环境科学  2024, Vol. 45 Issue (8): 4619-4626   PDF    
引用本文
吕晨, 阮建辉, 王科, 宋晓晖, 张泽宸, 金玲, 蔡博峰. 碳市场发电行业配额分配方法分析及优化建议[J]. 环境科学, 2024, 45(8): 4619-4626.
LÜ Chen, RUAN Jian-hui, WANG Ke, SONG Xiao-hui, ZHANG Ze-chen, JIN Ling, CAI Bo-feng. Analysis and Optimization Suggestions on Allowance Allocation Methods of the Power Industry in the Carbon Market[J]. Environmental Science, 2024, 45(8): 4619-4626.
碳市场发电行业配额分配方法分析及优化建议
吕晨1,2, 阮建辉3, 王科1, 宋晓晖2, 张泽宸2, 金玲2, 蔡博峰2     
1. 北京理工大学管理与经济学院, 能源与环境政策研究中心, 北京 100081;
2. 生态环境部环境规划院碳达峰碳中和研究中心, 北京 100012;
3. 中国科学院大学经济与管理学院, 北京 100190
收稿日期: 2024-01-07; 修订日期: 2024-01-25
基金项目: 国家自然科学基金项目(72074154, 71871022, 72271026)
作者简介: 吕晨(1994~), 男, 博士, 助理研究员, 主要研究方向为碳市场评估, E-mail：lvchen@caep.org.cn
通信作者: 蔡博峰, E-mail：caibf@caep.org.cn
摘要: 碳排放配额的初始分配是碳市场制度体系中的重要组成部分, 公平、科学、可操作的配额分配方法与配额管理体系是保证碳市场健康运行的基石. 由于排放量高、工艺流程简单且数据基础较好, 中国试点碳市场与全国碳市场均优先将发电行业纳入配额管理, 出台既有共性又兼具差异的配额分配方法. 通过对比发电行业配额分配方法, 总结对于机组分类、修正系数、产品计量和配额结转等关键问题的处理方式, 发现全国碳市场第一个履约周期配额分配存在发放时间滞后、缺少结转规定、缺乏调控机制和方法尚不完善等问题. 建议从方法和管理两方面完善发电行业配额分配制度, 包括建立配额总量约束、明确配额结转规定、完善掺烧机组配额核定方法和优化修正系数的选取并适时引入有偿分配制度.
关键词: 全国碳市场      试点碳市场      发电行业      配额分配      优化建议     
Analysis and Optimization Suggestions on Allowance Allocation Methods of the Power Industry in the Carbon Market
LÜ Chen1,2 , RUAN Jian-hui3 , WANG Ke1 , SONG Xiao-hui2 , ZHANG Ze-chen2 , JIN Ling2 , CAI Bo-feng2     
1. Center for Energy and Environmental Policy Research, School of Management and Economics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;
2. Center for Carbon Peak and Carbon Neutrality, Chinese Academy of Environmental Planning, Beijing 100012, China;
3. University of Chinese Academy of Science, Beijing 100190, China
Abstract: The initial allocation of carbon emission allowances is an important component of the carbon market. An equitable, scientific, and operational quota allocation method and quota management system are the cornerstones for ensuring the healthy operation of the carbon market. Owing to the high emissions, simple process, and good data foundation, the pilot and national carbon market in China have initially included the power industry in allowance management and introduced a common and differentiated quota allocation method. In this study, we compared the allowance allocation methods for the power industry and summarized the methods for key issues such as unit classification, correction factor, product measurement, and quota carry-over. We observed that there were concerns, such as lagging issuance time, lack of carry-over provisions, lack of regulatory mechanisms, and imperfect methods, in the first performance cycle of the national carbon market quota allocation. We improved the allowance allocation system for the power industry in the carbon market from the methodological and management perspectives, including establishing a total allowance constraint, clarifying quota carry-over provisions, improving the quota verification method for co-firing units, optimizing correction factors' selection, and introducing a compensatory distribution system in a timely manner.
Key words: national carbon market      pilot carbon market      power industry      allowance allocation      optimization advice     

碳排放权交易具有政策兼容性强、区域行业拓展性强和金融衍生性强等优势[1], 且与传统的命令型行政管理手段相比, 既能有效实现控制温室气体排放的目标, 又能够引导碳排放资源的优化配置, 降低全社会减排成本, 带动绿色低碳技术创新和产业投资, 在国内外广泛应用[2 ~ 4].截至2023年1月, 全球共28个碳排放权交易体系已经生效, 20个正在开发或考虑建设.碳市场已覆盖了全球大约17%的温室气体排放量、1/3的人口和55%的GDP[5, 6].中国自2011年起开始探索利用市场机制控制和减少温室气体排放的经验, 先后在北京、天津、上海等地区建立8个碳排放权交易试点[7].2021年7月16日, 全国碳市场上线交易正式启动, 首批纳入2 162家发电企业, 各项管理制度、技术标准和规范性文件陆续出台, 集名录-数据报送-MRV体系-配额分配-市场交易-配额清缴-违规处罚为一体的全流程管理框架初步建立.

配额分配是碳市场制度的核心.各试点碳市场建立起既有共性又各具特色的配额分配方法.采用的方法包括历史总量法(又称祖父法、历史法)、历史强度法(又称历史强度下降法)和基准法(又称标杆法).此外, 重庆碳市场采用企业申报加政府调整法, 深圳采用碳强度先进性分配方法.现有研究已从总量设定[8, 9]、分配方法[10 ~ 12]、调控措施[13]、有偿分配[14, 15]、基准线设计[16]、抵消机制[17]、配额结转[13]以及其他典型做法[18 ~ 22]等角度研究了试点碳市场配额分配制度, 发现普遍存在配额总量相对宽松[13, 23]、调控力度不足[18], 信息透明度低[2, 12, 24]和抵消配额量高[17]等问题.不同问题直接或间接导致试点碳市场出现配额盈余量高、交易活跃度低、市场激励机制不明显等问题, 降低了碳市场有效性[25 ~ 28].建议应完善总量设定、混合分配方式、强化数据质量、完善法律依据、提高有偿分配比例、下调抵消比例和完善试点碳市场与全国碳市场配额制度衔接[9, 12, 29 ~ 32].发电行业是我国最大的二氧化碳排放源, 2020年全国电力二氧化碳排放超45亿t, 占我国二氧化碳排放量的40%以上, 排放量持续增长[33, 34].试点碳市场均首先将发电行业纳入配额管理, 立足区域实际制定不同的配额分配方法.现有研究已在覆盖范围、分配方法和信息披露等方面分析了不同方法的共性、差异和不足. 有研究发现发电行业配额分配存在基准线设计基础薄弱、供电及供热分摊困难和信息披露不完善等问题[35, 36].全国碳市场同样选择将发电行业首先纳入配额管理, 配额分配方法也只适用于发电行业[37].有研究发现全国碳市场配额分配存在总量设置不科学和配额投放不灵活等问题[38].

现有研究对于发电行业配额分配关键问题处理方式的研究较少.缺少对于全国碳市场配额分配问题剖析以及进一步完善配额分配方法的建议.因此, 本研究系统对比试点碳市场和全国碳市场发电行业配额分配方法, 分析全国碳市场第一个履约周期配额分配存在的问题, 梳理试点碳市场优良经验, 提出进一步优化全国碳市场配额分配的建议.

1 发电行业配额方法对比 1.1 配额分配方法

试点碳市场配额分配均以免费发放为主.仅广东采取免费和有偿相结合的分配方式, 运行首年(2013年)企业必须购买核发配额的3%后, 才能获得97%的免费配额[20], 2014年后发电企业配额保持95%免费发放, 5%有偿竞价[39].

免费配额分配方法包括基准线法、历史总量法和历史强度法.其中, 基准线法为企业树立了明确的排放标杆, 建立了清晰的减排目标.优点是最大程度淘汰低能效且高排放落后机组, 缺点是基准值设计困难.历史总量法根据企业历史年度排放量乘以减排系数计算, 数据易于获取且能够做到配额事前分配.但历史总量法导致排放量高的企业获得更多的配额, 降低了淘汰落后机组的作用.历史强度法根据企业实际产出量乘以历史排放强度和下降系数计算配额, 在历史法基础上兼顾生产效率, 能够做到事前分配.但历史强度法要求企业本年度排放强度等于或低于历史年份, 对于前期节能减排工作做得较好的企业容易造成“鞭打快牛”的效果.

发电企业边界清晰、设备明确且产品单一, 适合采用基准线法. 6个试点碳市场采用基准法分配配额, 其中, 上海、北京、福建和深圳仅使用基准线法(表 1), 广东和湖北将基准线法与历史强度法相结合, 对于主要发电企业采用基准线法.广东对于特殊燃料发电机组和供热锅炉采用历史强度法, 湖北对于纯供热和热电联产机组采用历史强度法.此外, 仅2个试点碳市场未使用基准线法, 天津采用历史强度法核定电力和热力行业配额, 重庆采用企业申报加政府调整的方法, 在保证重庆年度配额总量控制下降目标完成的情况下, 以企业自主申报量为基础调整分配量.对于垃圾焚烧发电及纯供热机组, 重庆向企业发放与其排放量相等的配额量.当前, 全国碳市场将二氧化碳年排放量在2.6万t以上的几乎所有燃煤和燃气发电机组都纳入配额管理, 采用全国统一的基准线法免费发放配额, 配额量与供电量和供热量挂钩, 既体现鼓励先进又惩戒落后的原则, 也兼顾了当前我国将二氧化碳排放强度列为约束性指标的客观要求.

表 1 发电行业配额分配方法对比1) Table 1 Comparison of the quota allocation methods in the power industry

1.2 机组类别划分

不同类别机组能耗与碳排放水平差异较大, 使用同一条基准线分配配额将导致配额盈缺差距较大, 给企业造成过高的履约压力或过高的交易收益.科学合理地确定机组分类是实施基准线法的基础.发电可以根据燃料类型、产品类型、装机容量、蒸汽压力参数、锅炉燃烧方式、汽轮机冷却方式和服务对象等要素分为不同类型.机组类型划分越细, 越能在基准值中体现不同类型机组的差异性, 降低企业的履约压力.但“量体裁衣”确定基准值不利于发挥实现鼓励先进、淘汰落后的作用.

广东、福建、上海和湖北试点碳市场在应用基准线法的同时, 将燃料类型、蒸汽压力参数和装机容量组合作为机组分类依据, 将机组分为8~13类不等(表 2).广东与福建结合锅炉燃烧方式, 区分了循环流化床锅炉与煤粉炉.上海首先将机组区分发电与供热, 将纯供热锅炉单独归为一类.此外, 北京、深圳由于仅有燃气机组, 结合燃气轮机燃烧室温度进一步细分燃气机组.天津在应用历史强度法的同时, 基于产品类型、燃料类型、蒸汽压力参数、装机容量、锅炉燃烧方式、燃气轮机燃烧室温度6项指标将机组分为13类.与之相比, 全国碳市场仅基于燃料类型和装机容量将机组分为4类, 类别划分相对较少.

表 2 发电行业机组类别划分对比1) Table 2 Comparison of unit classification in the power industry

1.3 修正系数使用

在配额分配过程中使用修正系数能够发挥特定的政策导向与补偿机制.试点碳市场曾针对机组冷却方式、供热量、负荷率、排放标准和资源综合利用等特征使用不同的修正系数(表 1).发电机组采取空冷和水冷闭式循环的冷却方式节省了水资源并减少了水污染, 为鼓励空冷机组, 上海和福建碳市场使用大于1的冷却方式修正系数, 增加同等水平下空冷和水冷闭式循环机组的配额.随着供热量的增加, 发电机组整体效率将得到提升.北京和福建碳市场为热电联产机组引入小于1的供热量修正系数, 体现出对于供热比上升导致机组整体效率提升的削减.上海碳市场对于满足《燃煤电厂大气污染物排放标准》(DB31/963-2016)的企业, 使用取值为1.01环保排放修正系数, 体现出对于超低排放机组的鼓励.同时, 上海碳市场对于燃煤机组使用大于1的负荷率修正系数, 根据各机组性能及年均负荷率确定, 体现了对于机组负荷率降低导致发电煤耗上升的弥补.广东碳市场使用取值为1.03的资源综合利用系数, 体现出对于资源综合利用发电机组的鼓励.全国碳市场在配额分配过程中使用了供热量修正系数、负荷(出力)系数修正系数和冷却方式修正系数, 取值范围分别为0.4~1、1~1.269和1~1.05.与试点碳市场相比, 全国碳市场对于修正系数的使用数量较多、使用条件与计算方法较复杂, 对配额量结果起到的影响较高.

1.4 产品产量计量

基准线法和历史强度法均基于产品产量核定配额, 对于发电企业产品计量方式存在差异, 表现在供电量与发电量的差异, 以及对于供热量处理方式的差异.机组发电量指发电机输出的总电量, 发电量数值通过企业读表计量易于核查.广东、湖北和天津碳市场均基于发电量核定配额.供电量指机组发电量减去生产厂用电量, 若以供电量核定配额, 体现出发电企业对社会的贡献, 但厂用电部分未得到配额量, 对于厂用电比例较大的企业较不利.深圳、北京、上海和福建碳市场基于供电量核定配额(表 1).

对于热电联产机组, 供热量包括锅炉不经汽轮机直接供蒸汽量、汽轮机直接供热量和汽轮机间接供热量之和.北京和福建碳市场基于供电量和供热量分别核算供电、供热配额量, 机组配额量为二者之和.上海、广东和湖北碳市场则将供热量折算为等效电量, 基于综合电量核算配额.全国碳市场分别基于供电量、供热量核定机组供电、供热配额量, 相加得到机组配额总量.

1.5 掺烧配额核定

我国提出积极发展生物质燃料, 推动沼气发电和生物质气化发电[48].截至2021年底, 全国掺烧生物质机组约300台, 燃料包括掺烧生物质固体废物、沼气、污泥、纸渣等.由于燃料类型多样, 且缺少燃料低位发热量等实测数据, 掺烧机组的排放核算与配额核定较为困难.北京、福建、上海、天津、重庆和深圳碳市场均未针对掺烧机组制定特殊的配额分配方法.广东将掺烧机组分为资源综合利用机组(煤矸石、油页岩、水煤浆等)与其他燃料机组(使用炭黑原料油、乙烯焦油、石油焦、炼厂干气等)两类, 采用历史强度下降法为资源综合利用机组分配配额.湖北对于使用煤矸石等其他燃料的机组采取与常规燃煤机组相同的基准线法分配配额, 但基准值测算方法不同, 使用企业基准年间单位综合发电量碳排放的加权平均值作为基准值, 而非同类型机组现役最先进值.全国碳市场将履约年内掺烧生物质(含垃圾、污泥等)和自产二次燃料热量占比不超过10%的机组纳入配额管理, 掺烧机组配额核定方法与其他机组相同, 未针对掺烧机组制定差异化的分配方法.

1.6 配额结转方式

配额结转是指跨越合规履约周期持有配额, 以便在未来的履约周期内出售、履约和注销等.配额结转调整了配额供需, 对碳市场配额盈缺、配额价格、企业碳资产管理计划、后续年份配额分配方法及总量设定等均产生重要影响.试点碳市场在配额分配方案中均明确了配额结转的相关规定, 允许企业在完成配额清缴工作后将持有的结余配额等量结转至后续履约期使用.此外, 为防止大量结余配额结转, 上海曾规定企业持有的2013~2015年结余配额等量分期结转, 2016~2018年每年结转上一年度结余配额总量的1/3.湖北曾经规定注销上一个履约周期未经交易的结余配额以及预留配额.从试点碳市场经验来看, 实施结余配额等量、无限期结转并未引发显著的市场风险.与之相比, 全国碳市场尚未明确结余配额的结转方式和使用期限.

2 全国碳市场配额分配问题剖析

全国碳市场第一个履约周期配额累计成交1.79亿t, 成交额76.61亿元, 成交均价42.85元·t-1, 履约率99.5%[49], 市场总体稳定运行.但研究发现全国碳市场第一个履约周期存在配额稀缺性较低、市场交易活跃度低等问题, 降低碳市场的有效性[5, 38, 49, 50].通过对比发电企业配额分配方法, 发现全国碳市场配额分配管理与方法尚存在不足.

2.1 配额分配管理

第一, 配额发放时间相对滞后.全国碳市场第一个履约周期配额分配方案于2020年12月30日出台, 2021年7月企业第一个履约周期全部配额(含2019和2020年两年配额)才全部发放至企业账户.意味着企业在完成生产经营、能源消费和温室气体排放行为半年之后才获得履约年的配额.配额发放时间滞后导致企业无法根据配额盈缺情况及时调整生产经营计划以及实施配额交易.同时, 第一个履约周期中约75%的配额交易发生在2021年12月, 配额发放滞后导致在履约期末出现集中交易的现象, 履约期临近时出现企业购买不到足量的配额而无法按时履约的情况.第二, 缺乏配额调控机制.燃煤机组碳排放量根据燃煤消耗量、低位发热量、单位热值含碳量和碳氧化率计算[51, 52], 根据核算指南, 未按要求实测燃煤元素碳含量的机组使用单位热值含碳量缺省值(33.56 t·TJ-1)计算碳排放, 缺省值较全国平均值(27.50 t·TJ-1)高出约20%, 导致使用缺省值核算的机组排放量高出实际排放量.2020年全国碳市场燃煤元素碳含量实测率较2019年提高约27%[53], 企业经核查排放量出现明显下降.但2020年配额分配基准值与2019年保持一致, 未结合实测率提升的实际情况进行调整.导致全国碳市场第一个履约周期配额基准值相对宽松, 配额稀缺性较低, 间接降低了市场交易活跃度.当前全国碳市场缺乏必要的配额调控机制, 在应对不可预知的突发事件时, 缺乏相应的风险控制.第三, 缺乏明确的配额结转规定.全国碳市场尚未明确结余配额的结转方式与使用期限, 导致企业作为市场主体缺乏长期且稳定的政策预期, 不利于统筹减排计划与交易安排, 市场观望情绪较重.本研究针对纳入全国碳市场的101家发电企业开展问卷调查, 收集720份有效问卷.74%的企业一线人员表示, 在配额结转政策不清晰时不会主动将盈余配额交易获利.企业配额“惜售”现象普遍, 降低了市场交易活力.

2.2 配额分配方法

配额分配方法存在两点不足.第一, 掺烧机组配额核定方法尚不完善.全国碳市场将掺烧生物质热量年均占比不超过10%的发电机组纳入配额管理, 采取与常规机组相同的配额分配方法.根据核算指南[51, 52], 掺烧生物质机组的二氧化碳排放量仅核算化石燃料消耗排放, 生物质燃料不核算排放量, 配额量则根据全口径供热量和供电量发放.对于掺烧生物质(含垃圾、污泥等)的机组, 排放量与配额量核算边界不一致, 配额分配方法对于掺烧机组起到了较高的鼓励作用.第二, 配额分配方法使用较多修正系数, 对配额起到明显影响.全国碳市场在配额分配过程中引入了三项修正系数, 数量较多且修正系数取值范围较大.经测算, 修正系数叠加使用对机组配额量影响超过10%以上的机组占比约为4%, 多项修正系数叠加使用后可能导致偏离了基准值设计初衷与鼓励导向.

3 对策建议 3.1 明确结余配额结转规定

配额结转是配额管理体系中的重要组成部分, 结转政策可能对未来碳市场配额总量、配额供需、配额价格、企业碳资产管理等产生影响.若允许配额结转, 则体现了对于企业先期减排的激励.若不允许配额结转, 则可能引发持有结余配额的企业在履约截止日临近期集中抛售配额, 导致碳价剧烈波动.无论结转与否, 都需要尽早释放明确的政策信号.因此, 建议全国碳市场出台结余配额结转规定, 明确配额结转条件与使用期限, 并做好相关政策宣贯解读.

3.2 建立配额绝对总量约束

当前, 全国碳市场采取基于强度的配额分配方法, 配额总量与统计期内实际产出量挂钩, 不设绝对总量约束, 未限制发电企业生产.各试点碳市场普遍结合当地碳强度下降目标、能耗双控指标、经济增长目标等综合确定年度配额总量.建议全国碳市场逐步建立配额绝对总量约束下的配额分配制度, 根据全国碳达峰路线图与各行业减排路径分解确定各年度宏观碳排放控制目标, 并根据宏观目标确定全国碳市场配额总量.由于中国碳排放尚未达峰, 发电等行业碳排放短期内还将持续增长, 因此建议短期内设置配额绝对增量约束, 并逐步缩小增量, 提升配额稀缺性.

3.3 提前向企业分配配额

配额事后分配的方式能够更加精准把控配额分配总量和行业总体减排力度, 避免出现配额大幅盈余或短缺的情况.但配额滞后分配降低了企业政策预期, 降低了市场交易活跃度.因此, 建议将配额“事后分配”彻底转变为“事前分配”, 出台适用于多年的配额分配方案, 为企业提供长期的政策预期, 增加市场交易活力.

3.4 完善掺烧机组分配方法

当前全国碳市场尚未纳入全部掺烧机组, 且掺烧机组配额分配方法不完善.因此, 建议取消掺烧机组热量占比10%的限制, 将温室气体排放量达2.6万t二氧化碳当量(综合能源消费量约1万t标准煤)及以上的发电机组全部纳入全国碳市场, 扩大火电机组纳入范围.同时, 完善掺烧机组配额分配方法, 鉴于生物质燃料种类复杂, 不同燃料热值差异大[54], 难以准确核定掺烧生物质燃料的总热量, 难以使用基准线法分配配额.建议借鉴广东碳试点对于资源综合利用发电机组的配额分配方法, 对掺烧生物质(含垃圾和污泥等)机组采用历史强度下降法分配配额, 并引入资源协同处理系数核定掺烧生物质燃料机组配额量.

3.5 优化修正系数选取方式

修正系数的使用能够适当弥补基准线设计的不足, 发挥鼓励导向.但多项修正系数增加了配额核算的复杂性, 叠加效果对配额影响较大.因此, 建议以公平性、次要性、准确性和简化性为原则选取修正系数.公平性表示修正系数的适用范围和计算方法应公开透明, 且没有区域和企业属性差异；次要性表示修正系数对于配额仅起到小幅调整, 机组所获得的配额量应主要取决于统计期内产品产量和机组能效水平, 修正系数叠加效果对配额的影响应低于配额总量的5%；准确性表示修正系数计算过程涉及基础参数均应可计算、可追溯和可核查；简化性表示应尽量减少修正系数的使用, 通过调整基准值优化配额分配.

3.6 适时引入配额有偿分配

当前全国碳市场配额全部免费分配, 从试点碳市场运行经验来看, 开展有偿分配有利于推动碳价格发现, 引导企业树立排放资源有偿使用和碳资产管理意识.建议适时启动有偿竞买等配额分配方式, 初期借鉴广东碳市场的经验, 在发电行业首先引入5%的配额有偿拍卖, 并逐步提高拍卖比例.同时明确拍卖形式、成交规则、准入规则、拍卖频次等要点, 同步建立有偿所得资金池, 用于激励减排技术创新和支持承担重大民生任务的企业履约.

4 结论

(1) 全国碳市场已初步构建要素完整的全流程制度体系, 第一履约周期采取以强度控制为基本思路的基准线法向发电企业分配配额, 企业配额量取决于实际产出量(供电量和供热量), 对标行业先进水平, 既体现鼓励先进又惩戒落后的原则, 也兼顾了我国将二氧化碳排放强度列为约束性指标的客观要求, 在碳市场实施初期方法总体合理.但全国碳市场配额分配在总量设计、分配时间、结转方式和修正系数等方面仍需进一步优化.建议全国碳市场逐步建立绝对总量约束下的配额分配机制, 根据全国各阶段宏观减排目标合理确定各履约期配额总量.同时, 通过提前发放配额、明确结转规定和使用有偿分配等一系列措施进一步优化配额分配制度.

(2) 从全球碳交易体系发展趋势来看, 碳交易作为重要的市场化减排工具, 受到越来越多的关注, 碳市场覆盖排放量增长明显, 实施碳交易的地区逐步从发达国家拓展至发展中国家, 从欧洲、北美拓展至拉美、东亚等地.更多的区域将碳市场减排目标与自主贡献目标绑定.同时, 不同碳市场发展具有一些共性特征, 包括不断丰富行业交易主体, 提高配额稀缺性, 降低免费配额分配比例, 允许使用不同程度的碳信用鼓励企业采取多样化的方式参与碳减排.以上做法均对全国碳市场优化配额制度建设提供了重要参考.

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