趙文會　高姣倩　宋亞君

摘要：針對具有不同碳排放系數(shù)的發(fā)電機組，考慮將其分為高排機組和低排機組兩類，構建了基于差異化配額分配策略的Cournot博弈模型，并給出其解析解，在此基礎上研究各種碳排放權配額分配策略對機組發(fā)電量、碳排放量及市場電價的影響情況。分析結果表明，在高排機組嚴格配額分配的基礎上，對低排機組寬松的配額分配策略具有較強的減排激勵作用，能夠在減少碳排放量的同時更好地保護低排機組進行低碳生產的積極性，促進高排機組進行低碳技術改造。

關鍵詞：碳排放系數(shù)；碳排放權；配額分配；Cournot模型

DOI：10.13956/j.ss.1001-8409.2017.01.17

中圖分類號：F1245；F224 文獻標識碼：A 文章編號：1001-8409（2017）01-0076-05

Abstract： According to the carbon emissions factors， this paper classifies generator units into two categories， these are high and low emission units. And then， it establishes the Cournot game model based on the allocation policy and gives its analytical solution. Based on these， it analyzes the influence of electricity generation， carbon emissions and market price about different carbon emissions factors. Model analysis results show that， the quota allocation policy focusing on the low emission units has a stronger incentive utility， it would be better to protect low emission units in the promise of reducing emissions and promote the units to carry out low carbon technology transformation.

Key words：carbon emissions factor； carbon emission permit； quota allocation； Cournot model

近年來，溫室氣體排放導致的全球變暖問題已經在世界范圍內引起高度重視?！毒┒紖f(xié)議》的簽訂是各國政府努力保護地球以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的標志。為了達到《京都協(xié)議》中的減排目標，各國政府紛紛設計和實施碳減排機制，努力減少溫室氣體排放，緩解大氣壓力。發(fā)達國家所推行的“總量管制與排放交易”則被認為是減少CO2排放，實現(xiàn)低碳發(fā)展的有效措施。而碳排放權配額的初始分配是推行該方案的重要前提[1～3]。對于我國而言，電力行業(yè)作為國民經濟和社會發(fā)展過程中最重要的基礎能源產業(yè)，是主要的碳排放部門，也是碳排放權交易的市場主體。低碳發(fā)展已經對電力系統(tǒng)運行和規(guī)劃的各個方面產生了顯著影響。因此，在低碳經濟的背景下，電力行業(yè)內部如何將初始碳排放權在各發(fā)電機組之間進行合理分配顯得尤為重要。

目前，已有不少專家和學者針對電力行業(yè)的初始碳排放權分配問題進行研究。曾鳴等以傳統(tǒng)碳排放權初始分配模型為基礎，結合我國電力行業(yè)的特點，考慮公平性因素的同時，提出了一種碳排放權可調分配機制，最大限度地削減了市場的作用[4]。而Xie等應用最小二乘法，研究多準則情況下電力行業(yè)碳排放權的初始分配問題[5]。Zhou等研究了不同初始碳排放權分配規(guī)則下，碳排放權交易所帶來的潛在效益和補償對發(fā)電企業(yè)的影響情況[6]。李保衛(wèi)等針對電力跨區(qū)輸送的碳排放產權界定問題，從公平性角度出發(fā)，結合電力系統(tǒng)的傳輸特性，建立了電力排放區(qū)域分攤的碳流追蹤模型，算例分析驗證了上述方法的正確性和可行性[7]。宋旭東等基于區(qū)域比較的初始碳排放權分配機制，構建了低碳電源規(guī)劃模型，并從低碳政策、低碳技術和低碳市場三個方面分析了低碳因素對電源規(guī)劃的影響[8]。宋旭東、袁博、Paul等從公平性和效率的角度出發(fā)，去探究電力行業(yè)的初始碳排放權分配問題[9～11]。齊紹洲等對比分析了目前實踐中主要采用的初始碳排放權分配模式的優(yōu)缺點[12]。王敬敏等利用數(shù)據(jù)包絡分析模型對現(xiàn)有的基于發(fā)電績效的電力行業(yè)初始碳排放權分配模式進行評價，并認為該分配方式兼具公平性和有效性[13]。譚忠富等通過構建不同優(yōu)化目標下的機組組合模型探究初始碳排放權分配對發(fā)電權交易的影響程度，并認為適當向高能效機組傾斜的初始碳排放權分配方式將有利于推動發(fā)電權交易的進行，同時能夠提高大容量機組的利用效率[14]。駱躍軍等在對電力行業(yè)幾種初始碳排放權分配方法進行系統(tǒng)探究的基礎上，提出了歷史分配法與基準分配法的加權平均分配法，用于保證初始碳排放權分配的相對公平[15]。陳勇等在考慮效益原則、優(yōu)化電源結構原則以及有利于國家政策實施的基礎上，構建了包括機組分配與電廠集團分配的兩步驟電力碳排放權初始模型[16]。梅天華等基于加總原理和投票選舉機制建立了電力行業(yè)的初始碳排放權分配模型，并通過程序公平機制和迭代機制解決了分配的公平性和有效性問題，最后通過算例分析驗證了所建模型的正確性[17]。此外，梅天華等又根據(jù)“基本共識基礎上的折中”理念，將歷史排放赤字分攤和總量削減因素納入到當前初始碳排放權的分配體系，并通過一致性約束建立了考慮歷史排放的電力行業(yè)初始碳排放權分配模型[18]。上述文獻對電力行業(yè)的初始碳排放權分配問題做了大量研究，并取得了一定的成果。但是，現(xiàn)有研究并沒有考慮到初始碳排放權分配對具有不同碳排放系數(shù)的發(fā)電機組生產決策的影響情況，更沒有考慮到初始配額分配對于降低機組碳排放系數(shù)的激勵作用。

基于以上分析，本文以減排和激勵發(fā)電機組降低碳排放系數(shù)為目的，考慮在電力市場中僅存在兩個競爭的發(fā)電機組：發(fā)電機組1和發(fā)電機組2，并假定發(fā)電機組1為高排機組，發(fā)電機組2為低排機組。針對具有不同碳排放系數(shù)的兩個發(fā)電機組，引入差異化的碳排放權配額分配策略，構建了基于差異化分配的Cournot博弈模型。

1問題假設與描述

11基本假設

考慮在一個相對獨立的電力市場區(qū)域中，有兩個碳排放系數(shù)不同的發(fā)電機組同時生產無差異、可替代的電能。假定在該市場區(qū)域內，市場出清電價受供需關系的影響，并且隨著社會總供給量的不斷增加，市場出清價格將逐漸降低，即：

p=α-βQ（1）

其中p表示市場出清電價；α、β分別為逆需求函數(shù)的截距和斜率且均大于0；Q為社會總供給量，Q=q1+q2，其中qi（i=1，2）表示第i個機組的發(fā)電量。

假設兩個發(fā)電機組有足夠的生產能力，但是單位電能的生產成本和碳排放系數(shù)（生產單位電能所產生的碳排放量）不同，碳排放系數(shù)大的發(fā)電機組稱為高排機組，碳排放系數(shù)小的發(fā)電機組稱為低排機組。一般情況下認為，單位電能的生產成本與碳排放系數(shù)之間存在負相關性，假設發(fā)電機組1為高排機組，單位電能生產成本為c1，碳排放系數(shù)為k1；發(fā)電機組2為低排機組，單位電能生產成本為c2，碳排放系數(shù)為k2，則有c1k2。

此外，由于針對碳減排問題進行技術改造需要一定的時間成本，因此假設在該博弈周期內兩個發(fā)電機組的單位生產成本和碳排放系數(shù)均保持不變。

12初始碳排放權分配

目前，電力行業(yè)的初始碳排放權配額分配方式主要有固定價格出售、競價拍賣和免費分配等[19]。其中免費分配方式又包括歷史法和基準法。由于發(fā)電機組在正常生產過程中需要排放一定量的CO2，如果在碳排放權交易制度建立初期直接要求發(fā)電機組為其碳排放量買單，將導致發(fā)電機組生產成本突然增加，從而引起發(fā)電機組對碳排放權交易制度的抵制情緒，影響碳排放權交易政策的實施。因此，在碳排放權交易制度建立初期大都采用基于歷史碳排放量的免費分配方式。針對當前我國碳排放權交易市場正處于試點階段，本文主要探討基于歷史碳排放量的電力行業(yè)初始碳排放權免費分配方案，并將發(fā)電機組在無碳排放權配額約束下的Cournot均衡結果作為基準碳排放量。

在具體分配上采用差異化的初始碳排放權配額分配方案，對于碳排放系數(shù)不同的發(fā)電機組具有不同的減排要求。碳排放權配額分配量小于基準碳排放量時稱為嚴格配額分配方案；碳排放權配額分配量大于基準碳排放量時稱為寬松配額分配方案。發(fā)電機組在根據(jù)競爭對手的當前發(fā)電量，單方面不考慮碳排放權配額約束時基于Cournot模型的最優(yōu)發(fā)電量稱為即時均衡產量。此外，假設各發(fā)電機組的碳排放權配額是公共信息。

2無碳排放權配額約束時的Cournot模型

在發(fā)電機組沒有受到碳排放權配額約束時，記為基準策略，用上標N表示。此時，兩個發(fā)電機組的碳排放量不受約束，發(fā)電機組只需要根據(jù)自身的成本信息及市場情況進行生產決策，兩個發(fā)電機組的利潤最優(yōu)化問題可以描述為：

是說當發(fā)電機組不受碳排放權配額約束時，高排機組由于具有先天的生產成本優(yōu)勢，其發(fā)電量和利潤都大于低排機組，而碳排放量也相對較大。這種情況下將導致低排機組的碳減排成本無法有效分攤，進而影響其進行低碳生產的積極性，同時也使高排機組缺乏降低碳排放系數(shù)的積極性。

3碳排放權配額約束下的Cournot模型

本節(jié)中分析差異化初始碳排放權配額分配策略下雙寡頭競爭的Cournot均衡情況。當存在初始碳排放權配額約束時，用上標Y表示。此時，兩個發(fā)電機組的生產決策都將受到初始碳排放權配額的影響，用Gi（i=1，2）表示第i個發(fā)電機組的初始碳排放權配額，則兩個發(fā)電機組的最優(yōu)決策為：

由此可知，在策略2的配額約束下，高排機組將在基準發(fā)電量的基礎上通過減少發(fā)電量來降低碳排放量，用完所有的碳排放權配額；而低排機組將在基準發(fā)電量的基礎上通過增加發(fā)電量來使自身利潤達到最大化，同時碳排放量也會隨著發(fā)電量的增加而增加，兩者的變化率為-12，過多的碳排放權配額將不會用于生產。

比較策略2和基準策略下的均衡結果可知，當針對低排機組實施寬松配額約束，針對高排機組實施嚴格配額約束時，社會總的發(fā)電量和總的碳排放量將減少，市場出清電價將增加。因此，在策略2的配額約束下，國家和政府實施的碳減排控制機制將發(fā)揮作用，達到減排的目的。同時給與低排機組寬松的碳排放權配額，以此作為“共同但有區(qū)別的責任”的體現(xiàn)以激勵低排機組進行低碳生產，同時促進高排機組通過減排技術改造向低排機組轉移。

（3）當λ1=0，λ2>0時，記為策略3，用上標Y3表示。此時發(fā)電機組1的碳排放量為寬松配額約束，發(fā)電機組2的碳排放量為嚴格配額約束，這意味著發(fā)電機組1的初始碳排放權配額大于其即時均衡碳排放量，而發(fā)電機組2的初始碳排放權配額小于其基準碳排放量，因此有G1≥k1qY11，0≤G2

由此可知，在策略3的配額約束下，低排機組將在基準發(fā)電量的基礎上通過減少發(fā)電量來降低碳排放量，用完所有的碳排放權配額；而高排機組將在基準發(fā)電量的基礎上通過增加發(fā)電量來提高自身利潤，同時碳排放量也會隨著發(fā)電量的增加而增加，兩個機組發(fā)電量的變化率為-12。

當針對高排機組實施寬松配額約束，針對低排機組實施嚴格配額約束時，社會總的發(fā)電量將有所減少，市場出清電價將逐漸增加；總的碳排放量情況受碳排放系數(shù)的影響，在k1≥2k2時，總的碳排放量將超過未實施碳排放權配額約束時的碳排放量，碳減排控制機制失效，無法達到減排目的；而在k1<2k2時，總的碳排放量將有所減少，國家和政府實施的碳減排控制機制將發(fā)揮作用，能夠達到減排目的，但是減排效果明顯低于策略2中的減排效果。另外，高排機組為了保證自身利潤的最大化也不會將過多的碳排放權配額用于生產。

在策略3的碳配額約束下，雖然在k1<2k2時，能夠達到減排目的，但是由于低排機組本身碳排放系數(shù)小而單位發(fā)電成本高，不具有發(fā)電成本優(yōu)勢，若再對其進行減排控制，將進一步損害低排機組的利潤；同時，給予高排機組寬松的碳排放權配額，相當于變相地保護高排機組，進一步增加高排機組的利潤。這將嚴重打擊低排機組進行低碳生產的積極性，無法激勵高排機組通過減排技術改造向低排機組轉移，反而使低排機組有向高排機組轉移的內在動力，形成反向激勵。

由此可知，當兩個發(fā)電機組的碳排放量都為嚴格配額約束時，兩個發(fā)電機組都將按給定的初始碳排放權配額進行發(fā)電生產，總的發(fā)電量減少，市場出清電價上升，市場總的碳排放量為初始碳排放權配額之和。情形1中，在嚴格控制高排機組碳排放權配額的基礎上，要求低排機組承擔較小的減排工作，可以達到減少社會總碳排放量的目的。同時，將進一步激發(fā)兩類發(fā)電機組進行低碳改造和低碳生產的積極性。情形2中，在嚴格控制低排機組碳排放權配額的基礎上，要求高排機組承擔較小的減排工作，社會總的碳排放量不一定減少，反而將進一步損害低排機組的利潤，使低排機組具有向高排機組轉移的內在動力，形成反向激勵。情形3中，嚴格控制兩個發(fā)電機組的碳排放權配額小于其基準碳排量，此時，兩個發(fā)電機組的發(fā)電量和碳排放量都會減少，能夠達到減排目的。但是均等比例的配額要求無法體現(xiàn)低排機組的優(yōu)勢，同時由于低排機組的單位發(fā)電成本較高，更不利于低排機組的生產發(fā)展，因此，無法實現(xiàn)對高排機組的激勵作用。

4結論

本文對電力行業(yè)初始碳排放權分配策略的研究結果表明，在高排機組嚴格控制配額分配的基礎上，對低排機組寬松的配額分配策略具有更強的減排激勵作用，能夠在減少總的碳排放量的同時激發(fā)低排機組進行低碳生產的積極性，促進高排機組通過減排技術改造向低排機組轉移。

上述結論對今后我國電力行業(yè)初始碳排放權分配策略的制定及國家碳減排政策的實施具有一定的指導作用。政府在制定碳排放權分配機制時，適當側重低排機組的差異化初始碳排放權分配策略，在降低碳排放量的同時，更好地激發(fā)機組進行減排技術改造的積極性。另外，需要指出的是，本文的研究結論是在假設電力市場中僅存在兩個競爭發(fā)電機組的情況下得出的；當電力市場環(huán)境中存在多個競爭發(fā)電機組時，很可能會得到不一樣的結論。所以多個競爭發(fā)電機組共存情況下的初始碳排放權分配問題將作為后續(xù)進一步的研究方向。

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（責任編輯：何彬）