張素芳，呂書賀

（華北電力大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206）

一、研究背景與意義

日漸加劇的全球氣候變暖問題對人類的生存和發(fā)展形成了重要的挑戰(zhàn)，世界各國積極發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略來應(yīng)對氣候變化所帶來的不利影響。因此，150多個(gè)國家在1997年12月完成了《京都議定書》的制定，書中明確提出運(yùn)用市場機(jī)制來解決溫室氣體減排的一系列問題，將溫室氣體的排放權(quán)作為一種商品進(jìn)行交易[1]，這為建立碳排放權(quán)交易市場奠定了基礎(chǔ)。歐盟在碳交易市場建設(shè)中走在了各國前列，發(fā)展成為規(guī)模最大的國際碳交易機(jī)制。歐盟碳排放權(quán)交易制度主要分為三個(gè)階段：第一階段為試驗(yàn)階段，涉及到的行業(yè)主要是電力行業(yè)、鋼鐵行業(yè)、水泥行業(yè)等溫室氣體排放量大的行業(yè)，為后續(xù)階段的實(shí)施提供經(jīng)驗(yàn)。第二階段為全面減排階段，被納入的溫室氣體的種類和行業(yè)增多，且減排目標(biāo)有所提升。第三階段要求更加嚴(yán)格，對于排放總量以及減排目標(biāo)等做出了更為嚴(yán)格的目標(biāo)[2]。在三個(gè)階段的發(fā)展過程中，逐步提高減排目標(biāo)并納入更多的溫室氣體種類和行業(yè)，從而擴(kuò)大市場規(guī)模，促進(jìn)國家的長期可持續(xù)發(fā)展。

中國作為全球第一大溫室氣體排放國，具有很大的減排市場，參與到碳市場建設(shè)中是十分重要且必要的。借鑒歐盟碳市場的經(jīng)驗(yàn)，從2011年國家批準(zhǔn)開展碳排放權(quán)交易試點(diǎn)工作以來，我國一直在為建立全國性碳排放交易市場不斷努力。我國的七個(gè)碳試點(diǎn)包括北京、上海、天津、深圳、湖北、廣東和重慶。七個(gè)試點(diǎn)作為七個(gè)獨(dú)立的碳市場，具有各自的碳交易規(guī)則和設(shè)定。從2013年到2017年，試點(diǎn)區(qū)域的碳交易量達(dá)到了兩億噸,交易額累計(jì)40億元。在七個(gè)試點(diǎn)的發(fā)展過程中，廣東和湖北的交易活躍度較高，且產(chǎn)品種類豐富，交易量大，而重慶試點(diǎn)的交易狀況較為低迷。在試點(diǎn)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，2017年12月19日，全國碳排放交易體系正式啟動(dòng)，該體系分為三大建設(shè)階段：基礎(chǔ)建設(shè)期（2017年—2018年）、模擬運(yùn)行期（2018年—2019年）和深化完善期（2020年之后）。因?yàn)殡娏π袠I(yè)碳排放量大，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)好，產(chǎn)品單一，數(shù)據(jù)計(jì)量完備，配額分配簡便易行等優(yōu)點(diǎn)，電力行業(yè)被首批納入該體系。近十多年來，在國家一系列激勵(lì)政策的支持下，雖然風(fēng)電、太陽能光伏發(fā)電等新能源在電源結(jié)構(gòu)中的占比越來越大，但火電這一環(huán)境污染較大的傳統(tǒng)化石能源仍占主導(dǎo)地位。2017年，火電、風(fēng)電和光伏發(fā)電在我國發(fā)電中的占比分別為70.92%、4.76%和1.84%。如何更快優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，是我國電力發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)，也是實(shí)現(xiàn)我國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要任務(wù)。

二、國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)研究現(xiàn)狀

國外研究碳市場和電力市場的文獻(xiàn)均較多，但關(guān)于碳市場對電力行業(yè)的影響研究還較少，國外碳市場研究主要以歐盟碳市場為主（EU ETS）, EU ETS發(fā)展較為成熟，目前大多數(shù)文獻(xiàn)研究碳定價(jià)和碳市場配額分配等方面的問題。Karoline S. Rogge，Volker H. Hoffmann（2010）運(yùn)用歸納法分析了歐洲碳排放交易系統(tǒng)對發(fā)電技術(shù)部門創(chuàng)新體系的影響，研究認(rèn)為歐盟ETS對企業(yè)CO2排放的影響，為向低碳過渡奠定了基礎(chǔ)[3]。Fei Teng，F(xiàn)rank Jotzo（2017）研究了我國電力市場改革與碳定價(jià)的影響渠道，運(yùn)用概率離散模型分析出電力市場改革與碳定價(jià)的密切關(guān)系[4]。

國內(nèi)碳市場的發(fā)展正處于起步階段，因此大多數(shù)文獻(xiàn)圍繞如何建設(shè)碳市場的問題進(jìn)行研究。陳強(qiáng)，蔣傳文（2013）研究了不同拍賣比例下電力系統(tǒng)碳排放交易最優(yōu)經(jīng)濟(jì)性，實(shí)現(xiàn)了不同拍賣分配比例下的系統(tǒng)碳排放交易性最優(yōu)，對于電力系統(tǒng)的碳排放交易有參考作用[5]。陳思瑋（2017）以河北省為例，研究了碳交易機(jī)制對電源結(jié)構(gòu)多目標(biāo)優(yōu)化的影響，研究表明在碳交易機(jī)制影響下，促進(jìn)了可再生能源的發(fā)展，降低了河北省的碳排放量，提高了資源利用率，促進(jìn)河北省電源結(jié)構(gòu)逐漸向多元化形式發(fā)展[6]。李菁（2015），李欣，曹建華等（2015）研究了我國電源結(jié)構(gòu)的調(diào)整方案，闡述了我國電源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀中存在的問題以及發(fā)展方向[7]。趙新剛，馮天天等（2014）研究了可再生能源配額機(jī)制對我國電源結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，分析了綠色證書市場和電力市場的交互作用，進(jìn)行模擬仿真和情景分析，表明在市場機(jī)制和政府管制的共同作用下，可再生能源配額制能夠促進(jìn)我國電源結(jié)構(gòu)的調(diào)整[8]。

目前研究對我國碳市場與電力行業(yè)的交互作用的影響不多，且主要以減少電力行業(yè)碳排放量為研究目標(biāo)，對我國電源結(jié)構(gòu)的影響研究相對較少，本文將通過兩個(gè)市場的相互作用，建立碳市場對電源結(jié)構(gòu)的影響關(guān)系，促進(jìn)電源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。

三、我國碳市場與電力市場簡述

（一） 我國碳市場演進(jìn)

隨著京都議定書的簽訂，我國逐步建設(shè)規(guī)劃全國性碳排放權(quán)交易市場。在“十二五”規(guī)劃中明確提出了運(yùn)用碳排放權(quán)交易等市場化的手段來控制我國碳排放的增長狀況。2013年起，我國先后設(shè)立了湖北、北京、廣東、上海、天津、重慶、深圳七個(gè)試點(diǎn)進(jìn)行碳排放權(quán)交易，直到2017年12月，全國碳排放交易體系正式啟動(dòng)。在四年多的時(shí)間里，七個(gè)試點(diǎn)的市場活躍度、交易量不斷提升，履約率不斷提高，各試點(diǎn)發(fā)展?fàn)顩r不盡相同，廣東、湖北的市場活躍度相對較高，而重慶的市場活躍度相對較低，在試點(diǎn)運(yùn)行的過程中，存在配額分配不精準(zhǔn)、碳價(jià)波動(dòng)大、交易制度與規(guī)則不完善等問題。目前，20多個(gè)行業(yè)將近3000家重點(diǎn)排放單位被納入碳排放權(quán)試點(diǎn)市場。截至2017年12月19日，全國7個(gè)試點(diǎn)累計(jì)配額成交量已經(jīng)超過2億噸CO2當(dāng)量，成交額超過46億元人民幣，成交均價(jià)為32.2元/噸[9]。

在碳交易市場發(fā)展進(jìn)程中，配額分配一直是十分重要的環(huán)節(jié)。EU ETS的制度設(shè)計(jì)是，采取分階段逐步提高拍賣比例的方法以發(fā)揮市場的作用，主要內(nèi)容是將拍賣比例由0%逐漸增加到100%，即由政府完全分配配額轉(zhuǎn)變?yōu)橥耆l(fā)揮市場作用，以提高碳交易市場的運(yùn)行效率[10]。本文在設(shè)定拍賣比例時(shí)參考我國碳市場試點(diǎn)的配額配發(fā)模式，在碳市場建立的初期，為吸引企業(yè)參與進(jìn)來，主要以配額免費(fèi)配發(fā)為主，根據(jù)碳交易市場的發(fā)展情況逐步提高配額拍賣比例[11]。因此，本文在設(shè)計(jì)拍賣比例情景時(shí)，采用循序漸進(jìn)式，逐步提高拍賣比例，從而研究在拍賣比例升高的過程中，我國電源結(jié)構(gòu)的相應(yīng)變化，并對降低發(fā)電運(yùn)行成本提出相關(guān)建議。

（二） 我國電源結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

根據(jù)我國的電源結(jié)構(gòu)變化情況，2011—2017年能源發(fā)電量如圖1所示。從圖中我們可以看出，火力發(fā)電仍占據(jù)我國發(fā)電的主導(dǎo)地位，到2017年達(dá)到45513億千瓦時(shí)，但由于近年來可再生能源發(fā)電的快速發(fā)展，火電占比呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，從2011年的82.45%下降到2017年的70.92%；相比之下，水力發(fā)電的占比雖遠(yuǎn)不如火力發(fā)電，但由于我國水力發(fā)電技術(shù)的日益成熟，水電占比呈現(xiàn)增長的趨勢，由2011年的14.12%上升到2017年的18.61%；另外，核電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電由于技術(shù)要求高，成本巨大等問題，在我國電源結(jié)構(gòu)中的占比較小，但由于近幾年可再生能源的大力發(fā)展，上述幾類能源的發(fā)電占比逐年提高，除了作為清潔能源的優(yōu)勢之外，政策支持也使得以上幾種可再生能源得到了快速發(fā)展。

圖1 2011—2017年中國的電源結(jié)構(gòu)趨勢① 資料來源：根據(jù)中國電力企業(yè)聯(lián)合會(huì)網(wǎng)站數(shù)據(jù)整理。

當(dāng)前電源結(jié)構(gòu)存在的主要問題是：1.火力發(fā)電占比過高。雖然火電占比呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，但下降幅度并不大。由于我國電力行業(yè)發(fā)電量總體在增長，火電占比在下降，但其絕對量卻在逐年上升，火電在發(fā)電形式中處于主導(dǎo)地位。尤其是，我國火電的主要燃料是煤炭，它是一種不可再生資源。過度依賴煤炭資源，不利于我國電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并且存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問題和碳排放問題；2.雖然近十多年相關(guān)政策的大力支持以及電力企業(yè)等市場參與者對可再生能源的日益重視，可再生能源的發(fā)展有了長足進(jìn)步，發(fā)電比例在增長，但是其占比仍過低，這既包括技術(shù)原因，也包括體制機(jī)制等原因[12]。

（三） 碳市場與電力市場關(guān)系簡介

由于電力行業(yè)在所有行業(yè)中碳排放量最大，僅火力發(fā)電企業(yè)便占據(jù)全國碳排放總量的一半，且具有產(chǎn)品單一，計(jì)量方式先進(jìn)，管理規(guī)范使得配額分配更加簡便可行，數(shù)據(jù)基礎(chǔ)好等優(yōu)點(diǎn)，電力行業(yè)被最先納入碳交易市場中。在電力行業(yè)企業(yè)之間，管理水平的差異能夠促進(jìn)企業(yè)之間的競爭關(guān)系，對于管理水平較高的企業(yè)，其效率也較高，通過先進(jìn)的減排技術(shù)以獲得更多的配額，發(fā)電機(jī)會(huì)也越來越大。因此，發(fā)電水平較高的企業(yè)，在整個(gè)碳市場所獲得的利潤也會(huì)越來越多，占據(jù)優(yōu)勢地位，能夠通過市場參與者的競爭關(guān)系達(dá)到優(yōu)勝劣汰的效果，從而提高市場運(yùn)行效率。

碳市場通過碳排放交易，給電力行業(yè)增加了碳排放權(quán)配額成本，進(jìn)而導(dǎo)致了電力行業(yè)發(fā)電成本中環(huán)境成本份額的增加，從而對電力市場產(chǎn)生一定的影響。因此，在研究碳市場和電力市場交互關(guān)系時(shí)，主要以成本傳導(dǎo)機(jī)制為基礎(chǔ)，研究其對電力價(jià)格的影響，進(jìn)而影響電力市場的供需平衡問題。對于我國的電力價(jià)格問題, 本文在研究時(shí)假設(shè)市場決定電價(jià)的條件，從而使碳市場和電力市場的傳導(dǎo)過程更加合理流暢，同時(shí)也順應(yīng)我國電力體制改革的進(jìn)程，在市場化的基礎(chǔ)上研究相關(guān)問題。

四、碳市場與電力市場的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，也是一門認(rèn)識(shí)系統(tǒng)問題和解決系統(tǒng)問題的交叉綜合學(xué)科。它是根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)部組成要素互為因果反饋特點(diǎn)，從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來尋找問題發(fā)生的根源，而不是用外部的干擾或隨機(jī)事件來說明系統(tǒng)的行為性質(zhì)。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對問題的理解，是基于系統(tǒng)行為與內(nèi)在機(jī)制間的相互依賴關(guān)系，并通過數(shù)學(xué)模型的建立與運(yùn)行的過程而獲得的，一步步發(fā)掘出產(chǎn)生變化的因果關(guān)系。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型主要包含三種方程：狀態(tài)方程、速率方程與輔助方程，與之相對應(yīng)的三種主要形式的變量是狀態(tài)變量、速率變量以及輔助變量，除此之外常用的還有常量和外生變量，以此為基礎(chǔ)建立仿真模型。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的主要工具是因果環(huán)路圖和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模。系統(tǒng)建模需要規(guī)定界限，本文研究的范圍是碳交易市場中的配額分配部分和電力市場模型。對于模型的具體內(nèi)容，需要設(shè)定市場之間的相關(guān)因子，主要包括內(nèi)生因子和外生因子，其中內(nèi)生因子包括：拍賣配額，各類能源在建裝機(jī)容量，各類能源的裝機(jī)容量，各類能源的發(fā)電量，各類能源的發(fā)電成本，各類能源的CO2排放量。外生因子主要有：國內(nèi)生產(chǎn)總值，電力需求，拍賣比例。碳交易市場拍賣比例和電力市場電源結(jié)構(gòu)的關(guān)系，通過成本傳導(dǎo)，進(jìn)而影響廠商利潤，從而使各類能源的發(fā)電供給量得以改變，達(dá)到調(diào)整電源結(jié)構(gòu)的目的[13]。

在建立模型的時(shí)候，本文做了相應(yīng)的假設(shè)條件，這樣能夠使得模型更加合理。為了使碳交易市場和電力市場的模型更加清晰直觀，本文提出以下假設(shè)條件：

1. 本文關(guān)于電力行業(yè)的研究對象—碳配額需求者為發(fā)電企業(yè)。在模型中我們研究的是電源結(jié)構(gòu)的相應(yīng)調(diào)整，即傳統(tǒng)能源發(fā)電量與各類可再生能源發(fā)電量的結(jié)構(gòu)比例調(diào)整。因此，在本文的模型中，僅考慮拍賣比例對發(fā)電企業(yè)所帶來的影響。碳配額分配給發(fā)電企業(yè)，從而使發(fā)電企業(yè)的成本受到相應(yīng)影響，進(jìn)一步影響發(fā)電廠商的利潤，從而促進(jìn)廠商調(diào)整各類能源的發(fā)電量占比。

2. 本文假設(shè)市場決定電力價(jià)格。在我國當(dāng)前電力體制中，電價(jià)主要受政策影響從而波動(dòng)較小，但我國電力行業(yè)正在進(jìn)行電力體制改革，逐漸發(fā)揮市場作用，電力價(jià)格也在一步步擺脫制度限制，因此本文在研究電力價(jià)格相關(guān)問題時(shí)，以市場作用為主，具有更加深遠(yuǎn)的意義。

3. 本文的碳配額拍賣比例為情景設(shè)定。由于我國碳排放權(quán)交易市場處于初步發(fā)展階段，因此對于碳配額拍賣比例的相關(guān)政策制定還相對欠缺[14]。借鑒歐盟碳市場以及中國碳市場的試點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，市場初期的配額分配以免費(fèi)配發(fā)為主，而用于競價(jià)拍賣的配額僅占5%甚至更低，因此從當(dāng)前的政策角度考慮不符合本文的研究思路[15]。基于配額分配現(xiàn)狀，本文設(shè)定不同梯度的拍賣比例，以期更加直觀的展現(xiàn)拍賣比例對電源結(jié)構(gòu)的影響效果并從中尋求最有利于電力市場發(fā)展的拍賣比例。

4. 本文考慮的可再生能源發(fā)電包括：水電、核電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電。由于生物質(zhì)能發(fā)電的占比較小且數(shù)據(jù)較難獲取，本文在考慮電源結(jié)構(gòu)時(shí)，可再生能源發(fā)電未考慮占比較小的能源，這對于本文研究的方向和目的影響不大[16]。

（一） 碳市場與電力市場交互作用的因果環(huán)路圖

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是建立在各因素之間的因果關(guān)系和反饋機(jī)制的基礎(chǔ)上的。圖2是碳交易市場與電力市場相互作用的因果環(huán)路圖，這為后面建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型奠定了基礎(chǔ)。

圖2 碳配額拍賣比例與電力市場交互作用的因果環(huán)路圖

在碳市場中，碳配額總量和拍賣比例會(huì)影響用于競價(jià)拍賣的碳配額，當(dāng)拍賣比例增加時(shí)，政府免費(fèi)分配的配額量相應(yīng)減少，因此用于競價(jià)拍賣的配額增多，這使得市場中的預(yù)計(jì)銷售量和預(yù)計(jì)購買量相應(yīng)變化。由于碳配額總量受政策制定的限制有上限值，因此供給的變化幅度較小[17]。當(dāng)競價(jià)拍賣的配額增加時(shí)，碳市場的作用力加強(qiáng)，電力行業(yè)的CO2排放作為成本計(jì)算到發(fā)電成本中，相當(dāng)于提高了電力行業(yè)中碳排放權(quán)配額成本，從而促使電力行業(yè)降低各類能源的CO2排放量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。當(dāng)拍賣比例持續(xù)增加后，產(chǎn)品總量的上限會(huì)使交易運(yùn)行達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，從而使超額需求逐漸降低，因此，在碳市場的因果關(guān)系中，在一定程度上表現(xiàn)為正反饋機(jī)制，當(dāng)比例升高到一定程度時(shí)，則會(huì)使市場因素之間呈現(xiàn)負(fù)反饋狀態(tài)，本文研究正是尋找更具有市場效率的碳配額拍賣比例[18]。

在電力市場中，當(dāng)碳排放權(quán)配額成本提高后，會(huì)導(dǎo)致電力行業(yè)發(fā)電成本中環(huán)境成本份額的增加。從電力供給者角度考慮，基于成本利潤的額市場驅(qū)動(dòng)，由于傳統(tǒng)能源和各類可再生能源發(fā)電的CO2排放量（排放系數(shù)）不同，會(huì)使得煤電廠商和可再生能源廠商的利潤空間成反向變化，進(jìn)而使傳統(tǒng)能源的裝機(jī)容量和可再生能源的裝機(jī)容量呈現(xiàn)相反的變化趨勢，電源結(jié)構(gòu)得到重新配置[19]。從電力需求角度，除受到宏觀經(jīng)濟(jì)中消費(fèi)系數(shù)的影響之外，發(fā)電成本的變化會(huì)使得煤電和可再生能源發(fā)電的價(jià)格受到影響，從而影響電力需求。在碳市場的影響下，電源結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化調(diào)整[20]。

（二） 碳市場與電力市場交互作用的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型根據(jù)因果環(huán)路圖建立相應(yīng)的流量存量圖，如圖3所示，建立相應(yīng)的變量關(guān)系，建立方程與對應(yīng)的程序，對模型進(jìn)行初步檢驗(yàn)與評估。模型中存在幾個(gè)狀態(tài)變量：拍賣配額，電力行業(yè)CO2基準(zhǔn)排放量，可再生能源裝機(jī)容量和傳統(tǒng)能源裝機(jī)容量。模型中的速率變量包括：年度綜合發(fā)電量排放基準(zhǔn)，各類能源廠商的利潤率以及拍賣比例。上述速率變量和狀態(tài)變量之間用數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)，模型中的其他變量為輔助變量和外生變量。在該系統(tǒng)中，碳市場的拍賣配額會(huì)影響各類能源的發(fā)電成本，進(jìn)而影響廠商的利潤狀況，從而使廠商調(diào)整不同能源發(fā)電的裝機(jī)容量，最終使得各類能源的發(fā)電量得到相應(yīng)調(diào)整，從而使電源結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。而各類能源發(fā)電量的變化會(huì)改變CO2排放量，從而改變碳市場配額，形成環(huán)路。

圖3 碳市場和電力市場相互作用的流量存量圖

五、情景模擬與結(jié)果分析

（一） 參數(shù)設(shè)定及數(shù)據(jù)處理

1.常量。根據(jù)電力需求與GDP之間的關(guān)系，我們通過回歸分析，得出二者之間存在正相關(guān)關(guān)系，因此本文通過GDP的增長率來間接確定電力需求增長率。

2.外生變量。本文考慮各類能源的發(fā)電占比情況，以2017年的最新數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，表4-2為2017年各類能源發(fā)電量的基本情況。本文研究的電源種類包括水電、火電、核電、風(fēng)電和太陽能發(fā)電，因此，為電力需求的初始值進(jìn)行賦值時(shí)，采用以上幾種能源的需求量之和，即電力需求初始值=火電+水電+風(fēng)電+核電+太陽能發(fā)電（2017年度），為64180億千瓦時(shí)。

3.狀態(tài)變量。拍賣配額是配額總量與拍賣比例的函數(shù)，即拍賣配額=配額總量*拍賣比例。而各類能源發(fā)電的CO2排放量=各類能源的CO2排放系數(shù)*各類能源的發(fā)電量。各類能源的裝機(jī)容量是電力需求和廠商利潤的數(shù)學(xué)函數(shù)，運(yùn)用歷史數(shù)據(jù)以及EVIEWS回歸分析，得出具體的數(shù)學(xué)關(guān)系式。其初始值設(shè)定為2017年底的裝機(jī)容量，其中火電裝機(jī)容量為110604萬千瓦，可再生能源發(fā)電裝機(jī)總量為67093萬千瓦。

4.輔助變量。各類能源的發(fā)電量=各類能源裝機(jī)容量*裝機(jī)平均利用小時(shí)數(shù)，其中可再生能源裝機(jī)平均利用小時(shí)數(shù)為各類可再生能源的設(shè)備利用小時(shí)數(shù)的加權(quán)平均數(shù)，可再生能源利潤與傳統(tǒng)能源利潤是其對應(yīng)能源的發(fā)電成本的數(shù)學(xué)函數(shù)。由于拍賣配額的變化會(huì)導(dǎo)致電力行業(yè)碳排放權(quán)配額成本相應(yīng)變化，進(jìn)而改變發(fā)電成本，因此，系統(tǒng)中設(shè)定發(fā)電成本與拍賣配額的關(guān)系，通過文獻(xiàn)中對拍賣比例與成本數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)關(guān)系以及EVIEWS的回歸分析，確立發(fā)電成本與拍賣配額之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。

5.速率變量。年度綜合發(fā)電量碳排放基準(zhǔn)與時(shí)間存在數(shù)學(xué)關(guān)系，可再生能源裝機(jī)容量是電力需求與可再生能源廠商利潤率的函數(shù)，傳統(tǒng)能源的裝機(jī)容量是電力需求與傳統(tǒng)能源廠商利潤率的函數(shù)。拍賣配額是配額總量與拍賣比例的數(shù)學(xué)函數(shù)，即拍賣配額=配額總量*拍賣比例。

6.拍賣比例設(shè)定。本文研究碳市場不同的配額拍賣比例對于電源結(jié)構(gòu)的影響，由于我國碳交易市場處于初級階段，配額分配的相關(guān)問題還沒有完全落實(shí)，本文將配額分配分為免費(fèi)配發(fā)和競價(jià)拍賣兩種形式。本文研究借鑒國外碳市場的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)以及我國碳市場試點(diǎn)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定4個(gè)梯度的配額拍賣比例，主要依據(jù)碳市場發(fā)展的不同階段，逐步提高拍賣比例。如表1所示，為拍賣情景設(shè)定。

表1 拍賣比例情景假設(shè)

（二） 模擬結(jié)果分析

通過軟件的模擬結(jié)果，我們得到了在四種不同情景下的各類能源發(fā)電量趨勢圖。

圖4 可再生能源發(fā)電量在不同拍賣比例下的趨勢圖

可再生能源發(fā)電量的具體趨勢圖見圖4，從左上至右下，依次為0%到100%。從圖中我們可以看出，拍賣比例的變化對可再生能源的發(fā)電量具有方向性的影響，當(dāng)逐漸增大拍賣比例時(shí)，可再生能源發(fā)電量的趨勢由下降轉(zhuǎn)變?yōu)樯仙?，而?%和100%的拍賣比例下，可再生能源的發(fā)電量趨勢大體相同，而在上述幾種情景下，50%的拍賣比例最有利于可再生能源發(fā)電的發(fā)展。

拍賣配額的趨勢圖如圖5所示，隨著碳市場的發(fā)展，拍賣配額的比重占配額總量的比重越來越大，拍賣配額量呈現(xiàn)上升趨勢，從而發(fā)揮市場的作用，提高市場運(yùn)行效率，且用于拍賣的配額增加對CO2減排具有正反饋?zhàn)饔?，因此拍賣配額呈現(xiàn)指數(shù)增長，當(dāng)達(dá)到減排目標(biāo)后，增速會(huì)逐漸下降且趨于平緩，由于本文研究拍賣制度對電源結(jié)構(gòu)的影響，未將減排目標(biāo)考慮進(jìn)來，因此圖中呈現(xiàn)的是指數(shù)增長部分。

圖5 拍賣配額趨勢

拍賣制度對傳統(tǒng)能源發(fā)電廠商和可再生能源發(fā)電廠商的利潤空間影響呈現(xiàn)相反的變化，傳統(tǒng)能源廠商利潤呈現(xiàn)下降趨勢而可再生能源利潤空間呈現(xiàn)上漲趨勢，這是因?yàn)榕馁u制度的實(shí)行，增加了電力行業(yè)CO2的碳排放成本，而傳統(tǒng)能源的單位CO2排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于可再生能源，因此廠商更多的選擇使用可再生能源發(fā)電，而傳統(tǒng)額能源發(fā)電則逐漸減少。在市場作用下，電力行業(yè)CO2排放量用于碳市場分配配額的比重逐漸增長，即應(yīng)用于市場的碳排放量越來越多，也就是說納入電力行業(yè)碳排放權(quán)成本的份額越來越大，這也有利于碳減排的實(shí)施。

六、結(jié)論

2017年12月，我國啟動(dòng)了全國碳市場體系，電力行業(yè)是唯一納入該市場的行業(yè)。全國碳市場的建立，對我國發(fā)電結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生什么影響，是一個(gè)十分值得研究的課題。本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，研究碳配額不同拍賣比例對我國電源結(jié)構(gòu)的影響。本文所得主要結(jié)論是：

（一） 拍賣制度有利于可再生能源發(fā)電的發(fā)展

拍賣比例的變化對可再生能源的發(fā)電量和發(fā)電成本具有顯著影響。但是，拍賣比例并非越高越有利于促進(jìn)可再生能源發(fā)電的發(fā)展，存在一個(gè)最優(yōu)拍賣比例。

（二） 拍賣制度對傳統(tǒng)能源發(fā)電量和裝機(jī)容量的影響較小

拍賣比例的變化對我國傳統(tǒng)能源發(fā)電量和裝機(jī)容量的影響趨勢較小。我國傳統(tǒng)能源發(fā)電為主要發(fā)電形式，碳市場的拍賣制度的實(shí)施不能撼動(dòng)傳統(tǒng)能源發(fā)電的地位，對其影響不大。

（三） 拍賣制度有利于碳配額總量的增長

由于拍賣制度主要發(fā)揮碳市場中的市場供需調(diào)節(jié)，因此，拍賣比例的增加能夠提高市場的運(yùn)行效率，碳市場配額份額也會(huì)相應(yīng)增加。換言之，拍賣制度的實(shí)施對碳配額總量的增長具有促進(jìn)作用。

（四） 電力行業(yè)是目前唯一納入碳市場的行業(yè)，電力市場與碳市場關(guān)系極其密切

目前，由于我國市場化電價(jià)體系尚未建立，影響了發(fā)電成本的傳導(dǎo)，將影響碳市場的有效性。因此，我國應(yīng)積極推進(jìn)電力市場改革，尤其是電價(jià)形成機(jī)制改革，使市場之間的成本傳導(dǎo)更加順暢。

（五） 拍賣制度的實(shí)施有利于市場參與者的發(fā)展，能夠提高市場參與者的積極性

隨著碳市場的發(fā)展，CO2排放總量會(huì)逐漸下降，使得拍賣配額達(dá)到一個(gè)飽和值，因此，拍賣制度的實(shí)施對拍賣配額的影響經(jīng)歷了指數(shù)增長到逐漸平穩(wěn)的過程。積極發(fā)展碳市場拍賣制度有利于碳市場的發(fā)展，能夠促進(jìn)供需雙方的交易，促進(jìn)碳市場的發(fā)展以及實(shí)現(xiàn)CO2的減排目標(biāo)。

由于數(shù)據(jù)及本人研究能力所限，本文還存在一些需要改進(jìn)的地方：1、本文設(shè)定了很多假設(shè)條件，雖然使模擬結(jié)果更加清晰直觀，但也造成了研究基礎(chǔ)與現(xiàn)實(shí)情況存在一定差距。2、由于數(shù)據(jù)所限，在選取數(shù)據(jù)時(shí)未采用生物質(zhì)能等能源的相關(guān)數(shù)據(jù)，研究結(jié)果會(huì)產(chǎn)生細(xì)微偏差。3、本文的拍賣比例設(shè)定較為粗略。未來的研究中，可細(xì)化拍賣比例的設(shè)定，充實(shí)數(shù)據(jù)，并考慮更多的現(xiàn)實(shí)因素，使模擬結(jié)果更接近現(xiàn)實(shí)，為相關(guān)政策制定提供更加科學(xué)的建議。