綜合能源服務(wù)商參與碳交易的可行性探究

梁可曼， 聶景琦， 劉第舒， 王玉瑋

（華北電力大學(xué)， 河北 保定 071066）

1 研究概述

1.1 研究背景及意義

目前，積極應(yīng)對氣候變化已成全球共識，中國能源發(fā)展亦進(jìn)入新時代。習(xí)近平總書記在2020 年的第七十五屆聯(lián)合國大會上鄭重宣布了中國的“雙碳”目標(biāo)。在政府工作報告和“十四五”規(guī)劃綱要中特別強(qiáng)調(diào)了要大力發(fā)展綠色金融的政策舉措，明確要“實(shí)施金融支持綠色低碳發(fā)展專項政策，設(shè)立碳減排支持工具”。碳金融將為企業(yè)碳減排提供杠桿支撐，而碳交易是碳金融的重要組成部分，在相關(guān)政策支持下我國碳交易市場方興未艾。

綜合能源服務(wù)轉(zhuǎn)型和碳交易作為減少碳排放的兩個重要方式，本文從這兩者結(jié)合的角度對我國的基于節(jié)能減排的低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展問題進(jìn)行實(shí)證研究，有利于促進(jìn)兩者的創(chuàng)新發(fā)展，為我國節(jié)能減排方案制定和低碳經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)提供新思路和新路徑，為我國建設(shè)“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型、生態(tài)文明型”社會提供必要的支持，為進(jìn)一步推動“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)增益添彩。

1.2 文獻(xiàn)綜述

隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)問題已經(jīng)引發(fā)全球重視，同時，我國的“雙碳”政策也在逐步推進(jìn)，緊跟時代步伐。綜合能源和碳交易有著推動經(jīng)濟(jì)綠色、可持續(xù)發(fā)展的共同目標(biāo)，充分立足國家政策，共同助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。至今，已有不少學(xué)者對這兩個領(lǐng)域進(jìn)行了學(xué)術(shù)討論和理論研究，但是，將兩者結(jié)合起來的思考仍較少。

1）在綜合能源服務(wù)方面。董健等[1]從深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的角度為解決綜合能源系統(tǒng)調(diào)度中的不確定性問題提供了新的思路。賈宏杰等[2]從國家、區(qū)域以及終端三個層面探討了我國綜合能源系統(tǒng)發(fā)展的未來方向。竇金月[3]聚焦區(qū)域綜合能源服務(wù)商業(yè)模式設(shè)計和成本效益分析兩個問題，綜合能源服務(wù)商業(yè)模式的設(shè)計、建立測算綜合能源服務(wù)經(jīng)濟(jì)效益的工具并且對綜合能源系統(tǒng)的投資運(yùn)營提出了一些建議。邱彬等[4]提出了基于需求響應(yīng)和階梯型碳交易機(jī)制的多能耦合綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度的模型，研究了不同運(yùn)行方式對優(yōu)化調(diào)度的影響。吳彪等[5]建立了綜合能源服務(wù)商與電力、天然氣市場互動的雙層決策模型并求解，發(fā)現(xiàn)采用綜合需求響應(yīng)在減小電力、天然氣市場的價格差異、提高平均用電效用系數(shù)和平均氣轉(zhuǎn)電效率、增大社會福利等方面具有積極作用。

2）在碳市場交易方面。周宏春[6]提出了我國應(yīng)積極利用碳市場降低碳減排成本，從而提高能源利用效率和碳生產(chǎn)率的有效建議。魏震波等[7]對不同碳交易價格系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)分析后發(fā)現(xiàn)，制定一個合理的碳交易價格水平能夠同時實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和低碳性。魏慶坡[8]提出了避免產(chǎn)生在制度范圍上存在綠色低碳政策與碳交易體系的交叉或重疊的建議，同時評估了低碳政策對整體減排效果的影響。

3）在綜合能源服務(wù)和碳交易結(jié)合方面。Peiran Sun 等[9]重點(diǎn)研究了中國碳交易機(jī)制下綜合能源體系的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，通過商業(yè)優(yōu)化軟件研究了在不同碳交易價格下的綜合能源體系運(yùn)行模式，得出在碳交易機(jī)制下，綜合能源系統(tǒng)不僅可以減少碳排放，還可以通過碳交易降低年度總成本，表明了綜合能源服務(wù)與碳交易結(jié)合有其優(yōu)勢和良好的發(fā)展前景。張笑演等[10]分析了碳價格對于交易成本和減排量的影響，以此為基礎(chǔ)說明了碳市場的運(yùn)營機(jī)理。

1.3 發(fā)展現(xiàn)狀

1）綜合能源服務(wù)業(yè)。綜合能源服務(wù)是一種提供面向消費(fèi)終端的綜合能源產(chǎn)品和能源綜合服務(wù)的新型能源服務(wù)方式。為促進(jìn)其發(fā)展，我國出臺了相關(guān)政策推進(jìn)綜合能源改革試點(diǎn)建設(shè)，例如國家電網(wǎng)公司印發(fā)《關(guān)于在各省公司開展綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的意見》，《意見》中明確綜合能源服務(wù)成為主營業(yè)務(wù)，而其他大型能源電力企業(yè)也在國家政策指導(dǎo)下積極探索向綜合能源服務(wù)商轉(zhuǎn)型，加快布局綜合能源服務(wù)市場。從市場角度來說，目前我國綜合能源服務(wù)市場出現(xiàn)了多種業(yè)務(wù)發(fā)展模式，總體發(fā)展仍處于初級階段，大部分綜合能源服務(wù)商仍為國內(nèi)大型能源電力企業(yè)，進(jìn)入碳市場的能源服務(wù)商極少，碳減排支持工具有限，市場布局仍較為不成熟。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展角度來說，供需匹配效率低、資源整合能力有限、供需雙方信任程度不足是綜合能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的三大痛點(diǎn)問題。

2）碳交易。碳排放標(biāo)準(zhǔn)被認(rèn)為是建立健全溫室氣體排放管理體系的重點(diǎn)內(nèi)容，對促進(jìn)綠色低碳發(fā)展模式具有重大的意義。美國、英國等發(fā)達(dá)資本主義國家的碳交易起源較早，發(fā)展程度較高，已經(jīng)形成了較為完整的碳交易體系。就我國而言，碳交易發(fā)展經(jīng)歷了“部分地區(qū)試點(diǎn)—建立全國碳市場”兩大階段。2011年國家發(fā)展和改革委員會下發(fā)《關(guān)于開展碳排放權(quán)交易試點(diǎn)工作的通知》，要求試點(diǎn)地區(qū)制定碳排放權(quán)交易試點(diǎn)管理辦法，建立本地區(qū)碳排放權(quán)交易監(jiān)管體系和登記注冊系統(tǒng)，培育和建設(shè)交易平臺，做好碳排放權(quán)交易試點(diǎn)支撐體系建設(shè)，保障試點(diǎn)工作的順利進(jìn)行。2021 年5 月，我國碳排放權(quán)登記、交易及結(jié)算規(guī)則正式出臺，碳交易逐漸從區(qū)域試點(diǎn)階段過渡到全國統(tǒng)一的發(fā)展新階段。2022 年1 月，我國全國碳交易市場的第一個履約周期結(jié)束。截至2021 年12 月31 日，全國碳市場已累計運(yùn)行114 個交易日，累計成交量1.79 億t，累計成交額76.61 億元。但就企業(yè)參與狀況而言整體比例仍不高，且多數(shù)電力企業(yè)入市交易的態(tài)度仍相對謹(jǐn)慎，碳交易市場仍有很大發(fā)展空間。

1.4 研究內(nèi)容及思路

本文以我國目前綜合能源及碳交易發(fā)展程度較高的深圳市、北京市、廣州市、武漢市和上海市為研究對象，在構(gòu)建模型的基礎(chǔ)上，對該5 個城市的綜合能源服務(wù)商參與碳交易進(jìn)行實(shí)證分析研究和經(jīng)濟(jì)性評價，以此探索綜合能源服務(wù)商參與碳交易的可行性。

本文研究思路分為幾步：首先，在數(shù)據(jù)收集和文獻(xiàn)研讀的基礎(chǔ)上，結(jié)合分布式魯棒優(yōu)化的方法，以深圳、北京、廣州、武漢、上海5 個碳交易市場1960—2021 年的交易數(shù)據(jù)為樣本構(gòu)建碳價格預(yù)測模型，并根據(jù)現(xiàn)有碳交易信息建立碳交易信息體系；其次，根據(jù)碳交易的盈利機(jī)制建立綜合能源服務(wù)商參與碳交易的經(jīng)濟(jì)性評估模型；再次，利用5 個研究城市的綜合能源服務(wù)業(yè)發(fā)展和碳市場交易數(shù)據(jù)進(jìn)行模型檢驗和數(shù)據(jù)計算，從碳價格預(yù)測和碳交易經(jīng)濟(jì)性評價兩個方面進(jìn)行了實(shí)證研究和可行性分析；最后，分別從立法行政機(jī)關(guān)、碳交易市場監(jiān)管機(jī)構(gòu)和綜合能源服務(wù)商三個主體角度提出一些改善建議。

2 碳價格預(yù)測模型構(gòu)建

2.1 基于魯棒優(yōu)化思想的碳價格預(yù)測模型

2.1.1 魯棒優(yōu)化理論

魯棒優(yōu)化是研究不確定優(yōu)化問題的新型建模方法，它能在眾多不確定解中尋求到一個對于不確定輸入的所有實(shí)現(xiàn)都能有良好性能的解[11]。魯棒優(yōu)化建模得到的優(yōu)化方案并非最優(yōu)解，然而當(dāng)參數(shù)發(fā)生改變時，魯棒優(yōu)化所得到的解仍然可以保證方案的可行性，使優(yōu)化方案對參數(shù)的變動敏感性降低[12]。本文認(rèn)為它適用于碳價格數(shù)據(jù)多，而且波動不確定性的情況，因此選其為理論基礎(chǔ)構(gòu)建碳價格預(yù)測模型。

2.1.2 碳交易數(shù)據(jù)選取

本文從碳排放交易網(wǎng)上收集了中國8 大碳市場自1960—2021 年有關(guān)于碳交易的數(shù)據(jù)?；谘芯繉ο蟮目紤]和模型檢驗及數(shù)據(jù)預(yù)測的需要，本文僅選取了深圳、北京、廣州、武漢、上海5 個城市的碳市場交易數(shù)據(jù)進(jìn)行碳市場價格分析。重點(diǎn)整理了該5 個城市2013—2021 年碳交易市場每日的交易類型、交易量、交易額、成交價等信息，數(shù)據(jù)整理部分展示如表1 所示。

表1 八大碳市場碳交易數(shù)據(jù)

2.1.3 碳價格預(yù)測模型構(gòu)建過程

2.1.3.1 基本思路

先用層次分析法對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將每個城市數(shù)據(jù)構(gòu)造為一個矩陣，其次用魯棒優(yōu)化求解模型每個區(qū)間的最優(yōu)解并擬合成一條平滑的曲線。

2.1.3.2 模型構(gòu)建結(jié)果

1）基本公式及x 變量說明：x=-（16+c+2b+12a-464）。

以半個月為單位作為橫坐標(biāo)，以1 元/t 為單位作為縱坐標(biāo)，初始時是2021 年3 月下旬，時間隨橫坐標(biāo)的增大而不斷減小。

x=-（18+（2022 年開始至服務(wù)商查詢時的時間月份-1）×2+2（當(dāng)前所在時間在當(dāng)月＞=15 日）或1（當(dāng)前所在時間在當(dāng)月＜15 日））

比較各地區(qū)碳價格的大小，就可以選擇對服務(wù)商最有利合適的市場。

2）符號說明：碳價格預(yù)測模型符號說明見表2所示。

表2 碳價格預(yù)測模型符號說明

3）構(gòu)建結(jié)果。在利用Matlab 求解出最優(yōu)解后，引入碳價格影響因子x 并擬合出一條平滑的曲線結(jié)果如表3 所示。

表3 碳價格預(yù)測模型構(gòu)建結(jié)果

2.2 碳交易信息體系

本文在文獻(xiàn)研讀的基礎(chǔ)上，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行碳交易相關(guān)資料搜集，建立了碳交易信息體系如表4 所示，該體系的建立旨在為碳交易的潛在參與者更好地了解和參與碳交易提供信息收集的方向指導(dǎo)和參考。

2.3 基于碳交易基本原理的經(jīng)濟(jì)性評估模型

2.3.1 碳交易機(jī)制理論準(zhǔn)備

碳交易市場是一種人為制造的市場。通常情況下，政府會計劃一個地區(qū)的碳排放量總體水平，并根據(jù)一定的分配規(guī)則將這個碳排放配額總量逐步分配至每個行業(yè)再到企業(yè)[13]。如果企業(yè)的最終碳排放量高于其配額水平，則企業(yè)就需要到市場上去購買配額以完成政府設(shè)定的減排任務(wù)。而此時，部分企業(yè)能夠通過節(jié)能減排技術(shù)使得自己的最終碳排放量低于其獲得的配額水平，則這部分企業(yè)就可以通過碳交易市場出售自己多余的配額而獲取一定的收入[14]。目前我國碳交易市場主要的交易產(chǎn)品有兩類，一類由政府給予企業(yè)的碳排放量配額，另一類則是企業(yè)的核證自愿減排量[15]。

2.3.2 經(jīng)濟(jì)性評估模型構(gòu)建

2.3.2.1 符號說明

經(jīng)濟(jì)性評價模型符號說明表5 所示。

表5 經(jīng)濟(jì)性評價模型符號說明

2.3.2.2 模型構(gòu)建過程。

根據(jù)碳交易基本原理[16]，我們可將碳交易結(jié)果分為兩種情況。第一種情況：當(dāng)企業(yè)的減排成本低于碳交易的現(xiàn)行市價時，企業(yè)可以通過賣出減排產(chǎn)生的份額從而實(shí)現(xiàn)盈利；第二種情況：當(dāng)企業(yè)的減排成本高于碳交易的現(xiàn)行市價時，企業(yè)就會向擁有碳排放量配額的政府、企業(yè)或其他市場主體購買碳排放配額來完成政府給企業(yè)設(shè)定的碳排放減量目標(biāo)。最終在減排周期結(jié)束時，若企業(yè)的實(shí)際碳排放量高于其所擁有的碳排放配額總量，則政府會對其收取高額的罰款[17]。

1）企業(yè)的減排成本低于碳交易的現(xiàn)行市價時（y＞z），模型構(gòu)建結(jié)果如圖1 所示。

圖1 碳交易經(jīng)濟(jì)性評價模型情況一

2）企業(yè)的減排成本高于碳交易的現(xiàn)行市價時（y≤z），模型構(gòu)建結(jié)果如圖2 所示。

圖2 碳交易經(jīng)濟(jì)性模型情況二

2.3.2.3 模型求解

1）當(dāng)企業(yè)的減排成本低于碳交易的現(xiàn)行市價時（y＞z），企業(yè)會選擇減排，雖然x，A1，A2，z 會隨能源商的不同而發(fā)生改變，但都是一個常量，綜上可以得出利潤Z 是關(guān)于A3的函數(shù)（A3會受減排方式的限制），利潤Z 想獲得最大，只要使A3最大。所得利潤為A3（2x-y+z）+A2y-A1（x+z），所得碳資產(chǎn)為2A2-A3。

2）服務(wù)商減排成本高于碳交易市場價時（y≤z）顯然選擇購買碳排放量，所得的利潤為A1x-（A1-A2）y所得碳資產(chǎn)為A2。

3 實(shí)證研究與可行性分析

假設(shè)能源價格取806.26 元/t，則從2020 年起到2021 年五大城市實(shí)際碳價格和本文建立模型所預(yù)測的碳價格對比如圖3—圖7 所示。

圖3 深圳市實(shí)際碳價格與預(yù)測碳價格對比圖

圖4 北京市實(shí)際碳價格與預(yù)測碳價格對比圖

圖5 廣州市實(shí)際碳價格與預(yù)測碳價格對比圖

圖6 武漢市實(shí)際碳價格與預(yù)測碳價格對比圖

圖7 上海市實(shí)際碳價格與預(yù)測碳價格對比圖

由上述結(jié)果，我們可知該模型在后期具有較好的綜合預(yù)測效果，能夠為企業(yè)預(yù)測未來碳交易價格更好地參與碳市場交易提供有效的指導(dǎo)。

4 結(jié)論與建議

4.1 研究結(jié)論

4.1.1 我國碳交易市場發(fā)展存在不足

雖然目前我國碳市場已經(jīng)獲得一些發(fā)展成效，但從整體上來看仍然是不足的，對比美歐等國家還有很多缺陷，例如碳交易市場數(shù)量少、全國性碳市場推廣程度低、現(xiàn)有碳交易主體主要為傳統(tǒng)電力能源企業(yè)交易主體結(jié)構(gòu)單一、碳交易市場機(jī)制不完善等等是亟需解決的阻礙我國碳交易市場發(fā)展的問題。

4.1.2 綜合能源服務(wù)行業(yè)發(fā)展遇到困境

我國綜合能源服務(wù)市場現(xiàn)在的發(fā)展特征為市場主體多元性、業(yè)務(wù)形態(tài)多變性、商業(yè)模式多樣性，總體發(fā)展仍處于初級階段，大部分綜合能源服務(wù)商仍為國內(nèi)大型能源電力企業(yè)，綜合能源服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨供需匹配效率低、資源整合能力有限、供需雙方信任程度不足三大痛點(diǎn)問題。我國目前無論是智慧能源管控的核心技術(shù)，還是商業(yè)化運(yùn)營的數(shù)字化服務(wù)型平臺建設(shè)技術(shù)都仍不成熟，無法解決其發(fā)展痛點(diǎn)問題。

4.1.3 綜合能源服務(wù)商能夠適應(yīng)碳交易機(jī)制

本文在文獻(xiàn)研究以及模型構(gòu)建時均發(fā)現(xiàn)，無論是碳交易信息獲取還是碳交易的實(shí)際操作方面，現(xiàn)有的碳交易機(jī)制對企業(yè)具有普適性，并沒有特殊的行業(yè)限制。而相對其他企業(yè)來說，綜合能源服務(wù)商對碳排放權(quán)、碳資產(chǎn)等碳交易的核心概念都是更加熟悉且接觸更多的，碳交易與綜合能源服務(wù)商減排和發(fā)展新能源等業(yè)務(wù)也是存在許多交叉的，這也使綜合能源服務(wù)商能夠在短時間內(nèi)有效地適應(yīng)碳交易機(jī)制。

4.1.4 綜合能源服務(wù)商具有參與碳交易的獨(dú)特優(yōu)勢

綜合能源服務(wù)商是能為用戶供應(yīng)綜合能源產(chǎn)品及相關(guān)能源綜合服務(wù)的新興能源發(fā)展企業(yè)。綜合能源服務(wù)商在減排技術(shù)、能源綜合、能源成本降低、發(fā)展新能源等有利于降低碳排放量的相關(guān)方面處于領(lǐng)先地位，而碳交易的核心產(chǎn)品碳排放權(quán)產(chǎn)生于分配額和實(shí)際減排額的差異，這使綜合能源服務(wù)商擁有了參加碳交易的獨(dú)特優(yōu)勢。

4.1.5 參與碳交易有利于綜合能源服務(wù)商提高競爭力

碳交易作為一種鼓勵減排重點(diǎn)企業(yè)自覺節(jié)約能耗、降低碳排放量的有效方式，已經(jīng)成為國家發(fā)展的重要方向。綜合能源服務(wù)商若能利用好自身資源技術(shù)優(yōu)勢積極地參與到碳交易中合理利用碳價格變化，則能夠有利于其拓寬業(yè)務(wù)范圍和收入渠道，節(jié)約碳排放成本從而提高自身抗風(fēng)險能力和市場競爭力。

4.2 改善建議

4.2.1 立法行政機(jī)關(guān)

立法機(jī)關(guān)要建立健全環(huán)境保護(hù)法律體系，為碳交易市場和綜合能源服務(wù)行業(yè)綠色發(fā)展提供必要的法律基礎(chǔ)。行政機(jī)關(guān)要推行有效的政策，完善碳市場交易機(jī)制，鼓勵綜合能源服務(wù)商進(jìn)入碳交易市場，加大財政對綜合能源服務(wù)商參與碳交易的支持力度，積極推行碳交易全國化。

4.2.2 碳交易市場監(jiān)管機(jī)構(gòu)

碳交易市場監(jiān)管機(jī)構(gòu)要對市場交易規(guī)則進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計以滿足不同地區(qū)不同類型交易者的需要，完善市場監(jiān)督機(jī)制和市場交易規(guī)范，加大碳交易市場機(jī)制的宣傳力度，建立健全碳交易信息公布體系為潛在交易者提供便利，降低碳交易市場的參與門檻鼓勵更多的社會資本進(jìn)入從而更好地推進(jìn)碳市場全國化激發(fā)碳交易市場的活力。

4.2.3 綜合能源服務(wù)商

綜合能源服務(wù)商要加大研發(fā)投入，發(fā)展減排技術(shù)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，關(guān)注碳價格變動和碳市場交易情況變化，利用自身優(yōu)勢積極參與到碳交易中，提高自身環(huán)保減排意識，建立有效的碳資產(chǎn)管理機(jī)制和適應(yīng)碳交易的經(jīng)營模式，增強(qiáng)發(fā)展后備力。