表明，配額總量的減少，對(duì)碳減排的促進(jìn)作用和對(duì)GDP的抑制作用都會(huì)逐漸增大。說(shuō)明配額總量越少，與原來(lái)相比，企業(yè)在碳市場(chǎng)上能獲得的碳排放權(quán)就更少，為滿足其生產(chǎn)需求企業(yè)則負(fù)擔(dān)更多的碳排放成本，而碳排放成本作為企業(yè)生產(chǎn)成本的重要組成部分，企業(yè)根據(jù)成本最小化原則，一定程度上可能會(huì)降低產(chǎn)能，從而減少碳排放成本，相應(yīng)的產(chǎn)能的減少對(duì)GDP便產(chǎn)生了一定的負(fù)效應(yīng)。值得注意的是，對(duì)經(jīng)濟(jì)的負(fù)面影響明顯低于對(duì)碳減排的促進(jìn)作用。

(2)免費(fèi)配額

圖6展示了不同免費(fèi)配額比例的情景下，碳交易機(jī)制實(shí)施對(duì)京津冀二氧化碳排放量和GDP總量的影響。仿真結(jié)果表明，不同的免費(fèi)配額比例，都會(huì)使京津冀地區(qū)的二氧化碳總量和GDP總量下降。例如，在免費(fèi)比例為0.3和 0.9時(shí)，二氧化碳排放量分別下降16.52%和12.82%，GDP總量分別下降9.73%和7.13%。同時(shí)，隨著免費(fèi)比例的逐漸增加，對(duì)二氧化碳排放量和GDP總量的抑制作用明顯減弱。這表明隨著免費(fèi)配額的增多，碳排放成本相應(yīng)變小，從而削弱了碳交易機(jī)制的減排效果。

圖6 2025年不同免費(fèi)配額下，碳交易機(jī)制對(duì)京津冀環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響(%)

(3)碳交易價(jià)格

圖7展示了不同碳交易價(jià)格的情況下，碳交易機(jī)制實(shí)施對(duì)我國(guó)二氧化碳排放量和GDP總量的影響結(jié)果。仿真結(jié)果表明，不同的碳交易價(jià)格，都會(huì)使二氧化碳排放量和GDP總量產(chǎn)生下降。例如碳價(jià)格為20元/噸 和60元/噸時(shí)，二氧化碳排放量分別下降8.56%和19.39%，GDP總量分別下降4.49%和12.01%。同時(shí)，隨著碳交易價(jià)格的逐漸上升，二氧化碳排放量和GDP總量的下降幅度將逐漸增大，說(shuō)明碳交易價(jià)格會(huì)提高企業(yè)的碳排放成本，這會(huì)使二氧化碳的排放受到較大的限制，同時(shí)對(duì)經(jīng)濟(jì)也會(huì)造成一定的負(fù)面影響。值得注意的是，對(duì)經(jīng)濟(jì)的負(fù)面影響明顯低于對(duì)碳排放的抑制作用。

圖7 2025年不同碳交易價(jià)格下，碳交易機(jī)制對(duì)京津冀環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的影響(%)

4 結(jié)語(yǔ)

鑒于京津冀地區(qū)碳排放交易系統(tǒng)受到多種因素的影響，是一個(gè)典型的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，本文基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，構(gòu)建京津冀碳排放交易機(jī)制仿真模型，通過(guò)梳理碳交易、二氧化碳排放量和GDP之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制，研究了碳排放交易系統(tǒng)的內(nèi)在運(yùn)行機(jī)制以及對(duì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響；在定性分析的基礎(chǔ)上，又結(jié)合了定量分析，進(jìn)行政策優(yōu)化仿真，為實(shí)現(xiàn)京津冀地區(qū)碳減排目標(biāo)，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)提供了理論指導(dǎo)和對(duì)策思路。根據(jù)模型的仿真模擬結(jié)果，我們得出了以下結(jié)論：1)碳交易機(jī)制能有效的促進(jìn)京津冀地區(qū)碳減排，但同時(shí)會(huì)對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生一個(gè)輕微的負(fù)面影響；2)減少配額總量、減少免費(fèi)配額以及提高碳交易價(jià)格能夠有效促進(jìn)碳減排。同時(shí)，實(shí)證研究也表明，模型能夠有效的模擬京津冀地區(qū)碳交易系統(tǒng)和相關(guān)機(jī)制，為碳減排和碳排放交易系統(tǒng)的建立提供借鑒和思路。

然而，本文模型仍然存在很多不足之處。例如，在變量設(shè)定方面，模型中的某些變量設(shè)定過(guò)程中，數(shù)據(jù)獲取困難，主觀因素較強(qiáng)，其準(zhǔn)確性有待商榷，在一定程度上影響模型運(yùn)行結(jié)果；其次，在系統(tǒng)邊界設(shè)定上，由于模型簡(jiǎn)化的需要，某些相關(guān)變量未被納入模型中來(lái)，這也會(huì)對(duì)模型的準(zhǔn)確性和有效性造成影響。比如，在模型中我們只考慮了碳排放成本對(duì)企業(yè)生產(chǎn)成本及利潤(rùn)的影響，并未涉及其去向問(wèn)題。一方面，政府可將碳排放收入作為補(bǔ)貼返還到企業(yè)中，這將一定程度上減少碳交易對(duì)經(jīng)濟(jì)的負(fù)面沖擊；另一方面，政府可將碳排放收入投入到清潔能源的開(kāi)發(fā)和利用上，以促進(jìn)碳交易政策對(duì)環(huán)境的改善作用。這些問(wèn)題都將是我們今后不斷完善京津冀碳交易機(jī)制仿真模型的主要方向。

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The Simulation of Carbon Emission Trading System in Beijing-Tianjin-Hebei Region: An Analysis Based on System Dynamics

ZHANG Jun-rong, WANG Zi-dan, TANG Ling, YU Le-an

(School of Economics and Management, Beijing University of Chemical Technology, Beijing 100029, China)

With the rapid economic development, environmental pollution in Beijing-Tianjin-Hebei region has become an increasingly challenging problem, and low-carbon economy development in the Beijing-Tianjin-Hebei region has aroused a wide attention. As a market-driven mitigation tool, carbon emission trading (CET) can effectively address the climate change and reduce carbon emissions. Based on system dynamics, a CET simulation model considering four sub-systems, i.e., economy, energy, environment, and CET policy, together with their interactive relationships is constructed to capture the impact of CET policy on economy and environment in the Beijing-Tianjin-Hebei system. To study the impact of CET, a baseline case without CET policy and some CET simulation cases with different total allocations, free emissions allocations and carbon prices are set. Empirical results indicate that (1) Generally, CET can effectively promote carbon reduction in the Beijing-Tianjin-Hebei region, even leading to a somewhat negative impact on economy, and (2) less total carbon allowances, less free quotas and higher carbon trading price will consistently enhance the carbon reduction effect, and in the meantime aggravate the impact in economy. The results also provided the effectiveness of the proposed model for capturing the Beijing-Tianjin-Hebei CET system, which can provide helpful supports for the management department in CET design and the related decision making.

carbon emission trading (CET); system dynamics; Beijing-Tianjin-Hebei region; emissions mitigation; energy policy simulation

1003-207(2016)03-0001-08

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2016.03.001

2015-06-01；

2015-10-24

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(91224001,71301006,71203214)

簡(jiǎn)介：余樂(lè)安(1976-)，男(漢族)，湖南人，北京化工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院院長(zhǎng)，教授，研究方向：商務(wù)智能與數(shù)據(jù)挖掘，能源經(jīng)濟(jì)與管理，預(yù)測(cè)理論與方法研究，E-mail: yulean@mail.buct.edu.cn.

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