碳排放交易体系对高耗能行业的短期经济影响—以湖北省为例

尹力，梅凤乔

碳排放交易体系对高耗能行业的短期经济影响—以湖北省为例

尹力，梅凤乔*

(北京大学环境科学与工程学院，北京100871)

“十二五”期间，湖北等七省市陆续启动碳排放交易试点.碳排放交易体系的引入，会在短期内造成覆盖行业的边际成本上升，从而对行业利润造成影响.通过构建理论分析框架，分析行业受碳排放交易体系影响的具体机理，并建立起古诺多寡头垄断模型，量化分析不同情景下湖北省碳交易试点对电力、水泥、有色金属和钢铁四大高耗能行业的经济利润的影响.研究结果表明，在湖北省目前的碳配额价格水平和免费配额分配比例下，四大高耗能行业的利润降幅均不到1%，受到的短期经济影响很小.敏感性分析显示，行业利润变化率对免费配额比例的变化较为敏感.四大高耗能行业中有色金属行业受到的短期经济影响最强，在未来逐步加强碳排放总量控制的过程中需要特别关注.

古诺模型;碳排放交易体系;高耗能行业;短期经济影响;湖北省试点

《国家应对气候变化规划(2014—2020年)》规定，中国控制温室气体排放的主要目标为:到2020年，单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降低40%～45%.为确保该目标的实现，国家发改委批准湖北等7省市开展碳排放权交易试点.到2013底，7个试点省市的碳排放权交易体系已全部启动.

各试点地区在政策法规、总量和范围设定、排放配额分配等方面进行了大量探索，结合各地区能源消费、产业结构和经济发展状况建立起各具特色的碳排放交易体系.根据欧盟碳排放权交易体系的实施经验，出于对行业竞争力的考虑，政府需要评估碳排放交易体系对覆盖行业的经济影响，以便对配额总量和配额分配进行适当调整.欧盟制定出一套定量和定性相结合的评估方法，识别出易受碳市场影响的行业，并计划在第三阶段提高这些行业的配额免费分配比例［1］.

虽然，我国的碳排放交易制度起步较晚，目前尚未建立起全国统一的碳排放交易市场，但是也应该及早开展碳排放交易体系对行业影响的相关研究.

1 研究综述

目前，国外关于碳排放交易体系对行业影响的研究主要采用模型分析的方法.D.Demailly等［2］通过构建局部均衡模型，对反映钢铁行业竞争力的产量和利润水平进行分析，结果显示碳排放交易体系对钢铁行业竞争力的影响较小，灵敏度分析研究表明，配额免费分配比例和成本传导率是重要的影响因素.O.Sartor［3］采用多元线性回归模型，将原铝净进口量作为体现行业竞争力的指标，对可能造成欧盟原铝行业净进口变化的多个影响因素进行分析，研究结果显示碳排放交易体系的引入并未造成原铝净进口的明显变化.J.Sijm等［4］通过构建量化分析模型，分析了碳排放交易体系对高耗能行业的技术创新机制和行业竞争力影响.V.Graichen等［5］从碳成本的GDP占比、贸易指标、直接和间接成本的传导3个方面对比分析了对德国行业竞争力的影响，识别出易受影响的行业，并提出了调整关税、直接补贴等应对措施.G.Klepper等［6］建立DAFT一般均衡模型，将产量变化作为表征竞争力受影响程度的指标，分析了6个地区和12个行业受到EUETS的影响，研究结果显示行业总体的产量小幅降低，其中化石燃料和能源行业受到较为显著的影响.

国内对碳排放交易体系对行业影响研究相对较少，主要采用指标分析的方法.王鑫等［7］通过测算各工业行业的经济指标和贸易指标，对免费配额分配对各工业行业的影响进行了量化分析，结果显示免费配额发放政策对有色、化工等13个行业有显著影响.李继峰等［8］测算了不同碳配额价格水平下，碳配额引起的额外成本占该行业增加值的比重，将比重超过5%作为判断行业是否受到碳市场严重影响的标准，识别出不同碳配额价格水平下受到严重影响的行业.

指标分析的方法，虽然便于进行行业间的横向比较分析，但是不能直观的反映碳排放交易体系对行业经济利润等的具体影响程度，并且缺乏对行业受碳排放交易体系影响的具体机理方面的探究.因此，本文通过构建相关理论分析框架，分析行业受碳排放交易体系影响的具体机理，并在古诺模型的基础上，建立了多寡头垄断市场模型，以湖北省试点为例，量化分析了碳排放交易体系对行业经济利润的影响.

2 理论分析框架

分析碳排放交易体系对高耗能行业的短期经济影响，将行业利润的变化作为表征行业短期经济影响的指标.碳排放交易体系的引入，会对边际成本、市场价格、市场需求和固定成本产生影响，从而使行业利润发生变化.图1为碳排放交易体系对行业经济影响的理论分析框架.

2.1边际成本的变化碳市场建立之后形成碳价格，导致碳排放产品的边际成本增加，且碳排放强度越高的产品，成本增加越显著［9］.碳排行交易体系从2个方面导致企业的边际成本发生变化:1)直接增加了二氧化碳排放成本，它等于增加一个单位产量所排放的二氧化碳量和碳市场价格的乘积.2)发电厂通过提升电价将碳排放成本转价给下游企业，等于增加一个单位产量所消耗的电量与电力市场价格变量的乘积.本文假设各行业的边际成本在产量的变化范围内为常数，即每增加一个单位的产量，将给生产成本带来相同的边际效应.

2.2价格和需求的变化碳价格引起的增量成本，一部分由生产企业自身承担，碳排放的环境成本内部化，导致企业的盈利空间有所缩减;而另一部分由产品消费者承担，生产企业通过提高产品价格，将碳价格引起的部分增量成本向下游传导，进而导致产品市场需求量的变化［10］.产品市场需求量变化对产品价格变化的反应程度可由需求价格弹性表征，不同行业的需求价格弹性不同.

2.3固定成本的变化理论上，碳排放权交易体系通过碳价格信号的激励作用促进企业进行减排技术投资，以降低未来的减排成本.目前激励低碳技术发展所需的碳价格水平为30～50欧元/t CO2(折合人民币约200～400元/t CO2)，然而我国目前碳交易试点价格在20～80元/t CO2［11］.短期内激励低碳技术发展所需的碳价格远超中国当前碳试点的碳价水平，故本文不考虑减排技术投资所导致的固定成本的变化.

2.4行业利润的变化在碳成本核算中，企业特别关注碳配额交易、减排技术投资，通过提价将碳从成本转嫁给消费者等，因为这些都会对企业的利润造成影响［12］.由上述分析可知，碳排放交易体系通过改变行业的边际成本，进而对市场价格，市场需求，以及固定成本造成影响，最终导致行业利润发生变化.

3 研究模型

3.1模型选择从目前公布的试点省市碳排放权交易方案以及碳排放权交易试点纳入企业名单来看，所有试点都将电力、热力、水泥、钢铁和有色等高耗能工业纳入了覆盖范围.除深圳外，其他6地试点都采取抓大放小的原则，设置了较高的纳入交易企业的准入门槛，从1万～15万吨二氧化碳排放当量不等.纳入试点的企业，特别是高耗能高排放的工业企业的数量较少.以湖北省为例，湖北省碳排放交易试点覆盖范围为电力、热力、钢铁、水泥、化工和有色等12个行业共138个大型企业，其中电力行业27个，钢铁行业8个，水泥行业5个，有色金属行业31个.这些高耗能工业纳入碳排放交易体系的企业数量较少，且符合寡头垄断市场的4个特征:企业数量少、企业相互依存、价格稳定、企业进出不易［13］.因此，用古诺寡头垄断模型来模拟高耗能行业的市场是较为合理的.

3.2模型构建结合上述理论分析框架，本文构建起古诺多寡头垄断模型，来测算碳排放交易体系引入前后的行业利润变化率，以此反映碳排放交易体系对该行业的短期经济影响.模型的关键假设如下:1)某行业有n个寡头被纳入到碳排放交易体系内，每个寡头生产同质产品，都追求利润最大化; 2)寡头相互之间没有勾结行为，寡头垄断市场的均衡价格即为产品市场价格;3)每个寡头同时做出产量决策，即寡头间进行的是产量竞争而非价格竞争;4)每个寡头都把其余n－1个寡头的产量水平视为既定，并以此确定自己的产量;5)需求曲线是线性的.

假设寡头垄断市场上有n个生产同质产品的寡头，其产量分别为q1，q2，…，qj，…，qn.设该产品的市场需求函数为

其中，P为该同质产品的市场价格，a和b为常数且a＞0，b＞0.Q为该产品的需求总量，也就是各寡头的产量之和，即.寡头i的成本函数为

其中，ci为寡头i的边际生产成本，则寡头i的利润为

当寡头i达到利润最大时，其边际利润为0，则

即

由(4)式得，所有寡头都达到利润最大化的一阶条件是

其中，为行业的平均边际成本，则总的均衡产量为

行业总产量与行业的平均边际成本有关，与边际成本在各寡头间的分布无关.由(1)和(6)式得，产品的均衡价格为

引入碳排放交易体系后，行业的价格和产量达到新的均衡，相当于在行业的平均边际成本中增加了碳配额成本△c其中，η为免费配额的比例，Pc为碳配额价格，E为单位产品CO2排放量.那么，碳排放交易体系引入后的均衡利润

又碳排放交易体系引入前的均衡利润为

该行业中体系覆盖企业的利润变化率为

虽然在以往别的地区有本文类似的研究方向[14]，但是本文首次以不同区域内的地下水中主要组分含量总和的表述，揭示了哈拉湖地区地下水分布规律。

由上述推导可得，利润变化率为

3.3模型数据本文选取湖北省电力、水泥、有色和钢铁四大高耗能行业作为研究对象.湖北省是试点中内部发展水平差异最大的，这种差异正好与全国总体情况类似.

在电力、水泥、有色金属和钢铁四大高耗能行业中分别选取火电、水泥、电解铝和螺纹钢4个代表性的产品.市场数据包括碳交易市场覆盖企业数量n、需求价格弹性Ed、行业平均生产成本、产品价格和单位产品CO2排放量E.覆盖企业数量n来源于湖北纳入碳排放权交易的企业名单.需求价格弹性Ed的估值来源于国际能源署的报告［15］.生产成本和产品价格为2013年湖北省的数据，数据来源于湖北省上网电价表、中国水泥网、中铝网和中国钢铁网的行情汇总.单位产品CO2排放量由《2014年湖北省工业大行业能耗情况》中的各行业的单位能耗换算得到(《节能低碳技术推广管理暂行办法》中标准煤的排放系数为2.64 t CO2/tce).市场和生产成本的具体数据见表1.

表1 市场和生产成本数据Table 1The data of product market and production cost

3.4情景设定2013年，各试点地区的碳市场开始运行，并通过碳排放权交易形成市场价格.各地碳排放权交易中心的数据显示，截止2015年1月1日，七省市试点的二级市场碳排放配额成交均价为24～78元不等，湖北省CO2的成交均价为26元/t.因此，本文在5个情景中设立了25、50和75元3个不同的碳价水平.

目前，7个省市的碳排放交易试点的配额均以免费分配为主，湖北省和广东省建立了拍卖制度，配额实行部分免费发放和部分有偿发放.广东省2014年电力行业的免费配额比例为95%，钢铁、石化和水泥行业的免费配额比例为97%，湖北省所有行业的免费配额比例均为97%.从欧盟碳排放交易体系3个阶段的实施经验来看，欧盟碳排放交易体系实施的第二阶段(2008—2012年)只有不到4%的配额是有偿发放的，而到2013年第三阶段开始，这一比例超过了40%，制造业的免费配额比例也降低到了80%，并计划到2020年进一步降低免费配额比例.预计未来中国碳排放交易体系的免费配额比例也将逐步缩小，有偿发放的比例逐步扩大.因此，本文在50元的中位碳价水平设立了97%、95%和90%3个不同的免费配额比例.5个交易情景的具体设定见表2.

表2 交易情景的具体设定Table 2The specific setting of trading scenarios

模型测算的结果显示(见表3和图2)，情景1～5的电力行业利润分别降低0.207%、0.413%、0.62%、0.688%、1.380%;水泥行业利润分别降低0.046%、0.093%、0.139%、0.154%、0.309%;有色金属行业的利润分别降低0.912%、1.823%、2.734%、3.038%、6.076%;钢铁行业的利润降低分别降低0.421%、0.852%、1.260%、1.420%、2.839%.

表3 四大高耗能行业的利润变化率δTable 3The profit change rate of four high energy－consuming industries δ

根据表3中的数据，对碳配额价格PC和免费配额的比例η 2个参数进行敏感性分析，用敏感度系数β表示，由于参数F的变化所引起的利润变化率δ的变动程度为

表4 利润变化率对碳配额价格PC和免费配额比例的敏感性分析结果Table 4The sensitive analysis of the proportion of free quota allocation and carbon price level to profit change rate

4 结论

在情景1，即湖北省目前的碳配额价格水平和免费配额分配比例的情况下，四大高耗能行业的利润降低幅度均不到1%，行业受到的短期经济影响很小，说明目前湖北省碳排放交易试点的配额总量设定过于宽松，碳排放配额的价格处于较低水平，未能充分反映碳排放配额的稀缺性，弱化了碳排放交易市场促进高耗能行业降低碳排放的效果.湖北省2014年碳排放交易试点设定的总量中，政府预留的排放配额占到了配额总量的8%，约合2 600万t.在湖北省碳排放交易试点启动前，政府以20元/t CO2的低价拍卖了200万t碳排放配额，价格低于后来的市场成交均价26元，一定程度上造成了湖北省碳排放交易试点出现总量过于宽松，碳排放配额价格较低，企业减排积极性不高的现象.在目前免费配额分配比例为97%的情况下，价格水平应不低于75元/t CO2，碳排放交易体系才有可能达到有效促进高耗能行业减排的效果.建议进一步严格总量控制，避免以后出现总量过于宽松，促进减排效果不佳的情况.

从图2中可以看出，碳排放交易体系对四大高耗能行业的短期经济影响由大到小分别为:有色金属行业、钢铁行业、电力行业和水泥行业，其中，有色金属行业受到的短期经济影响最大，水泥行业受到的短期经济影响最小.这与有色金属行业，特别是电解铝行业的单位产品CO2排放量较高有关.在情景5，即碳价格处于高位75元/t CO2，免费配额分配比例为90%的情况下，有色金属行业的利润率降低幅度超过了6%，受到较强的经济影响.因此，在未来逐步加强碳排放总量控制的过程中，需要特别关注对有色金属行业的经济影响，必要时可适当提高其免费配额的分配比例，以避免对行业竞争力造成较大冲击.

表4的敏感性分析结果显示，利润变化率对免费配额比例的敏感度系数大于对碳配额价格的敏感度系数，行业利润变化率对免费配额比例的变化较为敏感.提高免费配额比例能够避免部分行业的竞争力受到碳排放交易体系的过强冲击，欧盟计划在EUETS的第三阶段，向存在碳泄漏风险的行业发放较高比例的免费配额.

本文的研究是从分析碳排放交易体系对行业经济影响的机理入手，量化分析了碳排放交易体系对湖北省四大高耗能行业的短期经济影响.未来，可以在更为细致划分的行业层面进行相关分析，并在此基础上，使用CGE模型等工具进一步分析碳排放交易体系对行业的长期经济影响.

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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

(编辑郑月蓉)

2016－03－07

国家环境保护公益性行业科研专项课题(200709036)

*通信作者简介:梅凤乔(1965—)，男，副教授，主要从事环境政策、环境规划与管理研究，E－mail:meifq@pku.edu.cn