碳交易的“能源—经济—环境”影响及碳价合理区间测算

孙睿等

摘要

构造纳入碳交易模块以及在生产模块CES函数中纳入碳排放成本的四层嵌套宏观经济CGE模型，采用2007年投入产出数据构造了社会核算矩阵（SAM），用以分析和评价不同总量减排目标情景下，碳价引入对宏观和产业部门层面经济产出、能源消费和碳减排的影响，以及相应合理的碳价水平，得到结论：①在宏观层面上，碳价越高，碳减排效果越显著，GDP损失越大，能源消费越少。综合考虑宏观经济损失和减排效果，确定了各情景下的最优碳价以及合理碳价区间，其中，在减排目标为10%时，碳市场能接受幅度更大的价格波动（6.9-35/tC）冲击，宏观经济损失相对小，引入碳市场是最好的选择；参考Kaya等式的因素分解，说明碳价所引致的总碳减排效果，主要来自于能源强度效应和技术进步效应；引入碳价，不仅能够降低能源消费，还会引致能源消费结构向低碳方向调整，煤炭消费明显下降。②在产业部门层面，各产业部门特别是能源部门经济产出水平降低，但总体产业结构影响不大；对部门能源消费产生的主要影响是，能源部门和交通运输部门的能源消费总量显著下降；将部门合成能源单位利用成本分解为能源自身价格变动和碳排放成本两部分，得出合成能源单位利用成本变动主要由碳排放成本引起的结论；进一步，能源密集型部门的碳排放成本较高，同时实现的减排率也相对较高，但减排效果仍不充分，建议采取能源资源税和交通燃油税等激励政策，保持必要的能源市场价格水平，同时促进煤炭和交通领域的减排。

关键词CGE模型；碳交易；能源消费；碳减排；情景分析

中图分类号F205

文献标识码A

文章编号1002-2104（2014）07-0082-09

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.07.013

我国已成为全球CO2排放总量最多的国家[1]。煤炭在我国能源结构中占据主要地位，也是我国高碳排放的主要原因。目前，在CDM机制下，我国已经成为国际碳交易中的最大供应方。但是，由于缺少成熟的国内碳价信号形成机制，使得我国对国际碳价格缺乏有效的话语权。自2008年8月至今，京津沪等先后建立了碳排放权（环境产权）交易所，并在多地启动碳配额交易试点，我国碳交易市场总体处在起步和探索阶段，还有待根据实际情况进行完善。相对而言，EU-ETS、RGGI等国外主要碳交易体系运行时间较长，可以提供可资借鉴的经验教训。本研究采用的CGE模型基于一般均衡理论，通过构建一组方程式描述生产者、消费者以及各市场之间关系反映整个社会的经济活动。从1980年代开始，CGE模型成为政策模拟分析的重要工具。在碳减排政策研究方面，Rodica[2]采用动态CGE模型分析了碳交易市场条件下R&D对罗马尼亚宏观经济的影响。Jan[3]采用纳入碳交易的CGE模型，研究认为碳交易市场比碳税手段更优，但对交通部门的过高减排要求会降低社会福利。杨展里等[4]认为排污权交易制度能够适用于我国污染物总量控制目标的实现，并会降低污染治理的总体费用。张健等[5]对比分析碳税和碳交易政策，认为合理的碳交易机制可在一定程度上缓解间接碳税对中国能源行业和宏观经济的影响，给定碳税税率，2006年GDP将降低0.23%，但如引入碳交易机制，GDP降幅将减少为0.17%。于同申等[6]对中国构建碳交易市场的必要性及发展战略进行了分析。本文利用CGE模型测算碳交易对中国宏观经济、能源消费以及碳减排效果方面的影响，并提出“碳价合理区间”概念，为碳交易的实施效果以及定价测量提供理论依据。

1SAM表和CT-CGE模型的构建

本文假设中国已初步建立一个碳交易体系，参考苏明等的CO2碳税模型[7]，构建了一个单国多部门的静态中国碳交易CGE模型：CT-CGE模型，包括生产模块，环境模块，碳交易模块，收入支出模块，对外贸易模块，市场出清，宏观闭合等模块。该模型反映了中国宏观经济系统中各行为主体之间的相互作用关系，其创新之处在于引入了碳交易模块和用于描述产业部门碳排放责任的环境模块，并用于分析和比较在建立碳交易体系的条件下，外生给定不同减排目标及碳价水平时，对我国宏观经济、能源消费和实现碳减排任务的影响。研究采用Math CAD 15和Excel 2007作为数学建模和估算工具。

1.1模型假设

首先，模型假设在已建立碳限额交易市场机制框架下，环境管制机构设定总减排目标，该碳减排目标将按照各产业部门的参考年碳排放量在全国总碳排放中所占比例，分解到各产业部门，确定各部门的减排责任，制定分部门的减排目标。我国承诺到2020年单位国内生产总值CO2排放比（碳排放强度）2005年下降40%-45%，假设2007年碳排放强度下降40%-45%，换算成总量减排，即为35%-40%。因此本文将2007年总量减排目标设为10%，20%，30%三个适中的减排水平。第二，模型假设各部门当前生产技术不变，即认为各部门在履行碳减排责任时，未通过提高生产技术来降低减排成本的方式进行减排。第三，模型假设资本市场在外来冲击下能够达到充分调整，资本供给外生给定[8]。并且，在目前以及未来相当一段时期内劳动力供给相对于需求仍过剩[9]，因此模型中劳动力市场部分不设定市场出清要求。

1.2模型结构和方程设定

CT-CGE模型是基于一般均衡理论构建的静态可计算一般均衡模型，采取自底向上和自顶向下相结合的研究思路，共分为10个产业部门（煤炭、石油、天然气、电力、农业、轻工业、重工业、建筑业、交通、服务业），且假设每个部门进行“无联合生产”，即每个部门只对应一种商品或服务。在本模型中，各产业部门采用能源、资本和劳动力三种初级要素和中间投入进行生产。由于新能源的比例很低，对能源结构调整和碳减排的贡献在这里忽略不计，能源要素仅纳入煤炭、石油、天然气和电力，且能源可供给量无约束。

1.2.1生产模块

为了有效描述资本K、劳动L和能源E要素之间的替代性质，部门生产函数均采用四层嵌套的CES生产函数形式。在生产函数第1层，各部门总产出Xi由资本-能源-劳动合成品KELi与非能源中间投入品Zj，i生产，生产函数采用Leontief函数形式。生产函数第2至4层均采用CES函数形式，其中，在第2层，资本-能源-劳动（KEL）由资本-能源合成品（KE）与劳动（L）合成。在第3层，资本-能源合成品（KE）由资本（K）投入和能源合成品（E）投入组合得到。在第4层，假设能源之间替代弹性σE相等。考虑碳交易后，部门能源利用成本不只包括该能源购入价格Pen，i，还应包括因消费该单位能源产生的碳排放成本Pc·coefn，i，并且可知：给定碳价水平时，煤炭、石油、天然气、电力消费的碳排放成本，根据其各自排放系数依次递减。因此，纳入了碳排放价格的第n种能源单位利用成本则为Pen，i+Pc·coefn，i。相应地，纳入碳排放价格，对部门i，其加总的能源利用成本为：

摘要

构造纳入碳交易模块以及在生产模块CES函数中纳入碳排放成本的四层嵌套宏观经济CGE模型，采用2007年投入产出数据构造了社会核算矩阵（SAM），用以分析和评价不同总量减排目标情景下，碳价引入对宏观和产业部门层面经济产出、能源消费和碳减排的影响，以及相应合理的碳价水平，得到结论：①在宏观层面上，碳价越高，碳减排效果越显著，GDP损失越大，能源消费越少。综合考虑宏观经济损失和减排效果，确定了各情景下的最优碳价以及合理碳价区间，其中，在减排目标为10%时，碳市场能接受幅度更大的价格波动（6.9-35/tC）冲击，宏观经济损失相对小，引入碳市场是最好的选择；参考Kaya等式的因素分解，说明碳价所引致的总碳减排效果，主要来自于能源强度效应和技术进步效应；引入碳价，不仅能够降低能源消费，还会引致能源消费结构向低碳方向调整，煤炭消费明显下降。②在产业部门层面，各产业部门特别是能源部门经济产出水平降低，但总体产业结构影响不大；对部门能源消费产生的主要影响是，能源部门和交通运输部门的能源消费总量显著下降；将部门合成能源单位利用成本分解为能源自身价格变动和碳排放成本两部分，得出合成能源单位利用成本变动主要由碳排放成本引起的结论；进一步，能源密集型部门的碳排放成本较高，同时实现的减排率也相对较高，但减排效果仍不充分，建议采取能源资源税和交通燃油税等激励政策，保持必要的能源市场价格水平，同时促进煤炭和交通领域的减排。

关键词CGE模型；碳交易；能源消费；碳减排；情景分析

中图分类号F205

文献标识码A

文章编号1002-2104（2014）07-0082-09

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.07.013

我国已成为全球CO2排放总量最多的国家[1]。煤炭在我国能源结构中占据主要地位，也是我国高碳排放的主要原因。目前，在CDM机制下，我国已经成为国际碳交易中的最大供应方。但是，由于缺少成熟的国内碳价信号形成机制，使得我国对国际碳价格缺乏有效的话语权。自2008年8月至今，京津沪等先后建立了碳排放权（环境产权）交易所，并在多地启动碳配额交易试点，我国碳交易市场总体处在起步和探索阶段，还有待根据实际情况进行完善。相对而言，EU-ETS、RGGI等国外主要碳交易体系运行时间较长，可以提供可资借鉴的经验教训。本研究采用的CGE模型基于一般均衡理论，通过构建一组方程式描述生产者、消费者以及各市场之间关系反映整个社会的经济活动。从1980年代开始，CGE模型成为政策模拟分析的重要工具。在碳减排政策研究方面，Rodica[2]采用动态CGE模型分析了碳交易市场条件下R&D对罗马尼亚宏观经济的影响。Jan[3]采用纳入碳交易的CGE模型，研究认为碳交易市场比碳税手段更优，但对交通部门的过高减排要求会降低社会福利。杨展里等[4]认为排污权交易制度能够适用于我国污染物总量控制目标的实现，并会降低污染治理的总体费用。张健等[5]对比分析碳税和碳交易政策，认为合理的碳交易机制可在一定程度上缓解间接碳税对中国能源行业和宏观经济的影响，给定碳税税率，2006年GDP将降低0.23%，但如引入碳交易机制，GDP降幅将减少为0.17%。于同申等[6]对中国构建碳交易市场的必要性及发展战略进行了分析。本文利用CGE模型测算碳交易对中国宏观经济、能源消费以及碳减排效果方面的影响，并提出“碳价合理区间”概念，为碳交易的实施效果以及定价测量提供理论依据。

1SAM表和CT-CGE模型的构建

本文假设中国已初步建立一个碳交易体系，参考苏明等的CO2碳税模型[7]，构建了一个单国多部门的静态中国碳交易CGE模型：CT-CGE模型，包括生产模块，环境模块，碳交易模块，收入支出模块，对外贸易模块，市场出清，宏观闭合等模块。该模型反映了中国宏观经济系统中各行为主体之间的相互作用关系，其创新之处在于引入了碳交易模块和用于描述产业部门碳排放责任的环境模块，并用于分析和比较在建立碳交易体系的条件下，外生给定不同减排目标及碳价水平时，对我国宏观经济、能源消费和实现碳减排任务的影响。研究采用Math CAD 15和Excel 2007作为数学建模和估算工具。

1.1模型假设

首先，模型假设在已建立碳限额交易市场机制框架下，环境管制机构设定总减排目标，该碳减排目标将按照各产业部门的参考年碳排放量在全国总碳排放中所占比例，分解到各产业部门，确定各部门的减排责任，制定分部门的减排目标。我国承诺到2020年单位国内生产总值CO2排放比（碳排放强度）2005年下降40%-45%，假设2007年碳排放强度下降40%-45%，换算成总量减排，即为35%-40%。因此本文将2007年总量减排目标设为10%，20%，30%三个适中的减排水平。第二，模型假设各部门当前生产技术不变，即认为各部门在履行碳减排责任时，未通过提高生产技术来降低减排成本的方式进行减排。第三，模型假设资本市场在外来冲击下能够达到充分调整，资本供给外生给定[8]。并且，在目前以及未来相当一段时期内劳动力供给相对于需求仍过剩[9]，因此模型中劳动力市场部分不设定市场出清要求。

1.2模型结构和方程设定

CT-CGE模型是基于一般均衡理论构建的静态可计算一般均衡模型，采取自底向上和自顶向下相结合的研究思路，共分为10个产业部门（煤炭、石油、天然气、电力、农业、轻工业、重工业、建筑业、交通、服务业），且假设每个部门进行“无联合生产”，即每个部门只对应一种商品或服务。在本模型中，各产业部门采用能源、资本和劳动力三种初级要素和中间投入进行生产。由于新能源的比例很低，对能源结构调整和碳减排的贡献在这里忽略不计，能源要素仅纳入煤炭、石油、天然气和电力，且能源可供给量无约束。

1.2.1生产模块

为了有效描述资本K、劳动L和能源E要素之间的替代性质，部门生产函数均采用四层嵌套的CES生产函数形式。在生产函数第1层，各部门总产出Xi由资本-能源-劳动合成品KELi与非能源中间投入品Zj，i生产，生产函数采用Leontief函数形式。生产函数第2至4层均采用CES函数形式，其中，在第2层，资本-能源-劳动（KEL）由资本-能源合成品（KE）与劳动（L）合成。在第3层，资本-能源合成品（KE）由资本（K）投入和能源合成品（E）投入组合得到。在第4层，假设能源之间替代弹性σE相等。考虑碳交易后，部门能源利用成本不只包括该能源购入价格Pen，i，还应包括因消费该单位能源产生的碳排放成本Pc·coefn，i，并且可知：给定碳价水平时，煤炭、石油、天然气、电力消费的碳排放成本，根据其各自排放系数依次递减。因此，纳入了碳排放价格的第n种能源单位利用成本则为Pen，i+Pc·coefn，i。相应地，纳入碳排放价格，对部门i，其加总的能源利用成本为：

摘要

构造纳入碳交易模块以及在生产模块CES函数中纳入碳排放成本的四层嵌套宏观经济CGE模型，采用2007年投入产出数据构造了社会核算矩阵（SAM），用以分析和评价不同总量减排目标情景下，碳价引入对宏观和产业部门层面经济产出、能源消费和碳减排的影响，以及相应合理的碳价水平，得到结论：①在宏观层面上，碳价越高，碳减排效果越显著，GDP损失越大，能源消费越少。综合考虑宏观经济损失和减排效果，确定了各情景下的最优碳价以及合理碳价区间，其中，在减排目标为10%时，碳市场能接受幅度更大的价格波动（6.9-35/tC）冲击，宏观经济损失相对小，引入碳市场是最好的选择；参考Kaya等式的因素分解，说明碳价所引致的总碳减排效果，主要来自于能源强度效应和技术进步效应；引入碳价，不仅能够降低能源消费，还会引致能源消费结构向低碳方向调整，煤炭消费明显下降。②在产业部门层面，各产业部门特别是能源部门经济产出水平降低，但总体产业结构影响不大；对部门能源消费产生的主要影响是，能源部门和交通运输部门的能源消费总量显著下降；将部门合成能源单位利用成本分解为能源自身价格变动和碳排放成本两部分，得出合成能源单位利用成本变动主要由碳排放成本引起的结论；进一步，能源密集型部门的碳排放成本较高，同时实现的减排率也相对较高，但减排效果仍不充分，建议采取能源资源税和交通燃油税等激励政策，保持必要的能源市场价格水平，同时促进煤炭和交通领域的减排。

关键词CGE模型；碳交易；能源消费；碳减排；情景分析

中图分类号F205

文献标识码A

文章编号1002-2104（2014）07-0082-09

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2014.07.013

我国已成为全球CO2排放总量最多的国家[1]。煤炭在我国能源结构中占据主要地位，也是我国高碳排放的主要原因。目前，在CDM机制下，我国已经成为国际碳交易中的最大供应方。但是，由于缺少成熟的国内碳价信号形成机制，使得我国对国际碳价格缺乏有效的话语权。自2008年8月至今，京津沪等先后建立了碳排放权（环境产权）交易所，并在多地启动碳配额交易试点，我国碳交易市场总体处在起步和探索阶段，还有待根据实际情况进行完善。相对而言，EU-ETS、RGGI等国外主要碳交易体系运行时间较长，可以提供可资借鉴的经验教训。本研究采用的CGE模型基于一般均衡理论，通过构建一组方程式描述生产者、消费者以及各市场之间关系反映整个社会的经济活动。从1980年代开始，CGE模型成为政策模拟分析的重要工具。在碳减排政策研究方面，Rodica[2]采用动态CGE模型分析了碳交易市场条件下R&D对罗马尼亚宏观经济的影响。Jan[3]采用纳入碳交易的CGE模型，研究认为碳交易市场比碳税手段更优，但对交通部门的过高减排要求会降低社会福利。杨展里等[4]认为排污权交易制度能够适用于我国污染物总量控制目标的实现，并会降低污染治理的总体费用。张健等[5]对比分析碳税和碳交易政策，认为合理的碳交易机制可在一定程度上缓解间接碳税对中国能源行业和宏观经济的影响，给定碳税税率，2006年GDP将降低0.23%，但如引入碳交易机制，GDP降幅将减少为0.17%。于同申等[6]对中国构建碳交易市场的必要性及发展战略进行了分析。本文利用CGE模型测算碳交易对中国宏观经济、能源消费以及碳减排效果方面的影响，并提出“碳价合理区间”概念，为碳交易的实施效果以及定价测量提供理论依据。

1SAM表和CT-CGE模型的构建

本文假设中国已初步建立一个碳交易体系，参考苏明等的CO2碳税模型[7]，构建了一个单国多部门的静态中国碳交易CGE模型：CT-CGE模型，包括生产模块，环境模块，碳交易模块，收入支出模块，对外贸易模块，市场出清，宏观闭合等模块。该模型反映了中国宏观经济系统中各行为主体之间的相互作用关系，其创新之处在于引入了碳交易模块和用于描述产业部门碳排放责任的环境模块，并用于分析和比较在建立碳交易体系的条件下，外生给定不同减排目标及碳价水平时，对我国宏观经济、能源消费和实现碳减排任务的影响。研究采用Math CAD 15和Excel 2007作为数学建模和估算工具。

1.1模型假设

首先，模型假设在已建立碳限额交易市场机制框架下，环境管制机构设定总减排目标，该碳减排目标将按照各产业部门的参考年碳排放量在全国总碳排放中所占比例，分解到各产业部门，确定各部门的减排责任，制定分部门的减排目标。我国承诺到2020年单位国内生产总值CO2排放比（碳排放强度）2005年下降40%-45%，假设2007年碳排放强度下降40%-45%，换算成总量减排，即为35%-40%。因此本文将2007年总量减排目标设为10%，20%，30%三个适中的减排水平。第二，模型假设各部门当前生产技术不变，即认为各部门在履行碳减排责任时，未通过提高生产技术来降低减排成本的方式进行减排。第三，模型假设资本市场在外来冲击下能够达到充分调整，资本供给外生给定[8]。并且，在目前以及未来相当一段时期内劳动力供给相对于需求仍过剩[9]，因此模型中劳动力市场部分不设定市场出清要求。

1.2模型结构和方程设定

CT-CGE模型是基于一般均衡理论构建的静态可计算一般均衡模型，采取自底向上和自顶向下相结合的研究思路，共分为10个产业部门（煤炭、石油、天然气、电力、农业、轻工业、重工业、建筑业、交通、服务业），且假设每个部门进行“无联合生产”，即每个部门只对应一种商品或服务。在本模型中，各产业部门采用能源、资本和劳动力三种初级要素和中间投入进行生产。由于新能源的比例很低，对能源结构调整和碳减排的贡献在这里忽略不计，能源要素仅纳入煤炭、石油、天然气和电力，且能源可供给量无约束。

1.2.1生产模块

为了有效描述资本K、劳动L和能源E要素之间的替代性质，部门生产函数均采用四层嵌套的CES生产函数形式。在生产函数第1层，各部门总产出Xi由资本-能源-劳动合成品KELi与非能源中间投入品Zj，i生产，生产函数采用Leontief函数形式。生产函数第2至4层均采用CES函数形式，其中，在第2层，资本-能源-劳动（KEL）由资本-能源合成品（KE）与劳动（L）合成。在第3层，资本-能源合成品（KE）由资本（K）投入和能源合成品（E）投入组合得到。在第4层，假设能源之间替代弹性σE相等。考虑碳交易后，部门能源利用成本不只包括该能源购入价格Pen，i，还应包括因消费该单位能源产生的碳排放成本Pc·coefn，i，并且可知：给定碳价水平时，煤炭、石油、天然气、电力消费的碳排放成本，根据其各自排放系数依次递减。因此，纳入了碳排放价格的第n种能源单位利用成本则为Pen，i+Pc·coefn，i。相应地，纳入碳排放价格，对部门i，其加总的能源利用成本为：