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        低碳經(jīng)濟(jì)背景下火力發(fā)電廠節(jié)能減排測度及碳定價問題研究

        2022-11-11 02:31:53方久偉潘麗潔魏子儀金英美
        中國集體經(jīng)濟(jì) 2022年31期

        方久偉 潘麗潔 魏子儀 金英美

        摘要:自改革開放以來,中國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展,但經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展所帶來的是對環(huán)境的破壞?;茉吹拇罅渴褂茫弓h(huán)境污染不斷加深,而當(dāng)下所倡導(dǎo)的是“綠水青山,就是金山銀山”。經(jīng)濟(jì)發(fā)展不能以犧牲環(huán)境為代價,碳減排問題也因此成為全世界關(guān)注的焦點(diǎn)問題。文章首先對中國火力發(fā)電廠的碳排量進(jìn)行測算,找出發(fā)電過程中有待提高的環(huán)節(jié),以降低碳排放,提高污染脫除效率;其次,對碳價進(jìn)行測算,利用碳價刺激企業(yè)對碳減排問題作出創(chuàng)新性發(fā)展。分析結(jié)果表明,通過實(shí)施碳排放配額交易機(jī)制,可以促進(jìn)火電企業(yè)采用新的節(jié)能減排技術(shù),提高技術(shù)效率,降低二氧化碳排放。

        關(guān)鍵詞:火力發(fā)電;碳排放;投入產(chǎn)出;距離函數(shù);影子價格

        一、引言

        隨著世界低碳經(jīng)濟(jì)的倡導(dǎo),碳交易市場不斷擴(kuò)大,歐洲很多國家已經(jīng)正在逐步淘汰掉煤炭發(fā)電這種方式。由于中國還未真正步入后工業(yè)化階段,對重工業(yè)還有一定的依賴,煤炭資源又相對比較廉價,火力發(fā)電技術(shù)已經(jīng)較為成熟,所以火力發(fā)電依舊是中國主要發(fā)電方式。

        中國在發(fā)電方面,煤炭消費(fèi)量占比持續(xù)高居不下??梢?,中國的火力發(fā)電廠面臨的困境愈加窘迫,由于溫室氣體的排放導(dǎo)致了溫室效應(yīng),有關(guān)碳定價問題的討論也在國內(nèi)持續(xù)升溫。我國碳排放市場是遵循歐盟碳市場的配額交易機(jī)制,通過碳排放配額交易,不僅是引導(dǎo)、約束企業(yè)減少溫室氣體排放,還可以引導(dǎo)資金向低減排成本的企業(yè)流動,鼓勵企業(yè)投資環(huán)境友好的技術(shù)、使用清潔能源,逐步淘汰高污染高能耗的落后產(chǎn)能,促進(jìn)企業(yè)去開發(fā)更為先進(jìn)的節(jié)能減排技術(shù)來降低減排成本。為解決中國目前碳交易市場配額多,碳價低的問題,對碳交易價格重新設(shè)定已然成為一個比較可取的途徑。

        火力發(fā)電廠作為一種重要的發(fā)電方式,目前一直占據(jù)電力市場的絕對地位,但同時火電企業(yè)所帶來的環(huán)境污染也是巨大的,如果能節(jié)能減排,將給環(huán)境帶來很大改善,同時碳定價有助于把溫室氣體排放造成的破壞或損失轉(zhuǎn)回給責(zé)任方且有能力減排的相關(guān)方。碳定價有利于使經(jīng)濟(jì)發(fā)展兼顧環(huán)境保護(hù),為改善全球變暖提供一份力,從而達(dá)成可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

        國內(nèi)外的學(xué)者對于碳價格與火電廠方面也做了很多的研究。Duan Kun,Ren Xiaohang(2021)在關(guān)于碳排放權(quán)定價機(jī)制模型的理論研究中,應(yīng)用一種新的分位數(shù)對分位數(shù)回歸和分位數(shù)因果關(guān)系方法,發(fā)現(xiàn)對采用和碳減排的有效途徑。卜文珂,趙蒙恩(2020)通過采用脈沖響應(yīng)和方差分析等方法,發(fā)現(xiàn)能源企業(yè)的股價受到碳排放權(quán)價格較大,認(rèn)為要合理制定碳配額引導(dǎo)能源企業(yè)綠色低碳發(fā)展。張新華,黃天銘(2020)通過針對碳價、燃煤發(fā)電商上網(wǎng)電量和碳減排設(shè)施的單位運(yùn)維成本都隨機(jī)波動的情況的研究認(rèn)為:碳價下限政策可能會激勵燃煤發(fā)電商提早進(jìn)行碳減排投資,但提高碳價下限不一定能降低碳減排投資閾值。檀勤良,丁毅宏(2019)通過以火電企業(yè)碳減排成本最小為目標(biāo)構(gòu)建碳減排策略選擇模型的研究認(rèn)為,嚴(yán)苛的交易機(jī)制將增加技術(shù)應(yīng)用數(shù)量并提早應(yīng)用時間,而且充足的預(yù)算資金有助于企業(yè)碳減排成本的降低。

        基于距離函數(shù)對碳排放的研究,Hailu和Veeman(2000)認(rèn)為有些非期望產(chǎn)出是沒有辦法避免的,就算采用了很前沿的技術(shù),也是很難避免的。Li Ying,Lin TaiYu(2021)通過建立一個有界動態(tài)方向距離函數(shù)(DDF)數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)模型,對中國能源和環(huán)境效率進(jìn)行實(shí)證研究。Li XiaoNing,F(xiàn)eng Ying(2021)通過采用亞動態(tài)方向距離函數(shù)(DDF)模型,分析了區(qū)域環(huán)境污染治理方面的問題,發(fā)現(xiàn)我國每個省份的環(huán)境治理效率低下都是由投入要素效率低下造成的。李軍軍,周利梅(2020)首次提出了包含非期望投入和非期望產(chǎn)出的擴(kuò)展型方向性距離函數(shù)模型,分析發(fā)現(xiàn),三個五年規(guī)劃期間各省份節(jié)能減排效率差距比較穩(wěn)定。劉軍航,楊涓鴻(2020)對長三角碳排放績效進(jìn)行實(shí)證研究時,運(yùn)用了非角度的混合方向性距離函數(shù)模型,發(fā)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)步是長三角地區(qū)碳排放績效提高的重要驅(qū)動力。

        本文以中國火力發(fā)電廠為研究對象,借鑒了國內(nèi)外有關(guān)距離函數(shù)和二氧化碳影子價格的理論,通過理論與實(shí)證相結(jié)合分析火電行業(yè)的碳排放情況。并通過Lingo、Shazam軟件等相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)建模,采用投入產(chǎn)出距離函數(shù),對中國火電行業(yè)的二氧化碳排放量進(jìn)行測算和分析。并計(jì)算分析二氧化碳的影子價格,從中找出對碳排量造成影響的因素,從而展開對碳減排問題的研究;再測算全國層面的碳排放影子價格,分析經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與碳排量之間的關(guān)系。

        二、理論模型

        火力發(fā)電廠在產(chǎn)生電力的同時,也會產(chǎn)生二氧化碳等非期望產(chǎn)出。設(shè)投入要素的向量為x∈R■■,產(chǎn)出要素的向量為y∈R■■,x1,x2,x3分別表示資本,勞動力和能源;y1,y2分別表示最終產(chǎn)出和二氧化碳排放量。根據(jù)Shephard距離函數(shù),在技術(shù)給定,y不變的條件下,Shephard距離函數(shù)測量達(dá)到輸入要求集B(y)邊界所需x最小比例收縮??杀硎荆?/p>

        Do(y,x)≥1,投入量距離函數(shù)的倒數(shù),表示技術(shù)效率的程度。(1-技術(shù)效率)用于捕捉在不降低y的情況下,通過提高技術(shù)可行性,降低投入量。輸入距離函數(shù)滿足正則性和線性齊次性。

        而成本函數(shù)是從滿足輸入距離函數(shù)約束的成本最小化問題推導(dǎo)的:

        y的影子價格表示生產(chǎn)額外單位的y所造成的成本增加。y的影子價格通過微分方程(2)推導(dǎo)得出:

        線性規(guī)劃技術(shù)用于獲得式(5)中的參數(shù)估計(jì),目標(biāo)函數(shù)(技術(shù)有效邊界的單個觀測值偏差之和)通過Min∑n[lnDo(yn,xn)-ln1]達(dá)到最小。

        三、測算結(jié)果

        本文以我國2001~2019年的投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)為樣本進(jìn)行分析,包括發(fā)電量(q),CO2排放量(u),資本投入量(k),勞動投入量(l),煤炭投入量(c),石油投入量(o),電力價格(pg),計(jì)算出了其平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值和最小值,數(shù)據(jù)如下圖表一所示。

        本文選取煤炭、柴油、石油、原油和燃料油消耗量作為能源消耗指標(biāo),并根據(jù)各能源的二氧化碳排放系數(shù),運(yùn)用公式CO2=wiEi計(jì)算出二氧化碳總排放量,其中wi指的是該能源的二氧化碳排放系數(shù),Ei指的是該能源的消耗量,二氧化碳排放量單位為萬噸。

        本文數(shù)據(jù)來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》,《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》,中國碳排放交易網(wǎng),以及國家統(tǒng)計(jì)局。

        根據(jù)上述的公式(5)和各變量的數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)估計(jì),得到了表2的結(jié)果。

        表3是2001~2019年每年的技術(shù)效率、CO2潛在減排量和減排成本(影子價格)數(shù)據(jù)。技術(shù)效率指的是投入和產(chǎn)出因素之間的最佳配置狀態(tài),技術(shù)效率越大代表需要改進(jìn)的地方越少,技術(shù)效率為1代表技術(shù)效率達(dá)到最大。如表3所示,2001年、2002年、2004年、2008年、2009年技術(shù)效率達(dá)到最大,相應(yīng)的CO2潛在減排成本為0,投入與產(chǎn)出因素之間達(dá)到最優(yōu)配置。2012和2016年的技術(shù)效率相對最低,投入和產(chǎn)出因素之間的配置可改進(jìn)的地方還很大。2001~2019年間的平均技術(shù)效率高于0.95,可見火電企業(yè)對于投入和產(chǎn)出因素之間的配置還是很合理的。CO2潛在減排量指的是在技術(shù)效率達(dá)到最大時,還能夠減排的CO2量。從表3中可以看出,2006年的CO2潛在減排量最大,達(dá)到了13332.591萬噸,說明2006年的非期望產(chǎn)出相對過高,還有很大的減排空間??傮w來看,技術(shù)效率越高,CO2潛在減排量越少,年與年之間不具備線性關(guān)系。大多數(shù)年份的CO2潛在減排量還是不小的,還有有待改進(jìn)的地方。由表3可知,2009年的CO2影子價格最高,達(dá)到了357.9元每噸,而且2009年的技術(shù)效率已經(jīng)達(dá)到最大,CO2潛在減排量為0。

        四、結(jié)論及建議

        如果在2009年全面實(shí)施碳配額交易機(jī)制,可以獲利很大。除2009年外,還有3年的CO2影子價格每噸超過了100元,平均值每噸超過了50元,可見,實(shí)行碳排放配額交易機(jī)制還是很有意義的,也很有必要。

        碳交易機(jī)制的實(shí)施能夠給火力發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)方面的壓力,促使火力發(fā)電廠去尋求減排技術(shù),嚴(yán)苛的交易機(jī)制將增加技術(shù)應(yīng)用數(shù)量,從而達(dá)到碳減排的目的。在交易機(jī)制實(shí)施初始階段,火電企業(yè)即可優(yōu)先選擇初始投資較小的技術(shù)以避免繳納高昂的碳交易成本,而在中后期則更加傾向于選擇節(jié)能減排量更為龐大的高投資技術(shù)。

        參考文獻(xiàn):

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        (作者單位:江蘇大學(xué))

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