市場(chǎng)交易補(bǔ)償可再生能源的正外部性研究

趙新泉　王閃閃　李慶

摘要 探索以綠色電力證書交易為載體的配額制政策（RPS），有利于通過市場(chǎng)化手段來補(bǔ)償可再生能源發(fā)電帶來的環(huán)境及社會(huì)正外部收益，并在一定程度上緩解當(dāng)前可再生能源發(fā)展所面臨的消納不足問題?？紤]由消費(fèi)端承擔(dān)配額義務(wù)并引入二次懲罰函數(shù)，構(gòu)建包含電力生產(chǎn)端、消費(fèi)端在內(nèi)的序貫博弈模型。結(jié)合實(shí)際設(shè)置參數(shù)，分析影響政策效果的因素和作用機(jī)理。結(jié)果表明：①RPS政策下，當(dāng)配額力度加大時(shí)，綠色電力證書的價(jià)格呈現(xiàn)先增后減的特征;②罰金一定時(shí)的社會(huì)福利函數(shù)關(guān)于配額的增加呈倒“U”型分布; ③配額和罰金均過低、均過高都不利于證書交易行為的實(shí)現(xiàn)。可再生能源與化石能源發(fā)電成本差距越大，對(duì)應(yīng)的最優(yōu)配額越小。因此，要將配額、罰金和成本差距結(jié)合起來考慮，確保中國可再生能源電力產(chǎn)業(yè)在“看不見的手”的市場(chǎng)機(jī)制下達(dá)到社會(huì)福利最優(yōu)水平。最后，運(yùn)用數(shù)值模擬的方法對(duì)配額制和固定上網(wǎng)電價(jià)政策（FIT）的規(guī)制效果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)： ①RPS政策的最優(yōu)規(guī)制價(jià)格低于其在FIT政策下的值;②配額水平偏低時(shí)，F(xiàn)IT政策的社會(huì)福利水平高于RPS政策，反之則反。因此，在可再生能源電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初級(jí)階段，F(xiàn)IT政策相對(duì)較優(yōu);在市場(chǎng)規(guī)模較大和技術(shù)較成熟階段，RPS政策相對(duì)較優(yōu)。中國在推進(jìn)配額制的實(shí)施過程中，可將兩種政策結(jié)合起來，在一部分省份或地區(qū)繼續(xù)保留FIT政策，而在可再生能源發(fā)電技術(shù)較為成熟的省份或地區(qū)作為試點(diǎn)率先實(shí)行RPS政策。

關(guān)鍵詞 可再生能源;正外部性;市場(chǎng)交易;綠色證書;社會(huì)福利

中圖分類號(hào) F224.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1002-2104（2020）08-0042-9DOI：10.12062/cpre.20200313

利用可再生能源發(fā)電能夠有效減少環(huán)境污染，保證能源可持續(xù)供給，進(jìn)一步還能帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，增加勞動(dòng)力需求，這種對(duì)社會(huì)的額外貢獻(xiàn)就是經(jīng)濟(jì)學(xué)中的正外部性。解決正外部性問題的傳統(tǒng)辦法是采取政府補(bǔ)貼。2009年以來，中國為促進(jìn)可再生能源電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展所采取的固定上網(wǎng)電價(jià)政策（Feed-in Tariff，F(xiàn)IT）效果十分顯著。截至2018年末，中國總發(fā)電裝機(jī)容量高達(dá)19億kW，并網(wǎng)可再生能源發(fā)電（這里考慮風(fēng)電、太陽能發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電）裝機(jī)容量為3.77億kW，占全部電力裝機(jī)的19.83%。然而，固定上網(wǎng)電價(jià)政策主要激勵(lì)發(fā)電端，而當(dāng)前中國可再生能源發(fā)展面臨的主要是消費(fèi)端疲軟問題。而且隨著中國可再生能源發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大，政府為此付出沉重的補(bǔ)貼負(fù)擔(dān)和政策成本。更為重要的是，固定上網(wǎng)電價(jià)的滯后調(diào)整無法及時(shí)對(duì)市場(chǎng)條件或價(jià)格信號(hào)做出反應(yīng)，單獨(dú)使用固定上網(wǎng)電價(jià)政策已經(jīng)不能滿足實(shí)際需要[1]。以綠色電力證書交易為載體的配額制政策（Renewable Portfolio Standard，RPS）是中國最新探索試行的方法。首先自2017年7月起試行綠色證書自愿認(rèn)購，在總結(jié)自愿認(rèn)購實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，國家發(fā)展改革委、國家能源局又進(jìn)行了三次（2018年3月、9月、11月）意見征求，于2019年5月印發(fā)《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》（發(fā)改能源〔2019〕807 號(hào)），標(biāo)志著歷經(jīng)近10年研究的具有中國特色的可再生能源“配額制”的實(shí)施已進(jìn)入蓄勢(shì)待發(fā)階段。探索適合國情的配額制和綠色證書交易機(jī)制，有利于通過市場(chǎng)化手段解決可再生能源的正外部性補(bǔ)貼問題，有利于提高清潔能源的消納力度，為推動(dòng)能源體制轉(zhuǎn)型、實(shí)現(xiàn)可再生能源發(fā)電平價(jià)上網(wǎng)提供可行途徑?；诖?，本文結(jié)合中國實(shí)情，考慮由消費(fèi)端承擔(dān)配額義務(wù)并引入二次懲罰函數(shù)，構(gòu)建包含電力生產(chǎn)端、消費(fèi)端在內(nèi)的序貫博弈模型，分析影響政策效果的因素和作用機(jī)理，并運(yùn)用數(shù)值模擬的方法對(duì)配額制和固定上網(wǎng)電價(jià)政策的規(guī)制效果進(jìn)行比較。

1 文獻(xiàn)綜述

關(guān)于配額制和綠色證書交易機(jī)制的研究，國外文獻(xiàn)較為豐富，如Morthorst[2-3]對(duì)丹麥的綠色證書市場(chǎng)發(fā)展情況、綠色證書供需關(guān)系和價(jià)格波動(dòng)等進(jìn)行了分析;Lorenzoni[4]分析了意大利2002年實(shí)施的綠色證書交易機(jī)制的不確定性與機(jī)遇;Kumar和Agarwala[5]介紹了印度綠色證書交易機(jī)制的目標(biāo)設(shè)定等關(guān)鍵設(shè)計(jì)問題。國內(nèi)關(guān)于該政策機(jī)制的研究主要分為兩類，一類是分析美國、澳大利亞等國的綠色證書交易機(jī)制設(shè)計(jì)流程[6-7]，對(duì)中國配額制的實(shí)施給予借鑒;另一類則具體構(gòu)建適合中國國情的可再生能源配額制及綠色證書交易機(jī)制，并進(jìn)行仿真分析[8-12]。在定量研究可再生能源補(bǔ)貼措施的有效性方面，F(xiàn)alconett和Nagasaka[13]建立概率模型來評(píng)估不同政策對(duì)項(xiàng)目營利性的影響，指出FIT是提高光伏和風(fēng)能項(xiàng)目盈利能力的最佳機(jī)制，但在技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的市場(chǎng)中綠色證書交易機(jī)制更優(yōu)。Tamas等[14]建立英國可再生能源投資者收益模型，比較固定上網(wǎng)電價(jià)政策和綠色證書交易制度，得到兩種政策在完全競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中效果是一樣的;而綠色證書交易機(jī)制在不完全競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)條件下的社會(huì)福利水平更高。Ciarreta等[15]對(duì)可再生能源綠色證書交易機(jī)制和固定上網(wǎng)電價(jià)政策建立模型，并使用西班牙數(shù)據(jù)比較兩種制度的優(yōu)劣。國內(nèi)學(xué)者如李虹等[16]從居民角度出發(fā)構(gòu)建優(yōu)化模型，對(duì)稅收優(yōu)惠、固定上網(wǎng)電價(jià)和可交易綠色證書三個(gè)政策效果進(jìn)行模擬比較。孫鵬和李世杰[17]構(gòu)建了兩階段的寡頭博弈模型，對(duì)可再生能源固定上網(wǎng)電價(jià)政策與配額制的規(guī)制效果進(jìn)行對(duì)比分析。發(fā)現(xiàn)固定上網(wǎng)電價(jià)政策能夠有效激勵(lì)生產(chǎn)商擴(kuò)大發(fā)電規(guī)模，而配額制的碳減排效果更好。進(jìn)一步，考慮到相關(guān)因素的不確定性，Lee和Shih[18]、Wesseh 等[19]在不確定性條件下構(gòu)建政策的全社會(huì)收益函數(shù)來評(píng)估風(fēng)電標(biāo)桿電價(jià)政策的效果。李慶和陳敏[20]建立投資成本和上網(wǎng)電價(jià)不確定下的實(shí)物期權(quán)模型，解釋了政策影響可再生能源投資的實(shí)物期權(quán)原理，并得到風(fēng)電固定上網(wǎng)電價(jià)的最優(yōu)調(diào)整幅度。

本文在Ciarreta等[15]思路的基礎(chǔ)上，考慮由消費(fèi)端承擔(dān)配額義務(wù)并引入二次懲罰函數(shù)，既針對(duì)當(dāng)前中國可再生能源發(fā)展所面臨的消納問題，強(qiáng)調(diào)了可再生能源電力的消費(fèi)責(zé)任;又彌補(bǔ)了大多數(shù)文獻(xiàn)只文字性提及卻不具體考慮罰金影響的缺陷。在此基礎(chǔ)上構(gòu)建包含電力生產(chǎn)端、消費(fèi)端在內(nèi)的序貫博弈模型，建立電力市場(chǎng)和綠色證書市場(chǎng)均達(dá)到均衡狀態(tài)下的社會(huì)福利函數(shù)，分析影響RPS政策效果的重要因素及其作用機(jī)理，并對(duì)RPS、FIT兩種政策的規(guī)制效果進(jìn)行對(duì)比分析，以便探討配額制實(shí)施的適宜條件，為中國即將推進(jìn)的配額制給予政策參考。

2 中國配額制和綠色證書交易機(jī)制

2.1 政策含義

為了加大可再生能源的消納力度，中國在配額制政策設(shè)計(jì)中，規(guī)定了以省級(jí)行政區(qū)域?yàn)閱挝坏目稍偕茉措娏Φ南M(fèi)比例，同時(shí)制定了未完成配額義務(wù)時(shí)的懲罰措施。配額制需要借助于一個(gè)便捷的計(jì)量工具來核算義務(wù)完成情況，于是一個(gè)配套政策即綠色證書交易機(jī)制便應(yīng)運(yùn)而生，因此提及配額制時(shí)常默認(rèn)包含綠色證書交易機(jī)制。綠色電力證書（簡(jiǎn)稱“綠證”）是指當(dāng)生產(chǎn)或消納一定量的可再生能源電力時(shí)，政府機(jī)構(gòu)給予相關(guān)主體的一份憑證。政府制定配額目標(biāo)引發(fā)可再生能源電力的供給和需求，進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為綠證市場(chǎng)上的自發(fā)交易。于是整個(gè)配額制涉及兩個(gè)市場(chǎng)，其基本運(yùn)作機(jī)制如圖1所示。不同生產(chǎn)來源的電力被認(rèn)為是同質(zhì)的商品在電力市場(chǎng)上銷售，電力的綠色屬性在綠色證書交易市場(chǎng)上單獨(dú)銷售，其中可再生能源發(fā)電商構(gòu)成證書的供給方。國家能源局文件《關(guān)于實(shí)行可再生能源電力配額制的通知》（征求意見稿）第四條指出：售電企業(yè)和電力用戶協(xié)同承擔(dān)配額義務(wù)。由于售電企業(yè)僅僅賺取差價(jià)，為簡(jiǎn)化模型，將售電企業(yè)和電力用戶統(tǒng)一看作消費(fèi)端。鑒于此，本文考慮由消費(fèi)端來承擔(dān)配額義務(wù)，向供給方交易購買綠證，用于最終年度配額考核的核算。

2.2 正外部性的計(jì)量：綠色證書價(jià)格

關(guān)于綠證價(jià)格，如圖2所示，假設(shè)強(qiáng)制配額約束下的可再生能源電力需求量為Q，此時(shí)可再生能源發(fā)電的邊際成本為p，上網(wǎng)電價(jià)為pe，于是綠色證書價(jià)格就是p-pe，這個(gè)差價(jià)便計(jì)量了可再生能源正外部性。理論上，固定上網(wǎng)電價(jià)政策中的政府補(bǔ)貼與綠色證書具有同一性，但市場(chǎng)條件的不可觀測(cè)性使FIT下政府補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整過于緩慢和滯后。以綠色電力證書交易為載體的配額制政策的特點(diǎn)是，政府的強(qiáng)制性配額創(chuàng)造了市場(chǎng)進(jìn)而引發(fā)相關(guān)主體自發(fā)交易證書，證書價(jià)格能夠及時(shí)反映市場(chǎng)條件的變化。

2.3 綠色電力證書的作用

綠色證書交易機(jī)制由市場(chǎng)自發(fā)引起交易，豐富了正外部性的補(bǔ)償機(jī)制，與科斯定理中自發(fā)的產(chǎn)權(quán)交易可以有效內(nèi)化外部性的理論相一致。該機(jī)制能夠優(yōu)化資源配置，促進(jìn)發(fā)電技術(shù)改良，有效削減國家的資金補(bǔ)貼強(qiáng)度和政策成本，提高社會(huì)福利水平。

第一，綠證交易的便捷性能夠突破可再生能源電力的地區(qū)障礙，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置，提高社會(huì)福利水平。在中國，各個(gè)地區(qū)的可再生能源資源稟賦差別很大，較為充沛的地區(qū)是西部、南部和北部，可再生能源發(fā)電成本低，適合在這些地區(qū)加大開發(fā)力度。但是這些地區(qū)人口少，工業(yè)少，對(duì)電力需求也少，生產(chǎn)過剩。而在中國人口密集、工業(yè)聚集的東部及沿海地區(qū)，對(duì)電力需求量極大，然而可再生能源匱乏，發(fā)電成本高。有了綠色證書之后，資源豐富的西部等地區(qū)可以通過出售過剩的綠色證書獲取更多利潤(rùn)進(jìn)而擴(kuò)大規(guī)模，而資源匱乏區(qū)可以通過買進(jìn)綠色證書來履行配額義務(wù)，實(shí)現(xiàn)綠色電力的區(qū)域性價(jià)格補(bǔ)貼。

第二，綠色證書交易這一市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制的引入，激勵(lì)可再生能源發(fā)電企業(yè)進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，進(jìn)而提高發(fā)電效率，最終使得可再生能源發(fā)電成本與化石燃料發(fā)電成本相當(dāng)，有利于早日實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、光伏發(fā)電等類型的無補(bǔ)貼平價(jià)上網(wǎng)。

3配額制政策的社會(huì)福利優(yōu)化模型

3.1 模型描述

考慮三個(gè)主要角色：發(fā)電商（電力和綠色證書的供給側(cè)）、消費(fèi)端（電力和綠色證書的需求側(cè)）和監(jiān)管者（政府），建立了電力與證書兩個(gè)市場(chǎng)之間的互動(dòng)模型。為簡(jiǎn)單起見，忽略任何發(fā)電成本和能源生態(tài)價(jià)值間的差異，只考慮一種可再生能源和一種傳統(tǒng)化石能源。將所有可再生能源發(fā)電商看成一個(gè)整體，記為R，所有化石能源發(fā)電商看作一個(gè)整體，記為D。電力的消費(fèi)端看作一個(gè)整體，記為B。

第一階段，發(fā)電商做出供應(yīng)決策，消費(fèi)端做出需求決策，電力現(xiàn)貨市場(chǎng)出清。同時(shí)可再生能源發(fā)電商獲得與其發(fā)電量相對(duì)應(yīng)數(shù)量的證書，構(gòu)成綠證的供給。

第二階段，可再生能源發(fā)電商決定銷售多少綠色證書，消費(fèi)端為履行義務(wù)而購買證書，對(duì)未完成配額義務(wù)部分接受相應(yīng)的罰金，證書市場(chǎng)出清。

3.2 模型基本假設(shè)

假設(shè)1：在售電側(cè)改革逐步深入的背景下，假設(shè)電力系統(tǒng)中的發(fā)電企業(yè)處在完全競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)環(huán)境中。

假設(shè)2：中國配額制的義務(wù)主體屬于“買電方”，假設(shè)配額用α表示，且α∈0，1，即消費(fèi)端必須保證其總購電量中有α的份額是可再生能源電力。目前，隨著成本的快速下降，建設(shè)新能源的積極性已經(jīng)較高，消費(fèi)端承擔(dān)配額義務(wù)能夠明確用戶側(cè)的消納責(zé)任，進(jìn)而有效解決新能源“重建輕用”的問題。

假設(shè)3：假設(shè)1份綠色證書對(duì)應(yīng)了1 MW·h的可再生能源電力，且僅考慮短期綠色證書交易市場(chǎng)，綠色證書的有效期為1年，過期自動(dòng)注銷。

假設(shè)4：假設(shè)消費(fèi)端B的效用函數(shù)為UqB，其中qB代表消費(fèi)端B的需求電量?；谖⒂^經(jīng)濟(jì)學(xué)原理知，消費(fèi)者的效用函數(shù)滿足：U′qB>0，U″qB<0。參考Jensen等[21]和Sun[22]的做法，可設(shè)消費(fèi)端的效用函數(shù)是需求電量的二次函數(shù)，即UqB=aqB-b2q2B，a和b均為大于0的常數(shù)。

假設(shè)5：假設(shè)化石能源發(fā)電的成本函數(shù)：CD=cDq2D，qD是化石能源發(fā)電量，cD為大于0的成本系數(shù)。新能源發(fā)電成本函數(shù)：CR=cRq2R，qR是可再生能源發(fā)電量，cR為大于0的成本系數(shù)。

3.3 模型建立

使用逆向遞歸法來求解兩個(gè)市場(chǎng)的均衡狀態(tài)，即首先解決證書市場(chǎng)（第二階段）。

3.3.1 綠色證書交易市場(chǎng)

（1）綠色證書交易市場(chǎng)上消費(fèi)端的行為。電力消費(fèi)端有動(dòng)機(jī)從生產(chǎn)商那里購買證書，否則他們必須根據(jù)未完成的證書數(shù)量支付違規(guī)罰款，借鑒文獻(xiàn)[15]將罰金函數(shù)設(shè)定為二次損失函數(shù)：

pxB=f2αqB-xB2，0≤xB≤αqB（1）

其中，f是罰金函數(shù)的一個(gè)尺度參數(shù)，f的值越高，為滿足決策者指定的目標(biāo)的激勵(lì)就越大;xB代表消費(fèi)端已購買的綠色證書的數(shù)量。這樣，綠色證書有一個(gè)價(jià)格上限，因?yàn)闆]有消費(fèi)端會(huì)以高于罰款的價(jià)格購買綠色證書。由于證書是有成本的，擁有比配額目標(biāo)更多數(shù)量的綠色證書，將不會(huì)獲得任何額外的支付，故消費(fèi)端購買的證書數(shù)量永遠(yuǎn)不會(huì)超過目標(biāo)αqB。將懲罰函數(shù)設(shè)定為二次函數(shù)的意義在于，罰金額度將隨著缺少的證書數(shù)量非線性急劇增長(zhǎng)。

于是，消費(fèi)端剩余最大化問題可表示為[12，21-22]：

maxxBCS=UqB-peqB-pcxB-f2αqB-xB2，

0≤xB≤αqB（2）

其中，pe是電力價(jià)格，pc是綠色證書的價(jià)格。

由一階條件可知，消費(fèi)端對(duì)證書的需求函數(shù)為：

xB=αqB-pcf， pc≤αfqB（3）

由此可知，消費(fèi)端對(duì)證書的需求與證書價(jià)格pc、消費(fèi)電量qB、配額α和參數(shù)f有關(guān)。其中，配額比例α和懲罰參數(shù)f是由政策規(guī)制者決定的變量。懲罰參數(shù)f越大，消費(fèi)端為了避免過多的懲罰而購買的證書數(shù)量就越多，因此證書的需求量越大，最終導(dǎo)致證書的價(jià)格上升;相反，一個(gè)較低的f將會(huì)導(dǎo)致證書需求的減少，因?yàn)榇藭r(shí)消費(fèi)端相對(duì)于一個(gè)價(jià)格高的綠色證書更愿意接受一個(gè)低的懲罰。同樣，直觀上較高的配額比例α也會(huì)增加消費(fèi)端購買證書的意愿，從而導(dǎo)致證書價(jià)格的上漲。因此，決策者正確設(shè)置監(jiān)管參數(shù)非常重要，但實(shí)際的市場(chǎng)規(guī)律取決于市場(chǎng)力量的調(diào)整，后文將采用數(shù)值模擬方法分析相關(guān)因素的作用機(jī)制。

（2）綠色證書交易市場(chǎng)上可再生能源發(fā)電商的利潤(rùn)最大化問題為：

maxxRπR=peqR+pcxR-CR，xR≤qR（4）

可得證書市場(chǎng)上的供給為：

xR=qR（5）

于是，RPS政策下，可再生能源電力的價(jià)格為pe+pc，即電力上網(wǎng)價(jià)格加綠證價(jià)格。

（3）綠色證書交易市場(chǎng)均衡。令證書市場(chǎng)供需均衡，則：

qR=αqB-pcf（6）

因此，綠色證書的均衡價(jià)格為：

p*c=f（αqB-qR）（7）

證書的價(jià)格隨著配額目標(biāo)αqB與可再生能源發(fā)電商提供的證書數(shù)量qR之間的差異而增加，反映了綠證交易市場(chǎng)激勵(lì)機(jī)制的主要特征。

3.3.2 電力市場(chǎng)

（1）電力市場(chǎng)上化石能源發(fā)電商和可再生能源發(fā)電商的行為分別描述為：

由利潤(rùn)最大化一階條件，可得化石能源電力和可再生能源電力的供給函數(shù)分別為： qD=pe2cD和qR=pe+pc2cR，則電力市場(chǎng)上電量總供給為：

qS=pe（cD+cR）+pccD2cDcR（10）

（2）電力市場(chǎng)上消費(fèi)端的行為。電力市場(chǎng)上消費(fèi)端追求剩余最大化的行為可描述為：

由一階條件可知，消費(fèi)端對(duì)電力的需求量為：

qB=ab-1b（pe+αpc）（12）

（3）電力市場(chǎng)均衡時(shí)，qS=qB，于是，當(dāng)證書價(jià)格一定的情況下，得到均衡電力價(jià)格為：

p*e（pc）=2（a-αpc）cDcR-bpccDb（cD+cR）+2cDcR（13）

于是均衡狀態(tài)下，化石能源發(fā)電量、可再生能源發(fā)電量和總發(fā)電量分別為：

3.3.3 綠色證書市場(chǎng)和電力市場(chǎng)的均衡

將（16）式代入（3）式中，得綠色證書的需求函數(shù)：

將（15）、（16）式代入（7）式中，可得綠色證書的均衡價(jià)格：

3.4 RPS政策效果影響因素分析

3.4.1 數(shù)據(jù)選取與參數(shù)設(shè)置

為了使數(shù)值分析有意義，需求、成本參數(shù)將基于中國電力市場(chǎng)的概況進(jìn)行取值。截至2018年底，中國總發(fā)電量為69 940億kW·h，其中可再生能源電力占比9.07%。這里主要考慮的可再生能源發(fā)電類型有風(fēng)電、光伏發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電，各發(fā)電類型的年發(fā)電量及電價(jià)如表1所示。

由公式（12）可得消費(fèi)端對(duì)電力的逆需求函數(shù)pe+αpc=a-bqB，其中qB用全社會(huì)用電量數(shù)據(jù)來表示。為了與模型中變量的含義相一致，pe+αpc用全國發(fā)電企業(yè)平均上網(wǎng)電價(jià)來度量，而不用終端銷售電價(jià)來表征。搜集2014—2018年的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，估計(jì)了需求側(cè)參數(shù)a=478.56，b=1.59×10-8，能夠較好反映中國近五年經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)下的電力需求?；鹆Πl(fā)電技術(shù)已相對(duì)成熟，但受燃料價(jià)格的波動(dòng)其發(fā)電成本仍存在波動(dòng)。借鑒Ciarreta等[15，23]，應(yīng)用邊際收益等于邊際成本的均衡條件，即pe=2cDqD，利用2014—2018年火電平均上網(wǎng)電價(jià)和發(fā)電量計(jì)算了參數(shù)cD為0.84×10-7元/（MW·h）2。由于可再生能源發(fā)電類型多，且不同資源區(qū)、不同裝機(jī)容量機(jī)組的發(fā)電效率有差異，簡(jiǎn)單起見，以表1數(shù)據(jù)為參照，可再生能源發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)是火電平均上網(wǎng)電價(jià)的1.07～3.23倍，取其平均后將cR設(shè)置為cD的2.15倍，即cR=1.81×10-7元/（MW·h）2。電價(jià)相關(guān)數(shù)據(jù)來自國家能源局發(fā)布的年度《全國電力價(jià)格情況監(jiān)管通報(bào)》，電量相關(guān)數(shù)據(jù)來自中電聯(lián)公布的年度《全國電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)快報(bào)數(shù)據(jù)一覽表》。由于1張綠證對(duì)應(yīng)1MW·h的可再生能源電力，為了單位轉(zhuǎn)換的方便，分析過程中電量單位統(tǒng)一為MW·h。另外，分析過程中規(guī)制參數(shù)的討論范圍均保證價(jià)格、產(chǎn)量等有意義（其值大于0），編程環(huán)境為Matlab7.1。

3.4.2 證書價(jià)格影響因素約束原理

由（18）式可知，當(dāng)需求和成本參數(shù)一定時(shí)，綠證價(jià)格的影響因素還有政策規(guī)制參數(shù)，即罰金和配額比例。

（1）罰金對(duì)綠證價(jià)格的影響。如圖3所示，當(dāng)配額一定時(shí)，綠證價(jià)格隨著罰金參數(shù)的增大而上漲，最終趨于穩(wěn)定。考慮到消費(fèi)端決定購買證書的數(shù)量取決于證書價(jià)格和罰金，如果配額目標(biāo)α設(shè)定的低，可以觀察到參數(shù)f的

值也非常低時(shí)，導(dǎo)致幾乎沒有證書交易，因?yàn)橄M(fèi)端寧愿支付較低的罰款，也不愿購買證書。然而，當(dāng)f增加時(shí)，罰金力度增加，導(dǎo)致證書交易量增加和證書價(jià)格的上漲。此外，配額α越高，圖中的曲線越陡峭，即證書價(jià)格對(duì)f的變化越敏感。

（2）配額對(duì)綠證價(jià)格的影響。由圖4（a）可知，第一，當(dāng)配額力度加大時(shí)，綠證價(jià)格呈現(xiàn)先增后減的特征，特別是參數(shù)f較大時(shí)此規(guī)律更明顯：當(dāng)基準(zhǔn)配額較低時(shí)，隨著配額目標(biāo)α的增加，證書價(jià)格增加，導(dǎo)致常規(guī)能源電力產(chǎn)出減少，可再生能源電力產(chǎn)出增加。由圖4（b）知電力總產(chǎn)出下降，但一開始下降的速度較慢，即此時(shí)總電量下降幅度較小，證書的需求量處于上升階段（見圖4（c））。若繼續(xù)提高配額，則證書價(jià)格將過高，導(dǎo)致電量總需求急劇下降。此時(shí)證書的需求量也減少，證書價(jià)格隨之下落。因此，制定配額時(shí)需考慮與當(dāng)前階段的消費(fèi)端需求和生產(chǎn)端成本相適應(yīng)，配額過低對(duì)綠證交易行為的發(fā)生激勵(lì)不足，配額過高則會(huì)引起消費(fèi)端負(fù)擔(dān)過重，導(dǎo)致總需求量下降，對(duì)生產(chǎn)和生活造成負(fù)面影響。第二，當(dāng)f越大時(shí)，證書價(jià)格對(duì)α的變化更敏感。

3.4.3 RPS政策福利分析

得到綠色證書的均衡價(jià)格后，進(jìn)一步可以得到均衡狀態(tài)下的電力價(jià)格p*e（p*c）、化石能源發(fā)電量q*D（p*c）和可再生能源發(fā)電量q*R（p*c），進(jìn)而得到發(fā)電商利潤(rùn)π*D和π*R，消費(fèi)端剩余CS*。于是，可構(gòu)造社會(huì)福利函數(shù)[24]：

WRPS=π*D+π*R+CS*+EB（q*R）（19）

其中，EB（qR）=γqR為可再生能源發(fā)電帶來的正外部性收益。借鑒林伯強(qiáng)和李江龍[1]，單位風(fēng)電發(fā)電量的減排收益為0.66元/kW·h，故這里γ取值為660元/MW·h。

由圖5（a）可知，第一，隨著配額α的不斷增加，社會(huì)福利函數(shù)呈倒“U”型，配額α過低或過高都不利于綠色證

書交易的達(dá)成。第二，當(dāng)配額α較小或適中時(shí)，隨著罰金參數(shù)f的增加，可促使綠色證書交易的發(fā)生，此時(shí)社會(huì)福利逐漸增加;當(dāng)配額α較高時(shí)，如果再制定較高的罰金參數(shù)值f，則會(huì)造成配額義務(wù)主體負(fù)擔(dān)過重，導(dǎo)致消費(fèi)端剩余下降，總的社會(huì)福利也下降。

由于資源稟賦和技術(shù)水平的不同，不同地區(qū)的可再生能源發(fā)電成本有所差異，圖5（b）表明，第一，可再生能源與化石能源發(fā)電成本差距越小，其在配額制政策下的社會(huì)福利水平就越高。第二，成本差距越大，社會(huì)福利最大時(shí)對(duì)應(yīng)的配額就越小。這里，f取值為1×10-5，該參數(shù)的其他取值不影響規(guī)律性結(jié)論?？傊?，在配額制政策設(shè)計(jì)中，需將配額、罰金和成本差距結(jié)合起來考慮，最大可能促進(jìn)綠色證書交易的雙方主體達(dá)成共同信念，促進(jìn)綠色證書交易的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)社會(huì)福利水平的提升。

4RPS和FIT政策效果的比較

4.1 固定上網(wǎng)電價(jià)政策模型

根據(jù)FIT政策，可再生能源電力的上網(wǎng)電價(jià)是由政府直接明確規(guī)定的，這里記為F，一般的，F(xiàn)>pFe。此時(shí)，消費(fèi)端和發(fā)電端利益最大化問題可表示為：

其中CSF表示固定上網(wǎng)電價(jià)方式下的消費(fèi)端剩余，上角標(biāo)F表示是在固定上網(wǎng)電價(jià)下的，其余變量含義可結(jié)合第3部分類似推斷。優(yōu)化求解得到均衡狀態(tài)下的電力價(jià)格、化石能源發(fā)電量和總發(fā)電量分別為：

pFe* = 2acD cR -bFcD bcR? + 2cD cR qFD* = 2acR -bF2bcR? + 4cD cR qFS* = acR? + FcD bcR? + 2cD cR （21）

進(jìn)一步可求得均衡狀態(tài)下的發(fā)電商利潤(rùn)πFD*和πFR*、消費(fèi)端剩余CSF*和可再生能源發(fā)電帶來的正外部性收益EBF*。在FIT政策中，還有額外的政策成本，即政府對(duì)可再生能源發(fā)電的固定電價(jià)補(bǔ)貼[25]，于是政府支出函數(shù)為：

由以上式，得社會(huì)福利函數(shù)為：

WFIT = πFD* + πFR* + CSF*-GEF* + EBF*（23）

4.2 可再生能源電力規(guī)制價(jià)格的比較

最優(yōu)規(guī)制價(jià)格能夠反映政策對(duì)可再生能源產(chǎn)業(yè)的扶持力度，F(xiàn)IT政策下可再生能源電力的最優(yōu)規(guī)制價(jià)格為使得社會(huì)福利達(dá)到最優(yōu)時(shí)的上網(wǎng)電價(jià)F*。RPS政策下的最優(yōu)規(guī)制價(jià)格為使得社會(huì)福利達(dá)到最優(yōu)時(shí)的配額α*對(duì)應(yīng)的p*e+p*c。當(dāng)參數(shù)b一定時(shí)，a的變動(dòng)可反映市場(chǎng)規(guī)模的變動(dòng)。

由圖6可知，第一，當(dāng)a增大時(shí)，兩種政策下的最優(yōu)規(guī)制價(jià)格均呈上升趨勢(shì)。由于目前化石能源發(fā)電技術(shù)較為成熟，其所占的市場(chǎng)基礎(chǔ)份額較大，因此a的增大引起的化石能源發(fā)電量增加幅度較大，需要給予可再生能源發(fā)電更高的規(guī)制價(jià)格來促使電力結(jié)構(gòu)達(dá)到最優(yōu)水平。第二，RPS下的可再生能源最優(yōu)規(guī)制價(jià)格低于其在FIT政策下的值，說明FIT下的可再生能源發(fā)電支持力度比較大，適合在產(chǎn)業(yè)發(fā)展初級(jí)階段使用。較高的規(guī)制價(jià)格保證了可再生能源發(fā)電商的穩(wěn)定收益，因此促進(jìn)了可再生能源電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但同時(shí)也給政府帶來了過重的補(bǔ)貼負(fù)擔(dān)。

4.3 社會(huì)福利比較

對(duì)任何機(jī)制的恰當(dāng)評(píng)估都是要考察其社會(huì)福利。RPS政策的規(guī)制變量為配額α，F(xiàn)IT政策的規(guī)制變量為標(biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)F。為了便于兩種不同的政策在同一度量方

式下進(jìn)行比較，借鑒孫鵬等[17]的思路，在FIT政策中，令

FIT政策下，由（25）式可得到規(guī)制價(jià)格F隨著配額αF變動(dòng)的方程，于是在對(duì)規(guī)制變量不同的兩種政策進(jìn)行比較時(shí)，可統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為比較相同配額下的社會(huì)福利。

由圖7可知，兩種政策下的社會(huì)福利隨著配額的增加均呈現(xiàn)先增后減的特征。整體上來說，配額水平偏低時(shí)，F(xiàn)IT政策的社會(huì)福利水平高于RPS政策;配額水平偏高時(shí)，RPS政策的社會(huì)福利水平更高。說明在電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展的初始階段，F(xiàn)IT政策穩(wěn)定性強(qiáng)且風(fēng)險(xiǎn)較低，在一個(gè)固定的規(guī)制價(jià)格水平下能夠帶來相對(duì)較大的社會(huì)福利。隨著發(fā)電規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)的進(jìn)步，可再生能源電力產(chǎn)出在整個(gè)市場(chǎng)中的比重越來越大，采用配額制政策讓市場(chǎng)自發(fā)地進(jìn)行調(diào)節(jié)，能夠帶來較高的社會(huì)福利水平。

5 結(jié) 論

首先，本文考慮由消費(fèi)端承擔(dān)配額義務(wù)并引入二次懲罰函數(shù)，構(gòu)建包含電力生產(chǎn)端、消費(fèi)端在內(nèi)的序貫博弈模型，建立電力和綠證兩個(gè)市場(chǎng)均達(dá)到均衡時(shí)下的社會(huì)福利函數(shù)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際設(shè)置參數(shù)，分析了綠色證書價(jià)格和RPS政策社會(huì)福利的影響因素約束原理。第一，RPS政策下，配額α和罰金參數(shù)f的值過低時(shí)，導(dǎo)致幾乎沒有證書交易;配額一定時(shí)，罰金力度增加，導(dǎo)致證書交易量的增加和證書價(jià)格的上漲;第二，罰金參數(shù)一定時(shí)，隨著配額力度的加大，綠色電力證書的價(jià)格呈現(xiàn)先增后減的特征;第三，隨著配額α的不斷增加，社會(huì)福利函數(shù)呈倒“U”型分布;當(dāng)配額α較高時(shí)，如果再制定較高的罰金參數(shù)值f，則會(huì)造成配額義務(wù)主體負(fù)擔(dān)過重，導(dǎo)致社會(huì)福利水平降低?？稍偕茉磁c化石能源發(fā)電成本差距越大，社會(huì)福利最優(yōu)時(shí)對(duì)應(yīng)的配額比例就越小。因此，在推進(jìn)綠色電力證書交易為載體的配額制政策時(shí)，要將罰金、配額和發(fā)電成本差距結(jié)合起來考慮，確保中國可再生能源電力產(chǎn)業(yè)在“看不見的手”的市場(chǎng)機(jī)制下達(dá)到社會(huì)福利最優(yōu)水平。

然后，對(duì)RPS、FIT兩種政策的規(guī)制效果進(jìn)行對(duì)比分析。第一，總體來說，RPS的最優(yōu)規(guī)制價(jià)格低于其在FIT政策下的值;第二，社會(huì)福利水平的比較方面，配額水平偏低時(shí)，F(xiàn)IT政策的社會(huì)福利水平高于RPS政策，配額水平偏高時(shí)，RPS政策的社會(huì)福利水平更高。因此，實(shí)踐中，政策制定者要根據(jù)發(fā)電行業(yè)的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，選擇合適的規(guī)制政策。這為中國推進(jìn)配額制的實(shí)施帶來一定的啟示，可以在一部分省份或地區(qū)繼續(xù)保留固定上網(wǎng)電價(jià)政策，而在新能源發(fā)電技術(shù)較為成熟的省份或地區(qū)作為試點(diǎn)率先實(shí)行配額制政策。

（編輯：劉照勝）

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Research on the compensation of positive externality of

renewable energy through market trading

ZHAO Xin-quan WANG Shan-shan LI Qing

（School of Statistics and Mathematics， Zhongnan University of

Economics and Law， Wuhan Hubei 430073， China）

Abstract Exploring the Renewable Portfolio Standard （RPS） based on the tradable green certificate will contribute to the compensation for the environmental and social positive external benefits brought by renewable energy generation through market-oriented means， and to the alleviation of the insufficient consumption problems faced by the development of renewable energy to a certain extent. Considering that the consumer side assumes quota obligations and models the penalty as a quadratic loss function， a sequential game model including the power production side and the consumer side is constructed. This study attempts to calibrate the parameters according to the actual situation of renewable energy power development in China， and to analyze the factors and function mechanism that affect the policy effectiveness. The results show that： ① Under the RPS policy， when the quota increases， the price of green certificate increases initially and decreases afterwards. ② When the penalty is fixed， the social welfare function has an inverted U-shaped distribution with the increase of quota. ③ When the quota and the penalty are too low or too high， they are not conducive to the realization of certificate trading. The larger the gap between the cost of renewable energy generation and that of fossil energy generation， the smaller the corresponding optimal quota. Therefore， it is necessary to take all the three factors of penalty， quota and cost gap into consideration to ensure that the Chinese renewable energy power industry achieves the optimal level of social welfare under the market mechanism of the ‘invisible hand. Then， the numerical simulation method is used to compare the effect of the RPS with that of the Feed-in Tariff （FIT）. It is found that： ① The optimal regulation price of the RPS policy is lower than its value under the FIT policy. ② When the quota level is low， the social welfare level of the FIT policy is higher than that of the RPS policy， and vice versa. Therefore， the FIT policy is relatively superior in the basic stage of renewable energy power generation industry. In the larger market scale and mature technology stage， the RPS policy is relatively favorable. In the process of promoting the implementation of the RPS， China can combine the two policies， continue to maintain the FIT policy in some provinces or regions， and take the lead in implementing the RPS policy as a pilot in provinces or regions with mature renewable energy power generation technology.

Key words renewable energy; positive externality; market transaction; green certificate; social welfare

收稿日期：2020-01-09 修回日期：2020-03-30

作者簡(jiǎn)介：趙新泉，博士，教授，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)閿?shù)量經(jīng)濟(jì)學(xué)、動(dòng)力系統(tǒng)。E-mail：zxq556@163.com。

通信作者：王閃閃，博士生，主要研究方向?yàn)閿?shù)量經(jīng)濟(jì)學(xué)、能源經(jīng)濟(jì)。E-mail：wss8797@163.com。

基金項(xiàng)目：中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目“實(shí)物期權(quán)視角下綠色電力證書交易機(jī)制優(yōu)化設(shè)計(jì)”（批準(zhǔn)號(hào)：31511911205）。