全球碳市场链接对实现国家自主贡献减排目标的影响分析

翁玉艳1,张希良2*,何建坤2  

(1.国网能源研究院有限公司,北京市 昌平区 102209;2.清华大学能源环境经济研究所,北京市 海淀区 100084)

摘要

碳市场是一种基于市场的节能减排政策工具,是有效控制和减少温室气体排放、合作应对全球气候变化的重要举措。在《巴黎协定》后各国“自下而上”自主减排新机制下,构建全球链接的碳市场受到越来越多的关注。文中介绍了全球主要链接碳市场发展现状,结合各国国家自主贡献(nationally determined contribution,NDC)减排承诺目标,采用可计算一般均衡模型,对主要国家独立碳市场和链接碳市场情景进行定量模拟。研究表明,全球碳市场链接能够降低全球减排总成本,但对各国的GDP、贸易产生非对称影响。中国、印度、巴西和俄罗斯等国的边际减排成本较低,具备丰富的低成本减排资源,链接后成为配额的出口国,在全球碳市场上出售配额,获得收益;而美国、欧盟、日本和韩国等国链接后成为配额的进口国,在全球市场上购买相对便宜的配额以降低减排成本。建议在未来全球碳市场链接设计中,综合考虑不同国家发展阶段、产业竞争力水平的差异,合理确定各国参与全球碳市场的程度和范围。

关键词 : 全球碳市场;链接;能源经济;可计算一般均衡模型

基金项目: 国家电网有限公司总部科技项目(52130N18001G)。


0 引言

2018年,全球能源相关碳排放再创新高[1],气候变化成为人类生存和可持续发展面临的重大威胁。《巴黎协定》达成了“把全球平均气温较工业化前水平升高幅度控制在2 ℃之内,并努力控制在1.5 ℃之内”的目标共识,确立了2020年后以各国国家自主贡献(nationally determined contribution,NDC)为基础的“自下而上”的全球应对气候变化新机制[2-3]。碳市场作为一种基于市场的政策工具,被越来越多的国家和地区运用于各自的节能减排实践中[4]。中国于2011年确定在7个省市试点碳排放权交易市场,并于2017年正式启动碳排放权交易,以碳价机制促进能源经济低碳转型[5]。截至2018年底,全球已有20个正在运行的碳市场, 所覆盖的温室气体排放量占全球的8%,碳市场所在国家和地区的经济总量占全球的37%[6]

随着全球各单一碳市场的广泛建立,许多国家和地区开始关注建立全球链接的碳市场,以实现在更大范围内以更加成本有效的方式实现减排承诺目标。国内外学者和研究机构对此也进行了研究,但主要集中在链接的优势、风险和障碍等方面。碳市场链接具有诸多优势,包括可以降低全球减排总成本[7-9],提高市场流动性,减少市场参与主体操纵市场的危害,提高价格稳定性,减少碳泄漏[10-11]。但碳市场链接也存在潜在的风险,例如对于链接之前碳价较低的体系,链接后碳价的上升会使能源密集型产品的价格上升,从而导致其他经济部门和未参与碳市场的企业受到不利影响,竞争力被削弱[12-13];对于链接前碳价较高的体系,链接后碳价降低带来的排放增长会降低减排的协同效益[7]。不同碳市场设计要素的差异会给链接带来政治和制度上的障碍,链接时需要解决总量设定、配额分配方法、监测报告核查(MRV)规则、遵约机制、抵消机制、价格调控机制等要素的兼容性和协调性问 题[14-17]。少部分研究也涉及链接的影响分析,一般采用宏观经济模型、能源系统模型等对碳市场的影响进行量化[18]。文献[19]利用GTAP-E模型模拟了中国和欧盟进行碳市场链接的情景,发现链接市场有助于成本降低,且对双方产业、进出口等都有一定影响。文献[20]分析了欧盟碳交易机制(European Union Emissions Trading System,EU ETS)与其他体系链接对经济的影响,结果表明随着链接体系的不断扩大,非欧盟国家的福利损失也进一步增加。文献[21]利用多区域一般均衡模型评估了欧盟和中国碳市场链接后的影响,结论是ETS链接促进了中国可再生能源目标的实现,对欧盟则恰恰相反。

从以上研究可以发现,虽然以往研究者已经对碳市场链接的优劣、障碍以及链接的影响进行了较多的研究,但在“自下而上”合作应对气候变化新机制下,全球碳市场链接如何帮助各国实现其NDC减排承诺目标的研究仍然较少。围绕这个问题,本文首先概述当前碳市场链接现状,然后采用可计算一般均衡(computable general equilibrium,CGE)模型,分析各国独立碳市场和全球碳市场链接的不同情景,研究链接在各国实现NDC减排承诺目标过程中的经济、贸易和排放影响。

1 全球碳市场链接概述

碳市场链接成为未来国际碳减排合作的一种可能趋势。碳市场之间的链接主要有3种类型:直接链接和间接链接,其中直接链接又可分为直接单向链接和直接双向链接[22]。如图1所示,单向链接指的是碳市场A的控排实体可以购买碳市场B的排放配额,但是碳市场B的控排实体不能购买碳市场A的排放配额用于履约;而双向链接则允许碳市场A和碳市场B的控排实体能够互相购买对方的碳配额;间接链接关系中,碳市场A和碳市场B均与体系C产生联系,从而间接链接。

图1 碳市场链接类型
Fig.1 Types of carbon markets linkage

现实中多个司法管辖区正在就碳市场开展链接合作,国际上也已实现了多个不同类型的链接实例。挪威于2005年建立了国内碳排放交易体系,并与EU ETS建立了单向链接,即挪威的控排实体可以购买欧盟的排放配额,但是欧盟的控排实体不能反向购买挪威的排放配额,2008年挪威、冰岛和列支敦士登被纳入EU ETS。日本东京与琦玉县的碳排放交易体系于2011年实现了双向链接,两者具有类似的体系设计特点。美国加利福尼亚州和与加拿大魁北克省的碳市场于2014年实现了双向链接,是目前国际上最成功的链接案例。在加州和魁北克省碳市场发展之初,就拟议最终链接各自的体系,双方从设计到执行都采用相似的政策与框架,并按照既定的计划完成了整合。瑞士碳排放交易体系已经于2016年底与欧盟完成了碳市场链接的谈判工作,于2017年底与欧盟签署了双向链接的协议,最早将于2020年正式启动链接。

2 模型工具

本文采用中国-全球能源模型(China in global energy model, C-GEM)对全球碳市场链接的影响进行模拟分析。C-GEM是一个全球多区域、多部门、递归动态、可计算一般均衡模型,可用于模拟能源与气候政策对于经济、产业、贸易、能源以及二氧化碳排放的影响,已被运用于全球低碳转型情景[23]、中国碳市场价格[24]、可再生能源发展路径[25]等相关研究中。

C-GEM遵循一般均衡理论,详细刻画了生产与消费、供给与需求之间的相互关系,以及经济系统与能源系统之间的相互影响[26]。生产者通过投入生产要素和一系列中间产品,在一定的技术条件下生产出国内最终产品,一部分满足国内需求,另一部分出口。居民和政府等消费者通过要素出售和税收获得可支配收入,一部分满足自身消费,另一部分进入储蓄,进而作为投资。模型遵循完全竞争市场假设,生产者在生产技术一定的条件下,通过成本最小化追求利润最大化;消费者在收入水平一定的条件下,通过偏好选择实现其效用最大化。

模型的输入参数主要包括静态参数、动态参数和政策参数3大类。其中,静态参数主要指模型基年各国投入产出数据、能源消费数据以及相关的系数等;动态参数主要包括各年储蓄率、劳动生产率提高率、资源状况、技术进步假定等;政策参数主要包括补贴率、税率、与化石能源和排放相关的配额控制目标等。

C-GEM采用嵌套的不变替代弹性(constant elasticity of substitution, CES)生产函数刻画各个部门的生产活动。C-GEM对不同部门的生产函数进行了分类刻画,以反映各部门的技术特点。图2刻画了C-GEM生产函数中一种典型的嵌套结构。最上层是资本-劳动-能源集束与各种其他中间投入进行嵌套,资本-劳动-能源集束是增加值与能源投入的组合,增加值包括资本与劳动,能源投入集束被进一步划分为电力和非电力化石能源(包括煤炭、原油、成品油与天然气)。除最上层组合为列昂切夫(Leontief)结构,其他组合均为柯布-道格拉斯(Cobb-Douglas)结构。

二氧化碳排放根据化石能源消费与排放因子计算得到,排放因子主要参考政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)的国家温室气体清单指南[27]。同时,二氧化碳排放权也作为一种稀缺商品参与到各个生产与消费环节中。各种消费化石能源、产生二氧化碳的生产活动都需要投入相应的排放权。政府基于碳减排目标对排放权设定了上限,为了实现生产经营,不同部门之间通过在碳市场上进行交易实现碳排放权的分配。

图2 C-GEM中典型生产函数结构
Fig.2 Typical production function structure in C-GEM

此外,针对中国经济进入新常态这一态势,C-GEM中的消费结构、投资结构以及主要经济部门的投入产出结构变化趋势也均有分析和刻画,以反映转型期中国经济发展的特点,详细描述参见文献[28]。

C-GEM采用全球贸易分析项目(global trade analysis project version 9,GTAP 9)数据库作为基础数据库。GTAP 9数据库为当前最新版本,涵盖了全球140个区域和57个部门的生产、消费与国际贸易往来等数据[29]。C-GEM对区域和部门进行聚合划分,组合得到19个区域、21个生产部门和2个消费部门。模型以2011年为基年,运行到2015年,此后以每5年为一个间隔运行到2100年。

3 情景设计

考虑到各国NDC减排承诺大多将2030年作为目标年份(美国为2025年),本文以2030年作为分析时点,并设置如下情景(见表1)。

表1 情景设计
Table 1 Scenarios design

参考情景指的是不包含任何减排政策的情景。独立情景表示中国、美国、欧盟、日本、加拿大、韩国、澳大利亚、墨西哥、印度、巴西、俄罗斯和南非等12个主要国家/地区分别在国内/地区内实施碳市场政策,但不形成跨区域的全球碳市场。链接情景表示上述国家形成跨区域的全球碳市场,相互之间可以进行碳配额的交易。

下面以两个国家碳市场链接为例介绍链接的作用过程(见图3)。假设全球分为两个代表性国家,独立碳市场下,国家1和国家2分别实现本国市场出清,本国碳配额供给等于其需求,两国的碳配额价格分别为P1P2,并假设国家1的减排成本更低,即P1小于P2。当两国碳市场实现链接,因为国家1的碳配额价格更低,国家2更愿意到国家1市场购买碳配额,导致对国家1碳配额的总需求上升,进而使得国家1的碳配额价格上升,产生国家1对国家2的碳配额供给;与之相对,国家2的碳配额价格下降。最终,当全球市场达到均衡状态,全球碳配额供给等于其需求,得到全球市场均衡价格P全球。碳配额作为一种稀缺商品,其价格的变化(P1-P全球P2-P全球)带来各行业产品产出、贸易、能源消费与排放量等方面的变化。

图3 碳市场链接的影响机理
Fig.3 The mechanism of the linkage of carbon markets

需要说明的是,本文的目的是定量分析全球碳市场链接对各国减排成本、经济和国际贸易等方面的影响,并不对未来全球碳市场的框架设计与运行机制做具体讨论。本文对未来碳市场在模型中的刻画均为理想化假定。

4 结果与讨论

4.1 交易量与资金流向

链接情景下,中国、印度、巴西和俄罗斯成为配额的出口国,美国、欧盟、日本、韩国、加拿大、墨西哥、南非和澳大利亚成为配额的进口国。2030年各国进出口配额数量与交易金额流向如图4所示。究其原因,独立情景下,中国、印度、巴西和俄罗斯的边际减排成本较低,具备丰富的低成本减排资源,而其他国家的边际减排成本较高,低成本减排资源相对较少。在可交易的市场机制下,拥有低成本减排资源的国家愿意在国际市场上出售配额以获得收益,而国内只拥有高成本减排资源的国家也更愿意在国际市场上购买相对便宜的配额以降低自身的减排成本。

2030年,全球碳市场上配额交易总量达到20.8亿t, 交易总额达到275亿美元,配额的市场均衡价格为 13.2美元/t。在此价格下,中国可以出售14.9亿t配额,获得197亿美元的配额收入;印度可以出售5.4亿t配额,获得71亿美元的配额收入;俄罗斯可以出售4600万t配额,获得6亿美元的配额收入;巴西可以出售300亿t配额,获得4000万美元的配额收入。相反,美国需要购买10亿t配额,需要付出132亿美元的购买成本;欧盟需要购买4.5亿t配额,需要付出59亿美元;日本、韩国、加拿大、墨西哥、南非和澳大利亚分别需要购买的配额量为1.7亿t、0.96亿t、1.1亿t、0.75亿t、 1亿t和0.88亿t,需要付出的配额成本分别为22亿美元、13亿美元、14亿美元、10亿美元、13亿美元和12亿美元。

图4 链接情景下2030年各国进出口配额流向
Fig.4 Flow direction of import and export quota in 2030 under linked scenario

4.2 二氧化碳排放

不同情景下2030年各国二氧化碳排放量如图5所示。中国、印度、巴西和俄罗斯作为配额出口国,在全球碳市场上出售配额,面临更加严格的减排约束,最终实现的排放相比独立情景更低。链接情景下,2030年中国、印度、巴西和俄罗斯的排放分别比独立情景下的排放减少13%、13%、1%和3%。与之相反,作为配额进口国的美国、欧盟、日本、加拿大、韩国、澳大利亚、墨西哥和南非,由于可以在全球碳市场上购买配额,允许的排放增加。链接情景下,2030年配额进口国的排放相比独立情景下的排放分别增加:美国28%、欧盟18%、日本19%、加拿大26%、韩国20%、澳大利亚23%、墨西哥19%和南非22%。

图5 不同情景下2030年各国二氧化碳排放变化
Fig.5 Change in carbon dioxide emissions in 2030 under different scenarios

4.3 边际减排成本

独立情景与链接情景下2030年二氧化碳的价格如图6所示。从图中可以看出,在没有链接的情况下,2030年各国为实现其NDC目标,各独立碳市场碳排放配额的价格表现出较大的差距。整体来说,发达国家的碳价格大大高于发展中国家的碳价格。这里既有各国减排目标松紧程度不同的原因,也反映出各国减排能力和减排成本的差异,理论上为实现各国碳市场之间的链接提供了空间。当各国之间实现碳市场链接,中国、印度、巴西和俄罗斯面临碳价格提高,美国、欧盟、日本、加拿大、韩国、澳大利亚、墨西哥和南非等国面临碳价格降低,2030年均衡价格为13.2美元/t(2011年不变价)。

图6 独立情景与链接情景下2030年二氧化碳价格
Fig.6 Carbon price in 2030 under independent and linked scenarios

4.4 经济损失变化

全球碳市场链接有助于减少全球经济损失,但对不同国家的影响不同,如图7所示。从全球角度来说,2030年链接之后全球GDP损失从0.5%降到了0.3%。对于配额进口国,如美国和欧盟,GDP损失分别从0.5%和0.5%降到了0.2%和0.1%;而对于配额出口国,如中国和印度,GDP损失分别从0.4%和0.4%升高到了0.6%和0.5%。

图7 独立情景与链接情景下2030年GDP损失
Fig.7 GDP loss in 2030 under independent and linked scenarios

4.5 国际贸易影响

图8展示了独立情景与链接情景下2030年各国净出口额的变化情况。从图中可以看出,链接情景下,配额出口国净出口额相比独立情景出现不同程度的下降:中国-5%、印度-3%、巴西-8%、俄罗斯-10%,说明这些国家在全球碳市场上出售配额以后,贸易状况出现下滑。与之相反,配额进口国的贸易状况得到一定的改善,碳市场链接后,其净出口额出现上升:美国55%、欧盟12%、日本57%、加拿大3%、韩国10%、澳大利亚26%、墨西哥17%、南非10%。

图8 独立情景与链接情景下2030年贸易净出口额变化
Fig.8 Change in net export in 2030 under independent and linked scenarios

5 结论

本文采用中国-全球能源模型(C-GEM),模拟了中国、美国、欧盟、日本、加拿大、韩国、澳大利亚、墨西哥、印度、巴西、俄罗斯和南非等12个主要国家和地区,为实现各国2030年NDC减排承诺目标,实施独立碳市场和全球碳市场链接时的情景,分析了全球碳市场链接对于实现NDC目标的作用以及对于经济、减排成本、贸易等方面的影响,得到如下结论。

一是全球碳市场链接影响市场均衡价格,对全球碳配额流向产生重要影响。链接情景下,当实现各国NDC减排承诺目标,2030年全球统一碳价为13.2美元/t,碳配额从原本减排成本较低的国家流向原本减排成本较高的国家,中国、印度、巴西和俄罗斯成为配额出口国,美国、欧盟、日本、韩国、加拿大、澳大利亚、墨西哥和南非则成为配额进口国。

二是全球碳市场链接有助于降低全球总体减排成本,但对各国GDP产生非对称影响。相比独立碳市场,全球碳市场链接能够为实现NDC减排承诺目标节约50%以上的总体减排成本。但是,与参考情景相比,对于原本边际减排成本较低的发展中国家,全球碳市场链接相比独立碳市场会加大GDP损失;对于原本边际减排成本较高的发达国家,全球碳市场链接相比独立碳市场会减小GDP损失。

三是全球碳市场链接影响国际间贸易格局。全球碳市场链接通过影响能源投入使用成本,对各个国家的产业发展产生影响,进而传导到各国之间的贸易往来。配额出口国出售配额后,本土的能源使用成本上升,影响了本国中对于能源成本较为敏感的行业如高耗能行业的国际竞争力,并且间接影响与工业投入品成本相关的机械装备等其他制造业的国际竞争力。配额进口国的情况恰好相反,它们通过购买配额,降低了本土的能源使用成本,增强了本国中能源密集型行业的竞争力。

本文的研究建立在大量的假设前提下,未来全球碳市场链接还存在较大不确定性。建议在未来全球碳市场链接设计中,要基于不同国家发展阶段、产业竞争力水平,结合气候谈判进程,合理确定各国参与全球碳市场链接的程度和范围。在覆盖范围方面,要谨慎纳入高耗能行业、装备制造业、交通服务业等受能源投入成本影响较大的行业;在配额分配方面,要对附加值高、就业影响广的部分高耗能高排放行业适当予以倾斜;在交易机制方面,要设定一定的交易门槛,或限制可交易的配额数量等。

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收稿日期2019-10-30;

修回日期:2019-12-06。

Impacts of the Linkage of Global Carbon Markets on the Achievement of Emissions Reduction Targets in Nationally Determined Contributions

WENG Yuyan1, ZHANG Xiliang2*, HE Jiankun2
(1.State Grid Energy Research Institute Co., Ltd., Changping District, Beijing 102209, China; 2.Institute of Energy, Environment and Economy, Tsinghua University, Haidian District, Beijing 100084, China)

Abstract: The carbon market is a market-based policy tool for energy conservation and emissions reduction that has been an important measure to effectively control and reduce greenhouse gas emissions, and cooperate to cope with global climate change.Under the new “bottom-up” mechanism of emissions reduction of the Paris Agreement, building a globally linked carbon market is garnering increasing attention.In this paper, the development status of major globally linked carbon markets is introduced.And combined with the emissions reduction commitments in the nationally determined contribution (NDC) of each country, the scenarios of independent carbon markets and linked carbon markets in major countries are quantitatively simulated by using the computable general equilibrium model.Our research shows that the linkage of global carbon markets can reduce the total cost of global emissions reduction, but presents an asymmetric impact on the gross domestic product (GDP) and trade of countries.Countries such as China, India, Brazil, and Russia, which present lower marginal emissions reduction costs and abundant low-cost emissions reduction resources, become quota exporters, selling their quotas in the linked carbon market for profits; while countries such as the United States, European Union, Japan, and South Korea become quota importers, buying relatively cheap quotas in the linked market to reduce the emissions reduction cost.It is suggested that in the linkage design of future global carbon markets, the differences of development stage and industrial competitiveness of different countries be taken into account comprehensively, and the degree and scope of participation in global carbon markets be reasonably determined.

Keywords: global carbon market; linkage; energy economy; computable general equilibrium model

Science and Technology Foundation of SGCC (52130N18001G).

作者简介:

翁玉艳

翁玉艳(1990),女,博士,研究方向为能源经济,碳市场,E-mail:wengyuyan@sgeri.sgcc.com.cn。

张希良(1963),男,教授,研究方向为碳市场,能源经济。通信作者,E-mail:zhang_xl@tsinghua.edu.cn。

何建坤(1945),男,教授,研究方向为能源系统工程,气候变化,E-mail:hejk@tsinghua.edu.cn。

(责任编辑 张鹏)


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