綠色證書(shū)交易市場(chǎng)及其運(yùn)行效果量化評(píng)價(jià)

劉文君 張莉芳

摘要：可再生能源配額制是中國(guó)實(shí)現(xiàn)低碳能源轉(zhuǎn)型的強(qiáng)制性制度變革，該政策在電力市場(chǎng)的基礎(chǔ)上衍生出了綠色證書(shū)交易市場(chǎng)。根據(jù)中國(guó)實(shí)際情況研究綠色證書(shū)交易市場(chǎng)對(duì)電力市場(chǎng)的作用機(jī)制，并對(duì)其運(yùn)行效果進(jìn)行仿真模擬，有利于該市場(chǎng)的有效建立。基于一般均衡理論，結(jié)合電力市場(chǎng)的特點(diǎn)以及電力與綠色證書(shū)交易市場(chǎng)之間的相互作用，構(gòu)建發(fā)電廠商之間的雙寡頭非合作博弈模型;利用Vensim軟件仿真模擬不同綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金組合對(duì)雙寡頭博弈均衡、電力結(jié)構(gòu)和社會(huì)福利的影響。結(jié)果表明：（1）綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的建立使得可再生能源發(fā)電比例得到大幅度提升，優(yōu)化了電源結(jié)構(gòu)，提高了社會(huì)福利，不同綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金組合會(huì)導(dǎo)致雙寡頭博弈均衡，致使電力結(jié)構(gòu)和社會(huì)福利發(fā)生變化;（2）可再生能源配額制的有效實(shí)施，不僅契合了國(guó)家調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)和保護(hù)資源環(huán)境的戰(zhàn)略要求，而且有利于深化中國(guó)電力市場(chǎng)化改革和實(shí)現(xiàn)“政策-市場(chǎng)”共同作用的發(fā)展變遷;（3）為了更好地實(shí)施可再生能源配額制，需要設(shè)計(jì)出適合中國(guó)國(guó)情的綠色證書(shū)交易市場(chǎng)，加大電力體制改革力度，出臺(tái)相關(guān)法律法規(guī)。

關(guān)鍵詞：綠色證書(shū)交易市場(chǎng);電力市場(chǎng);雙寡頭非合作博弈;系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

中圖分類號(hào)：F426.61;X196

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5595（2022）02-0009-10

“綠水青山就是金山銀山”思想構(gòu)建了生態(tài)文明理論的基礎(chǔ)，為綠色發(fā)展指明了方向。進(jìn)入新時(shí)代，各級(jí)政府認(rèn)真貫徹“綠色”發(fā)展理念，將生態(tài)環(huán)境保護(hù)與推進(jìn)能源革命、推行綠色生產(chǎn)生活方式和推動(dòng)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展統(tǒng)籌起來(lái)。在可再生能源政策方面，中國(guó)政府由強(qiáng)制上網(wǎng)和固定電價(jià)轉(zhuǎn)向可再生能源配額制[1]，近年來(lái)先后出臺(tái)了大量促進(jìn)可再生能源配額制發(fā)展的政策，如2017年國(guó)家能源局發(fā)布了《關(guān)于試行可再生能源綠色電力證書(shū)核發(fā)及自愿認(rèn)購(gòu)交易制度的通知》，2018年發(fā)布了《可再生能源電力配額及考核辦法（征求意見(jiàn)稿）》，2019年發(fā)布了《關(guān)于建立健全可再生能源電力消納保障機(jī)制的通知》等。目的是促進(jìn)可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用，實(shí)現(xiàn)2030年非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到20%的目標(biāo)。[2]

中國(guó)可再生能源配額制正在進(jìn)行試點(diǎn)，衍生出的綠色證書(shū)交易市場(chǎng)尚處于潛伏期，政府尚未設(shè)計(jì)出適合國(guó)情的綠色證書(shū)交易市場(chǎng)，加上參與者對(duì)該市場(chǎng)的運(yùn)行效果認(rèn)識(shí)不足，導(dǎo)致參與度低、效率不高的問(wèn)題。因此，為了順利實(shí)施可再生能源配額制、確保綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的正常運(yùn)行，需要設(shè)計(jì)出科學(xué)合理的市場(chǎng)參數(shù)并且對(duì)其運(yùn)行效果進(jìn)行仿真模擬。但是到目前為止，中國(guó)的電力市場(chǎng)和電力系統(tǒng)還不能完全達(dá)到建立綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的要求，主要存在兩方面的阻礙：一是可再生能源配額制的引進(jìn)必然和現(xiàn)階段實(shí)施的固定電價(jià)制度發(fā)生沖突，需要考慮二者的協(xié)調(diào)問(wèn)題;二是由于中國(guó)引進(jìn)可再生能源配額制的時(shí)間較短，缺乏相關(guān)的綠色證書(shū)市場(chǎng)交易數(shù)據(jù)作為參考，使得目前難以構(gòu)建合理的市場(chǎng)，并對(duì)其運(yùn)行效果進(jìn)行分析。因此本文根據(jù)電力市場(chǎng)和綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的特點(diǎn)，構(gòu)建經(jīng)濟(jì)模型來(lái)推導(dǎo)市場(chǎng)參數(shù)之間的關(guān)系，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)軟件仿真模擬不同綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金組合對(duì)雙寡頭博弈均衡、電力結(jié)構(gòu)和社會(huì)福利等的影響。對(duì)綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的構(gòu)建及其運(yùn)行效果的探討，對(duì)于有效激勵(lì)和推動(dòng)發(fā)電廠商交易綠色證書(shū)并確保可再生能源配額制的成功實(shí)施具有十分重要的意義。

一、文獻(xiàn)綜述

現(xiàn)有文獻(xiàn)中對(duì)可再生能源配額制和綠色證書(shū)的相關(guān)研究有很多，但由于國(guó)內(nèi)外政策的發(fā)展階段以及成熟程度存在較大的差異，因此對(duì)該政策的關(guān)注點(diǎn)也存在較大差別。可再生能源發(fā)展初期主要實(shí)行固定電價(jià)政策，在引入可再生能源配額制后，一部分學(xué)者對(duì)兩種能源政策進(jìn)行了對(duì)比。如梁鈺等[3]對(duì)固定電價(jià)制度和可再生能源配額制依次從影響因素、制度設(shè)計(jì)和實(shí)施效果三個(gè)角度進(jìn)行全面的對(duì)比分析。也有不少學(xué)者對(duì)可再生能源配額制的實(shí)施效果進(jìn)行了研究，如郭煒煜等[4]通過(guò)梳理固定電價(jià)制度和可再生能源配額制的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)制度的出臺(tái)都會(huì)推動(dòng)發(fā)電廠商改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)，提高可再生能源電力占比;Li等[5]和Ji等[6]分別建立動(dòng)態(tài)可計(jì)算一般均衡模型和風(fēng)險(xiǎn)顯式區(qū)間兩階段規(guī)劃模型，對(duì)長(zhǎng)期電力系統(tǒng)規(guī)劃案例進(jìn)行研究，結(jié)果表明可再生能源配額制的實(shí)施不僅會(huì)促進(jìn)可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展，對(duì)宏觀經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生影響，而且有助于減少碳排放和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)政府制定的非化石能源目標(biāo)。可再生能源配額制成功實(shí)施的關(guān)鍵是對(duì)配額目標(biāo)分配方案的設(shè)計(jì)，其中Wang等[7]運(yùn)用成本最小化模型測(cè)算出中國(guó)29個(gè)省份2018—2020年可再生能源配額目標(biāo)分配方案，與國(guó)家能源局發(fā)布的分配方案和均等分配方案進(jìn)行比較，結(jié)果表明最低成本方案可以降低總成本，均等分配方案相比政府公布的方案并沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)，而且還增加了成本;Li等[8]基于2016—2030年的電力計(jì)劃約束和可再生能源配額目標(biāo)，對(duì)中國(guó)南方電網(wǎng)公司服務(wù)的區(qū)域進(jìn)行了中長(zhǎng)期的優(yōu)化。

還有部分學(xué)者將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型引入可再生能源配額制的研究中。周黎莎等[9]結(jié)合中國(guó)電力市場(chǎng)的特點(diǎn)和現(xiàn)階段可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，從綠色證書(shū)交易的購(gòu)買方、銷售方及交易價(jià)格三個(gè)維度構(gòu)建了綠色證書(shū)交易的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。董宏偉等[10]應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型分析綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的內(nèi)部因素與外部環(huán)境之間的相互作用機(jī)制，并對(duì)碳排放和綠色證書(shū)交易市場(chǎng)進(jìn)行了情景仿真推演。Sandra等[11]將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型引入到綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的研究中，以討論該市場(chǎng)在多重市場(chǎng)互動(dòng)的影響下如何運(yùn)作。而余順坤等[12]研究發(fā)現(xiàn)可再生能源發(fā)展具有多種復(fù)雜因素交織和相互制約的特點(diǎn)，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)可再生能源配額制的實(shí)施效果進(jìn)一步研究，結(jié)果表明提高可再生能源配額比例能夠有效減少碳排放量。

通過(guò)對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的梳理，發(fā)現(xiàn)雖然當(dāng)前有大量的學(xué)者從不同角度對(duì)綠色證書(shū)交易市場(chǎng)進(jìn)行了研究，但探討的重點(diǎn)主要集中于相關(guān)因素對(duì)其的影響，很少有學(xué)者對(duì)綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的構(gòu)建、電力市場(chǎng)和綠色證書(shū)交易市場(chǎng)之間的相互作用及其政策實(shí)施效果進(jìn)行深入研究。因此本文在Zhao等[13-14]、Zhang等[15]的經(jīng)濟(jì)模型基礎(chǔ)上，對(duì)電力和綠色證書(shū)交互市場(chǎng)中各實(shí)體的經(jīng)濟(jì)行為和相互間影響進(jìn)行因果反饋分析，建立電力市場(chǎng)和綠色證書(shū)交易市場(chǎng)均衡模型，同時(shí)運(yùn)用Vensim軟件仿真模擬不同綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金組合對(duì)雙寡頭博弈均衡、電力結(jié)構(gòu)和社會(huì)福利等的影響，從而證實(shí)模型方法的有效性和探討結(jié)果的合理性。本文建立的模型與Zhao等[13-14]、Zhang等[15]的不同之處有：（1）文獻(xiàn)中所提出的模型只考慮煤電廠商應(yīng)該承擔(dān)一定配額比例，而本研究考慮了煤電和可再生能源廠商都需要承擔(dān)一定配額比例，不僅可以更加真實(shí)地反映廠商所獲利潤(rùn)，而且更加貼合該政策實(shí)際的實(shí)施情況;（2）文獻(xiàn)中所提出的模型忽略了政策的實(shí)施會(huì)對(duì)社會(huì)福利產(chǎn)生的影響，本研究對(duì)社會(huì)福利進(jìn)行了推算，從而能夠更好地評(píng)估政策實(shí)施的效果;（3）文獻(xiàn)中所提出的模型忽略了煤電生產(chǎn)的具體過(guò)程，而本研究對(duì)煤電生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行了具體的建模，能夠?qū)φ邔?shí)施過(guò)程中煤電和可再生能源廠商的博弈過(guò)程進(jìn)行探討;（4）文獻(xiàn)中參數(shù)的選取局限于現(xiàn)階段的實(shí)施情況，本文新添加了不同情況下的參數(shù)組合，通過(guò)情景模擬能夠?qū)φ叩膶?shí)施效果進(jìn)行對(duì)比分析，從而對(duì)綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的完善提供相關(guān)建議。

二、方法與模型

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)由于適用于非線性、高階次、多變量、因果反饋和復(fù)雜時(shí)變系統(tǒng)問(wèn)題的研究，近些年來(lái)常被學(xué)者用于分析具有長(zhǎng)期性、周期性、低精度要求和動(dòng)態(tài)復(fù)雜性的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。通過(guò)分析系統(tǒng)中各個(gè)元素之間復(fù)雜的關(guān)系，建立一個(gè)相對(duì)有效的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，從而達(dá)到期望的比例和滿足設(shè)定的要求。在綠色證書(shū)交易市場(chǎng)上，發(fā)電廠商分為兩類，分別是煤電廠商和可再生能源廠商。發(fā)電廠商根據(jù)綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金等參數(shù)分別確定期望的綠色證書(shū)購(gòu)買量和銷售量，然后在綠色證書(shū)交易市場(chǎng)上進(jìn)行交易。供給和需求不平衡時(shí)會(huì)導(dǎo)致綠色證書(shū)的市場(chǎng)價(jià)格發(fā)生波動(dòng)，波動(dòng)的價(jià)格會(huì)反過(guò)來(lái)影響下一次交易中綠色證書(shū)的期望供需。由此可見(jiàn)，綠色證書(shū)的交易是一個(gè)動(dòng)態(tài)的循環(huán)過(guò)程。雖然當(dāng)前有大量學(xué)者運(yùn)用多種模型對(duì)綠色證書(shū)交易市場(chǎng)進(jìn)行研究分析，但是通過(guò)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型在解決定性和定量相結(jié)合以及動(dòng)態(tài)循環(huán)問(wèn)題方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，可以更好地模擬可再生能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展過(guò)程。

（一）理論分析框架

借鑒英美等國(guó)家發(fā)展可再生能源機(jī)制的經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)引入了可再生能源配額制。[1]政策的實(shí)施在電力市場(chǎng)上衍生出了綠色證書(shū)交易市場(chǎng)。在電力和綠色證書(shū)交互市場(chǎng)中，煤電廠商和可再生能源廠商都需要承擔(dān)一定的可再生能源配額比例，可再生能源廠商是綠色證書(shū)的供給者，煤電廠商是綠色證書(shū)的需求者。發(fā)電廠商在綠色證書(shū)交易市場(chǎng)上根據(jù)綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金等參數(shù)來(lái)確定期望的綠色證書(shū)購(gòu)買量和銷售量，然后在市場(chǎng)上進(jìn)行交易，當(dāng)市場(chǎng)均衡時(shí)獲得綠色證書(shū)的市場(chǎng)價(jià)格和交易數(shù)量，此時(shí)電力市場(chǎng)也達(dá)到了均衡。由此不僅可以得出兩類發(fā)電廠商各自的發(fā)電量、總供電量和電力價(jià)格，還可以根據(jù)發(fā)電廠商的利潤(rùn)函數(shù)計(jì)算出所獲得的利潤(rùn)。如果綠色證書(shū)的市場(chǎng)價(jià)格高于基準(zhǔn)價(jià)格，可再生能源廠商將會(huì)獲得超額利潤(rùn)，投資者會(huì)加大對(duì)可再生能源產(chǎn)業(yè)的投資，促使可再生能源裝機(jī)容量增加，導(dǎo)致綠色證書(shū)供給增加，從而影響下一次交易的價(jià)格。廠商會(huì)根據(jù)綠色證書(shū)市場(chǎng)價(jià)格的變化決定是否追加投資，投資金額的變化會(huì)影響可再生能源電力裝機(jī)容量進(jìn)而改變綠色證書(shū)的供需，從而決定綠色證書(shū)的均衡價(jià)格和均衡數(shù)量。在綠色證書(shū)交易過(guò)程中，社會(huì)福利通常會(huì)發(fā)生變化，如圖1和圖2所示。

（二）模型設(shè)計(jì)

電力市場(chǎng)中發(fā)電廠商由于生產(chǎn)技術(shù)的不同，可以分為兩類，即煤電廠商和可再生能源廠商。可再生能源廠商和煤電廠商之間，既存在發(fā)電量的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，又存在綠色證書(shū)的供給關(guān)系。本文僅考慮一個(gè)煤電廠商和一個(gè)可再生能源廠商的雙寡頭非合作博弈情景，一方面雙寡頭非合作博弈能將復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，另一方面中國(guó)電力市場(chǎng)具有寡頭壟斷的特征適合雙寡頭非合作博弈模型。

在資源有限的約束下，發(fā)電廠商通過(guò)制定戰(zhàn)略積極參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，從而達(dá)到企業(yè)自身利潤(rùn)最大化。可再生能源配額制的實(shí)施，在電力市場(chǎng)的基礎(chǔ)上衍生出了綠色證書(shū)交易市場(chǎng)。在電力市場(chǎng)上，兩類發(fā)電廠商根據(jù)消費(fèi)者對(duì)電力的需求量來(lái)決定其各自的發(fā)電量。在綠色證書(shū)交易市場(chǎng)上，可再生能源廠商是綠色證書(shū)的供給者，煤電廠商是綠色證書(shū)的需求者，廠商能夠根據(jù)自身的需求在市場(chǎng)上進(jìn)行交易。為了更好地對(duì)電力市場(chǎng)和綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行設(shè)定以及對(duì)發(fā)電廠商的行為決策進(jìn)行研究，本文做出以下假設(shè)：

（1）研究范圍局限于一國(guó)的電力市場(chǎng)，既不涉及國(guó)際市場(chǎng)對(duì)其可能產(chǎn)生的影響，也不考慮電力和綠色證書(shū)的跨境交易;

（2）研究只考慮綠色證書(shū)交易現(xiàn)貨市場(chǎng)，不考慮遠(yuǎn)期市場(chǎng)，綠色證書(shū)不可以存儲(chǔ);

（3）單位電力與單位綠色證書(shū)相對(duì)應(yīng)，即政府給可再生能源廠商頒發(fā)證書(shū)時(shí)，應(yīng)對(duì)單位可再生能源簽發(fā)單位綠色證書(shū)。

1.經(jīng)濟(jì)模型

在電力市場(chǎng)上，煤電廠商和可再生能源廠商同時(shí)進(jìn)行電力生產(chǎn)共同滿足消費(fèi)者對(duì)電力的需求，電力市場(chǎng)上電力需求函數(shù)為線性，即

Pe=f-gQs=f-g（qcoal+qgreen）（1）

式中：Pe為電力價(jià)格;f、g為需求函數(shù)中的經(jīng)濟(jì)參數(shù)，用常數(shù)表示，且f，g>0;qcoal為煤電發(fā)電量;qgreen為可再生能源發(fā)電量。

當(dāng)政府實(shí)施可再生能源配額制時(shí)，電力市場(chǎng)上對(duì)于煤電廠商和可再生能源廠商而言都需要承擔(dān)一定的配額比例。煤電廠商生產(chǎn)qcoal的電力，根據(jù)其發(fā)電量可以注銷αqcoal單位的綠色證書(shū)。可再生能源廠商生產(chǎn)qgreen的電力，根據(jù)其發(fā)電量應(yīng)獲得（1-α）qgreen單位的綠色證書(shū)。在綠色證書(shū)交易市場(chǎng)上，可再生能源廠商作為綠色證書(shū)的供給者，在綠色證書(shū)交易市場(chǎng)上出售證書(shū)可以獲得的收益為（1-α）qgreenpc;煤電廠商作為綠色證書(shū)的需求者，為完成政府規(guī)定的配額比例，需要購(gòu)買的綠色證書(shū)數(shù)量至少為αqcoal，相應(yīng)的支出費(fèi)用為αqcoalpc。

（1）煤電廠商的生產(chǎn)決策原則為：

maxqcoalWcoal=Peqcoal-Ccoal-αPcqcoals.t.qcoal0（2）

煤電廠商的成本是生產(chǎn)數(shù)量的線性函數(shù)，即

Ccoal=ccoalqcoal+fcoal（3）

式中：qcoal、Pe與前文定義相同;Wcoal為煤電廠商的利潤(rùn);ccoal為煤電廠商的長(zhǎng)期邊際成本;fcoal為煤電廠商的固定成本;Pc為綠色證書(shū)價(jià)格;α為政府相關(guān)部門(mén)設(shè)定的強(qiáng)制配額比例，且α∈[α0，α1]，其中α0為比例下限，α1為比例上限，α是政策性變量。

（2）可再生能源廠商的生產(chǎn)決策原則為：

maxqgreenWgreen=Peqgreen-Cgreen+（1-α）Pcqgreen

s.t.qgreen0（4）

可再生能源廠商的成本是生產(chǎn)數(shù)量的線性函數(shù)，即

Cgreen=cgreenqgreen+fgreen（5）

式中：qgreen、Pe、α、Pc與前文定義相同;Wgreen為可再生能源廠商的利潤(rùn);cgreen為可再生能源廠商的長(zhǎng)期邊際成本;fgreen為可再生能源廠商的固定成本。

（3）根據(jù)利潤(rùn)最大化的原理，由一階條件可以得出煤電廠商的均衡產(chǎn)出qcoal和可再生能源廠商的均衡產(chǎn)出qgreen分別為：

qcoal=f-2ccoal+cgreen-（1+α）Pc3g（6）

qgreen=f-2cgreen+ccoal+（2-α）Pc3g（7）

從式（6）和式（7）可以看出，電力市場(chǎng)上煤電廠商和可再生能源廠商的最優(yōu)產(chǎn)量均與固定成本、可變成本、配額比例和綠色證書(shū)價(jià)格相關(guān)。對(duì)于可再生能源廠商而言，最優(yōu)產(chǎn)量隨著綠色證書(shū)價(jià)格的上升而增加，因?yàn)殡S著綠色證書(shū)價(jià)格的上漲，可再生能源廠商越有動(dòng)力加大生產(chǎn)。對(duì)于煤電廠商而言最優(yōu)的產(chǎn)量隨著綠色證書(shū)價(jià)格的上升而減少，因?yàn)殡S著綠色證書(shū)價(jià)格的上漲，煤電廠商將會(huì)削減產(chǎn)量，從而導(dǎo)致單位生產(chǎn)成本上升。當(dāng)綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格已知為P0c時(shí)，煤電廠商的最優(yōu)決策q*coal和可再生能源廠商的最優(yōu)決策q*green為：

q*coal=f-2ccoal+cgreen-（1+α）P0c3g（8）

q*green=f-2cgreen+ccoal+（2-α）P0c3g（9）

（4）在綠色證書(shū)交易市場(chǎng)上，可再生能源廠商作為綠色證書(shū)的供給者，煤電廠商作為綠色證書(shū)的需求者，廠商之間可以根據(jù)自身的需求在市場(chǎng)上進(jìn)行交易。發(fā)電廠商都需要承擔(dān)一定配額，此時(shí)煤電廠商對(duì)綠色證書(shū)的需求量Qdcoal和可再生能源廠商對(duì)綠色證書(shū)的供給量Qsgreen分別為：

Qdcoal=αqcoal=αf-2ccoal+cgreen-（1+α）Pc3g（10）

Qsgreen=（1-α）qgreen=

（1-α）f-2cgreen+ccoal+（2-α）Pc3g（11）

在可再生能源配額制的具體實(shí)施過(guò)程中，首先，由政府相關(guān)部門(mén)設(shè)定綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格并且控制價(jià)格波動(dòng)幅度;然后，發(fā)電廠商根據(jù)各自需要完成的配額、綠色證書(shū)價(jià)格和罰金等參數(shù)在市場(chǎng)上進(jìn)行交易。綠色證書(shū)的市場(chǎng)價(jià)格取決于綠色證書(shū)的供給和需求。市場(chǎng)達(dá)到均衡時(shí)，綠色證書(shū)的均衡價(jià)格P*c和均衡數(shù)量Q*c分別為：

P*c=（2α-1）f-（α+1）ccoal+（2-α）cgreen2（α2-α+1）（12）

Q*c=-α（α-1）[f+（α-1）ccoal-αcgreen]2g（α2-α+1）（13）

分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)綠色證書(shū)交易市場(chǎng)達(dá)到均衡時(shí)，均衡價(jià)格和均衡數(shù)量主要與四個(gè)因素有關(guān)，分別是配額比例、煤電廠商的成本、可再生能源廠商的成本和市場(chǎng)對(duì)電力的需求。由此可見(jiàn)，綠色證書(shū)交易市場(chǎng)和電力市場(chǎng)之間存在著十分密切的關(guān)系，電力市場(chǎng)的運(yùn)作會(huì)影響綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的均衡，綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的運(yùn)作會(huì)決定電力市場(chǎng)中廠商的行為決策。

為了使上述研究得出的綠色證書(shū)均衡價(jià)格有意義，需要保證P*c0，即

P*c=（2α-1）f-（α+1）ccoal+（2-α）cgreen2（α2-α+1）0（14）

政府相關(guān)部門(mén)確定的煤電廠商和可再生能源廠商的配額比例為：

當(dāng)2f-ccoal-cgreen0時(shí)，

αf+ccoal-2cgreen2f-ccoal-cgreen（15）

當(dāng)2f-ccoal-cgreen≤0時(shí)，

α≤f+ccoal-2cgreen2f-ccoal-cgreen（16）

同時(shí)對(duì)于未完成配額的廠商的罰金F應(yīng)該高于綠色證書(shū)的均衡價(jià)格，即

F>P*c=（2α-1）f-（α+1）ccoal+（2-α）cgreen2（α2-α+1）（17）

（5）政府實(shí)施可再生能源配額制，電力市場(chǎng)和綠色證書(shū)交易市場(chǎng)之間存在著較強(qiáng)的相互作用。當(dāng)電力市場(chǎng)和綠色證書(shū)交易市場(chǎng)同時(shí)達(dá)到均衡時(shí)，煤電廠商和可再生能源廠商的發(fā)電量依次為：

qcoal=-（α-1）[f+（α-1）ccoal-αcgreen]2g（α2-α+1）（18）

qgreen=αf-α2cgreen+（α2-α）ccoal2g（α2-α+1）（19）

電力市場(chǎng)總發(fā)電量Qs為：

Qs=qcoal+qgreen=f+（α-1）ccoal-αcgreen2g（α2-α+1）（20）

此時(shí)電力價(jià)格Pe為：

Pe=（2α2-2α+1）f-（α-1）ccoal+αcgreen2（α2-α+1）（21）

從上述公式可以看出，政府實(shí)施可再生能源配額制時(shí)，若電力市場(chǎng)和綠色證書(shū)交易市場(chǎng)同時(shí)達(dá)到均衡，煤電廠商和可再生能源廠商的發(fā)電量、總發(fā)電量以及電力價(jià)格都與配額比例有關(guān)。煤電廠商和可再生能源廠商進(jìn)行綠色證書(shū)交易，不僅有利于實(shí)現(xiàn)可再生能源廠商生產(chǎn)成本在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行分?jǐn)偅铱梢詫?shí)現(xiàn)煤電廠商生產(chǎn)負(fù)外部性的內(nèi)部化。此時(shí)社會(huì)福利為：

CSTGC=∫Qs0Pe（Qs）dQs-Pe（Qs）Qs=g2Qs2（22）

PSTGC=PeQs-（ccoal+αPc）qcoal-cgreenqgreen（23）

SWTGC=CSTGC+PSTGC=g2Qs2+Pe（Qs）Qs-

（ccoal+αPc）qcoal-cgreen（24）

式中：CSTGC為消費(fèi)者福利;PSTGC為生產(chǎn)者福利;SWTGC為社會(huì)福利。

2.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的目的是研究可再生能源配額制實(shí)施后電力和綠色證書(shū)交互市場(chǎng)的運(yùn)行機(jī)理和過(guò)程、綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的運(yùn)行效果，其因果回路和存量流量分別如圖3和4所示。

三、模擬仿真

通過(guò)理論推導(dǎo)和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模，發(fā)現(xiàn)影響電力和綠色證書(shū)交互市場(chǎng)的因素有很多。本文以2020年為基期，設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)為1個(gè)月，模擬時(shí)間為120個(gè)月（約為10年），使用Vensim軟件模擬綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的運(yùn)行效果、不同綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金組合（見(jiàn)表1）對(duì)雙寡頭博弈均衡、電力結(jié)構(gòu)和社會(huì)福利的影響，并進(jìn)行不同仿真模擬方案之間的比較。

（一）雙寡頭博弈均衡

根據(jù)仿真模擬結(jié)果繪制電力價(jià)格變動(dòng)趨勢(shì)圖（圖5）和綠色證書(shū)價(jià)格變動(dòng)趨勢(shì)圖（圖6）。由圖5和圖6可知電力價(jià)格和綠色證書(shū)交易價(jià)格在不同仿真模擬方案下變化趨勢(shì)大致相同，綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金的不同取值影響較小。總體走勢(shì)大致為：前4個(gè)月，對(duì)于電力價(jià)格而言，其變化是從基準(zhǔn)價(jià)格0.38元每千瓦時(shí)逐漸下降到價(jià)格下限0.33元每千瓦時(shí)，但是對(duì)于綠色證書(shū)價(jià)格而言，則是從價(jià)格下限0.1元每千瓦時(shí)逐漸上升到基準(zhǔn)價(jià)格，此結(jié)果符合基本經(jīng)濟(jì)學(xué)中電力價(jià)格與綠色證書(shū)價(jià)格呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系的原理，雖然電力市場(chǎng)獲得的收益減少但是綠色證書(shū)市場(chǎng)獲得的補(bǔ)貼增大，從而能夠維持綠色證書(shū)市場(chǎng)和電力市場(chǎng)的相對(duì)穩(wěn)定，并促使兩個(gè)市場(chǎng)通過(guò)市場(chǎng)本身的交互作用達(dá)到均衡;第5個(gè)月至第20個(gè)月期間，電力價(jià)格一直維持價(jià)格下限不變，綠色證書(shū)一直維持在價(jià)格上限不變;第21個(gè)月之后，電力價(jià)格大幅度上升至價(jià)格上限0.7元每千瓦時(shí)，而后經(jīng)歷波動(dòng)并趨于平穩(wěn)，由于市場(chǎng)作用，綠色證書(shū)價(jià)格始終維持在基準(zhǔn)價(jià)格并達(dá)到短期穩(wěn)態(tài)。

（二）電力結(jié)構(gòu)

可再生能源發(fā)電量變動(dòng)趨勢(shì)如圖7所示，煤電發(fā)電量變動(dòng)趨勢(shì)如圖8所示，電力供給變動(dòng)趨勢(shì)如圖9所示，電力結(jié)構(gòu)變動(dòng)趨勢(shì)如圖10所示。由圖7和圖8可知，可再生能源發(fā)電量和煤電發(fā)電量在不同仿真模擬方案下變化趨勢(shì)大致相同，綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金的不同取值對(duì)其影響較小。總體走勢(shì)大致為：前4個(gè)月，可再生能源發(fā)電量和煤電發(fā)電量保持不變;從第5個(gè)月起，可再生能源發(fā)電量逐月上升，相反煤電發(fā)電量呈現(xiàn)逐月下降的趨勢(shì)，趨勢(shì)變化的原因是電力價(jià)格逐漸下降的同時(shí)綠色證書(shū)價(jià)格逐漸上升，導(dǎo)致煤電廠商的利潤(rùn)空間下降，而可再生能源廠商的利潤(rùn)空間上升，因此煤電廠商減少投資，可再生能源廠商加大投資;由于電力供給=可再生能源發(fā)電量+煤電發(fā)電量，所以第15個(gè)月后電力供給保持不變。對(duì)圖10電力結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行分析可以得出：煤電發(fā)電量是下降趨勢(shì)，可再生能源發(fā)電量是上升趨勢(shì);煤電發(fā)電比例是逐月下降的，可再生能源發(fā)電比例是逐月提高的，但是在不同時(shí)期比例的變化速率大致相同。由此可見(jiàn)，實(shí)施可再生能源配額制之后，中國(guó)電力結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。

（三）社會(huì)福利

生產(chǎn)者福利變動(dòng)趨勢(shì)如圖11所示，消費(fèi)者福利變動(dòng)趨勢(shì)如圖12所示，社會(huì)福利變動(dòng)趨勢(shì)如圖13所示。

由圖11、圖12和圖13可知，生產(chǎn)者福利、消費(fèi)者福利和社會(huì)福利在不同仿真模擬方案下變化趨勢(shì)大致相同，綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金的不同取值對(duì)其影響較小。總體走勢(shì)大致為：生產(chǎn)者福利在前4個(gè)月逐漸下降，第5個(gè)月至第20個(gè)月之間保持不變，第21個(gè)月至第27個(gè)月大幅度上升之后呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)。由經(jīng)濟(jì)模型可知，此變化趨勢(shì)是由電力價(jià)格和電力價(jià)格的變化引起的。但是消費(fèi)者福利逐月的變化很微小，基本保持不變，此變化是由于電力供給導(dǎo)致的。由于社會(huì)福利=生產(chǎn)者福利+消費(fèi)者福利，所以社會(huì)福利呈現(xiàn)出先下降后上升的趨勢(shì)，總體來(lái)說(shuō)實(shí)施了可再生能源配額制后，短期內(nèi)雖然會(huì)導(dǎo)致社會(huì)福利下降，但是一段時(shí)間之后社會(huì)福利會(huì)得到改善。

（四）方案比較

運(yùn)用Vensim軟件對(duì)上述5種方案進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)在實(shí)施方案A和方案B時(shí)，無(wú)論是對(duì)雙寡頭博弈均衡、電力結(jié)構(gòu)還是社會(huì)福利的影響都比其他方案更優(yōu)。將方案A和方案B與現(xiàn)階段實(shí)施的基準(zhǔn)方案進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)今后在完善綠色證書(shū)交易市場(chǎng)時(shí)，需要在當(dāng)前基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格，提高可再生能源配額比例并加大罰金處罰力度，從而優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)和提高社會(huì)福利。降低綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、提高可再生能源配額比例和罰金，有助于激勵(lì)發(fā)電廠商積極參與綠色證書(shū)市場(chǎng)交易，在促使投資者加大可再生能源投資的同時(shí)改進(jìn)煤電生產(chǎn)技術(shù)，從而減少碳排放。

四、結(jié)論

為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，中國(guó)實(shí)施可再生能源配額制并建立了綠色證書(shū)交易市場(chǎng)。本文首先基于一般均衡理論，考慮電力市場(chǎng)的特點(diǎn)以及電力和綠色證書(shū)交易市場(chǎng)之間的交互作用，構(gòu)建發(fā)電廠商之間的雙寡頭非合作博弈模型;其次，利用Vensim軟件仿真模擬不同綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格、可再生能源配額比例和罰金組合對(duì)雙寡頭博弈均衡、電力結(jié)構(gòu)和社會(huì)福利的影響，并且取得了一些有價(jià)值的研究結(jié)論。

（1）實(shí)施可再生能源配額制，短時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)者福利會(huì)下降從而導(dǎo)致社會(huì)福利下降，但是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，生產(chǎn)者福利大幅度上升而后保持緩慢增長(zhǎng)的趨勢(shì)，因此社會(huì)福利也隨之呈現(xiàn)逐月上升的趨勢(shì)。可見(jiàn)實(shí)施可再生能源配額制不僅能減少可再生能源生產(chǎn)過(guò)程中的“棄風(fēng)棄光”等現(xiàn)象，還能進(jìn)一步提高社會(huì)福利。根據(jù)中國(guó)現(xiàn)階段建設(shè)綠色證書(shū)交易市場(chǎng)的情況，為了進(jìn)一步改善電力結(jié)構(gòu)提高社會(huì)福利，需要在當(dāng)前實(shí)施的綠色證書(shū)交易市場(chǎng)參數(shù)的情況下進(jìn)一步降低綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格，提高可再生能源配額比例和加大罰金處罰力度。

（2）可再生能源配額制的有效實(shí)施，使得可再生能源發(fā)電比例得到大幅度提升，中國(guó)電源結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，有望實(shí)現(xiàn)2030年可再生能源占能源消費(fèi)的20%。同時(shí)可再生能源發(fā)電量比例的提升和煤電發(fā)電量比例的下降會(huì)減少二氧化碳排放，有效促進(jìn)國(guó)家碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，但是在運(yùn)行過(guò)程中與電力市場(chǎng)不容易同時(shí)達(dá)到均衡，所以該政策的實(shí)施應(yīng)該逐步穩(wěn)健地進(jìn)行。

（3）在可再生能源配額制實(shí)施初期，政府可以采取先試點(diǎn)后推廣的策略，選取具有代表性的省市進(jìn)行試點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上總結(jié)經(jīng)驗(yàn)再進(jìn)行全國(guó)推廣。法律和政策層面，有必要制定實(shí)施效果評(píng)價(jià)機(jī)制，設(shè)計(jì)相應(yīng)的懲罰和激勵(lì)措施，鼓勵(lì)發(fā)電廠商進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，降低生產(chǎn)成本，提高競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)綠色證書(shū)交易。在實(shí)施可再生能源配額制的過(guò)程中，應(yīng)考慮電力體制改革，同時(shí)采用行政手段和市場(chǎng)手段。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李鵬.關(guān)于可再生能源電力配額與綠證交易的思考[EB/OL].（2017-04-03）[2020-11-20].http：//paper.people.com.cn/zgnyb/html/2017-04/03/content_1764051.html.

[2] 杜燕飛.2030年中國(guó)非化石能源占消費(fèi)總量比例達(dá)到20%[EB/OL].（2016-11-16）[2020-11-20].http：//energy.people.com.cn/n1/2016/1116/c71661-28871558.html.

[3] 梁鈺，孫竹，馮連勇，等.可再生能源固定電價(jià)制度和綠色證書(shū)交易制度比較分析及啟示[J].中外能源，2018，23（5）：13-20.

[4] 郭煒煜，趙新剛，馮霞.固定電價(jià)與綠色證書(shū)交易制度：基于中國(guó)電力市場(chǎng)的比較[J].中國(guó)科技論壇，2016（9）：90-97.

[5] Li Wei， Lu Can.Prospective Exploration of Future Renewable Portfolio Standard Schemes in China via a Multi-sector CGE Model [J].Energy Policy，2019，128：45-56.

[6] Ji Ling.Explicit Cost-risk Tradeoff for Renewable Portfolio Standard Constrained Regional Power System Expansion： A Case Study of Guangdong Province， China [J]. Energy，2017，131：125-136.

[7] Wang Ge， Zhang Qi.Efficient and Equitable Allocation of Renewable Portfolio Standards Targets among China s Provinces [J]. Energy Policy，2019，125：170-180.

[8] Li Xiaozhu， Wang Weiqing. Dynamic Environmental Economic Dispatch of Hybrid Renewable Energy Systems based on Tradable Green Certificates [J].Energy，2019，193：116-119.

[9] 余順坤，周黎莎，李晨.基于可再生能源配額制的綠色證書(shū)交易SD模型設(shè)計(jì)[J].華東電力，2013，41（2）：283-285.

[10] 董宏偉，秦光宇，王玲湘，等.新電改下可再生能源衍生品交易研究[J].價(jià)格理論與實(shí)踐，2019（3）：93-96.

[11] Sandra Schusser， Jurate Jaraité. Explaining the Interplay of Three Markets： Green Certificates， Carbon Emissions and Electricity[J].Energy Economics，2018，71：1-13.

[12] 余順坤，畢平平，楊文茵，等.基于配額制的可再生能源動(dòng)態(tài)發(fā)展系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2018，38（9）：2599-2828.

[13] Zhao Xingang， Ren Lingzhi.Evolutionary Game Analysis on the Behavior Strategies of Power Producers in Renewable Portfolio Standard[J].Energy，2019，162：505-516.

[14] Zhao Xingang， Zhang Yuzhuo.The Policy Effects of Feed-in Tariff and Renewable Portfolio Standard： A Case Study of China s Waste Incineration Power Industry[J]. Waste Management，2017，68：711-723.

[15] Zhang Yuzhuo， Zhao Xingang. The Development of China s Biomass Power Industry under Feed-in Tariff and Renewable Portfolio Standard： A System Dynamics Analysis[J]. Energy，2017，139：947-961.

[16] 朱繼忠，馮禹清，謝平平，等.考慮可再生能源配額制的中國(guó)電力市場(chǎng)均衡模型[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2019，43（1）：168-176.

[17] 趙新剛，任領(lǐng)志，萬(wàn)冠.可再生能源配額制、發(fā)電廠商的策略行為與演化[J].中國(guó)管理科學(xué)，2019，27（3）：168-179.

[18] 王輝，陳波波，趙文會(huì)，等.可再生能源配額制下跨省區(qū)電力交易主體最優(yōu)決策[J].電網(wǎng)技術(shù)，2019，43（6）：1987-1995.

[19] 李力，朱磊，范英.可再生能源配額機(jī)制下電力投資最優(yōu)序貫決策模型[J].管理評(píng)論，2019，31（9）：37-46.

[20] 董福貴，時(shí)磊.可再生能源配額制及綠色證書(shū)交易機(jī)制設(shè)計(jì)及仿真[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2019，43（12）：113-122.

責(zé)任編輯：曲 紅

Green Certificate Trading Market and Quantitative Evaluation

of Its Operation Effects

LIU Wenjun， ZHANG Lifang

（School of Economics， Management and Law， University of South China， Hengyang 421001，? Hunan， China）

Abstract：Renewable Portfolio Standard （RPS） is a compulsory institutional change to achieve low-carbon energy transformation in China. The implementation of this policy has resulted in the green certificate trading market based on the electricity market. Studying the mechanism of the green certificate trading market on China s actual electricity market， and simulating its operating effects are conducive to the effective establishment of the market. Based on the general equilibrium theory， this paper establishes a duopoly non-cooperative game model between power generation companies in light of the electricity market and the interplay between electricity and the green certificate trading market. The Vensim software is used to simulate the impacts of different green certificate benchmark prices， renewable energy quota ratios and penalty combinations on the duopoly game equilibrium， power structure and social welfare. The results show that：（1）With the establishment of the green certificate trading market， the proportion of renewable energy power generation has been greatly increased， the power supply structure has been optimized， and social welfare has been improved. The combination of different green certificate benchmark prices， renewable energy quota ratios and penalties will lead to a duopoly game equilibrium and changes in the power structure and social welfare. （2）The effective implementation of the renewable energy quota system not only conforms to the country s strategic requirements for adjusting the economic structure， optimizing the energy structure and protecting the resources and environment， but also are conducive to deepening China s power market reform and realizing the transformation triggered by both the policy and market. （3）In order to better implement the renewable energy quota system， it is imperative to design a green certificate trading market catering to China s domestic environment， strengthen the reform of the power system， and introduce relevant laws and regulations to ensure the effective implementation of policies.

Key words：? tradable green certificates system; electricity market; duopoly non-cooperative game; system dynamics