新冠疫情和俄烏沖突對歐盟碳排放權波動率的影響

靳慧娜 張金良 白 祥

河南科技大學數學與統計學院

0 引言

歐盟碳排放權交易市場是全球最成熟的碳排放權交易市場，每年的成交量超過10 億t 二氧化碳（CO2）等溫室氣體。近年來，“黑天鵝”事件頻發，如2020年的新冠疫情、2022年的俄烏沖突，對歐盟碳市場造成了劇烈沖擊，碳排放權價格大幅波動。厘清近年來國際環境動蕩背景下碳市場的波動及可能原因，弄清各突發事件對碳排放權價格波動的影響機理和程度，有利于歐盟更好地踐行綠色發展理念，推進碳中和事業。

碳排放權價格是歐盟碳排放交易體系發展的風向標，合理的價格是保證排放交易體系發揮減排作用的重要影響因素［1］。研究表明，有效的碳價格可以增加財政收入和綠色產業，而價格過低會挫敗市場參與者的信心，影響減排的效率［2-4］，穩定的碳價格是排放交易系統健康運行的核心。收益率和波動率是衡量碳價格表現的兩個重要指標，根據Glosten等［5］的研究，信息流或流動性變化會引起收益率或波動率小幅度變化，而重大事件，包括金融危機、政策變化和自然災害會使其大幅度跳躍。如果碳波動率過大，將直接影響歐盟減排目標的實現，不利于社會的可持續發展［6］，因此學者開始圍繞碳排放權價格驅動因素展開研究。Guo 等［7］使用GARCH 模型分析了第一階段和第二階段歐盟-ETS 排放公告對交易行為和價格的影響，研究結果證實了歐盟經濟轉型體系在第二階段的成熟度。Fan等［8］分析了歐盟排放交易體系中50項政策公告對碳價格的影響，只有部分政策影響了碳價格。Wang 等［9］證明碳市場的所有外部性，能源價格和政策公告，通過交易影響碳排放許可證的需求和供應，來影響碳價格。高平宏等［10］認為碳排放權價格波動受宏觀經濟、政策調整和氣候環境的影響。此外，由于歐盟承諾的減排目標預先規定了排放限制，歐盟-ETS 很容易受到突發事件的影響。隨著研究的深入，學者們逐漸開始關注重大突發事件對碳市場沖擊的影響。在突發公共衛生事件上，新冠疫情對歐洲碳市場產生了巨大沖擊。Dong等［11］運用New-West 回歸證實新冠疫情的暴發和“7 500億歐元的綠色復蘇計劃”都對歐盟碳價格產生了重大影響。Adhurim H 等［12］研究表明，新冠疫情期間歐洲電力部門用電量降低19%，碳排放量減少34%。劉嬌嬌［13］量化分析了新冠疫情對我國4個碳市場價格收益波動的影響，并證實由于各地政策、應對風險機制的差異不同碳市場對此次沖擊的敏感度不同。在突發軍事沖突事件上，2022 年，俄烏沖突已對歐盟乃至全球能源市場造成了巨大沖擊。歐盟對俄羅斯實施的多輪制裁也反噬著歐洲眾多國家，如禁止使用俄羅斯運送的煤炭、石油及天然氣，使歐洲多國陷入能源危機。法國、德國、意大利等多國相繼宣布重啟煤電生產或采取措施支持煤電項目［14-15］。Duan等［16］利用分位數回歸揭示了歐盟能源價格對碳價格變化的邊際影響，即在較低的碳分位數中，影響更大，而在較高的分位數下，影響相對較小。

通過梳理國內外文獻發現，近年來在突發事件與碳排放權市場關系的研究中，國內外學者多關注新冠疫情對碳市場價格波動的影響程度和影響機制。但是尚未有通過實證分析俄烏沖突對歐盟碳排放市場沖擊的文獻。已有文獻多使用線性回歸和GARCH 模型測度外部沖擊對碳市場波動的影響是否顯著［17-18］，而Quantile-on-Quantile 回歸方法［19-21］結合分位數回歸和局部線性回歸的非參數估計，可以將一個變量的分位數回歸到另一個變量分位數從而估計兩個變量之間的非線性關系。因此，本文在新冠疫情和俄烏沖突大背景下，以歐盟碳配額期貨（EUA）日收盤價為研究對象：

1）通過構建GED分布的GARCH（1，1）模型測度歐盟碳配額期貨（EUA）收益率波動率。

2）通過百度搜索指數量化分析了互聯網對新冠疫情、俄烏沖突的關注度，通過Quantile-on-Quantile 回歸方法研究新冠疫情和俄烏沖突對歐盟碳配額期貨（EUA）收益率波動率的影響。

3）分析新冠疫情、俄烏沖突期間相關政策對碳排放權價格波動的影響。

1 理論基礎

1.1 分位數回歸

分位數對分位數（Quantile-on-Quantile）回歸方法有助于捕捉變量在條件分布的每個點上的關系變化，提供依賴關系的清晰完整的圖像。本文通過選擇多個不確定性分位數，分析和估計新冠疫情、俄烏沖突對碳排放權波動在不同分位數的局部影響。

1.2 GARCH(1,1)模型

在研究新冠疫情、俄烏沖突對碳排放權價格收益率影響時，使用GED 分布的GARCH(1,1)模型進行建模和預測可以具備以下優點：

1）能更好地擬合非正態分布的資產收益率，GED 分布比正態分布更適用于描述一些存在大量極端值的非正態分布。

2）能更準確地預測碳排放權價格收益率的波動性，GARCH(1,1)模型可以很好地描述資產收益率的波動性聚集效應，即當波動性較大時，未來波動性也可能較大，反之亦然。

3）具有較高的預測精度和穩定性，GED 分布的GARCH(1,1)模型考慮了資產收益率的非正態性和波動性聚集效應，提高了模型的預測準確度和穩定性。

2 實證分析

在歐盟碳市場交易中，期貨交易所占份額大于現貨交易，所以本研究選取2018年1月2日至2023年3 月29 日的歐盟碳配額期貨（EUA）收盤價。數據處理分析采用Rstudio軟件。

2.1 描述性統計分析

對歐盟碳排放配額期貨（EUA）收盤價歷史數據進行處理，通過：

計算歐盟碳排放配額期貨（EUA）日收益率。收益率序列的J-B 統計值為1 307.7，顯著拒絕符合正態分布的原假設，說明歐盟碳排放配額期貨（EUA）日收益率序列不符合正態分布。

2.2 GARCH模型建模

在對收益率序列建模前，分別進行了平穩性檢驗、自相關檢驗與異方差檢驗，以確保收益率序列符合GARCH 模型建模標準并用于下文分析。平穩性檢驗結果ADF 測試值為-10.837，小于0.01顯著性水平的臨界值，拒絕收益率序列是非平穩的原假設，即收益率序列平穩具有良好統計性質。ARCH-LM 檢驗結果顯示收益率序列存在ARCH效應，可以進行GARCH 建模。歐盟碳排放配額期貨（EUA）日收益率序列不符合正態分布，本文通過建立GED 分布的GARCH（1，1）模型，提取歐盟碳排放配額期貨（EUA）日收益率序列的條件異方差來測度收益的波動。

圖1 是2018 年1 月3 日至2023 年3 月29 日的歐盟碳排放配額期貨（EUA）收益率的波動率（簡稱“波動率”）。據報道，歐洲新冠病例最早于2020年2 月20 日出現在意大利，3 月份歐洲疫情進入高峰期，新冠疫情的暴發對全球經濟活動造成沖擊，碳市場也未能幸免。由圖1 可以看出2020 年3 月19日波動率達到峰值0.077（較前一周平均波動水平0.037上漲了0.04）。2022年2月24日俄烏沖突的爆發給世界各國的能源市場和碳排放市場都帶來了沖擊和影響。俄烏沖突爆發后，碳排放權波動率波動幅度便大于2022 年3 月9 日達到最大值0.075。表1 是四個場景即新冠疫情前（2019 年1月2日-2020年2月20日）、新冠疫情后（2020年2月21 日-2021 年3 月22 日）、俄烏沖突前（2021 年3 月23 日-2022 年2 月23 日）和俄烏沖突后（2022年2月24日-2023年3月29日）的波動率描述性統計結果。新冠疫情和俄烏沖突爆發后波動率均值均由0.027 增加到0.03，波動率標準差分別從0.003 5增加到0.007 8、0.005 8增加到0.007 9，說明兩次沖擊過后，波動率的變化情況更加復雜。

表1 波動率描述統計結果

圖1 歐盟EUA期貨收益率波動圖

2.3 新冠疫情、俄烏沖突對碳排放權波動率的影響

金融學中的“有限注意”理論認為個體的注意力是有限的，只有在外部沖擊切實影響到個體生活時，個體才會傾向于主動獲取外部沖擊的信息，在互聯網高速發展的當今時代，通過互聯網搜索是一種最普遍且高效的方式。新冠疫情、俄烏沖突的嚴重程度以及相關的限制性政策會刺激公眾對其關注度的變化，影響對兩者的搜索。為進一步探究新冠疫情、俄烏沖突對歐盟碳排放權波動率復雜的影響，本節以百度搜索引擎中單一詞匯“新冠疫情”“俄烏沖突”的PC 端與移動端搜索量來構建新冠疫情搜索指數（2020年2月11日-2022年2月17日）和俄烏沖突搜索指數（2022年2月11日-2023年3月29 日），通過Quantile-on-Quantile 回歸分析兩次沖擊與碳排放權波動率之間復雜的相依關系。

圖2 和圖3 Z 軸上的值分別代表了使用Quantile-on-Quantile 回歸方法得到的新冠疫情、俄烏沖突對碳排放權波動率的影響的估計值。搜索指數（在不同的分位數）對碳排放權波動率（在不同分位數）的影響顯示出差異。當碳排放權波動率的分位數較低時，兩次沖擊對碳排放權波動的影響較小。碳排放權波動率分位數的增加，對碳排放權波動的影響越大。分位數從0 到1 變化，新冠疫情和俄烏沖突對碳排放權波動率的影響呈現正向影響趨勢。俄烏沖突對歐盟碳排放權波動率在0.9分位數，影響最大為14.73。在新冠疫情搜索指數的0.3到0.6分位數和碳排放權波動率的0.8分位數，影響最大為1.83。當新冠疫情和俄烏沖突的熱度達到峰值時，俄烏沖突對歐洲碳市場波動影響更大。相比之下，當兩次沖擊處于發展階段時，新冠疫情對碳排放權波動的影響已經達到頂峰，隨后影響力開始迅速下降，沒有出現持續的高影響。而俄烏沖突對歐洲碳排放市場的波動保持著較高的增長率。

圖2 新冠疫情影響系數

圖3 俄烏沖突影響系數

2.4 新冠疫情、俄烏沖突期間相關政策對碳排放權波動的影響

2020年3月16日，歐盟就限制跨國邊境旅行、加強衛生防疫措施等協商達成一致后，歐盟各國陸續進入封鎖狀態，例如2020 年3 月17 日，意大利全國封鎖，2020 年3 月23 日，英國實施全國封鎖，2020 年3 月24 日，法國開始實施封鎖，2020 年3月28 日，西班牙進入緊急狀態封鎖。封鎖狀態導致生產活動減少，許多重要的氣候會議被推遲。也導致公眾對碳期貨投資預期持悲觀態度，碳排放權價格開始迅速下跌，2020 年3 月19 日波動率達到最大，碳排放權價格下跌持續到5 月份，在此期間，碳排放權波動率波動劇烈，最大值達到0.077，如圖4所示。

圖4 新冠疫情后歐盟碳排放權價格和波動率趨勢

為了加強歐盟應對新冠疫情的能力，歐盟委員會在2020 年5 月27 日公布了一項總值達7 500 億歐元的綠色復蘇計劃，該計劃涉及一系列支持綠色轉型的措施。其中三分之一的資金用于成員國向綠色經濟轉型，為歐盟成員國的綠色經濟轉型奠定了豐厚的資金基礎。該計劃還積極引導個人投資，充分發揮個人投資對經濟復蘇的帶動作用。2020年7 月21 日，歐盟各成員國領導人達成一致，同意撥款7 500億歐元以幫助經濟復蘇。在一系列綠色復蘇刺激措施之后，公眾開始對碳期貨市場的前景感到樂觀，投資意愿也有所增強。如圖4所示，碳價格開始逐漸平穩上升，波動率穩定在0.03～0.04 之間，綠色復蘇計劃顯著穩定了碳市場。

自俄烏沖突爆發以來，歐盟對俄羅斯先后采取了多輪能源制裁，如表2 所示。從圖5 可以看出多輪能源制裁，使得歐盟碳排放權波動劇烈，波動幅度大，波峰持續時間長。歐盟碳配額EUA 價格自2022 年2 月25 日連續暴跌，在3 月7 日跌至58.08歐元/t，比兩周前的95 歐元/t 價位跌近一半。但碳市場相對穩定，碳排放權價格保持在85 歐元/t 上下，波動率維持在0.03左右，與歐盟2022年5 月提出“REPowerEU”能源計劃密切相關，該計劃旨在盡快減少對俄羅斯天然氣和石油的依賴，在2030 年前遠離俄羅斯的化石燃料，并提出了一系列措施，大幅加快清潔能源轉型，同時提高整個歐盟能源系統的彈性，對碳市場的穩定具有正向作用。2022年9 月，北溪天然氣管道意外在波羅的海海底發生爆炸，歐盟天然氣供應不足，碳排放權價格跌至65 歐元/t左右。

表2 能源制裁表

圖5 俄烏沖突后歐盟碳排放權價格和波動率趨勢

歐洲對俄羅斯能源方面的多次制裁使得歐盟諸多國家陷入能源危機，歐洲多數國家重啟煤電生產或采取措施支持煤電項目。國際能源署（IEA）發布的《煤炭市場報告》顯示，煤炭總需求在2022 年創造新紀錄，并在未來兩年保持最高水平。本文選擇了可以代表國際煤炭價格整體變化趨勢的歐洲ARA 港動力煤來觀察分析國際煤價的走勢（見圖6）。2022 年后煤炭需求量增加，導致供需不平衡，從而推高煤炭價格。由于煤炭是一種高碳能源，燃燒煤炭會排放大量的CO2等溫室氣體，燃燒煤炭的企業需要購買更多的碳排放權來彌補排放的溫室氣體。碳排放權的需求或將持續增加，導致碳排放權價格上漲，這正是歐盟每次對俄羅斯實施能源制裁后，碳排放權波動的原因。

圖6 歐洲ARA動力煤價格走勢圖

3 結論

本文以歐盟碳排放配額期貨日收盤價格為研究對象，建立了GED 分布的GARCH(1，1)模型，度量其在新冠疫情和俄烏沖突期間收益率波動情況。基于Quantile-on-Quantile 回歸，探究了新冠疫情以及俄烏沖突對歐盟碳排放權波動率的影響。最后分析兩次危機期間相關政策的有效性。研究結果顯示：新冠疫情、俄烏沖突均加劇了碳市場的波動，俄烏沖突表現為持續增加碳市場波動。并證實了新冠疫情期間“7 500 億歐元綠色復蘇計劃”以及俄烏沖突期間頒布的“REPowerEU”能源計劃的有效性。