碳交易政策對(duì)電煤供應(yīng)鏈利潤(rùn)及碳排放量影響的仿真分析

廖 諾，趙亞莉，賀 勇，周 雅

(廣東工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，廣東 廣州 510520)

1 引言

作為世界上碳排放最大的國(guó)家，中國(guó)積極承擔(dān)著減排任務(wù)。2015年中國(guó)向聯(lián)合國(guó)提交的《強(qiáng)化應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)——中國(guó)國(guó)家自主貢獻(xiàn)》中承諾，到2030年碳排放達(dá)到峰值，且單位GDP碳排放量相比2005年減少60%-65%?；痣娦袠I(yè)是我國(guó)七大高能耗產(chǎn)業(yè)之一，其發(fā)電能源80%以上來(lái)自污染嚴(yán)重的煤炭燃料，是碳減排的重點(diǎn)領(lǐng)域之一。根據(jù)中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和發(fā)改委相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2015年煤炭發(fā)電量占總發(fā)電量的67.71%，且預(yù)計(jì)到2020年煤炭發(fā)電量仍將占總發(fā)電量的60%左右。

《京都議定書(shū)》把市場(chǎng)機(jī)制作為碳減排的新路徑，即把碳排放權(quán)作為一種商品，形成碳排放權(quán)的交易，即碳交易。中國(guó)政府在“十三五規(guī)劃”之碳減排綱要中，明確提出了煤電超低排放達(dá)到氣電水平，并于2015年實(shí)施了《燃煤電廠超低排放和節(jié)能改造工作方案》、《煤電節(jié)能減排升級(jí)與改造行動(dòng)計(jì)劃(2014～2020 年)》等措施；此外，綱要基于2013～2014年北京、天津、上海、重慶、湖北、廣東和深圳七省市的碳交易市場(chǎng)試點(diǎn)情況，把“碳排放總量控制目標(biāo)”作為約束指標(biāo)，推進(jìn)建立全國(guó)性碳交易市場(chǎng)。同時(shí)，計(jì)劃于2017年全面啟動(dòng)碳排放權(quán)交易，覆蓋電力、鋼鐵、化工、建材、造紙和有色金屬等高能耗部門(mén)。在此背景下，研究碳交易政策對(duì)電煤供應(yīng)鏈的影響，對(duì)國(guó)家出臺(tái)電煤及其他高能耗行業(yè)的減排政策具有積極指導(dǎo)意義。

“碳交易”最早由美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家戴爾斯提出[1]。隨后，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)的研究。Rose和Stevens[2]探索了碳交易政策中關(guān)于碳配額分配的問(wèn)題。Cramton和Kerr[3]比較研究了碳排放權(quán)公開(kāi)拍賣(mài)機(jī)制和祖父制，結(jié)果表明公開(kāi)拍賣(mài)機(jī)制比祖父制更可行有效。關(guān)麗娟等[4]基于上海市試點(diǎn)碳交易的真實(shí)數(shù)據(jù)，分析了碳排放權(quán)交易的初始分配及定價(jià)問(wèn)題，研究表明有償拍賣(mài)的碳排放權(quán)初始分配更適合我國(guó)目前的現(xiàn)狀。此外，Smale等[5]，曾鳴等[6]，Mo Jianlei等[7]分析了碳交易政策對(duì)高能耗(水泥、石油、鋼鐵、電力)企業(yè)碳排放量和經(jīng)濟(jì)的影響。

學(xué)術(shù)界對(duì)碳交易在供應(yīng)鏈領(lǐng)域的研究相對(duì)較晚，主要集中在兩個(gè)方面：一是碳交易政策下供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)決策問(wèn)題，二是碳交易政策對(duì)供應(yīng)鏈減排效果的影響。其中，在供應(yīng)鏈運(yùn)營(yíng)決策方面， Hua Guowei等[8]建立碳交易政策下的EOQ模型，對(duì)比分析了碳交易價(jià)格和碳限額對(duì)供應(yīng)鏈運(yùn)作決策的影響，結(jié)果表明碳限額并不影響其采購(gòu)決策，碳交易價(jià)格才是影響其運(yùn)作決策的主要原因；Dong Ciwei等[9]以單一生產(chǎn)商和單一零售商組成的兩級(jí)供應(yīng)鏈為研究對(duì)象，探討了碳交易政策對(duì)供應(yīng)鏈中成員最優(yōu)生產(chǎn)量和零售價(jià)的影響。此外，在供應(yīng)鏈減排效果方面，謝鑫鵬和趙道致[10]運(yùn)用博弈論和新古典經(jīng)濟(jì)學(xué)的方法對(duì)比分析3種不同合作模式下，碳交易政策對(duì)供應(yīng)鏈上、下游企業(yè)減排效果與利潤(rùn)的影響；Tang Ling等[11]基于multi-Agent構(gòu)建中國(guó)碳交易機(jī)制仿真模型，測(cè)算分析了不同碳交易機(jī)制設(shè)定對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的影響。

從研究方法上看，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法對(duì)供應(yīng)鏈進(jìn)行仿真分析是實(shí)用和有效的工具之一[12]。Feng Yang[13]基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)供應(yīng)鏈信息共享進(jìn)行了仿真研究。楊珺等[14]運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立由單個(gè)供應(yīng)商和單個(gè)銷(xiāo)售商組成的二級(jí)供應(yīng)鏈模型，分析了強(qiáng)制排放和碳稅兩種碳政策對(duì)供應(yīng)鏈中各成員決策行為的影響。汪小京等[15]通過(guò)構(gòu)建TMI(第三方物流管理庫(kù)存模式)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，仿真分析了TMI所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)。

研究?jī)?nèi)容上，針對(duì)碳交易政策及其在供應(yīng)鏈領(lǐng)域的相關(guān)研究中，較少關(guān)注碳交易政策與高能耗行業(yè)供應(yīng)鏈的結(jié)合，如電煤供應(yīng)鏈、鋼鐵供應(yīng)鏈、水泥行業(yè)供應(yīng)鏈等。而高能耗企業(yè)是碳交易市場(chǎng)的主體，承載著碳減排的主要任務(wù)，研究碳交易政策對(duì)高能耗行業(yè)供應(yīng)鏈的影響，對(duì)于企業(yè)自身把握節(jié)能減排的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，以及政府層面相關(guān)政策的制定具有重要意義。研究方法上，采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，從供應(yīng)鏈的視角分析高耗能行業(yè)生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)全過(guò)程碳排放的研究未見(jiàn)報(bào)道；另外，在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真中，缺乏同時(shí)包括碳交易價(jià)格、免費(fèi)配額比例、碳交易補(bǔ)貼三種不同政策模塊，從微觀企業(yè)層面分析不同碳交易政策的實(shí)證研究。鑒于以上考慮，本文將運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，以一個(gè)供應(yīng)商和一個(gè)生產(chǎn)商組成的二級(jí)電煤供應(yīng)鏈為研究對(duì)象，構(gòu)建基于碳交易政策下的電煤供應(yīng)鏈碳排放全過(guò)程仿真模型。以神華集團(tuán)X煤炭企業(yè)-Y電廠的電煤供應(yīng)鏈為例，通過(guò)情景分析，研究碳交易價(jià)格、免費(fèi)配額比例、碳交易補(bǔ)貼等不同碳交易政策對(duì)電煤供應(yīng)鏈及各節(jié)點(diǎn)企業(yè)利潤(rùn)和碳排放量的影響，并提出相應(yīng)的政策建議。

2 電煤供應(yīng)鏈系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模

2.1 問(wèn)題描述與基本假設(shè)

電煤供應(yīng)鏈?zhǔn)歉鶕?jù)火電廠的需求，把電煤從原產(chǎn)地經(jīng)開(kāi)采、加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存等多種流程送達(dá)火電廠，并由火電廠完成最終消費(fèi)的過(guò)程。在這一流動(dòng)過(guò)程中，發(fā)生碳排放的主要有三個(gè)環(huán)節(jié)：生產(chǎn)環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)和消費(fèi)環(huán)節(jié)。其主要碳排放源分別是煤炭開(kāi)采過(guò)程中的煤層氣(CH4)、運(yùn)輸工具燃料消耗產(chǎn)生的碳排放及鍋爐系統(tǒng)燃燒所產(chǎn)生的碳排放[16]。

本文研究對(duì)象是由一個(gè)供應(yīng)商(煤炭企業(yè))和一個(gè)生產(chǎn)商(火電廠)組成的二級(jí)電煤供應(yīng)鏈，其中供應(yīng)商負(fù)責(zé)煤炭的生產(chǎn)和運(yùn)輸。該鏈上各節(jié)點(diǎn)企業(yè)均受碳交易政策的管制。在此政策下，其正常的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需獲得一定碳排放權(quán)許可，而該許可由政府進(jìn)行分配。若碳排放量超出了許可，則需到碳市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)差額；反之，則可向外出售。具體框架如圖1所示。其中，一方面碳交易政策的實(shí)施受到電煤供應(yīng)鏈碳排放的影響，另一方面直接影響著該供應(yīng)鏈上的利潤(rùn)，并通過(guò)環(huán)境治理投資對(duì)碳排放產(chǎn)生影響。

圖1 碳交易與電煤供應(yīng)鏈碳排放系統(tǒng)框架圖

本文所建立的模型基于如下假設(shè)：

①電煤供應(yīng)鏈碳排放量的測(cè)算主要針對(duì)各環(huán)節(jié)化石能源消費(fèi)產(chǎn)生的二氧化碳。

②煤炭企業(yè)收益以煤炭銷(xiāo)售、碳配額交易為主，火電廠收益以電力銷(xiāo)售、碳配額交易為主。

③考慮到火電廠的供應(yīng)商分布于不同產(chǎn)地，較為零散，故假設(shè)火電廠發(fā)電所需電煤全部由其主要供應(yīng)商煤炭企業(yè)供應(yīng)，且煤炭企業(yè)電煤開(kāi)采量及運(yùn)輸量均根據(jù)火電廠發(fā)電量預(yù)測(cè)得到。

④根據(jù)發(fā)電碳排放強(qiáng)度值在2010～2015年的變動(dòng)呈波動(dòng)變化，有逐步減小趨勢(shì)，使用指數(shù)平滑法對(duì)2016～2020年發(fā)電碳排放強(qiáng)度值進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.2 電煤供應(yīng)鏈因果關(guān)系圖

基于碳交易與電煤供應(yīng)鏈碳排放系統(tǒng)關(guān)系框架圖，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)VENSIM PLE軟件構(gòu)建模型的因果關(guān)系回路圖，如圖2所示。

圖2 電煤供應(yīng)鏈因果回路圖

電煤供應(yīng)鏈碳排放總量包括煤炭開(kāi)采、運(yùn)輸和消費(fèi)等三個(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的碳排放量。各環(huán)節(jié)碳排放的增加，使得各節(jié)點(diǎn)企業(yè)需投入更多減排成本，導(dǎo)致其收益減少。而收益的減少使得環(huán)境治理再投資能力下降，即技術(shù)設(shè)備和環(huán)境治理投資水平減弱。因此，增加技術(shù)設(shè)備與環(huán)境治理投資，能夠提高企業(yè)技術(shù)水平和減排能力，從而促進(jìn)碳減排。

碳交易政策中，碳交易價(jià)格、碳配額總量、免費(fèi)配額比例和政府補(bǔ)貼等的變化對(duì)供應(yīng)鏈上碳排放量和利潤(rùn)均產(chǎn)生影響。碳配額總量和免費(fèi)配額比例的減少、碳交易價(jià)格的提高會(huì)增加減排成本，從而使得供應(yīng)鏈利潤(rùn)減少，進(jìn)而影響環(huán)境治理投資，最終導(dǎo)致碳排放量的增加。政府補(bǔ)貼則能夠在一定程度上緩解供應(yīng)鏈的減排成本壓力。

2.3 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型流圖

根據(jù)因果回路圖，建立碳交易政策下的電煤供應(yīng)鏈碳排放全過(guò)程系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(System Dynamic，簡(jiǎn)稱(chēng)SD)模型，如圖3所示。

圖3 碳交易政策下電煤供應(yīng)鏈碳排放全過(guò)程SD模型

基于SD模型中各變量之間關(guān)系，建立主要變量及計(jì)算公式[16-17]，如表1和表2所示。

3 電煤供應(yīng)鏈系統(tǒng)模型

3.1 相關(guān)數(shù)據(jù)的確定

本文選取神華集團(tuán)的X煤炭企業(yè)和Y電廠為例，其中Y電廠位于石家莊，靠近北京市，故本模型中碳配額計(jì)算方法、碳交易價(jià)格、免費(fèi)配額比例等相關(guān)交易規(guī)則均參照《北京市碳排放權(quán)交易管理辦法》。

3.1.1 主要參數(shù)和變量

SD模型中各指標(biāo)包括參數(shù)和變量，而變量分為外生變量和內(nèi)生變量[17]。主要參數(shù)包括甲烷排放因子、柴油碳排放因子、噸公里油耗、轉(zhuǎn)換因子、碳交易價(jià)格、免費(fèi)配額比例、碳配額總量等，參數(shù)值和數(shù)值來(lái)源如表3所示。外生變量包括噸煤?jiǎn)挝簧a(chǎn)成本、噸煤?jiǎn)挝皇蹆r(jià)、年發(fā)電量、發(fā)電耗煤率、單位售電電價(jià)、單位發(fā)電成本等，該數(shù)值通過(guò)查閱2011～2016年神華集團(tuán)年度報(bào)告得到，具體數(shù)據(jù)如表4所示。內(nèi)生變量包括生產(chǎn)/運(yùn)輸/消費(fèi)碳排放減少量、碳排放量、總收益、總成本等變量，主要變量以及詳細(xì)計(jì)算表達(dá)式已經(jīng)在表1、表2列出和說(shuō)明。

表1 電煤供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)企業(yè)碳排放量主要公式

表2 電煤供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)企業(yè)利潤(rùn)主要公式

表3 模型主要參數(shù)及數(shù)值來(lái)源

表4 模型主要外生變量數(shù)據(jù)

3.1.2 碳配額總量的計(jì)算

參考北京市發(fā)改委2013年10月發(fā)布的《北京市碳排放權(quán)交易試點(diǎn)配額核定方法》中歷史排放強(qiáng)度法，對(duì)電煤供應(yīng)鏈各個(gè)節(jié)點(diǎn)企業(yè)的碳排放權(quán)初始配額進(jìn)行計(jì)算，以2014年火電廠碳配額計(jì)算為例，具體公式如下：

A=QF/EF

(1)

其中，A為目標(biāo)年份發(fā)電碳排放強(qiáng)度；QF為國(guó)家規(guī)定電力行業(yè)碳排放量；EF為電力行業(yè)年發(fā)電量。

G0=A0*PF*ε

(2)

其中，G0為火電廠碳初始配額；A0為2010年、2011年、2012年、2013年發(fā)電碳排放強(qiáng)度的平均值；PF為目標(biāo)年份火電廠年發(fā)電量；ε為控排系數(shù)，取值為0.995。

我國(guó)碳交易政策始于2014年，于同年11月底進(jìn)行碳排放權(quán)交易，故本研究的碳配額總量從2015年開(kāi)始計(jì)算，具體計(jì)算說(shuō)明如下：

(1)根據(jù)《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒(2016年)》及2016年中國(guó)電監(jiān)會(huì)官網(wǎng)的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，得到2010～2015年中國(guó)電力行業(yè)年發(fā)電量及國(guó)家規(guī)定電力行業(yè)碳排放量，根據(jù)公式(1)計(jì)算出2010～2015年發(fā)電碳排放強(qiáng)度；

(2)使用指數(shù)平滑法對(duì)2016～2020年發(fā)電碳排放強(qiáng)度值進(jìn)行預(yù)測(cè)；

(3)運(yùn)行SD模型得出2016～2020年Y電廠的年發(fā)電量；

(4)根據(jù)公式(2)可計(jì)算出2016～2020年Y電廠的碳配額總量。 類(lèi)似地，計(jì)算出2015～2020年X煤炭企業(yè)的碳初始配額，如表5所示。

表5 2015～2020年X煤炭企業(yè)和Y電廠的碳配額總量 (單位：噸)

3.2 有效性檢驗(yàn)

為保證模型仿真結(jié)果與實(shí)際相符，對(duì)模型進(jìn)行有效性檢驗(yàn)。本文采用歷史數(shù)據(jù)擬合度對(duì)比法，選取火電廠總收益和年電煤消耗量2個(gè)變量，比對(duì)其2010～2015年模擬值與真實(shí)值的偏差率，結(jié)果如表6所示。使用歷史數(shù)據(jù)擬合度對(duì)比法進(jìn)行有效性檢驗(yàn)時(shí)，每個(gè)指標(biāo)變量的相對(duì)誤差不大于10%，一般則認(rèn)為該模型仿真性能和預(yù)測(cè)精度良好[19]。從表6可看出，2010～2015年模型模擬值與真實(shí)值的偏差率均在7%以?xún)?nèi)，表明了該模型的可靠性。

表6 模擬結(jié)果與實(shí)際值比較

3.3 仿真情景設(shè)計(jì)

為探索不同碳交易政策對(duì)電煤供應(yīng)鏈及各節(jié)點(diǎn)企業(yè)利潤(rùn)和碳排放量的影響，研究設(shè)定了四種情景，分別是基本情景(BASE)、碳交易價(jià)格情景(A1～A4)、免費(fèi)配額比例情景(B1～B4)與碳交易補(bǔ)貼情景(C0～C1)，情景設(shè)定具體如表7所示。其中，A1～A4、B1～B4與C0～C1情景下，電煤供應(yīng)鏈中各節(jié)點(diǎn)企業(yè)均參與碳排放權(quán)交易，其購(gòu)買(mǎi)或售賣(mài)碳排放權(quán)的成本或收入均計(jì)入供應(yīng)鏈總利潤(rùn)。仿真周期是2015～2020年，步長(zhǎng)為1年。

目前，北京市對(duì)試點(diǎn)企業(yè)實(shí)行完全免費(fèi)方式發(fā)放配額。根據(jù)2016年1月北京市碳排放權(quán)電子交易平臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，其碳市場(chǎng)歷年交易均值為50元/噸。因此基本情景(BASE)下的免費(fèi)配額比例設(shè)定為1，碳交易價(jià)格設(shè)定為50元/噸?？紤]到碳減排的最終目標(biāo)，碳交易價(jià)格逐年上升、免費(fèi)配額比例不斷減少將成為趨勢(shì)。因此參照國(guó)家碳交易相關(guān)政策及文獻(xiàn)[17]，將A1～A4情景下的交易價(jià)格分別設(shè)定為45、55、65、75元/噸；B1～B4情景下的免費(fèi)配額比例分別設(shè)定為0.97、0.95、0.9和0.8。此外，根據(jù)中國(guó)發(fā)改委2015年12月9日下發(fā)《關(guān)于實(shí)行燃煤電廠超低排放電價(jià)支持政策有關(guān)問(wèn)題的通知》中，對(duì)超低排放改造的燃煤電廠給予度電0.5分的補(bǔ)貼，將碳交易補(bǔ)貼情景下的補(bǔ)貼系數(shù)設(shè)置為0.5分/千瓦時(shí)。

表7 仿真模擬方案

4 仿真結(jié)果分析

4.1 基本情景分析

運(yùn)行SD模型，可得出2010～2020年基本情景下電煤供應(yīng)鏈上各環(huán)節(jié)的利潤(rùn)和碳排放量，如圖4所示。其中，X煤炭企業(yè)和Y電廠的利潤(rùn)分別用XP、YP表示；生產(chǎn)環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)和消費(fèi)環(huán)節(jié)碳排放量分別用BC、TC和QC表示。

從圖4(a)可看出，從2012年開(kāi)始，一直到2020年，X煤炭企業(yè)利潤(rùn)不斷減少，主要是由于這段時(shí)期電煤的銷(xiāo)售價(jià)格逐年持續(xù)下降。從2013開(kāi)始，到2020年，Y電廠利潤(rùn)也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，這段時(shí)間盡管單位售電成本逐年降低，但是年發(fā)電量和單位售電價(jià)格也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，導(dǎo)致了Y電廠整體年利潤(rùn)的下滑。另外，2010～2020年XY電煤鏈上各環(huán)節(jié)碳排放量呈先升后降的趨勢(shì)。其中，2010年至2012年呈上升趨勢(shì)，2014年之后逐年下降。這是由于2013年底Y電廠開(kāi)始實(shí)施國(guó)家能源局確定的1號(hào)機(jī)組“近零排放”技改項(xiàng)目，促使其碳排放量在2014年之后有所減少。

圖4(b)是2010～2020年XY電煤供應(yīng)鏈上生產(chǎn)、運(yùn)輸和消費(fèi)環(huán)節(jié)碳排放量占總碳排放量的平均比值分別為12.1%、39.6%和48.3%。從圖中可以看出，碳排放主要發(fā)生在煤炭的運(yùn)輸和消費(fèi)環(huán)節(jié)，煤炭開(kāi)采環(huán)節(jié)碳排放量占比相對(duì)較小。

圖4 電煤供應(yīng)鏈各環(huán)節(jié)碳排放(BC、TC、QC)與各節(jié)點(diǎn)利潤(rùn)(XP、YP)變化情況

4.2 不同碳交易價(jià)格的影響

不同碳交易價(jià)格對(duì)電煤供應(yīng)鏈利潤(rùn)的影響結(jié)果見(jiàn)圖5(a)?？梢?jiàn)，不同碳交易價(jià)格對(duì)利潤(rùn)均產(chǎn)生了負(fù)向影響，碳交易價(jià)格越高，對(duì)利潤(rùn)的影響越大。而且，2015～2020年利潤(rùn)的下降幅度逐漸增大。不同碳交易價(jià)格對(duì)電煤供應(yīng)鏈上碳排放量的影響如圖5(b)所示，可以看出，2015～2017年該供應(yīng)鏈碳排放量下降幅度較大，2018年之后下降趨勢(shì)趨于平緩。此外，碳交易價(jià)格上升對(duì)該供應(yīng)鏈減排效果的影響是先增強(qiáng)后下降，其減排總量在碳交易價(jià)格為45～65元/噸時(shí)逐漸增加，而在75元/噸時(shí)略有下降。可見(jiàn)并非碳價(jià)越高，碳總減量越大，因?yàn)樘純r(jià)過(guò)高，利潤(rùn)較大程度降低，會(huì)對(duì)節(jié)能減排投資能力產(chǎn)生影響，導(dǎo)致減排效果降低。

圖5 不同碳交易價(jià)格下，電煤供應(yīng)鏈利潤(rùn)和碳排放量變動(dòng)率

圖6(a)是碳交易實(shí)施后的第6年，即2020年不同碳交易價(jià)格對(duì)X煤炭企業(yè)和Y電廠利潤(rùn)和碳排放量的影響。其中，X煤炭企業(yè)和Y電廠的碳排放量分別用XC、YC表示?？梢钥闯觯冀灰變r(jià)格上升對(duì)X煤炭企業(yè)和Y電廠利潤(rùn)的負(fù)面影響是逐漸增大，而其減排效果呈現(xiàn)先增后減。以X煤炭企業(yè)為例，碳交易價(jià)格在45元/噸時(shí)，其利潤(rùn)下降了8.7%，減排比例是17.2%；碳交易價(jià)格在65元/噸時(shí)，其利潤(rùn)下降了16.4%，減排比例是27.2%；碳交易價(jià)格為75元/噸時(shí)，其利潤(rùn)下降了21.8%，減排比例是26.8%。

為了對(duì)不同碳交易政策下電煤供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的減排效果與利潤(rùn)進(jìn)行對(duì)比分析，研究引入減排經(jīng)濟(jì)值指標(biāo)[20]。具體計(jì)算公式為：

PC=TC/TP

(3)

其中，PC為企業(yè)或行業(yè)減排經(jīng)濟(jì)值，TC為企業(yè)或行業(yè)的減排比例，TP為企業(yè)或行業(yè)的利潤(rùn)減少率。若PC>1，說(shuō)明此時(shí)碳減排的促進(jìn)作用高于經(jīng)濟(jì)的負(fù)面影響，則認(rèn)為該企業(yè)或行業(yè)減排經(jīng)濟(jì)有效，且數(shù)值越大，表示其減排經(jīng)濟(jì)效果越好；若PC<1，則該企業(yè)或行業(yè)不具有減排經(jīng)濟(jì)，且數(shù)值越小，表示其減排經(jīng)濟(jì)效能越差。2020年不同碳交易價(jià)格情景下，X煤炭企業(yè)和Y電廠的減排經(jīng)濟(jì)值如圖6(b)所示。

從圖6(b)可以看出，A1～A4情景下X煤炭企業(yè)和Y電廠的減排經(jīng)濟(jì)值均大于1，說(shuō)明在碳交易價(jià)格為45～75元/噸時(shí)，電煤供應(yīng)鏈上各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的減排經(jīng)濟(jì)均有效。盡管如此，隨著碳交易價(jià)格的上升，X煤炭企業(yè)和Y電廠的減排經(jīng)濟(jì)值逐漸減少，接近于1，這意味著其減排經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)將逐漸不明顯。

圖6 2020年X煤炭企業(yè)和Y電廠利潤(rùn)(XP、YP)，碳排放量(XC、YC)變化率及減排經(jīng)濟(jì)值

4.3 不同免費(fèi)配額比例的影響

不同免費(fèi)配額比例對(duì)電煤供應(yīng)鏈利潤(rùn)和碳排放量的影響情況如圖7所示。從圖中可以看出，2015～2020年，電煤供應(yīng)鏈的利潤(rùn)和碳排放量呈逐年遞減的趨勢(shì)，且該趨勢(shì)較為平穩(wěn)；隨著免費(fèi)配額比例的減少，該鏈上利潤(rùn)和碳排放量的下降幅度逐漸變大。

圖7 不同免費(fèi)配額比例下，電煤供應(yīng)鏈利潤(rùn)和碳排放量變動(dòng)率

圖8(a)是2020年，不同免費(fèi)配額比例下X煤炭企業(yè)和Y電廠的利潤(rùn)和碳排放量變動(dòng)率。結(jié)果表明，免費(fèi)配額比例的減少使得X煤炭企業(yè)和Y電廠的利潤(rùn)和碳排放量下降趨勢(shì)逐年增加。免費(fèi)配額比例越低，其利潤(rùn)下降幅度越大，減排量略有下降，變化較小。

根據(jù)式(3)，計(jì)算出2020年不同免費(fèi)配額比例情境下，X煤炭企業(yè)和Y電廠的減排經(jīng)濟(jì)值如圖8(b)所示。從圖中可以看出，B1-B3情景下X煤炭企業(yè)的減排經(jīng)濟(jì)值大于1，B4情景下其減排經(jīng)濟(jì)值小于1；B1情景下Y電廠的減排經(jīng)濟(jì)值大于1，B2～B4情景下其減排經(jīng)濟(jì)值小于1。說(shuō)明對(duì)X煤炭企業(yè)而言，免費(fèi)配額比例為0.8時(shí)不具有減排經(jīng)濟(jì)；對(duì)Y電廠而言，免費(fèi)配額比例為0.95、0.9、0.8時(shí)減排經(jīng)濟(jì)性較差。因此，基于減排經(jīng)濟(jì)的考慮，免費(fèi)配額比例的設(shè)定需考慮到各企業(yè)性質(zhì)的差異性，根據(jù)不同類(lèi)型企業(yè)設(shè)定不同的免費(fèi)配額比例。

圖8 2020年X煤炭企業(yè)與Y電廠利潤(rùn)(XP、YP)，碳排放量(XC、YC)變化率及減排經(jīng)濟(jì)值

4.4 碳交易補(bǔ)貼情景分析

根據(jù)國(guó)家碳政策相關(guān)規(guī)定及對(duì)Y電廠調(diào)研結(jié)果顯示：目前我國(guó)尚未有明確的相關(guān)財(cái)政補(bǔ)貼政策。因此本模型補(bǔ)貼系數(shù)參考國(guó)家對(duì)燃煤電廠超低排放的補(bǔ)貼，將碳交易補(bǔ)貼情景下的補(bǔ)貼系數(shù)設(shè)置為0.5分/千瓦時(shí)。

2015至2020年，碳交易補(bǔ)貼政策對(duì)電煤供應(yīng)鏈及各節(jié)點(diǎn)企業(yè)利潤(rùn)和碳排放量的影響情況如表8所示。其中，SCP和SCC分別表示電煤供應(yīng)鏈的利潤(rùn)和碳排放量；X-PC、Y-PC、SC-PC分別表示X煤炭企業(yè)、Y電廠及電煤供應(yīng)鏈減排經(jīng)濟(jì)值。結(jié)果表明，引入補(bǔ)貼政策后，該供應(yīng)鏈及各節(jié)點(diǎn)的利潤(rùn)下降速度逐年減緩，減排效果不斷提升。

從表8可看出，在碳交易政策下電煤供應(yīng)鏈及各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的減排經(jīng)濟(jì)值基本大于1，但該值均在1和2之間，增幅不大；在碳交易補(bǔ)貼政策下，電煤供應(yīng)鏈及各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的減排經(jīng)濟(jì)值均大于1，且隨時(shí)間的推移該值不斷增大，說(shuō)明該情景下減排經(jīng)濟(jì)有效，且其減排經(jīng)濟(jì)效果逐年遞增。因?yàn)檠a(bǔ)貼在一定程度上降低了其碳減排的成本壓力，使得其在碳減排的同時(shí)又保障了企業(yè)利潤(rùn)。

表8 電煤供應(yīng)鏈與節(jié)點(diǎn)企業(yè)利潤(rùn)(SCP、XP、YP)，碳排放(SCC、XC、YC)變動(dòng)率及減排經(jīng)濟(jì)值

5 結(jié)語(yǔ)

本文考慮碳交易政策，構(gòu)建了電煤供應(yīng)鏈碳排放全過(guò)程的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，以神華集團(tuán)X煤炭企業(yè)-Y電廠組成的電煤供應(yīng)鏈為例，分析了不同碳交易政策對(duì)該供應(yīng)鏈利潤(rùn)與碳排放量的影響，得出結(jié)論如下：

(1)基本情景下仿真結(jié)果表明：電煤供應(yīng)鏈上生產(chǎn)、運(yùn)輸和消費(fèi)環(huán)節(jié)碳排放量占總碳排放量的平均比值分別為12.1%、39.6%和48.3%。電煤供應(yīng)鏈碳排放主要發(fā)生在煤炭的運(yùn)輸和消費(fèi)環(huán)節(jié)，煤炭開(kāi)采環(huán)節(jié)碳排放量占比相對(duì)較小。(2)碳交易價(jià)格情景下仿真結(jié)果表明：碳交易價(jià)格越高，對(duì)該供應(yīng)鏈及各節(jié)點(diǎn)企業(yè)利潤(rùn)的負(fù)面影響越大，但其減排效果卻先增后減；(3)免費(fèi)配額比例情景下仿真結(jié)果表明：隨著免費(fèi)配額比例的下降，該鏈上各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的利潤(rùn)明顯減少，其減排效果略有提高；(4)碳交易補(bǔ)貼情下仿真結(jié)果表明：碳交易補(bǔ)貼可減緩電煤供應(yīng)鏈及各節(jié)點(diǎn)企業(yè)利潤(rùn)下降，并且能有效地提升其減排效果。

結(jié)合上述結(jié)論，分別從企業(yè)自身和宏觀政策層面提出以下建議：

從企業(yè)自身的角度，其一，應(yīng)基于供應(yīng)鏈視角，對(duì)生產(chǎn)、運(yùn)輸和消費(fèi)等主要碳排放環(huán)節(jié)實(shí)行協(xié)同減排。結(jié)果表明，電煤供應(yīng)鏈碳排放主要發(fā)生在運(yùn)輸和消費(fèi)環(huán)節(jié)，說(shuō)明這兩個(gè)環(huán)節(jié)是主要碳排放源，具有較大減排空間，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注運(yùn)輸和消費(fèi)環(huán)節(jié)的節(jié)能減排；其二，企業(yè)應(yīng)當(dāng)內(nèi)部挖潛，著力提高減排經(jīng)濟(jì)值。在政策允許下，爭(zhēng)取更多的免費(fèi)配額比例和碳交易補(bǔ)貼。另外，企業(yè)自身應(yīng)加大研發(fā)投入，進(jìn)行產(chǎn)煤和發(fā)電技術(shù)更新，降低噸煤生產(chǎn)成本、發(fā)電耗煤率，以及單位售電成本等指標(biāo)，以此來(lái)提高企業(yè)利潤(rùn)，減低碳排放量。

從國(guó)家相關(guān)管理部門(mén)層面，第一，建立標(biāo)桿減排經(jīng)濟(jì)值，據(jù)此設(shè)定碳交易價(jià)格。結(jié)果顯示，當(dāng)碳交易價(jià)格控制在一定范圍才能實(shí)現(xiàn)最有效減排。政府部門(mén)應(yīng)將企業(yè)減排經(jīng)濟(jì)值與碳交易價(jià)格掛鉤，通過(guò)標(biāo)桿減排經(jīng)濟(jì)值來(lái)調(diào)整碳交易價(jià)格。第二，針對(duì)不同企業(yè)性質(zhì)，實(shí)施差異化配額分配方式。研究表明，隨著免費(fèi)配額比例的下降，電煤供應(yīng)鏈及各節(jié)點(diǎn)企業(yè)利潤(rùn)均明顯減少，但減排效果變化不大。為了防止利潤(rùn)的持續(xù)下降，免費(fèi)配額比例應(yīng)設(shè)置一定下限。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)第三方核查機(jī)構(gòu)監(jiān)管職能，保證各企業(yè)免費(fèi)配額比例控制在規(guī)定范圍內(nèi)。第三，制定相關(guān)配套政策，對(duì)高碳企業(yè)給予差異化補(bǔ)貼。研究結(jié)果可見(jiàn)，補(bǔ)貼既能有效地提高電煤供應(yīng)鏈碳減排，又避免了其利潤(rùn)的持續(xù)下降。政府在推進(jìn)實(shí)施碳交易市場(chǎng)時(shí)，可依據(jù)高碳企業(yè)碳排放情況實(shí)施差異化補(bǔ)貼。