碳交易機制下以技術投入為導向的邊際減排成本曲線研究
——以水泥、火電、煤炭和鋼鐵行業為例

劉楠峰，范莉莉，陳肖琳

(1.西南交通大學經濟管理學院，四川 成都 610031；2.四川理工學院法學院，四川 自貢 643000)

碳交易機制下以技術投入為導向的邊際減排成本曲線研究
——以水泥、火電、煤炭和鋼鐵行業為例

劉楠峰1，范莉莉1，陳肖琳2

(1.西南交通大學經濟管理學院，四川 成都 610031；2.四川理工學院法學院，四川 自貢 643000)

本文構建了不同配額分配機制下考慮碳配額成本的邊際減排成本曲線(MACC)模型，并通過查閱大量節能減排技術的技術細節和應用實例，對祖父法分配機制下水泥、火電、煤炭和鋼鐵行業以技術投入為導向的一般企業的MACC模型進行實證研究。分析發現，這四類行業企業的有效成本和零成本技術均能貢獻較大的減排潛力；在祖父制碳排放權分配機制下，以這四類行業企業為主體的交易市場中的交易價格可能會長期在較低的水平運行。在此基礎上，分別從具體企業與一般企業之間、具體企業之間兩個層面分析了行業內邊際減排成本曲線差異的形成機理。

低碳經濟；MACC模型；碳交易；碳無形資產

1 引言

中國作為負責任的大國，積極致力于應對全球溫室氣體變化，確立了2030年二氧化碳排放達到峰值的減排目標，而2017年計劃推出的全國碳排放權交易市場即是實現該目標的重要舉措。首批納入交易體系的企業數量約有7000余家，涵蓋鋼鐵、建材、電力等行業。對于納入交易體系的企業而言，企業的邊際減排成本與交易市場中碳排放權價格的關系是制定減排決策的前提。因此，明晰并駕馭微觀層面的企業邊際減排成本曲線是企業在碳交易背景下將低碳經濟時代面對的環境威脅變為發展機遇的核心手段。

2 碳交易機制下以技術投入為導向的邊際減排成本曲線

目前，學界對邊際減排成本曲線(Marginal Abatement Cost Curve，MACC)已有較為廣泛而深入的研究，從已有的文獻來看，研究成果廣泛應用于宏觀(國家、區域)和微觀(行業、企業)層面的減排成本問題。宏觀層面，Wachter P利用自上而下的方法構建了奧地利的MACC模型，通過該模型發現奧地利有45.4百萬噸CO2的減排潛力[1]。Morthorest P構建了丹麥的MACC模型，顯示丹麥完成減排目標不會給丹麥社會增加繁重的經濟負擔[2]。微觀層面，Michael M等構建了英國農業產業的MACC，發現英國農業2022年的減排潛力相當于2005年排放量的11.5%[3]。Magnus E等利用25項最新節能技術建立了航運業的MACC模型，發現航運業2030年減排49%的情景下減排成本為100美元/tCO2e[4]。顧阿倫等構建了水泥行業基于技術投入的MACC，分析了減排成本和減排潛力[5]。上述文獻皆是從側重于分析減排措施的有效成本技術及其減排潛力，基本延續conversation supply curve[4]的建模思路，忽視了碳交易下獲得碳配額的成本問題，在不同分配機制下，企業獲得碳配額所付出的成本亦有所不同。

在傳統MACC模型基礎上，考慮不同分配機制下獲得碳配額所付出的成本，構建面向碳交易機制的MACC模型；針對現行分配機制，利用各行業內減排技術在企業(項目)上應用數據，對水泥、火電、煤炭和鋼鐵等行業MACC展開實證研究；初步討論行業內MACC存在差異的形成機理，為企業優化MACC提供借鑒思路。

2.1 減排成本

對企業而言，需要控制的二氧化碳是伴隨著生產或服務活動產生的非期望性產出[6]。當企業面臨減排壓力時會采用投入減排行為和減少產出兩種減排措施，從而產生減排成本[7]。對于行業和企業而言，限制或縮減生產規模滿足碳排放約束而造成的損失即為短期減排成本，投資減排設備、開發節能技術、改良生產工藝、進行低碳能源替代來應對碳排放配額限制而引發的成本則屬于微觀層面的長期減排成本[8]。碳交易是一種基于市場的長效減排機制，減少產出并不是一種可持續的減排措施，本文所關注的減排成本是微觀層面的基于技術投入的長期減排成本。

2.2 邊際減排成本曲線

基于技術投入的邊際減排成本(Marginal Abatement Cost，MAC)是在一定生產水平下，每減少一單位碳排放帶來投入的增加量[8]。從Meier構建第一個conversation supply curve[9]開始，到近年來著名的麥肯錫GHG MAC曲線[10]陸續問世，MACC已然成為學界研究應對氣候變化的重要工具。從成本測算機理的角度，MACC屬于“自下而上”的模型，通過權衡各種減排方案的成本和績效，按照成本從小到大的原則，將減排方案從左到右進行排列，構建了減排主體以減排成本最小化為目的減排路徑。對于納入交易體系的企業，使用MACC的意義在于在既定目標下減排成本有效性，即比較特定減排量所對應的成本和碳價之間的關系的前提下，做出是否投入減排行為或在市場中尋求交易的決策。

2.3 不同碳配額分配機制下MACC模型的構建

MACC模型一般是建立于二維坐標系之中，Y軸通常代表單位減排量的減排成本，X軸則可由(年)減排潛力、減排比例或單位產出減排潛力構成。不考慮獲得碳配額付出的成本，將年度二氧化碳減排量替代Li構建的conversation supply curve模型[11]中的節能量即可計算傳統的邊際減排成本MACT，計算公式如下：

(1)

其中，AI為年化投資額、OMC為年度運營維護成本、ESE為減排的節能收益、AQ為年度減排量構成。

年化投資額AI計算公式如下：

(2)

其中，C為某技術的投資成本，d為折現率，n為投資的回收年限。

如果考慮企業獲得碳配額所付出的成本，則MAC模型變為：

(3)

其中，MACN為考慮碳配額成本的邊際減排成本，Cc為單位碳配額的成本，α為付費配額的比例。

而企業為獲得碳配額所付出的成本主要是和碳配額的分配機制相關。目前，碳配額分配有三種機制：祖父法、拍賣法、行業對標法[12]。其中，祖父法是根據企業歷史數據得到免費配額；拍賣法則是通過競價機制展現碳配額價格的一種分配，企業不再免費獲得排放權，而需支付相應的成本；行業對標法是根據行業領先水平確定一個基準，基準之上往往是免費分配，基準之下則需通過拍賣競購。

祖父法分配機制下，由于Cc=0，該方式下的MACN為：

(4)

拍賣法分配機制下，由于α=100%，該方式下的MACN為：

(5)

(6)

在X軸變量的選擇上，在已知企業排放量和產量等信息的前提，(年)減排潛力、減排比例或單位產出減排潛力三類數據之間可換算替代。一般而言，對于祖父法，X軸可采用(年)減排潛力或減排比例；對于拍賣法，X軸以(年)減排潛力最佳；對于行業對標法，X軸由單位產出減排潛力最為直觀。

3 祖父法機制下水泥、火電、煤炭和鋼鐵行業以技術投入為導向的一般企業邊際減排成本曲線

由于不同行業所能采取的減排技術和方法不盡相同，各行業擁有的MACC也大相徑庭。其中，水泥、火電、煤炭和鋼鐵企業是二氧化碳排放大戶，同時也是碳交易市場的主力軍，考慮到目前的試點市場皆是以祖父法分配為主，因此本文旨在構建四大行業以(年)減排潛力為X軸，減排成本為Y軸的MACC模型，為企業開展減排活動提供參考。

3.1 水泥、火電、煤炭和鋼鐵行業MACC數據來源和計算

各項節能減排技術的投資額、節能量、CO2減排量等數據皆來自《國家重點節能低碳技術推廣目錄》[13]及其技術報告[14](皆為2015年本)中包含的適用于水泥、火電、煤炭、鋼鐵等行業的節能減排技術細節和應用實例。雖然本文是基于行業視角構建MACC，由于所采用數據皆是項目級數據，故以一般企業代表減排技術于所在行業內企業層面的具體應用，構建的MACC模型即是行業內以技術投入為導向的一般企業MACC模型。在具體數據設定上，考慮到實際中企業追求較高的資本回報率和較短的回報周期，設定折現率為20%，投資回收年限為5[11]；根據文獻標煤折算價在400～1100元/t之間波動，考慮到節能帶來成本節余的不確定性，故標煤折算價保守估計為600元/t[15]；由于每年各項技術的運營維護成本極難統計估算，假設該技術年化投資金額的15%作為該技術的每年的營運維護成本。利用MACC模型的方法計算可得各項技術的AI、OMC、ESE以及各行業的MAC(見表1)，繼而得到各行業的MACC模型(見圖1～圖4)

表1 水泥、火電、煤炭和鋼鐵企業減排技術的邊際減排成本和減排潛力

續表1

圖1 水泥行業以技術為導向一般企業邊際減排成本曲線

圖2 火電行業以技術為導向一般企業邊際減排成本曲線

圖3 煤炭行業以技術為導向一般企業邊際減排成本曲線

圖4 鋼鐵行業以技術為導向一般企業邊際減排成本曲線

3.2 水泥、火電、煤炭和鋼鐵行業MACC分析

節能減排技術分為三類：成本有效技術、零成本技術和正成本技術[10]。其中，成本有效技術為位于X軸下方，成本為負值的技術。零成本和正成本沒有嚴格意義上區分，借鑒Michael設定有效技術閾值點的思路[3]，此處設定100元/噸為兩者的分界點。通過圖1～圖4及表2可見，四類企業的MACC模型有一共同趨勢特點：成本有效和零成本技術產生主要的減排潛力，同時在該區域內邊際成本增長幅度相對緩慢；在正成本技術區域內，減排潛力相對較少，且邊際成本增長幅度急劇增加。

由于成本有效和零成本技術減排潛力貢獻較大，這四類行業中的企業均在交易市場實施后相當長一段時間內具有相對寬松的節能減排技術選擇自由度和相對較小的減排壓力。同時，這也從微觀層面解釋了目前七大試點交易市場成交量不活躍和交易價格一路走跌的現狀。假設所有企業都理性減排，鋼鐵企業則由于成本有效技術減排潛力貢獻較小的緣故，可能率先成為交易市場中碳排放權的買家。但即便如此，鋼鐵企業依然在相當長的減排過程中擁有較低的邊際減排成本，因此由此四類行業中的企業組成的碳排放權交易市場在相當長的時間段內可能都不會出現較高(超過100元/噸)的碳排放權價格，這也在一定程度上符合市場對碳排放權30元/噸的價格預期。

表2 水泥、火電、煤炭和鋼鐵企業技術類別對減排潛力貢獻

同時，考慮到技術或設備初始投入金額較大會有資金方面的限制，較長的建設周期也會給企業生產帶來諸多不便，因此，處于交易體系中的企業選擇減排技術時不僅應考慮技術的邊際成本，同時還應根據分配所得的排放權確定的減排量的制約，選擇減排潛力較大的減排技術。在MACC模型中，位于X軸下方同時在X軸方向上距離較長的技術需要企業優先關注，這類技術一方面屬于成本有效的范疇；另一方面代表了可觀的減排潛力。例如水泥企業中的節能監控優化系統技術；火電企業中的提高火電廠汽輪機組性能綜合技術；煤炭企業中的綜采工作面高效機械化矸石充填技術，儲運揚塵防治成套技術及裝備；鋼鐵企業中的冶金余熱余壓能量回收同軸機組應用技術。

4 行業內MACC差異形成機理分析

現實中，行業內具體企業擁有的MACC普遍和上述行業內一般企業MACC存在一定的偏差。同時，根據實踐經驗，由于各個企業對低碳的認知、采取的戰略、歷史的沿革等狀態大相徑庭，即是情況區別不大的同行業企業間的MACC也不盡相同。行業內MACC的差異可以分為具體企業與一般企業之間、具體企業之間兩個層面。

4.1 具體企業MACC與一般企業MACC差異形成機理分析

一方面，一般企業MACC模型所采用的數據源自《國家重點節能低碳技術推廣目錄》及其技術報告，具體企業和案例中技術實施對象在規模、工藝以及細分產品存在偏差，具體技術應用的效果也有區別，該技術在MACC所處的位置也就不盡相同。具體而言，某企業和案例企業在年化投資額和運營維護成本不變的情況下，節能減排技術具體應用效果上的區別會造成減排產生節能收益上的差異，繼而影響到減排成本，同時減排潛力也會不同，因此兩種情況下該技術的MAC則完全不同。另一方面，應用情景上的差別，會在參數設定時產生偏差，繼而影響到各項技術MAC的計算結果。例如，Li所做的敏感性分析即比較過折現率在20%和30%下MACC的差異[11]?？傊髽I在構建自身MACC時應因地制宜根據上述兩方面的可能存在的差異對一般企業MACC進行修正。

4.2 碳無形資產視角下企業間MACC差異形成機理分析

企業對減排技術活動投入資源的多寡，則是產生行業內企業間MACC差異重要影響因素。江玉國、范莉莉將這些資源歸納為企業碳無形資產。企業碳無形資產是企業所擁有或者控制的在低碳經濟領域有助于降低碳排放的一種具有低碳價值而不具有實物形態的資產，該資產對企業的發展有著低碳貢獻，預期會給企業帶來經濟利益[11]。

其中，低碳文化、低碳管理制度、低碳戰略屬于基礎性碳無形資產，并不能直接影響到企業MACC，是積累其他碳無形資產的基礎；以碳金融為代表的低碳投融資機制可以通過排放權質押獲得用于實施減排技術的貸款，從而降低資金成本，達到MACC下移的目的；低碳供應鏈可以降低企業自身產品的碳足跡，等同于將MACC右移；低碳技術創新機制、低碳專業人才比例使得MACC有整體向右拉伸或拐點右移的能力，但MACC上移或下移則不能確定。

總之，企業通過開發、積累和利用碳無形資產是優化企業邊際減排成本曲線，獲取碳交易時代競爭優勢的重要途徑。

5 結論

本文面向碳交易機制，分別構建了水泥、火電、煤炭和鋼鐵行業以技術投入為導向的一般企業邊際減排成本曲線模型。通過對上述MACC研究分析發現：①四大行業成本有效和零成本技術均具有較大的減排潛力，碳交易初期均有較大的減排空間，初期碳交易機制不會對企業造成太大的減排壓力；②相較于另外三大行業，鋼鐵行業可能率先成為碳交易市場中的買家，除了繼續實行以技術投入為導向的減排策略之外，以市場交易為導向的減排策略也會是降低減排成本的一種選擇；③各行業的成本有效和零成本技術均具有較大的減排潛力，可以在微觀層面揭示目前各試點交易市場存在較高履約率、較低交易量和交易價格的現象，企業在制定碳交易策略的同時應充分考慮未來市場缺乏流動性、交易價格將在一定時期內低位徘徊的風險；④由于碳交易機制要求參與企業在一定時間完成履約，因此，企業在進行技術選擇之際不僅需考慮減排成本，還應統籌考慮技術的減排潛力；⑤企業可以通過對碳無形資產的開發、積累、利用，影響所在行業一般企業MACC的形態，繼而對行業內的其他企業形成減排成本和減排潛力兩方面的比較優勢。

同時，由于MACC模型的局限，企業在具體應用上述MACC還需注意下列問題：①企業應該根據企業規模、生產工藝、細分產品等篩選適宜技術，根據不同情景設置合理的假設參數，從這兩個方面對一般MACC模型進行修正再加以使用，弱化一般MACC模型與實際狀態的誤差；②以技術投入為導向的MACC模型是一種長效減排機制，企業在短期內可結合以減少產出為導向和以市場交易為導向的減排措施，以增強應對碳交易機制的靈活性；③MACC曲線本質上還是屬于一種靜態模型，企業在應用時還應注意技術成本的變動，充分考慮最新技術的發展。

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(責任編輯 劉傳忠)

Marginal Abatement Cost Curve of Technology Oriented Under Carbon-Trading Mechanism——Taking Cement，Thermal Power，Coal and Iron and Steel Sectors as an Example

Liu Nanfeng1，Fan Lili1，Chen Xiaolin2

(1.School of Management，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China; 2.Law School，Sichuan University of Science& Engineering，Zigong 643000，China)

This paper constructed the marginal cost curve(MACC) model considering carbon quota cost under different quota allocation mechanism.Through consulting a large number of technical details and application examples of the energy conservation and emissions reduction technology，it did the empirical research for the MACC models of technology oriented of cement，thermal power，coal and iron and steel sectors under the grandfather allocation mechanism.Analysis found that the four types of industry enterprise’s effective cost technology could zero cost technology could contribute a larger reduction potential；under the grandfather allocation mechanism，the trading price in the market composed of four types of industry enterprise might be long in the lower level.On this basis，this paper analyzed the formation mechanism of the difference between the marginal cost curve in the same sector respectively from the two aspects between the specific enterprises and general enterprises，between the specific enterprises and specific enterprises.

Low-carbon economy；MACC model；Carbon-trading；Abatement intangible assets

國家自然科學基金項目(71271177)，四川省社會科學重點研究基地系統科學與企業發展研究中心規劃項目(Xq16B02)，成都市科技項目(2015-RK00-00168-ZF)。

2016-09-28 作者簡介：劉楠峰(1984-)，男，四川自貢人，西南交通大學經濟管理學院博士研究生；研究方向：企業管理、低碳經濟和系統仿真。

F124.5；F426

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