碳交易機(jī)制推動(dòng)電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型

岳鉑雄， 熊厚博， 郭亦宗， 郭創(chuàng)新

(浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院，浙江 杭州 310027)

0 引 言

1997年簽訂的《京都議定書》首次將碳排放交易機(jī)制應(yīng)用于解決氣候問題。截止目前，全球共有31個(gè)碳排放交易體系[1]17，覆蓋電力、工業(yè)、建筑和交通等多個(gè)行業(yè)。電力是眾多國家二氧化碳的重要排放源，因此研究者極為關(guān)注碳交易機(jī)制對(duì)電力行業(yè)的影響。

國外的碳市場(chǎng)建設(shè)和相關(guān)研究起步較早，文獻(xiàn)[2]研究美國碳交易市場(chǎng)中碳價(jià)對(duì)電力減排效果的影響，得到目標(biāo)減排效果下的需求價(jià)格彈性。文獻(xiàn)[3]結(jié)合歐盟電力市場(chǎng)給出電力行業(yè)碳排放交易平臺(tái)建設(shè)方案。文獻(xiàn)[4]為驗(yàn)證碳交易對(duì)歐洲電力系統(tǒng)的影響，提出了基于Agent的發(fā)電系統(tǒng)模型對(duì)電力行業(yè)長(zhǎng)期演變進(jìn)行模擬。中國的碳交易市場(chǎng)建設(shè)相對(duì)較晚，文獻(xiàn)[5]在中國尚未開啟碳交易試點(diǎn)前就開展了碳稅與碳交易在中國電力行業(yè)的適用性分析。隨著交易試點(diǎn)的開展，研究者基于不同配額分配方案[6]、不同經(jīng)濟(jì)環(huán)境[7]和不同地區(qū)[8]進(jìn)行了碳交易對(duì)電力行業(yè)影響的深度分析。文獻(xiàn)[9]研究碳交易、電力交易以及綠證交易間的交互機(jī)制，給出考慮碳電市場(chǎng)耦合的市場(chǎng)機(jī)制模型，區(qū)塊鏈技術(shù)[10]在市場(chǎng)機(jī)制構(gòu)建中得到充分應(yīng)用。

為全面了解碳交易機(jī)制對(duì)我國電力行業(yè)低碳轉(zhuǎn)型的推動(dòng)作用，本文將綜述碳交易機(jī)制實(shí)踐狀況，并總結(jié)碳交易市場(chǎng)的關(guān)鍵要素，梳理電力碳交易的技術(shù)要求，指出碳中和目標(biāo)下電碳協(xié)同的未來發(fā)展方向。

1 碳交易市場(chǎng)

1.1 發(fā)展背景

排放權(quán)交易體系(emissions trading scheme, ETS)的概念最早由美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家戴爾斯提出，1997年《京都議定書》正式將ETS應(yīng)用在溫室氣體減排領(lǐng)域。碳交易機(jī)制通過二氧化碳排放權(quán)及其衍生品的市場(chǎng)化交易機(jī)制，將環(huán)境負(fù)外部性內(nèi)部化作為碳排放主體的成本，從而達(dá)到減排二氧化碳的目的。

1.2 關(guān)鍵要素

如表1所示，以歐盟碳排放交易體系和新西蘭碳排放交易體系為典型代表，全球碳交易市場(chǎng)已逐步發(fā)展成熟。碳交易體系涉及五大關(guān)鍵要素。

表1 2020年全球主要碳配額交易市場(chǎng)概況

1.2.1 覆蓋范圍

電力、建筑、地面交通和航空等碳排放量大且以固定源排放為主的行業(yè)，常被納為碳市場(chǎng)的主要覆蓋對(duì)象[1]75。我國2021年啟動(dòng)的全國碳交易市場(chǎng)首批僅覆蓋電力行業(yè)2 225家，未來將逐步擴(kuò)展到石化、化工、建材、鋼鐵、有色、造紙和航空等其他重點(diǎn)行業(yè)。圖1為全球碳市場(chǎng)行業(yè)覆蓋范圍。

圖1 全球碳市場(chǎng)行業(yè)覆蓋范圍

1.2.2 總量設(shè)定

總量設(shè)定方法分為自上而下法和自下而上法。前者基于總量目標(biāo)，結(jié)合碳排放強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平確定配額總量；后者基于強(qiáng)度目標(biāo)，從實(shí)體企業(yè)出發(fā)，根據(jù)控排企業(yè)的年排放量累計(jì)估算配額總量。我國碳市場(chǎng)采取兩種方法相結(jié)合的原則，配額總量占各試點(diǎn)地區(qū)排放總量的40%～60%。

1.2.3 配額分配

配額分配方法包括以歷史排放法、歷史強(qiáng)度法、行業(yè)基準(zhǔn)線法為代表的免費(fèi)分配方法和以拍賣、固定價(jià)格出售為代表的有償分配方法。我國主要采用免費(fèi)分配方法，電力行業(yè)以行業(yè)基準(zhǔn)線法為主，未來會(huì)逐步增加有償分配比例。

1.2.4 抵消機(jī)制

碳交易市場(chǎng)的抵消機(jī)制主要以項(xiàng)目形式開展，且有抵消比例限制。最早的清潔發(fā)展機(jī)制(clean development mechanism, CDM)即通過發(fā)達(dá)國家對(duì)發(fā)展中國家進(jìn)行減排項(xiàng)目投資，以換取核證減排量(certified emission reduction, CER)，中國的碳交易市場(chǎng)也由此起步。2013年隨《京都協(xié)議書》一期承諾到期，CDM項(xiàng)目逐漸退出中國市場(chǎng)，國家核證自愿減排量(Chinese certified emission reduction,CCER)項(xiàng)目成為國內(nèi)抵消機(jī)制的有益補(bǔ)充。試點(diǎn)市場(chǎng)CCER抵消比例一般不超過10%。

1.2.5 履約監(jiān)管

測(cè)量、報(bào)告與核查(measuring reporting and verification, MRV)是碳市場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)的重要環(huán)節(jié)。測(cè)量(M)以政策文件為支撐，通過標(biāo)準(zhǔn)化指南核算溫室氣體排放數(shù)據(jù)；報(bào)告(R)涉及報(bào)告規(guī)則及數(shù)據(jù)公開，與配額分配需求高度結(jié)合；核查(V)通過第三方核查機(jī)制，對(duì)排放數(shù)據(jù)開展周期性核查。未履約處罰機(jī)制包括金額處罰、配額處罰和資質(zhì)處罰等多種方式，金額處罰又分為絕對(duì)數(shù)額處罰、相對(duì)數(shù)額處罰以及兩者結(jié)合三種。我國交易試點(diǎn)未履約處罰，以金額處罰和配額處罰為主。

2 碳交易助推電力脫碳作用機(jī)制

碳交易市場(chǎng)主要通過價(jià)格傳導(dǎo)機(jī)制推動(dòng)電力低碳轉(zhuǎn)型，文獻(xiàn)[11]闡述了歐盟碳市場(chǎng)推動(dòng)電力行業(yè)減排的作用機(jī)制。對(duì)比歐洲，我國電源結(jié)構(gòu)以煤電為主且天然氣發(fā)電成本高昂[12]，很難單純通過碳價(jià)推動(dòng)火電燃料轉(zhuǎn)換，我國碳配額多采用基準(zhǔn)線法進(jìn)行免費(fèi)分配[13]。短期來看，落后煤電機(jī)組減排壓力最大，碳交易將加速其退出；長(zhǎng)期來看，新能源優(yōu)勢(shì)進(jìn)一步凸顯，清潔能源投資規(guī)模與結(jié)構(gòu)占比將發(fā)生改變。

2.1 短期角度：落后火電加速退出

根據(jù)國際能源署數(shù)據(jù)[14]，小火電機(jī)組二氧化碳排放量高于大機(jī)組28%，以國內(nèi)碳交易試點(diǎn)累計(jì)交易均價(jià)測(cè)算，小火電的碳成本高出大火電0.30 分/(kW·h)。文獻(xiàn)[15]研究表明，在碳配額收緊趨勢(shì)下，落后小火電的碳配額將嚴(yán)重不足，我國燃煤發(fā)電的效率和裝機(jī)容量都將大幅提升，到2025年，超臨界機(jī)組的發(fā)電量將占燃煤發(fā)電總量的66%，到2035年占94%。同時(shí)據(jù)國際能源署測(cè)算，碳交易情境下2020—2030年亞臨界機(jī)組退役容量將高達(dá)1.5億kW，較無碳價(jià)情景將高出43%，效率較低且使用年限較長(zhǎng)的機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間將大幅縮短，淘汰速度將明顯加快。

2.2 長(zhǎng)期角度：清潔能源優(yōu)勢(shì)凸顯

全國碳交易市場(chǎng)目前僅覆蓋發(fā)電行業(yè)，其中火電企業(yè)占46%，清潔能源的低碳優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步凸顯?！?020年中國電力年度發(fā)展報(bào)告》[16]數(shù)據(jù)顯示，我國清潔電源投資實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)，風(fēng)電完成投資2 635億元，同比增長(zhǎng)71.0%，光電完成投資625億元，同比增長(zhǎng)62.2%。統(tǒng)計(jì)2006—2020年電力行業(yè)碳減排貢獻(xiàn)率可以看到，發(fā)展非化石能源的碳減排貢獻(xiàn)率最高，約為62%，遠(yuǎn)高于降低供電煤耗的減排貢獻(xiàn)率36%。

目前我國碳交易市場(chǎng)的碳配額相對(duì)寬裕，發(fā)電企業(yè)購碳成本與清潔能源投資收益仍不夠明顯。但長(zhǎng)期來看，未來隨碳配額逐步收緊，發(fā)電企業(yè)通過加大風(fēng)電和光伏等清潔能源投資，能更好地降低減排成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)碳市場(chǎng)獲益。

3 電力碳交易關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)

3.1 碳足跡核算

電力企業(yè)的碳足跡核算與碳排放計(jì)量是企業(yè)配額分配的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，建立準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)化碳排放核算體系對(duì)于完善碳配額分配制度具有重要意義。我國已初步建設(shè)以總量指標(biāo)、強(qiáng)度指標(biāo)和交易指標(biāo)為內(nèi)容的發(fā)電企業(yè)碳排放統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系[17]。其中，在線監(jiān)測(cè)法與碳排放核算法是總量指標(biāo)的主要測(cè)量方法，文獻(xiàn)[18]對(duì)兩者的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了比較?？紤]碳排放區(qū)域型特征以及后續(xù)電力碳交易范圍的擴(kuò)充，文獻(xiàn)[19]提出了覆蓋電力生產(chǎn)側(cè)、供給側(cè)和消費(fèi)側(cè)的區(qū)域碳排放核算框架。

3.2 節(jié)能改造

煤電企業(yè)降低碳成本最有效的方法就是開展節(jié)能改造，主要通過煤電技術(shù)改造[20]，開發(fā)煤清潔轉(zhuǎn)化、高效利用技術(shù)和提高燃煤發(fā)電效率等方法，其中亞臨界機(jī)組升溫改造頗受關(guān)注。我國現(xiàn)有煤電裝機(jī)中，30 萬kW～60 萬kW等級(jí)的亞臨界機(jī)組占現(xiàn)役煤電機(jī)組總?cè)萘康?0%，開展亞臨界機(jī)組升溫改造對(duì)于提升機(jī)組效率和減低單位碳排具有重要意義。對(duì)比各類改造方法[21]，開展亞臨界機(jī)組566 ℃/600 ℃升溫改造效果最優(yōu)，機(jī)組566 ℃升溫改造可將供電煤耗降低至305 g/(kW·h)水平，600 ℃升溫改造后供電煤耗將低于290 g/(kW·h)。

3.3 碳捕獲、利用與封存

碳捕獲、利用與封存(carbon capture，utilization and storage, CCUS)是實(shí)現(xiàn)電力碳中和的關(guān)鍵技術(shù)，是除電源結(jié)構(gòu)優(yōu)化和節(jié)能改造外電力行業(yè)的最大碳減排貢獻(xiàn)來源，涉及二氧化碳來源、捕集、運(yùn)輸、利用/封存四個(gè)環(huán)節(jié)[22]。發(fā)電行業(yè)屬于低濃度排放源，常用碳捕集方法包括富氧燃燒與醇胺法捕集。目前，我國CCUS技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用的主要限制因素仍是經(jīng)濟(jì)成本過高，2021年國家能源集團(tuán)投資建成國華錦界電廠15萬t/年二氧化碳捕集和封存全流程示范項(xiàng)目，積極開展CCUS商業(yè)化技術(shù)研究。據(jù)麥肯錫預(yù)測(cè)[23]，CCUS技術(shù)預(yù)計(jì)2030年實(shí)現(xiàn)地區(qū)推廣，2040年后完成全國范圍的大規(guī)模部署，2060年全球煤電配備CCUS裝置比例將達(dá)到97%，氣電配備比例達(dá)到80%。

3.4 碳資產(chǎn)管理

為應(yīng)對(duì)碳交易市場(chǎng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，電力企業(yè)需加強(qiáng)自身碳資產(chǎn)管理。文獻(xiàn)[24]針對(duì)發(fā)電企業(yè)碳資產(chǎn)管理進(jìn)行了系統(tǒng)規(guī)劃。生產(chǎn)部門負(fù)責(zé)優(yōu)化碳盤查工作流程，摸清企業(yè)碳資產(chǎn)底數(shù)，為規(guī)避碳交易履約風(fēng)險(xiǎn)提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)實(shí)施節(jié)能技改項(xiàng)目并計(jì)算投資風(fēng)險(xiǎn)。財(cái)務(wù)、投資部門負(fù)責(zé)減碳項(xiàng)目的投資計(jì)劃和資產(chǎn)增值，預(yù)測(cè)碳價(jià)走勢(shì)，提升碳資產(chǎn)智能化管理水平。隨碳市場(chǎng)不斷深入，國內(nèi)企業(yè)的碳資產(chǎn)管理需求日益旺盛，除自建碳資產(chǎn)管理部門外，專門的碳資產(chǎn)管理公司應(yīng)運(yùn)而生，2021年10月國家電投碳資產(chǎn)管理有限公司正式成立。

4 電碳協(xié)同未來展望

我國碳交易市場(chǎng)建設(shè)尚未成熟，同時(shí)電力需求逐年增長(zhǎng)，關(guān)注碳市場(chǎng)與電力行業(yè)的協(xié)同發(fā)展應(yīng)重點(diǎn)完善以下幾點(diǎn)。

(1) 完善碳市場(chǎng)價(jià)格機(jī)制：目前我國碳交易市場(chǎng)仍是基于產(chǎn)出進(jìn)行配額分配，未來應(yīng)逐步將碳市場(chǎng)轉(zhuǎn)向總量控制設(shè)計(jì)，同時(shí)隨碳市場(chǎng)逐步成熟，應(yīng)進(jìn)一步發(fā)揮市場(chǎng)的主動(dòng)性。一是不斷收緊配額基準(zhǔn)值，保證碳市場(chǎng)的有效性；二是逐步融合基準(zhǔn)線，進(jìn)一步完善碳市場(chǎng)的公平性；三是逐步引入配額拍賣制度，提供更強(qiáng)的碳價(jià)信號(hào)，同時(shí)創(chuàng)造拍賣收入。

(2) 推動(dòng)電力市場(chǎng)協(xié)同建設(shè)：電力市場(chǎng)與碳市場(chǎng)的參與主體存在重疊，其行為決策會(huì)在不同時(shí)間尺度、不同模式下同步影響兩個(gè)市場(chǎng)。一是加強(qiáng)政策協(xié)調(diào)，完成碳交易、綠證交易與電力交易在政策上的銜接；二是盡快推進(jìn)全國統(tǒng)一電力市場(chǎng)建設(shè)，完成電、碳交易在交易范圍上的有機(jī)協(xié)同。

(3) 構(gòu)建新型電力系統(tǒng)：電力行業(yè)應(yīng)加快自身的低碳化轉(zhuǎn)型，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，關(guān)注清潔能源發(fā)電、儲(chǔ)能等相關(guān)技術(shù)，同時(shí)加強(qiáng)電力系統(tǒng)的數(shù)字化建設(shè)，應(yīng)用人工智能、數(shù)字孿生和區(qū)塊鏈等技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。

(4)發(fā)展綠色金融體系：以碳配額交易市場(chǎng)為依托，進(jìn)一步發(fā)展以綠色信貸、綠色債券和綠色基金等產(chǎn)品為內(nèi)容的綠色金融體系，從供給側(cè)推動(dòng)電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色資產(chǎn)增值，充分發(fā)揮綠色金融對(duì)實(shí)體經(jīng)濟(jì)的服務(wù)作用。

5 結(jié)束語

我國碳交易市場(chǎng)與國外相比起步較晚，目前已初步建成立足中國特色首批覆蓋發(fā)電企業(yè)的全國碳交易市場(chǎng)，未來將一步擴(kuò)大行業(yè)覆蓋范圍。

(1) 碳交易對(duì)電力低碳轉(zhuǎn)型的推動(dòng)作用可分為短期影響和長(zhǎng)期影響。短期來看，受碳成本過高影響，落后的火電將加速退出市場(chǎng)；長(zhǎng)期來看，清潔能源優(yōu)勢(shì)將進(jìn)一步顯現(xiàn)。

(2) 電力企業(yè)參與碳交易主要涉及四大關(guān)鍵技術(shù)，碳足跡核算是基礎(chǔ)支撐，節(jié)能減排是企業(yè)減碳的核心方法，CCUS是實(shí)現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵，碳資產(chǎn)管理是企業(yè)挖掘碳資產(chǎn)價(jià)值的系統(tǒng)性方案。

(3) 碳中和目標(biāo)下，未來應(yīng)加強(qiáng)電碳協(xié)同建設(shè)，進(jìn)一步完善碳市場(chǎng)和電力市場(chǎng)，并加強(qiáng)兩者的有機(jī)協(xié)同，積極構(gòu)建新型電力系統(tǒng)并發(fā)展綠色金融體系。