碳交易的“能源—經濟—環境”影響及碳價合理區間測算

孫睿等

摘要

構造納入碳交易模塊以及在生產模塊CES函數中納入碳排放成本的四層嵌套宏觀經濟CGE模型，采用2007年投入產出數據構造了社會核算矩陣（SAM），用以分析和評價不同總量減排目標情景下，碳價引入對宏觀和產業部門層面經濟產出、能源消費和碳減排的影響，以及相應合理的碳價水平，得到結論：①在宏觀層面上，碳價越高，碳減排效果越顯著，GDP損失越大，能源消費越少。綜合考慮宏觀經濟損失和減排效果，確定了各情景下的最優碳價以及合理碳價區間，其中，在減排目標為10%時，碳市場能接受幅度更大的價格波動（6.9-35/tC）沖擊，宏觀經濟損失相對小，引入碳市場是最好的選擇；參考Kaya等式的因素分解，說明碳價所引致的總碳減排效果，主要來自于能源強度效應和技術進步效應；引入碳價，不僅能夠降低能源消費，還會引致能源消費結構向低碳方向調整，煤炭消費明顯下降。②在產業部門層面，各產業部門特別是能源部門經濟產出水平降低，但總體產業結構影響不大；對部門能源消費產生的主要影響是，能源部門和交通運輸部門的能源消費總量顯著下降；將部門合成能源單位利用成本分解為能源自身價格變動和碳排放成本兩部分，得出合成能源單位利用成本變動主要由碳排放成本引起的結論；進一步，能源密集型部門的碳排放成本較高，同時實現的減排率也相對較高，但減排效果仍不充分，建議采取能源資源稅和交通燃油稅等激勵政策，保持必要的能源市場價格水平，同時促進煤炭和交通領域的減排。

關鍵詞CGE模型；碳交易；能源消費；碳減排；情景分析

中圖分類號F205

文獻標識碼A

文章編號1002-2104（2014）07-0082-09

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.07.013

我國已成為全球CO2排放總量最多的國家[1]。煤炭在我國能源結構中占據主要地位，也是我國高碳排放的主要原因。目前，在CDM機制下，我國已經成為國際碳交易中的最大供應方。但是，由于缺少成熟的國內碳價信號形成機制，使得我國對國際碳價格缺乏有效的話語權。自2008年8月至今，京津滬等先后建立了碳排放權（環境產權）交易所，并在多地啟動碳配額交易試點，我國碳交易市場總體處在起步和探索階段，還有待根據實際情況進行完善。相對而言，EU-ETS、RGGI等國外主要碳交易體系運行時間較長，可以提供可資借鑒的經驗教訓。本研究采用的CGE模型基于一般均衡理論，通過構建一組方程式描述生產者、消費者以及各市場之間關系反映整個社會的經濟活動。從1980年代開始，CGE模型成為政策模擬分析的重要工具。在碳減排政策研究方面，Rodica[2]采用動態CGE模型分析了碳交易市場條件下R&D對羅馬尼亞宏觀經濟的影響。Jan[3]采用納入碳交易的CGE模型，研究認為碳交易市場比碳稅手段更優，但對交通部門的過高減排要求會降低社會福利。楊展里等[4]認為排污權交易制度能夠適用于我國污染物總量控制目標的實現，并會降低污染治理的總體費用。張健等[5]對比分析碳稅和碳交易政策，認為合理的碳交易機制可在一定程度上緩解間接碳稅對中國能源行業和宏觀經濟的影響，給定碳稅稅率，2006年GDP將降低0.23%，但如引入碳交易機制，GDP降幅將減少為0.17%。于同申等[6]對中國構建碳交易市場的必要性及發展戰略進行了分析。本文利用CGE模型測算碳交易對中國宏觀經濟、能源消費以及碳減排效果方面的影響，并提出“碳價合理區間”概念，為碳交易的實施效果以及定價測量提供理論依據。

1SAM表和CT-CGE模型的構建

本文假設中國已初步建立一個碳交易體系，參考蘇明等的CO2碳稅模型[7]，構建了一個單國多部門的靜態中國碳交易CGE模型：CT-CGE模型，包括生產模塊，環境模塊，碳交易模塊，收入支出模塊，對外貿易模塊，市場出清，宏觀閉合等模塊。該模型反映了中國宏觀經濟系統中各行為主體之間的相互作用關系，其創新之處在于引入了碳交易模塊和用于描述產業部門碳排放責任的環境模塊，并用于分析和比較在建立碳交易體系的條件下，外生給定不同減排目標及碳價水平時，對我國宏觀經濟、能源消費和實現碳減排任務的影響。研究采用Math CAD 15和Excel 2007作為數學建模和估算工具。

1.1模型假設

首先，模型假設在已建立碳限額交易市場機制框架下，環境管制機構設定總減排目標，該碳減排目標將按照各產業部門的參考年碳排放量在全國總碳排放中所占比例，分解到各產業部門，確定各部門的減排責任，制定分部門的減排目標。我國承諾到2020年單位國內生產總值CO2排放比（碳排放強度）2005年下降40%-45%，假設2007年碳排放強度下降40%-45%，換算成總量減排，即為35%-40%。因此本文將2007年總量減排目標設為10%，20%，30%三個適中的減排水平。第二，模型假設各部門當前生產技術不變，即認為各部門在履行碳減排責任時，未通過提高生產技術來降低減排成本的方式進行減排。第三，模型假設資本市場在外來沖擊下能夠達到充分調整，資本供給外生給定[8]。并且，在目前以及未來相當一段時期內勞動力供給相對于需求仍過剩[9]，因此模型中勞動力市場部分不設定市場出清要求。

1.2模型結構和方程設定

CT-CGE模型是基于一般均衡理論構建的靜態可計算一般均衡模型，采取自底向上和自頂向下相結合的研究思路，共分為10個產業部門（煤炭、石油、天然氣、電力、農業、輕工業、重工業、建筑業、交通、服務業），且假設每個部門進行“無聯合生產”，即每個部門只對應一種商品或服務。在本模型中，各產業部門采用能源、資本和勞動力三種初級要素和中間投入進行生產。由于新能源的比例很低，對能源結構調整和碳減排的貢獻在這里忽略不計，能源要素僅納入煤炭、石油、天然氣和電力，且能源可供給量無約束。

1.2.1生產模塊

為了有效描述資本K、勞動L和能源E要素之間的替代性質，部門生產函數均采用四層嵌套的CES生產函數形式。在生產函數第1層，各部門總產出Xi由資本-能源-勞動合成品KELi與非能源中間投入品Zj，i生產，生產函數采用Leontief函數形式。生產函數第2至4層均采用CES函數形式，其中，在第2層，資本-能源-勞動（KEL）由資本-能源合成品（KE）與勞動（L）合成。在第3層，資本-能源合成品（KE）由資本（K）投入和能源合成品（E）投入組合得到。在第4層，假設能源之間替代彈性σE相等。考慮碳交易后，部門能源利用成本不只包括該能源購入價格Pen，i，還應包括因消費該單位能源產生的碳排放成本Pc·coefn，i，并且可知：給定碳價水平時，煤炭、石油、天然氣、電力消費的碳排放成本，根據其各自排放系數依次遞減。因此，納入了碳排放價格的第n種能源單位利用成本則為Pen，i+Pc·coefn，i。相應地，納入碳排放價格，對部門i，其加總的能源利用成本為：

摘要

構造納入碳交易模塊以及在生產模塊CES函數中納入碳排放成本的四層嵌套宏觀經濟CGE模型，采用2007年投入產出數據構造了社會核算矩陣（SAM），用以分析和評價不同總量減排目標情景下，碳價引入對宏觀和產業部門層面經濟產出、能源消費和碳減排的影響，以及相應合理的碳價水平，得到結論：①在宏觀層面上，碳價越高，碳減排效果越顯著，GDP損失越大，能源消費越少。綜合考慮宏觀經濟損失和減排效果，確定了各情景下的最優碳價以及合理碳價區間，其中，在減排目標為10%時，碳市場能接受幅度更大的價格波動（6.9-35/tC）沖擊，宏觀經濟損失相對小，引入碳市場是最好的選擇；參考Kaya等式的因素分解，說明碳價所引致的總碳減排效果，主要來自于能源強度效應和技術進步效應；引入碳價，不僅能夠降低能源消費，還會引致能源消費結構向低碳方向調整，煤炭消費明顯下降。②在產業部門層面，各產業部門特別是能源部門經濟產出水平降低，但總體產業結構影響不大；對部門能源消費產生的主要影響是，能源部門和交通運輸部門的能源消費總量顯著下降；將部門合成能源單位利用成本分解為能源自身價格變動和碳排放成本兩部分，得出合成能源單位利用成本變動主要由碳排放成本引起的結論；進一步，能源密集型部門的碳排放成本較高，同時實現的減排率也相對較高，但減排效果仍不充分，建議采取能源資源稅和交通燃油稅等激勵政策，保持必要的能源市場價格水平，同時促進煤炭和交通領域的減排。

關鍵詞CGE模型；碳交易；能源消費；碳減排；情景分析

中圖分類號F205

文獻標識碼A

文章編號1002-2104（2014）07-0082-09

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.07.013

我國已成為全球CO2排放總量最多的國家[1]。煤炭在我國能源結構中占據主要地位，也是我國高碳排放的主要原因。目前，在CDM機制下，我國已經成為國際碳交易中的最大供應方。但是，由于缺少成熟的國內碳價信號形成機制，使得我國對國際碳價格缺乏有效的話語權。自2008年8月至今，京津滬等先后建立了碳排放權（環境產權）交易所，并在多地啟動碳配額交易試點，我國碳交易市場總體處在起步和探索階段，還有待根據實際情況進行完善。相對而言，EU-ETS、RGGI等國外主要碳交易體系運行時間較長，可以提供可資借鑒的經驗教訓。本研究采用的CGE模型基于一般均衡理論，通過構建一組方程式描述生產者、消費者以及各市場之間關系反映整個社會的經濟活動。從1980年代開始，CGE模型成為政策模擬分析的重要工具。在碳減排政策研究方面，Rodica[2]采用動態CGE模型分析了碳交易市場條件下R&D對羅馬尼亞宏觀經濟的影響。Jan[3]采用納入碳交易的CGE模型，研究認為碳交易市場比碳稅手段更優，但對交通部門的過高減排要求會降低社會福利。楊展里等[4]認為排污權交易制度能夠適用于我國污染物總量控制目標的實現，并會降低污染治理的總體費用。張健等[5]對比分析碳稅和碳交易政策，認為合理的碳交易機制可在一定程度上緩解間接碳稅對中國能源行業和宏觀經濟的影響，給定碳稅稅率，2006年GDP將降低0.23%，但如引入碳交易機制，GDP降幅將減少為0.17%。于同申等[6]對中國構建碳交易市場的必要性及發展戰略進行了分析。本文利用CGE模型測算碳交易對中國宏觀經濟、能源消費以及碳減排效果方面的影響，并提出“碳價合理區間”概念，為碳交易的實施效果以及定價測量提供理論依據。

1SAM表和CT-CGE模型的構建

本文假設中國已初步建立一個碳交易體系，參考蘇明等的CO2碳稅模型[7]，構建了一個單國多部門的靜態中國碳交易CGE模型：CT-CGE模型，包括生產模塊，環境模塊，碳交易模塊，收入支出模塊，對外貿易模塊，市場出清，宏觀閉合等模塊。該模型反映了中國宏觀經濟系統中各行為主體之間的相互作用關系，其創新之處在于引入了碳交易模塊和用于描述產業部門碳排放責任的環境模塊，并用于分析和比較在建立碳交易體系的條件下，外生給定不同減排目標及碳價水平時，對我國宏觀經濟、能源消費和實現碳減排任務的影響。研究采用Math CAD 15和Excel 2007作為數學建模和估算工具。

1.1模型假設

首先，模型假設在已建立碳限額交易市場機制框架下，環境管制機構設定總減排目標，該碳減排目標將按照各產業部門的參考年碳排放量在全國總碳排放中所占比例，分解到各產業部門，確定各部門的減排責任，制定分部門的減排目標。我國承諾到2020年單位國內生產總值CO2排放比（碳排放強度）2005年下降40%-45%，假設2007年碳排放強度下降40%-45%，換算成總量減排，即為35%-40%。因此本文將2007年總量減排目標設為10%，20%，30%三個適中的減排水平。第二，模型假設各部門當前生產技術不變，即認為各部門在履行碳減排責任時，未通過提高生產技術來降低減排成本的方式進行減排。第三，模型假設資本市場在外來沖擊下能夠達到充分調整，資本供給外生給定[8]。并且，在目前以及未來相當一段時期內勞動力供給相對于需求仍過剩[9]，因此模型中勞動力市場部分不設定市場出清要求。

1.2模型結構和方程設定

CT-CGE模型是基于一般均衡理論構建的靜態可計算一般均衡模型，采取自底向上和自頂向下相結合的研究思路，共分為10個產業部門（煤炭、石油、天然氣、電力、農業、輕工業、重工業、建筑業、交通、服務業），且假設每個部門進行“無聯合生產”，即每個部門只對應一種商品或服務。在本模型中，各產業部門采用能源、資本和勞動力三種初級要素和中間投入進行生產。由于新能源的比例很低，對能源結構調整和碳減排的貢獻在這里忽略不計，能源要素僅納入煤炭、石油、天然氣和電力，且能源可供給量無約束。

1.2.1生產模塊

為了有效描述資本K、勞動L和能源E要素之間的替代性質，部門生產函數均采用四層嵌套的CES生產函數形式。在生產函數第1層，各部門總產出Xi由資本-能源-勞動合成品KELi與非能源中間投入品Zj，i生產，生產函數采用Leontief函數形式。生產函數第2至4層均采用CES函數形式，其中，在第2層，資本-能源-勞動（KEL）由資本-能源合成品（KE）與勞動（L）合成。在第3層，資本-能源合成品（KE）由資本（K）投入和能源合成品（E）投入組合得到。在第4層，假設能源之間替代彈性σE相等。考慮碳交易后，部門能源利用成本不只包括該能源購入價格Pen，i，還應包括因消費該單位能源產生的碳排放成本Pc·coefn，i，并且可知：給定碳價水平時，煤炭、石油、天然氣、電力消費的碳排放成本，根據其各自排放系數依次遞減。因此，納入了碳排放價格的第n種能源單位利用成本則為Pen，i+Pc·coefn，i。相應地，納入碳排放價格，對部門i，其加總的能源利用成本為：

摘要

構造納入碳交易模塊以及在生產模塊CES函數中納入碳排放成本的四層嵌套宏觀經濟CGE模型，采用2007年投入產出數據構造了社會核算矩陣（SAM），用以分析和評價不同總量減排目標情景下，碳價引入對宏觀和產業部門層面經濟產出、能源消費和碳減排的影響，以及相應合理的碳價水平，得到結論：①在宏觀層面上，碳價越高，碳減排效果越顯著，GDP損失越大，能源消費越少。綜合考慮宏觀經濟損失和減排效果，確定了各情景下的最優碳價以及合理碳價區間，其中，在減排目標為10%時，碳市場能接受幅度更大的價格波動（6.9-35/tC）沖擊，宏觀經濟損失相對小，引入碳市場是最好的選擇；參考Kaya等式的因素分解，說明碳價所引致的總碳減排效果，主要來自于能源強度效應和技術進步效應；引入碳價，不僅能夠降低能源消費，還會引致能源消費結構向低碳方向調整，煤炭消費明顯下降。②在產業部門層面，各產業部門特別是能源部門經濟產出水平降低，但總體產業結構影響不大；對部門能源消費產生的主要影響是，能源部門和交通運輸部門的能源消費總量顯著下降；將部門合成能源單位利用成本分解為能源自身價格變動和碳排放成本兩部分，得出合成能源單位利用成本變動主要由碳排放成本引起的結論；進一步，能源密集型部門的碳排放成本較高，同時實現的減排率也相對較高，但減排效果仍不充分，建議采取能源資源稅和交通燃油稅等激勵政策，保持必要的能源市場價格水平，同時促進煤炭和交通領域的減排。

關鍵詞CGE模型；碳交易；能源消費；碳減排；情景分析

中圖分類號F205

文獻標識碼A

文章編號1002-2104（2014）07-0082-09

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.07.013

我國已成為全球CO2排放總量最多的國家[1]。煤炭在我國能源結構中占據主要地位，也是我國高碳排放的主要原因。目前，在CDM機制下，我國已經成為國際碳交易中的最大供應方。但是，由于缺少成熟的國內碳價信號形成機制，使得我國對國際碳價格缺乏有效的話語權。自2008年8月至今，京津滬等先后建立了碳排放權（環境產權）交易所，并在多地啟動碳配額交易試點，我國碳交易市場總體處在起步和探索階段，還有待根據實際情況進行完善。相對而言，EU-ETS、RGGI等國外主要碳交易體系運行時間較長，可以提供可資借鑒的經驗教訓。本研究采用的CGE模型基于一般均衡理論，通過構建一組方程式描述生產者、消費者以及各市場之間關系反映整個社會的經濟活動。從1980年代開始，CGE模型成為政策模擬分析的重要工具。在碳減排政策研究方面，Rodica[2]采用動態CGE模型分析了碳交易市場條件下R&D對羅馬尼亞宏觀經濟的影響。Jan[3]采用納入碳交易的CGE模型，研究認為碳交易市場比碳稅手段更優，但對交通部門的過高減排要求會降低社會福利。楊展里等[4]認為排污權交易制度能夠適用于我國污染物總量控制目標的實現，并會降低污染治理的總體費用。張健等[5]對比分析碳稅和碳交易政策，認為合理的碳交易機制可在一定程度上緩解間接碳稅對中國能源行業和宏觀經濟的影響，給定碳稅稅率，2006年GDP將降低0.23%，但如引入碳交易機制，GDP降幅將減少為0.17%。于同申等[6]對中國構建碳交易市場的必要性及發展戰略進行了分析。本文利用CGE模型測算碳交易對中國宏觀經濟、能源消費以及碳減排效果方面的影響，并提出“碳價合理區間”概念，為碳交易的實施效果以及定價測量提供理論依據。

1SAM表和CT-CGE模型的構建

本文假設中國已初步建立一個碳交易體系，參考蘇明等的CO2碳稅模型[7]，構建了一個單國多部門的靜態中國碳交易CGE模型：CT-CGE模型，包括生產模塊，環境模塊，碳交易模塊，收入支出模塊，對外貿易模塊，市場出清，宏觀閉合等模塊。該模型反映了中國宏觀經濟系統中各行為主體之間的相互作用關系，其創新之處在于引入了碳交易模塊和用于描述產業部門碳排放責任的環境模塊，并用于分析和比較在建立碳交易體系的條件下，外生給定不同減排目標及碳價水平時，對我國宏觀經濟、能源消費和實現碳減排任務的影響。研究采用Math CAD 15和Excel 2007作為數學建模和估算工具。

1.1模型假設

首先，模型假設在已建立碳限額交易市場機制框架下，環境管制機構設定總減排目標，該碳減排目標將按照各產業部門的參考年碳排放量在全國總碳排放中所占比例，分解到各產業部門，確定各部門的減排責任，制定分部門的減排目標。我國承諾到2020年單位國內生產總值CO2排放比（碳排放強度）2005年下降40%-45%，假設2007年碳排放強度下降40%-45%，換算成總量減排，即為35%-40%。因此本文將2007年總量減排目標設為10%，20%，30%三個適中的減排水平。第二，模型假設各部門當前生產技術不變，即認為各部門在履行碳減排責任時，未通過提高生產技術來降低減排成本的方式進行減排。第三，模型假設資本市場在外來沖擊下能夠達到充分調整，資本供給外生給定[8]。并且，在目前以及未來相當一段時期內勞動力供給相對于需求仍過剩[9]，因此模型中勞動力市場部分不設定市場出清要求。

1.2模型結構和方程設定

CT-CGE模型是基于一般均衡理論構建的靜態可計算一般均衡模型，采取自底向上和自頂向下相結合的研究思路，共分為10個產業部門（煤炭、石油、天然氣、電力、農業、輕工業、重工業、建筑業、交通、服務業），且假設每個部門進行“無聯合生產”，即每個部門只對應一種商品或服務。在本模型中，各產業部門采用能源、資本和勞動力三種初級要素和中間投入進行生產。由于新能源的比例很低，對能源結構調整和碳減排的貢獻在這里忽略不計，能源要素僅納入煤炭、石油、天然氣和電力，且能源可供給量無約束。

1.2.1生產模塊

為了有效描述資本K、勞動L和能源E要素之間的替代性質，部門生產函數均采用四層嵌套的CES生產函數形式。在生產函數第1層，各部門總產出Xi由資本-能源-勞動合成品KELi與非能源中間投入品Zj，i生產，生產函數采用Leontief函數形式。生產函數第2至4層均采用CES函數形式，其中，在第2層，資本-能源-勞動（KEL）由資本-能源合成品（KE）與勞動（L）合成。在第3層，資本-能源合成品（KE）由資本（K）投入和能源合成品（E）投入組合得到。在第4層，假設能源之間替代彈性σE相等。考慮碳交易后，部門能源利用成本不只包括該能源購入價格Pen，i，還應包括因消費該單位能源產生的碳排放成本Pc·coefn，i，并且可知：給定碳價水平時，煤炭、石油、天然氣、電力消費的碳排放成本，根據其各自排放系數依次遞減。因此，納入了碳排放價格的第n種能源單位利用成本則為Pen，i+Pc·coefn，i。相應地，納入碳排放價格，對部門i，其加總的能源利用成本為：