王喜平，唐 榮

（華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理系，河北 保定 071000）

碳捕集、利用與封存（carbon capture，utilization and storage，CCUS）技術(shù)是指將工業(yè)生產(chǎn)過程中所排放的CO2分離，經(jīng)壓縮純化后注入深部地質(zhì)進(jìn)行長期封存或?qū)崿F(xiàn)資源化利用的技術(shù)。依據(jù)碳中和[1]的減排目標(biāo)需求，到2060年，需要CCUS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的CO2減排量為10億～18億t，CCUS技術(shù)將為實(shí)現(xiàn)我國的化石能源近零排放提供重要支撐。然而，從現(xiàn)實(shí)實(shí)踐來看，盡管已有相關(guān)研究表明CCUS技術(shù)可行，中國也早在2000年就開始了對(duì)CCUS的探索，但目前的CCUS產(chǎn)業(yè)化整體仍處于早期發(fā)展階段，CCUS項(xiàng)目的規(guī)模與實(shí)現(xiàn)碳中和愿景的減排 需求之間還存在較大差距，CO2捕獲率相比滿足2050年的2 ℃溫控目標(biāo)所需的最低要求還要低100倍，CCUS距離實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還存在較大缺口[2]。這不僅因?yàn)镃CUS產(chǎn)業(yè)化面臨成本高昂、技術(shù)安全性及公眾接受性等多重挑戰(zhàn)，缺乏成熟的商業(yè)模式以及相應(yīng)的激勵(lì)政策也是阻滯CCUS技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要因素。

因此，探索有利于CCUS產(chǎn)業(yè)化發(fā)展和穩(wěn)定運(yùn)營的商業(yè)模式，并研究制定相應(yīng)的激勵(lì)政策，對(duì)于促進(jìn)CCUS商業(yè)化部署、推進(jìn)燃煤發(fā)電綠色低碳轉(zhuǎn)型進(jìn)而實(shí)現(xiàn)國家碳中和愿景目標(biāo)具有重要意義。

1 CCUS商業(yè)模式和激勵(lì)政策

1.1 對(duì)CCUS商業(yè)模式的研究

由于學(xué)者從不同層面定義商業(yè)模式的概念，因此目前對(duì)商業(yè)模式內(nèi)涵的界定并不統(tǒng)一。本文傾向于Amit和Zott[3]的商業(yè)模式內(nèi)涵，認(rèn)為商業(yè)模式是企業(yè)為實(shí)現(xiàn)價(jià)值創(chuàng)造和價(jià)值獲取而建立的一種交易結(jié)構(gòu)、內(nèi)容和治理的組合，是企業(yè)間交易連接模式的概念化。

涉及能源領(lǐng)域商業(yè)模式的研究有許多：P?t?ri、Sinkkonen[4]和Pantaleo[5]研究了能源服務(wù)公司（ESCos）的商業(yè)模式；一些學(xué)者指出政策制定者要重視能源部門中商業(yè)模式對(duì)政策的依賴[6]；Bryant等人[7]研究了可再生能源領(lǐng)域中商業(yè)模式的可行性，認(rèn)為有效的商業(yè)模式是實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的重要支撐。越來越多的學(xué)者將商業(yè)模式作為能源領(lǐng)域的分析工具[8-9]。Kheshgi等人[10]指出目前仍沒有可行的商業(yè)模式用于大規(guī)模部署CCUS技術(shù)。梁大鵬[11]率先設(shè)計(jì)了電力公司的CCUS運(yùn)營商模式，并指出該模式是最具發(fā)展?jié)摿Φ腃CUS商業(yè)模式。Yao等人[12]分析評(píng)估了CCUS未來發(fā)展的4種潛在商業(yè)模式，并利用蒙特卡羅模擬得到了不同模式下各利益主體的收益分布，研究結(jié)果表明垂直整合模式是我國在早期CCUS示范階段的最佳選擇。曾俁琳[13]研究并設(shè)計(jì)了3種不同的CCUS商業(yè)模式，采用實(shí)物期權(quán)法測(cè)算了不同商業(yè)模式下CCUS的投資價(jià)值，分析了影響燃煤電廠投資CCUS技術(shù)的主要因素，研究證明了垂直整合模式對(duì)燃煤電廠投資來講最優(yōu)?？梢?，目前對(duì)CCUS商業(yè)模式的研究并未形成一致定論。

1.2 對(duì)CCUS的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究

對(duì)CCUS技術(shù)的早期研究主要集中在經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性評(píng)價(jià)方面，主要采用傳統(tǒng)的凈現(xiàn)值方法來分析CCUS項(xiàng)目的成本和收益?？紤]到CCUS投資面臨技術(shù)、成本、政策等諸多不確定性因素，實(shí)物期權(quán)理論逐漸被引入CCUS技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，以凸顯CCUS的戰(zhàn)略投資價(jià)值及其管理柔性。然而，在對(duì)CCUS投資成本收益的分析中仍未能考慮CCUS這一復(fù)雜系統(tǒng)中各成員之間的密切聯(lián)系。為克服上述缺陷，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）作為一種處理復(fù)雜、大規(guī)模動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的分析工具和方法逐漸受到研究者的青睞，目前已經(jīng)有相關(guān)的研究將SD模型用于CCUS系統(tǒng)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)分析。梁大鵬[11]根據(jù)CO2價(jià)值鏈將CCUS分為捕集、運(yùn)輸、存儲(chǔ)和利用4個(gè)子系統(tǒng)，研究證明了商業(yè)化碳捕集與封存系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的存在；此外，他還發(fā)現(xiàn)碳排放交易市場和碳稅等外部激勵(lì)因素對(duì)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[14]。Proao等人[15]利用SD方法評(píng)估了在不同的市場情景和碳稅政策下，在水泥行業(yè)實(shí)施CCUS技術(shù)的整體經(jīng)濟(jì)影響，研究證明了征收20～80美元/t的碳稅將激勵(lì)CCUS技術(shù)的實(shí)施。Yao等人[16]建立了鋼鐵行業(yè)的CCUS系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模型，從鋼鐵供應(yīng)鏈角度分析了應(yīng)用碳捕獲技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性，證明了在特定條件下鋼鐵廠可以成功應(yīng)用CCUS技術(shù)，并確定了影響系統(tǒng)運(yùn)行的3個(gè)關(guān)鍵變量。由此可知，SD方法可以作為對(duì)CCUS系統(tǒng)進(jìn)行建模的合理工具。

1.3 CCUS相關(guān)激勵(lì)政策研究

由于CCUS高昂的投資成本以及技術(shù)不確定性，相關(guān)企業(yè)往往不會(huì)主動(dòng)參與CCUS的研發(fā)；缺少有效的激勵(lì)政策也是CCUS商業(yè)化推廣過程中的主要障礙之一。因此，對(duì)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策研究也是實(shí)現(xiàn)CCUS技術(shù)擴(kuò)散的重要內(nèi)容。張新華等[17]研究了激勵(lì)政策對(duì)CCUS投資的影響，發(fā)現(xiàn)碳價(jià)下限政策會(huì)激勵(lì)電站投資碳減排。投資補(bǔ)貼是早期在激勵(lì)政策方面的研究焦點(diǎn)。Chen等人[18]構(gòu)建實(shí)物期權(quán)模型，分析了電價(jià)補(bǔ)貼對(duì)中國燃煤電廠CCUS投資改造和CO2減排的影響，并揭示了碳價(jià)格可以決定電價(jià)補(bǔ)貼的影響程度。由于CCUS能有效減少碳排放，因此還有學(xué)者從成本節(jié)約的角度把碳稅政策視為對(duì)CCUS投資的激勵(lì)政策。林則夫等[19]將碳稅視為政策變量，用數(shù)值仿真的方法研究了碳稅政策對(duì)CCUS項(xiàng)目投資產(chǎn)生的影響。伊長生等[20]將碳稅和清潔電價(jià)等政策變量引入實(shí)物期權(quán)評(píng)價(jià)模型，分析結(jié)果表明，高力度的激勵(lì)政策可促進(jìn)CCUS項(xiàng)目投資。程承等[21]針對(duì)不同的激勵(lì)政策建立了4種實(shí)物期權(quán)模型，并求解了項(xiàng)目預(yù)期最優(yōu)執(zhí)行時(shí)間以及激勵(lì)政策的最優(yōu)值。Wang和Qie[22]研究表明CCUS投資受到碳價(jià)格、捕獲率和轉(zhuǎn)移支付系數(shù)的積極影響，而受到資本補(bǔ)貼的負(fù)面影響?？偟膩碚f，目前在激勵(lì)政策方面的研究主要關(guān)注發(fā)電補(bǔ)貼、碳稅等政策，但大多數(shù)研究都只針對(duì)單一的政策，少有研究把不同的激勵(lì)政策放入同一模型進(jìn)行比較，這也是本文試圖要填補(bǔ)的地方。

綜上分析發(fā)現(xiàn)，CCUS商業(yè)模式的構(gòu)建及相關(guān)政策評(píng)估是目前CCUS產(chǎn)業(yè)化發(fā)展面臨的重要制約因素，有關(guān)商業(yè)模式的已有研究尚未得出一致性結(jié)論，相關(guān)激勵(lì)政策研究也有待進(jìn)一步深化。鑒于此，本文在已有研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地構(gòu)建了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)CCUS垂直整合模式和運(yùn)營商模式進(jìn)行比較，細(xì)化了每種模式下各利益相關(guān)者的業(yè)務(wù)范圍、收益分配和責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)，并通過仿真模擬比較了不同模式下CCUS系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行性和減排效益。同時(shí)，本文將額外電力配額、電價(jià)補(bǔ)貼、碳稅、碳交易等政策因素納入模型，通過設(shè)置多種情景對(duì)不同政策的激勵(lì)效果進(jìn)行了分析和評(píng)估，從中總結(jié)出CCUS成功商業(yè)化的需求。

2 商業(yè)模式界定與模型構(gòu)建

2.1 CCUS商業(yè)模式界定

CCUS商業(yè)模式的關(guān)鍵問題為：1）CCUS相關(guān)環(huán)節(jié)的設(shè)備及技術(shù)投資成本高昂，需要大量的資金投入，需要政府對(duì)碳捕獲、運(yùn)輸、封存等環(huán)節(jié)相關(guān)企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼以確保CCUS項(xiàng)目商業(yè)運(yùn)營的成功；2）CCUS涉及的產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)較長，利益相關(guān)者之間錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系導(dǎo)致企業(yè)間難以實(shí)現(xiàn)長期合作，同時(shí)也增加了交易成本；3）CCUS的產(chǎn)業(yè)周期長、高度不確定性的特點(diǎn)使政策激勵(lì)面臨著較高風(fēng)險(xiǎn)，而缺乏激勵(lì)工具對(duì)于CCUS項(xiàng)目的商業(yè)化發(fā)展是致命的。

CCUS技術(shù)商業(yè)化進(jìn)展緩慢的根本原因之一是CO2應(yīng)用價(jià)值難以實(shí)現(xiàn)，關(guān)于該技術(shù)價(jià)值鏈的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力也還未形成成熟的結(jié)論。目前較為成熟的4種技術(shù)為：CO2強(qiáng)化石油開采技術(shù)（EOR）、CO2強(qiáng)化深部咸水開采技術(shù)（EWR）、CO2強(qiáng)化天然氣開采技術(shù)（EGR）、CO2驅(qū)替煤層氣技術(shù)（ECBM）。其中，前兩者已有商業(yè)化應(yīng)用[23]。Hammond等人[24]指出CO2-EOR是最具吸引力和最成熟的地質(zhì)選擇，EOR的長期積累已經(jīng)促使北美形成較穩(wěn)定的CO2需求市場。研究表明，將CO2注入油層，不僅能夠通過大幅提高原油采收率來實(shí)現(xiàn)獲利，而且可以對(duì)CO2進(jìn)行大規(guī)模封存，達(dá)到減排目的，同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境保護(hù)的雙重要求。

本文基于中國當(dāng)前的政策環(huán)境和能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，參考已有文獻(xiàn)，根據(jù)CCUS項(xiàng)目中各利益相關(guān)者業(yè)務(wù)范圍的不同設(shè)計(jì)了2種CCUS商業(yè)模式。為了使不同的商業(yè)模式具有可比性，本文假設(shè)CO2捕獲源為設(shè)備改造后的燃煤電廠，并參考Hammond[24]和Yao等人[12]將EOR作為所捕獲CO2的唯一利用方法。

2.1.1 垂直整合模式

CCUS技術(shù)的早期主要特點(diǎn)是CO2捕獲成本高、缺乏大規(guī)模商業(yè)化示范項(xiàng)目以及不確定性高，這導(dǎo)致許多公司難以進(jìn)入該行業(yè)，不同部門更無法實(shí)現(xiàn)長期的合作。因此，結(jié)合我國CCUS行業(yè)背景以及中國國有企業(yè)和能源集團(tuán)高度一體化的特征設(shè)計(jì)了垂直整合模式，該模式也稱為全資模式，其流程如圖1所示。

圖1 垂直整合模式Fig.1 Vertical integration mode

在這種模式下，CO2的捕集、運(yùn)輸、利用和封存被看成一個(gè)整體，整個(gè)CCUS產(chǎn)業(yè)鏈由1個(gè)集團(tuán)公司來投資和運(yùn)營，因此對(duì)該類型公司的整合程度提出了較高的要求。該公司的內(nèi)部員工包括工程師、地質(zhì)學(xué)家、運(yùn)輸人員以及現(xiàn)場技術(shù)人員等，負(fù)責(zé)對(duì)旗下的燃煤電廠進(jìn)行投資改造，然后自行捕獲CO2并統(tǒng)一運(yùn)輸?shù)焦緝?nèi)部油田進(jìn)行驅(qū)油以提高原油采收率，從而確保了CCUS項(xiàng)目的捕集源、EOR和儲(chǔ)存點(diǎn)。采用垂直整合模式的公司，其關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于公司可以自行控制和管理相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)營成本。垂直整合公司由碳捕獲企業(yè)、運(yùn)輸商、利用商以及封存商組成，公司負(fù)責(zé)CCUS產(chǎn)業(yè)鏈上的所有環(huán)節(jié)，因此收益包括政府對(duì)項(xiàng)目的直接補(bǔ)貼、來自碳市場的碳交易收入，以及來自EOR的原油銷售收入。費(fèi)用包括捕獲、運(yùn)輸、儲(chǔ)存和EOR環(huán)節(jié)的投資和運(yùn)維成本。此外，本文假設(shè)政府對(duì)CO2的排放征收碳稅來激勵(lì)CCUS的推廣，因此費(fèi)用還包括企業(yè)上繳的碳稅稅額。由于該模式下CO2高度集成，因此假定此時(shí)的交易成本為0。

2.1.2 運(yùn)營商模式

為便于比較，本文還引入了一種更受市場因素驅(qū)動(dòng)、參與主體更加多樣化的運(yùn)營商模式，其流程如圖2所示。

圖2 CCUS運(yùn)營商模式Fig.2 CCUS operator mode

這種模式最早由梁大鵬提出且被認(rèn)為是CCUS最具發(fā)展?jié)摿Φ纳虡I(yè)模式。該模式假設(shè)有發(fā)電公司、運(yùn)營商和油田公司3個(gè)主體。其中，發(fā)電公司不以盈利為動(dòng)機(jī)，否則難以實(shí)現(xiàn)合作。運(yùn)營商在該模式中負(fù)責(zé)捕獲、運(yùn)輸和存儲(chǔ)環(huán)節(jié)，因此收益包括政府對(duì)相關(guān)環(huán)節(jié)的直接補(bǔ)貼、由碳排放配額產(chǎn)生的碳交易市場收益，以及將CO2銷售給油田公司獲得的收益。在獲得收益的同時(shí)，運(yùn)營商也需要承擔(dān)捕獲成本、運(yùn)輸成本、存儲(chǔ)成本以及碳排放稅。油田公司的收益則為EOR所獲得的原油銷售收益，支出為CO2的采購費(fèi)用和驅(qū)油成本?？紤]到該模式下投入成本和風(fēng)險(xiǎn)更大，不同部門間達(dá)成合作更加困難，因此交易成本比垂直整合模式更高。

2.2 CCUS商業(yè)模式SD模型構(gòu)建

由于目前CCUS暫未形成成熟的商業(yè)運(yùn)營模式，因此在構(gòu)建SD模型前，有必要作出如下假設(shè)：1）政府對(duì)CO2的排放征收碳稅，沒有碳稅的激勵(lì)作用，企業(yè)不會(huì)主動(dòng)承擔(dān)減少碳排放的義務(wù)；2）建立碳排放權(quán)交易市場，系統(tǒng)的利益相關(guān)者才能利用相應(yīng)的市場工具來創(chuàng)造和實(shí)現(xiàn)CO2的商業(yè)價(jià)值及其流動(dòng)；3）技術(shù)的開發(fā)不會(huì)出現(xiàn)破壞性創(chuàng)新，確保CCUS系統(tǒng)后期不會(huì)因?yàn)樾碌臏p排技術(shù)出現(xiàn)而系統(tǒng)崩潰；4）CO2的存儲(chǔ)需求得到充分滿足，確保捕獲量不受存儲(chǔ)空間限制；5）建立完善的監(jiān)管和信息共享機(jī)制，避免系統(tǒng)成員在仿真模擬期內(nèi)做出不一致的決策從而使系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)向穩(wěn)定狀態(tài)的過渡。

2.2.1 SD模型的因果循環(huán)圖

因果循環(huán)圖是用來展示各變量之間的因果關(guān)系、顯示系統(tǒng)中信息反饋的一種直觀方式[25]?；谝陨蠈?duì)經(jīng)濟(jì)關(guān)系的假設(shè)，繪制了一個(gè)基本的因果圖來表示2種CCUS商業(yè)模式，如圖3所示。

圖3 CCUS系統(tǒng)商業(yè)模式因果循環(huán)圖Fig.3 Causal diagram of business model for CCUS system

圖3中，箭頭表示變量之間的因果關(guān)系，箭頭上的“+”和“-”分別表明變量的關(guān)系是積極的或消極的。圖3中共有5個(gè)正反饋循環(huán)、5個(gè)負(fù)反饋循環(huán)。從這些循環(huán)回路中可以看出，CO2的捕集量與捕集意愿有關(guān)。捕集量隨著捕集意愿的增強(qiáng)而逐漸增加，而政府補(bǔ)貼、再投資、碳市場收入和捕集成本等因素會(huì)影響CO2捕集意愿。根據(jù)這些反饋回路，可以描繪出整個(gè)CCUS運(yùn)營系統(tǒng)的流圖，如圖4、圖5所示。

圖4 CCUS垂直整合模式流圖Fig.4 Flow diagram of the CCUS vertical integration mode

圖5 CCUS運(yùn)營商模式流圖Fig.5 Flow diagram of the CCUS operator mode

2.2.2 SD模型的流圖及方程建立

SD模型中流圖的主要優(yōu)勢(shì)在于展現(xiàn)了各個(gè)因素之間的關(guān)系以及相互之間的動(dòng)態(tài)變化，因此不局限于具體的數(shù)值。本文將系統(tǒng)分為政府、CO2捕獲以及項(xiàng)目收益3個(gè)模塊，2種模式的大部分環(huán)節(jié)都是一致的，區(qū)別主要集中在項(xiàng)目收益模塊，這是因?yàn)椴煌哪Ｊ街懈骼嬷黧w負(fù)責(zé)的業(yè)務(wù)不同。

政府在促進(jìn)CCUS商業(yè)化中發(fā)揮著重要作用：一方面，政府對(duì)企業(yè)征收碳排放稅以鼓勵(lì)其主動(dòng)投資和創(chuàng)新碳捕獲技術(shù)；另一方面，為了實(shí)現(xiàn)減排所創(chuàng)造的潛在社會(huì)福利，政府對(duì)相關(guān)企業(yè)提供直接補(bǔ)貼，從而推動(dòng)CCUS系統(tǒng)的建立和順利運(yùn)行。模型中，CO2捕集量受到CO2捕集意愿、捕集能力和理論CO2排放量的影響。首先，CO2捕集意愿由公司的收入和捕集意愿系數(shù)決定（捕集意愿系數(shù)的設(shè)置參考Yao和Yuan[16]的方法，與主觀捕集意愿、碳稅稅率、單位捕集成本和附加值接受度有關(guān)）。其次，捕集能力為捕集前CO2排放量與主觀捕獲率的乘積，假定后者為定值。還需強(qiáng)調(diào)的是，在影響捕集前CO2排放量的因素中，本文通過年發(fā)電小時(shí)數(shù)（RT）來實(shí)現(xiàn)對(duì)額外電力配額的調(diào)節(jié)[26]，在減輕對(duì)政府補(bǔ)貼的依賴同時(shí)，能夠激勵(lì)燃煤電廠積極進(jìn)行CCUS示范。

2種CCUS商業(yè)模式在變量關(guān)系設(shè)置上的區(qū)別主要體現(xiàn)在項(xiàng)目收益模塊。項(xiàng)目收益主要包括政府補(bǔ)貼、碳市場收入、CO2銷售收入以及原油收入；而項(xiàng)目成本則主要包括捕集成本、運(yùn)輸成本、存儲(chǔ)成本、驅(qū)油成本、碳稅稅額和再投資。垂直整合公司負(fù)責(zé)全環(huán)節(jié)項(xiàng)目，風(fēng)險(xiǎn)增大但交易成本為0；運(yùn)營商模式專業(yè)性有所增強(qiáng)但增加了交易成本?？偟膩碚f，該模型描述了CCUS系統(tǒng)的全過程，模擬了應(yīng)用CCUS技術(shù)后的公司收益、CO2捕獲量、捕集率等變量的動(dòng)態(tài)變化。本文將根據(jù)仿真結(jié)果來分析CCUS的運(yùn)營效益，明確影響該系統(tǒng)成功與否的關(guān)鍵因素。此外，相關(guān)變量的初值取自不同的數(shù)據(jù)來源，包括不同的統(tǒng)計(jì)年鑒和技術(shù)報(bào)告、已有的研究等。由于篇幅限制，本文不再贅述。

2.2.3 模型檢測(cè)

在進(jìn)行仿真分析之前，需要檢測(cè)模型的整體性和有效性[27]。在VENSIM軟件中，設(shè)定初始時(shí)間為0，連續(xù)仿真50年，時(shí)間單位為1年，執(zhí)行軟件中的Check Model命令，界面上提示Model is OK，表明模型通過了model check和unit check 2項(xiàng)檢驗(yàn)。

3 仿真結(jié)果與分析

3.1 商業(yè)模式的可行性分析

在初始參數(shù)設(shè)定下，利用VENSIM軟件對(duì)2種CCUS商業(yè)模式從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行性和減排效益2方面進(jìn)行對(duì)比分析。

3.1.1 經(jīng)濟(jì)和技術(shù)可行性分析

垂直整合模式和運(yùn)營商模式2種不同商業(yè)模式下的累計(jì)收入和捕集率仿真結(jié)果如圖6所示。由圖6a)可見，2種商業(yè)模式下CCUS系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上均可行。首先，通過模擬期間累計(jì)收入的變化可以看出，2種商業(yè)模式都經(jīng)歷了由虧損轉(zhuǎn)向盈利的過程，但曲線的斜率不同。垂直整合模式的累積收入前期一直在運(yùn)營商模式上方，表示垂直整合模式下公司更有盈利優(yōu)勢(shì)，但由于在研究期間增長相對(duì)緩慢，從第37年開始，其累積收入被運(yùn)營商模式趕超，并且暫時(shí)沒有追回。由圖6b)可知：隨著技術(shù)再投資的增加，捕集率也隨時(shí)間提高，且由于前期碳捕獲技術(shù)水平快速增長，捕集率的斜率相對(duì)更大，后期捕集率的穩(wěn)定增長表明系統(tǒng)已經(jīng)形成了相對(duì)成熟的碳捕獲技術(shù)。其中，垂直整合模式下碳捕集技術(shù)在第26年就實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)，捕集率達(dá)到70%；從第27年開始，每年的捕集率緩慢上升，基本穩(wěn)定在90%的水平。運(yùn)營商模式下捕集率相對(duì)較低，第41年才達(dá)到70%，速率比垂直整合模式慢約57.69%，表明在技術(shù)上垂直整合模式表現(xiàn)力更好。雖然2種模式的變化趨勢(shì)不同，但是最終在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上都實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定經(jīng)營。

圖6 不同商業(yè)模式下系統(tǒng)的仿真結(jié)果Fig.6 Changes in systems across different business models

3.1.2 減排效益分析

不同模式下的CO2流圖、CO2排放仿真結(jié)果如圖7所示。由圖7a）和圖7b）可見：2種模式捕集前的CO2排放量一致；CO2捕集量由于技術(shù)進(jìn)步和政府財(cái)政支持逐漸上升；CO2排放量為捕集前排放量與捕集量之差，因此隨著捕集量達(dá)到穩(wěn)定值而逐漸減少至0。垂直整合模式中CO2捕集量和CO2排放量的交點(diǎn)出現(xiàn)在第22年，在這之后捕集量開始超過了最終的排放量；而運(yùn)營商模式下二者直到第34年才相交，這表明垂直整合模式在減排效益上相對(duì)更具優(yōu)勢(shì)。由圖7c)可見，2條曲線雖然都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但垂直整合模式的CO2排放量自始至終都位于運(yùn)營商模式的下方，這也表明了垂直整合模式下CCUS的碳減排作用得到更充分發(fā)揮。

圖7 不同模式下的CO2變化趨勢(shì)仿真結(jié)果Fig.7 The simulated change trends of CO2 in different modes

3.2 政策激勵(lì)分析

上述研究表明，垂直整合模式無論是經(jīng)濟(jì)、技術(shù)可行性上還是減排效益上都更具優(yōu)勢(shì)，因此選定垂直整合模式作為參考模型，來重點(diǎn)探討額外電力配額、電價(jià)補(bǔ)貼政策、碳交易政策以及碳稅政策這4種不同的激勵(lì)政策如何影響CCUS系統(tǒng)。表1總結(jié)了每種情景的仿真結(jié)果，可以從中對(duì)比不同政策的激勵(lì)效果。

表1 不同激勵(lì)政策情景下的仿真結(jié)果Tab.1 Simulation results in different incentive policy scenarios

3.2.1 額外電力配額

圖8分別為不同的電力配額下垂直整合公司的累積收入、捕集率以及CO2排放的變化情況。圖8中，S1-1和S1-2分別為電力配額減少50%和減少25%的情景，S1-3為基準(zhǔn)情景，S1-4和S1-5分別為電力配額增加25%和增加50%的情景。

由圖8a)可以看出，幾種情景均能實(shí)現(xiàn)CCUS項(xiàng)目的盈利。在本文中，燃煤電廠的基準(zhǔn)電力配額假定為4 293 h/a，此時(shí)獲得累積收入27.87億元；但當(dāng)額外電力配額增加時(shí)，垂直整合公司的收入在前期相對(duì)于基準(zhǔn)情景有所減少，但在后期呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)并實(shí)現(xiàn)收益趕超，最終能帶來的最大累計(jì)收益為37.07億元。可見，額外電力配額的減少雖然能在短期增加收益，但大大降低了CCUS項(xiàng)目的最終收益。

由圖8b)可以看出：當(dāng)額外電力配額減少50%時(shí)，CCUS系統(tǒng)在第17年就達(dá)到70%的捕集率，相比基準(zhǔn)情景（26年）用時(shí)減少34.62%；而當(dāng)電力配額增加50%時(shí)，捕集率到第37年才達(dá)到技術(shù)上的穩(wěn)態(tài)，效率降低42.31%，但無論其怎樣變動(dòng)，CCUS系統(tǒng)最終都能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定經(jīng)營。由圖8c)可以看出，額外電力配額與碳排放呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即額外電力配額越大，CCUS項(xiàng)目的碳排放隨之增加。當(dāng)額外電力配額增加50%時(shí)，碳捕集量從基準(zhǔn)情形的161.4萬t增加至247.9萬t，增長率高達(dá)53.59%；最終的碳排放量從17.47 t增加至23.95 t，增長率為37.09%。其原因在于額外電力配額的增加是由于燃煤電廠年發(fā)電小時(shí)數(shù)的增加，這必然會(huì)導(dǎo)致CO2排放量增大。

圖8 不同電力配額下系統(tǒng)的變化Fig.8 Changes in systems under different power quotas

3.2.2 電價(jià)補(bǔ)貼政策

CCUS技術(shù)商業(yè)化推廣的一個(gè)主要障礙是項(xiàng)目投資要求大且投資回收期較長，因此在技術(shù)推廣的早期階段，政府有必要為項(xiàng)目提供財(cái)政支持，但是不斷增加的補(bǔ)貼也會(huì)導(dǎo)致政府財(cái)政負(fù)擔(dān)過重。本文在其他變量保持基準(zhǔn)水平下，使電價(jià)補(bǔ)貼分別減少25%（S2-1）和50%（S2-2）、增加25%（S2-3）和50%（S2-4），得到不同電價(jià)補(bǔ)貼對(duì)系統(tǒng)累計(jì)收入、捕集率、碳排放量的影響如圖9所示。

圖9表明，電價(jià)補(bǔ)貼的增加在給公司帶來更大的收益同時(shí)，也大大減少了CO2的排放，對(duì)捕集率的提升具有加速效應(yīng)。當(dāng)電價(jià)補(bǔ)貼增加50%，也就是從0.05元/(kW·h)增加至0.075元/(kW·h)，垂直整合公司累計(jì)收入從27.87億元增至32.05億元，技術(shù)上提前9年達(dá)到穩(wěn)定水平。但是隨著政府補(bǔ)貼力度的加大，電價(jià)補(bǔ)貼政策的激勵(lì)效果呈現(xiàn) 出明顯的邊際下降趨勢(shì)。電價(jià)補(bǔ)貼政策對(duì)系統(tǒng)運(yùn)營 有決定性影響，當(dāng)電價(jià)補(bǔ)貼下降50%時(shí)，系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)上一直處于虧損狀態(tài)（圖9a)曲線S2-1），捕集率始終為0（圖9b)曲線S2-1），自然也無法帶來減排效益，這表明過低的電價(jià)補(bǔ)貼會(huì)直接導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。總之，對(duì)于電價(jià)補(bǔ)貼政策，補(bǔ)貼的增加能促使系統(tǒng)更快進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，但政府不可能無限地提供資金，當(dāng)補(bǔ)貼過多時(shí)，就會(huì)造成資源浪費(fèi)，導(dǎo)致這種加速效應(yīng)降低。激勵(lì)力度從25%擴(kuò)大至50%時(shí)，效率也降低了大約25%。同時(shí)，政府也不能過于降低電價(jià)補(bǔ)貼，否則企業(yè)將缺少捕集CO2的動(dòng)力，最終導(dǎo)致系統(tǒng)無法正常運(yùn)營。因此，政府需要仔細(xì)確定一個(gè)適當(dāng)?shù)难a(bǔ)貼力度，這對(duì)于CCUS的成功商業(yè)化至關(guān)重要。

圖9 不同電價(jià)補(bǔ)貼對(duì)系統(tǒng)的影響Fig.9 Effects of tariff subsidies on the system

3.2.3 碳交易政策

碳交易機(jī)制作為一種以市場為導(dǎo)向的政策工具，可以為CCUS項(xiàng)目帶來額外的收益，有效抵消項(xiàng)目的部分減排成本[28]。不同水平的碳交易價(jià)格會(huì)對(duì)CCUS系統(tǒng)產(chǎn)生不同的影響，具體如圖10所示。首先，S3-1至S3-5的累積收入曲線呈現(xiàn)依次增加的特征。當(dāng)碳交易價(jià)格上升50%時(shí)，累積收入增加了17.58%，表明較高的碳價(jià)格能給公司帶來相對(duì)更高的收益。其次，觀察捕集率曲線，發(fā)現(xiàn)碳交易價(jià)格提升能增加系統(tǒng)在技術(shù)上的優(yōu)越性，在基準(zhǔn)情景下系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間需要26年；當(dāng)碳交易價(jià)格提升50%，用時(shí)顯著減少了15.38%。最后，碳價(jià)格對(duì)CO2排放的影響主要體現(xiàn)在項(xiàng)目中期。當(dāng)碳價(jià)格水平升高50%，CO2排放量相比基準(zhǔn)情景減少了45.97%；但大約從33年開始，幾種情形的碳排放情況達(dá)到一致。有研究發(fā)現(xiàn)[29]，目前中國的經(jīng)濟(jì)環(huán)境還不足以引發(fā)CCUS項(xiàng)目的即時(shí)投資，但引入碳交易機(jī)制能夠顯著提高項(xiàng)目的投資價(jià)值，降低投資失敗概率。因此，碳交易價(jià)格政策也是CCUS商業(yè)化過程中的重要激勵(lì)因素。

圖10 不同碳交易價(jià)格下系統(tǒng)的變化Fig.10 Changes in systems at different carbon trading prices

3.2.4 碳稅政策

碳稅是一個(gè)有效的環(huán)境政策工具。據(jù)中國氣候變化國別研究組的研究顯示，征收碳稅不僅可以從量的方面降低能源消耗，而且還能從質(zhì)的方面優(yōu)化能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，同時(shí)可以有效地削減溫室氣體的排放量。雖然碳稅在中國暫未實(shí)施，但是對(duì)于CCUS系統(tǒng)來說，碳稅的重要性不可忽視。在本文的垂直整合模式中，碳稅的作用體現(xiàn)在碳稅稅率與捕集意愿系數(shù)是正相關(guān)關(guān)系（圖11a)）。稅率從減少50%到增加50%的過程中，垂直整合公司的累計(jì)收入曲線一開始是呈逐次遞減排列；隨著時(shí)間推移，高碳稅稅率情景下公司收益迅速增加，很快趕超了緩慢上升的低稅率情景。這表明碳稅所帶給企業(yè)的經(jīng)濟(jì)壓力只是暫時(shí)的，經(jīng)過一定的時(shí)間后有利于經(jīng)濟(jì)的健康發(fā)展。圖11b）為不同碳稅稅率下碳捕集技術(shù)的進(jìn)步趨勢(shì)。情景S4-5相比S4-1使系統(tǒng)提前了21年進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，效率提升高達(dá)95.45%。這表明如果不征收碳稅，那么企業(yè)的主觀捕集意愿會(huì)大大降低，CCUS系統(tǒng)的減排效力會(huì)大打折扣。

圖11 不同碳稅水平下系統(tǒng)的變化Fig.11 Changes of the systems at different carbon tax levels

圖11c）顯示了碳稅所帶來的減排效益。觀察CO2的排放量曲線可知，在基準(zhǔn)水平上降低碳稅所帶來的消極影響顯著大于提高碳稅所帶來的好處，這表明稅率必須足夠大，以確保其對(duì)CCUS系統(tǒng)的明顯推動(dòng)作用。

3.2.5 多策并舉共同激勵(lì)

現(xiàn)實(shí)中CCUS系統(tǒng)必然不止受單一政策的影響，需要各種政策激勵(lì)工具的共同努力。由于額外電力配額和電價(jià)補(bǔ)貼，碳交易價(jià)格和碳稅之間存在一定的互相替代性，因此本文測(cè)算了8種不同激勵(lì)政策組合下系統(tǒng)的變化情況。S5-0為基準(zhǔn)情形，S5-1—S5-4代表4種高力度激勵(lì)政策情景，假設(shè)這些情景下各變量同時(shí)增加25%；S5-5—S5-8則代表4種低力度激勵(lì)政策情景，假設(shè)這些情景下各變量同時(shí)減少25%。不同政策組合下系統(tǒng)的變化如圖12所示。

圖12 不同政策組合下系統(tǒng)的變化Fig.12 Changes of the system with different policy combinations

由圖12a)、圖12b)可見：垂直整合公司在4種高力度激勵(lì)情景下的最終累積收入變動(dòng)幅度分別為16.73%、28.45%、6.85%和16.11%，在低力度激勵(lì)情景下最終累積收入變動(dòng)幅度分別為-17.33%、-24.22%、-9.11%和-17.37%；在所有政策組合中，額外電力配額與碳交易價(jià)格的結(jié)合對(duì)項(xiàng)目收入的影響最大，表明在同等激勵(lì)力度下，可以優(yōu)先選擇提高電力配額和碳交易價(jià)格。從累積收入的具體走勢(shì)來看，情景S5-2雖然前期并不占優(yōu)勢(shì)，但其上升迅速，從第35年開始超越了其他所有情形；對(duì)于基準(zhǔn)情景S5-0，可以看出雖然其一開始保持在中等水平，但隨著時(shí)間變化也慢慢被其他高力度激勵(lì)情景趕超，表明無論是哪種激勵(lì)政策組合的提高，最終都能獲得更大的經(jīng)濟(jì)收益。

由圖12c)、圖12d)可見：針對(duì)捕集率，最快達(dá)到穩(wěn)定的情景是S5-3，用時(shí)17年，表明電價(jià)補(bǔ)貼和碳稅的同時(shí)提高相較于其他政策組合更具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)；在電價(jià)補(bǔ)貼和碳交易價(jià)格同時(shí)提高25%時(shí)，系統(tǒng)在第19年實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)；并不是所有高力度激勵(lì)情景都能加速捕集率的提升，如情景S5-1和S5-2分別在第30年和第29年才達(dá)到系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，相對(duì)于基準(zhǔn)情景效率分別降低了15.38%和11.54%；同樣，減小激勵(lì)力度也并不一定會(huì)降低效率，如情景S5-6，當(dāng)額外電力配額和碳交易價(jià)格同時(shí)減少25%時(shí)，系統(tǒng)反而提前4年進(jìn)入了穩(wěn)定狀態(tài)。

由圖12e)、圖12f)可見：S5-3曲線碳排放量最低，表明電價(jià)補(bǔ)貼和碳稅的組合提升能實(shí)現(xiàn)最好的減排效益；減排效益表現(xiàn)最優(yōu)情景是S5-6，表明當(dāng)需要降低激勵(lì)力度時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇額外電力配額和碳稅組合。

綜上，激勵(lì)政策的支持能夠直接減輕企業(yè)前期投資CCUS技術(shù)的巨大資金壓力，降低項(xiàng)目的投資風(fēng)險(xiǎn)，增大項(xiàng)目的實(shí)施可行性，但是盲目地加大激勵(lì)政策的力度并不利于CCUS的長期發(fā)展，因此在制定政策時(shí)應(yīng)該綜合考量、合理安排。

4 結(jié)論與政策建議

1）垂直整合模式是目前中國最有發(fā)展?jié)摿Φ腃CUS商業(yè)模式，因?yàn)樵撃Ｊ皆讷@取較高的經(jīng)濟(jì)收益同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)CCUS系統(tǒng)更快速地進(jìn)入穩(wěn)定經(jīng)營狀態(tài)，在減排效益方面也占據(jù)絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)；而運(yùn)營商模式涉及多個(gè)利益主體，由于各自追求利潤最大化目標(biāo)，因此必然會(huì)加大交易成本，導(dǎo)致合作難以實(shí)現(xiàn)。

2）不同的激勵(lì)政策會(huì)引起CCUS系統(tǒng)發(fā)生不同的變化：提供更多的額外電力配額雖然最終能使企業(yè)獲得更多的收益，但也降低了其在技術(shù)和減排上的表現(xiàn)力；當(dāng)電價(jià)補(bǔ)貼降低50%時(shí)，垂直整合模式會(huì)面臨虧損，系統(tǒng)無法達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，CCUS系統(tǒng)出現(xiàn)崩潰；碳交易價(jià)格能提升系統(tǒng)在各方面的優(yōu)越性，當(dāng)碳交易價(jià)格提升50%，系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)的用時(shí)顯著減少了15.38%；碳稅的征收雖然短期內(nèi)會(huì)增加企業(yè)的資金壓力，但在長期上會(huì)通過增強(qiáng)主觀捕集意愿而使系統(tǒng)得到更長遠(yuǎn)的健康發(fā)展。

3）對(duì)不同政策組合的仿真模擬表明，額外電力配額與碳交易價(jià)格的結(jié)合對(duì)項(xiàng)目的收益影響最大，但電價(jià)補(bǔ)貼和碳稅的同時(shí)提高較其他政策組合更具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在減排效益上也表現(xiàn)最好。

基于以上結(jié)論，本文提出以下關(guān)于CCUS商業(yè)化運(yùn)營的建議：

首先，政府是CCUS系統(tǒng)中不可或缺的有機(jī)構(gòu)成部分。中國的CCUS起步相對(duì)較晚，在公眾接受度、政府支持、技術(shù)成熟度等方面還存在巨大的進(jìn)步空間。因此，建議加大政策支持力度，利用激勵(lì)和補(bǔ)貼機(jī)制促進(jìn)現(xiàn)代燃煤電廠發(fā)展CCUS。前文研究表明，碳稅以及政府補(bǔ)助是CCUS推廣過程中的關(guān)鍵變量。政府出臺(tái)碳稅征收政策，針對(duì)傳統(tǒng)燃煤電廠征收碳稅，并在未來適當(dāng)加大征收額度，能夠提高捕獲的CO2的商業(yè)價(jià)值，促使企業(yè)未來投資CCUS項(xiàng)目，對(duì)于提升企業(yè)的捕集意愿意義重大。根據(jù)仿真結(jié)果，電價(jià)補(bǔ)貼提升50%能使系統(tǒng)提前9年進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，收益也能提升15%，因此提高政府補(bǔ)貼CCUS的比例可以緩沖企業(yè)高昂的投資成本，降低企業(yè)對(duì)于CCUS系統(tǒng)不確定性的憂慮，是CCUS系統(tǒng)得以順利、高效推廣的保證。當(dāng)前，社會(huì)上對(duì)CCUS技術(shù)的選擇還存在很多顧慮，政府既可以作為參與者主導(dǎo)推進(jìn)CCUS系統(tǒng)集成和集群化，共同建立高效的CCUS系統(tǒng)，也能作為政策制定者為CCUS的商業(yè)化提供良好的運(yùn)營環(huán)境，還能成為最后的監(jiān)督者，保障CCUS的健康演化。

其次，本文發(fā)現(xiàn)額外電力配額可以作為一種有效的資助中國CCUS項(xiàng)目的方式。額外電力配額是一種創(chuàng)新的補(bǔ)貼激勵(lì)措施，它能在激勵(lì)燃煤電廠實(shí)施CCUS改造的同時(shí)減輕政府財(cái)政資源的消耗。政府應(yīng)制定差異化的配額補(bǔ)貼政策，根據(jù)CCUS示范項(xiàng)目規(guī)模的不同，并考慮到裝機(jī)容量、捕獲技術(shù)等方面，重新分配電力配額，給予技術(shù)先進(jìn)的企業(yè)更多的配額，適當(dāng)削減技術(shù)落后企業(yè)的配額，優(yōu)先考慮投資改造CCUS技術(shù)的電廠，激勵(lì)燃煤電廠實(shí)施CCUS改造。隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，當(dāng)從示范階段走向大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣和商業(yè)化運(yùn)行階段，額外電力配額可能成為其重要的驅(qū)動(dòng)因素?？傮w而言，要實(shí)現(xiàn)CCUS在未來的大規(guī)模商業(yè)部署，額外電力配額還需要結(jié)合其他強(qiáng)大的政策激勵(lì)工具，這樣才不會(huì)導(dǎo)致供電過剩以及造成電網(wǎng)的負(fù)擔(dān)。

最后，積極發(fā)展碳排放交易市場。本文研究表明，碳交易機(jī)制可以有效抵消CCUS技術(shù)的部分減排成本，使碳排放的負(fù)外部效應(yīng)實(shí)現(xiàn)內(nèi)在化，給予企業(yè)以行動(dòng)壓力與動(dòng)力，激勵(lì)企業(yè)積極開展節(jié)能減排并參與到CCUS中來，促進(jìn)CCUS項(xiàng)目的大規(guī)模部署。中國目前已經(jīng)建立了全國碳排放交易市場并正處于起步階段，具備良好的發(fā)展基礎(chǔ)和廣闊的發(fā)展前景，各交易主體間的配額交易制度也得到逐步完善；但目前CCUS并未納入碳交易機(jī)制，碳交易價(jià)格在不同試點(diǎn)城市之間相差很大且不穩(wěn)定，價(jià)格水平也還不能達(dá)到觸發(fā)企業(yè)選擇CCUS投資的理想水平。因此，應(yīng)加快推進(jìn)碳市場建設(shè)，維持碳價(jià)穩(wěn)定，進(jìn)一步規(guī)范和完善CO2封存的審批流程、制度法規(guī)，以保證CCUS項(xiàng)目商業(yè)模式具備可靠的CO2銷售渠道，充分發(fā)揮碳交易市場在推動(dòng)CCUS技術(shù)上的關(guān)鍵作用，使采用CCUS技術(shù)的企業(yè)能夠從碳市場獲取相應(yīng)的收益來彌補(bǔ)高昂的成本，推動(dòng)投資和收益增加、成本持續(xù)降低的良性循環(huán)系統(tǒng)形成。