火电厂锅炉 图源摄图网

摘要：碳市场是火电行业实现碳减排目标的重要政策工具，碳市场能否影响火电行业碳减排是亟需研究的问题. 通过构建发电企业参与电碳市场交易的Stackelberg博弈模型，揭示了碳价格对火电行业碳减排“倒U”型影响的理论机理。基于此，建立考虑碳价格影响的双重差分模型，利用2005-2019年省际面板数据，检验了碳市场对火电行业的碳减排效应。结果表明，碳市场促进了火电行业碳减排，但其影响有滞后效应；碳价与火电行业碳减排的“倒U”型关系具有稳健性。这为碳价驱动的火电行业碳减排提供了经验支撑，为碳市场制度体系的完善提供了重要参考。
关键词：电力市场；碳市场；碳价格；碳减排；火电行业

一、研究背景与意义

随着全球经济的迅速增长，人类的经济行为和活动引发了全球气候变暖等环境问题，这导致冰川融化、海平面上升，严重威胁着人类生存和可持续发展。二氧化碳排放是气候变暖的主要原因，根据国际能源署（IEA）数据，中国作为世界上最大的碳排放国，2021年其排放量超过119亿吨，占全球碳排放总量的33%左右，其中，火电行业排放量占中国总排放量的40%以上。因此，在2030年碳达峰、2060年碳中和的战略目标下，碳减排特别是火电行业碳减排对“双碳”目标的实现有着关键作用。

碳排放权交易市场是控制和减少碳排放、实现“双碳”目标的核心政策工具之一。2011年以来，中国陆续开展了碳排放权交易试点工作。2021年7月，全国碳排放权交易市场首先在发电行业启动线上交易，这对高煤耗、高排放性质的火电企业产生了碳配额约束。然而，在生产和生活中，电力是不可或缺的资源，由于可再生能源发电出力的不确定性，以煤为主的火电仍是电力需求的主要来源。所以，发电行业虽然最早参与碳市场，但是在碳市场运行初期，火电企业碳排放的约束比较宽松，短期内企业减排压力较小。那么，中国碳市场试点设立以来，碳市场能否成为火电行业碳减排的有效手段？这是需要研究的第一个问题。

关于碳市场对碳减排的影响，已有研究所得结论并不完全一致，研究表明碳市场对碳减排不仅有积极的正向影响，还有消极的负向影响。这些研究结论不一致的原因很可能是忽视了碳价格对减排的影响，因为碳市场的本质是利用市场机制特别是碳价格来引导高碳排企业节能减排，而碳价由碳市场供需所决定，当碳市场的碳配额供给大于需求时，碳价较低，当碳配额供给小于需求时，碳价较高。当前中国碳市场还不完善，碳价格较不稳定，容易出现大幅波动，因此碳价格信号存在很大的不确定性。事实上，碳价格水平过低、过高均不利于碳市场功能的发挥，因为碳价格过低时，对高碳排企业无法形成有效的激励，难以发挥碳市场的价格治理功能，而碳价格过高时，会大幅增加企业的生产成本，不利于企业的发展。2015年《巴黎协定》指出，“若满足本世纪末全球气温上升不超过2摄氏度的目标，2020年每吨二氧化碳当量价格为40-80美元”，目前中国碳市场价格约为55-60元/吨，远低于实现《巴黎协定》气温目标所需的碳价格水平。所以，以碳价为核心的碳市场在火电行业碳减排中起到了什么样的作用？这是需要研究的另一个问题。

二、主要内容

为了分析碳市场对火电行业碳减排的影响效应，本文构建了发电企业参与电、碳市场的Stackelberg博弈模型，从理论角度分析了碳价对火电行业碳减排的影响机理，并提出以下假说：假说1，碳市场能够促进火电行业碳减排；假说2，以碳价为核心的碳市场与火电行业碳减排之间存在“倒U”型关系，碳价较低时，对火电行业碳排放量无法起到抑制作用，只有碳价高于一定程度时才能发挥其抑制作用。为了验证假说，本文以2005-2019年省级面板数据为样本，构建考虑碳价非线性影响的双重差分模型，实证检验了碳市场对火电行业碳排放量的影响。首先分析了碳市场的有效性，其次分析了碳价格的减排效应以及区域异质性，最后通过倾向得分匹配、剔除同时期其他相关政策、更改样本期进行稳健性检验。

三、主要结论及政策建议

本文主要结论归纳为：(1) 碳市场虽然促进了火电行业碳减排，但其影响具有滞后期。在省级层面，碳市场对火电企业碳排放量形成约束，促进了火电企业提升技术水平或者投资可再生能源发电，以减少碳排放量。同时，碳市场对火电行业碳减排的影响具有滞后效应，因为初期技术水平和可再生能源发电建设投资需要时间，碳市场对火电行业碳排放量的抑制作用并不明显。(2) 以碳价为核心的碳市场对火电行业碳减排具有“倒U”型影响。由发电企业参与电、碳市场的Stackelberg模型发现碳价要高于一定程度时才能发挥对火电碳排放量的抑制作用，实证检验发现碳价低于拐点值4.8734元/吨时，火电行业碳排放量与碳价呈正相关关系，碳价没有促进碳减排，当碳价越过拐点后，可以显著促进火电行业碳排放量的减少. 因为碳价低于拐点时，火电的边际利润大于增加的边际碳成本，企业仍可获利，缺乏减排的动力，但是碳价越过拐点后，火电企业的边际成本较高，企业会通过减排技术或投资可再生能源等减少碳排放。此外，通过半径、近邻和核匹配的方法进行倾向得分匹配双重差分发现碳价与火电行业碳排放量“倒U”型关系是稳健的，并且剔除了同时期的排污权交易试点、低碳试点、大气污染防治重点区域等其他政策干扰，以及更改样本期，结论依然成立。

四、边际贡献与未来拓展

本文的边际贡献在于：第一，构建了发电企业参与电、碳市场的Stackelberg博弈模型，讨论了碳市场对火电行业的碳减排效应，从本质上揭示了碳价格的影响机理，为碳市场对碳减排的影响效应提供一般性解释，理论上有助于进一步开展对碳市场作用效果更为深入的研究。第二，建立考虑碳价非线性影响的双重差分模型，基于实际数据实证检验了碳价对火电行业碳减排“倒U”型的影响机制，可为进一步完善碳市场制度体系提供参考。由于缺乏地级市、县区以及企业火力发电消费的能源数据，火电行业碳排放量数据测算受到限制，本文主要从省级层面考虑碳价格的非线性影响，研究碳市场对火电行业碳减排的影响，关于地级市、县区、企业层面有待进一步研究。未来的研究可以基于更加详细的数据，对不同发展阶段的碳市场、不同规模的火电企业分别进行深入分析。

五、写作、投稿过程的心得体会

研究团队关注于电力市场和碳市场的协同研究，作者搜集阅读了大量文献资料，发现已有文献在探究碳市场的减排效应时，所得结论并不完全一致，有的研究发现碳市场具有积极的减排作用，有的研究发现碳市场不具有减排效应。鉴于已有文献研究碳市场减排效应的结论相悖，作者开始思考是什么原因导致研究结论的差异性？2021年7月中国碳市场启动后，作者关注到中国碳市场价格在55-60元/吨，远低于《巴黎协定》中预测的碳价，所以，作者有此疑问：碳市场发挥作用了吗？带着这些问题，结合中国碳市场的政策，作者开始了研究。研究聚焦于火电行业，首先构建发电企业参与电碳市场交易的Stackelberg博弈模型，揭示了碳价格对火电行业碳减排“倒U”型影响的理论机理，其次建立考虑碳价格影响的双重差分模型，实证检验了碳市场对火电行业的碳减排效应，因此形成了本篇论文。论文投稿后，审稿专家从研究论文、论文创新、研究贡献、异质性分析等多个方面提出了富有洞察力和建设性的意见，在认真思考、修改并积极回复每一条意见后，本文的质量得到提升，更具科学性、逻辑性和说服力，最终顺利录用。最后，衷心感谢匿名审稿专家的宝贵建议！感谢《系统工程理论与实践》期刊编辑老师的辛苦付出！

本文摘编自《系统工程理论与实践》2024年,第44卷,第3期论文《碳市场如何影响火电行业碳减排——碳价格视角》（点击题目链接全文）；
作者：方德斌^1,2, 谢钱姣¹，博士研究生,研究方向:决对策理论与能源环境管理
       1. 武汉大学 经济与管理学院, 武汉 430072;
       2. 武汉大学 复杂科学与管理研究中心, 武汉 430072