上海市碳排放交易机制及发展战略研究.pdf
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上海市碳排放交易机制及发展战略研究报告 课题负责人：廖振良 课题参与人员：史娇蓉 李怀正 王晟 联合国环境规划署——同济大学环境与可持续发展学院 二 O 一二年六月 封面设计： 叶茵茵 1 摘 要 全球气候变化已经引起国际社会的广泛关注，如何采取有效措施减少温室气 体排放成为了环境、政治、经济领域共同关注的焦点。在此大背景下，我国正面 临着国际气候谈判及国内发展和减排两方面的巨大压力。碳排放交易源于欧美， 经过近十年的发展，已经成为国际认可的有效的温室气体减排手段。为了有效控 制温室气体排放，我国正式提出从 2013 年开始在上海等 7 省市开展碳排放权交 易的试点工作。 本报告在对国际碳排放交易机制和上海市能源消费 CO2 排放现状研究的基 础上，对上海市碳排放交易机制的设计和发展战略提出了建议，并采用夏普利值 法等不同方法对上海市碳排放交易的初始分配进行了案例研究，得出的主要结论 和提出的建议如下： 1、近年来上海市终端能源消费 CO2 排放已超过 2.4 亿吨，年平均增长率约 为 6.9%；影响上海市终端能源消费碳排放量的主要是第二产业和第三产业，第 二产业所占比重最高，达 59%，但呈现下降趋势，第三产业所占比重虽然处于第 二位，为 31%，但增速非常显著；排放前十的工业行业温室气体排放总量占上海 全市排放总量的 50%左右，加上建筑业和交通业占总量的 70%左右；电力行业 在生产过程中排放的 CO2 量约占上海市能源消费 CO2 排放总量的 30 %左右。 2、2013 至 2015 年作为上海市碳排放交易机制的试运行阶段，从 2016 年开 始进入正式阶段，建议此后每五年作为一个实施阶段；建议试运行阶段选择 CO2 作为交易气体，后期可逐渐延伸至其他种类的温室气体；建议初期以十大工业行 业中达到一定规模的企业为交易主体，进入正式阶段后逐渐把其他行业纳入交易 体系；建议企业自行监测，并通过独立第三方机构的认证后，将每年的碳排放情 况上报给管理部门；建议试运行阶段的配额不允许储存至下一阶段使用，进入正 式阶段后，允许配额的储存，但仍旧不允许借贷；建议每年规定期限前，排放主 体必须将该年经核证的二氧化碳排放量与其拥有的排放权进行结算，结算后注 销；建议超额排放部分要支付罚款并且在下一阶段补足。 3、建议碳排放权的初始分配以定价出售和拍卖相结合，初期以定价出售为 主，以后逐渐提高拍卖比例，直至实现 100%拍卖；建议定价出售初期采用祖父 制原则作为过渡，并且尽快制定基准排放率，以行业单位产值 CO2 排放量为基 础乘上企业的生产产值得到配额数量；建议通过制定阶梯式价格促进上海的产业 结构调整，不同导向的产业乘以不同的产业导向系数。 目 录 第 1 章 国际碳排放交易机制 ................................................................................................................ 1 1.1 背景 ................................................................................................................................................ 1 1.2 欧盟的碳排放交易 ....................................................................................................................... 3 1.3 美国的碳排放交易 ....................................................................................................................... 4 1.4 澳大利亚的碳排放交易 ............................................................................................................... 5 1.5 日本的碳排放交易 ....................................................................................................................... 6 1.6 中国的碳排放交易 ....................................................................................................................... 6 第 2 章 上海市能源消费 CO2 排放现状 ............................................................................................... 9 2.1 方法 ............................................................................................................................................... 9 2.1.1 核算方法 ................................................................................................................................ 9 2.1.2 排放因子 .............................................................................................................................. 10 2.2 CO2 排放分析............................................................................................................................... 11 2.2.1 三产及生活消费 .................................................................................................................. 11 2.2.2 行业分析 .............................................................................................................................. 13 第 3 章 上海市碳排放交易机制设计 .................................................................................................. 18 3.1 覆盖范围 ..................................................................................................................................... 18 3.1.1 交易气体 .............................................................................................................................. 18 3.1.2 交易主体 .............................................................................................................................. 18 3.2 总量控制 ..................................................................................................................................... 20 3.3 初始分配 ..................................................................................................................................... 20 3.4 监测、登记、核查 ..................................................................................................................... 21 3.5 储存、借贷 ................................................................................................................................. 22 3.6 注销、惩罚 ................................................................................................................................. 22 第 4 章 上海市碳排放交易的初始分配 .............................................................................................. 23 4.1 案例模拟和分析 ......................................................................................................................... 23 4.1.1 基本情况 .............................................................................................................................. 23 4.1.2 方法 ...................................................................................................................................... 24 4.1.3 结果分析 .............................................................................................................................. 27 4.2 分配方法 ..................................................................................................................................... 28 4.2.1 定价出售与拍卖相结合 ...................................................................................................... 28 4.2.2 阶梯式价格促进产业调整 .................................................................................................. 29 第 5 章 总结与结论 .............................................................................................................................. 30 参考文献 ................................................................................................................................................ 31 鸣谢 ........................................................................................................................................................ 35 课题组简介 ............................................................................................................................................ 36 第 1 章 国际碳排放交易机制 1.1 背景 全球气候变化已经引起国际社会的广泛关注，如何采取有效措施减少温室气 体排放正逐渐成为环境、政治、经济领域共同关注的焦点。为了更好地应对气候 变化问题，1992 年 5 月在纽约联合国总部通过了《联合国气候变化框架公约》 （United Nations Framework Convention on Climate Change，UNFCCC） ，《公约》 的最终目标是“将大气中温室气体的浓度稳定在防止气候系统受到危险的人为干 扰的水平上” 。 1997 年 12 月， 《联合国气候框架公约》缔约方第三次会议通过了《京都议 定书》（Kyoto Protocol） ，规定在 2008 年到 2012 年间，附件一国家的温室气体 排放量要比 1990 年平均降低 5.2%。《京都议定书》于 2005 年 2 月 16 日正式生 效，是全球第一个以法律形式明确规定各国减排义务的文件。鉴于不同国家减排 目标和减排成本的差异，《京都议定书》提出了三种“灵活机制”帮助附件一国 家完成减排目标： “联合履约机制” （Joint Implementation，JI） 、 “清洁发展机制” （Clean Development Mechanism，CDM）和“排放交易机制” （Emission Trading， ET） 。 《京都议定书》及其三种“灵活机制”最终催生了碳排放交易和碳市场。碳 排放交易源于欧美，经过近十年的发展，已经成为国际认可的有效的温室气体减 排手段。碳排放交易早在 2005 年《京都议定书》生效前就已经展开， 《京都议定 书》生效后，全球碳市场呈现爆炸式增长，碳交易额从 2005 年 110 亿美元上升 到 2010 年 1400 多亿美元。联合国和世界银行曾经预测，2012 年全球碳市场交 易额将达到 1500 亿美元，英国新能源财务公司最新预测，2020 年全球碳交易市 场将达到 3.5 亿美元，有可能将超过石油市场成为世界上最大的交易市场。 目前，全球主要的碳排放交易机制都集中在附件一国家：欧盟排放交易机制 （European Union Emissions Trading Scheme，EU ETS） 、美国东北部和中部的区 域温室气体计划（Regional Greenhouse Gas Initiative，RGGI）、日本东京都总量 限制交易体系（Tokyo Cap-and-Trade Program）以及芝加哥气候交易所（Chicago Climate Exchange）的自愿减排平台等。而包括中国、韩国、南非、印度、印尼、 巴西、墨西哥等在内的许多非附件一国家都在积极筹备碳排放交易机制。 在《联合国气候框架公约》 “共同但有区别的责任”原则下，2012 年之前， 中国与其它发展中国家一样不需要承担减排义务。但是，中国作为仅次于美国的 1 世界第二大经济体，在国际气候谈判中面临的压力越来越大。跟据国际能源署 （International Energy Agency，IEA）公布的数据，2007 年中国的温室气体排放 量为 60.3 亿吨，已经超过美国的 57.7 亿吨，成为世界上温室气体排放最多的国 家。而 2007 年中国的人均年度温室气体排放量为 4.6 吨，也已经高于世界人均 排放水平 4.4 吨。目前，在国际气候谈判中，以美国为首的不少发达国家要求中 国和印度等发展中大国承担量化的减排义务，并且以此作为逃避自身责任的理 由；小岛国联盟积极呼吁加快谈判进程，也提出了同样的要求。迫于国际压力， 2009 年，中国承诺到 2020 年单位 GDP 二氧化碳排放强度比 2005 年降低 40 %-45 %。 但是，从目前形势来看，中国要完成这一目标还存在很大困难。我国现阶段 仍然是粗放型经济发展模式，GDP 上升依赖于大量的能源消耗，中国已经成为 能源消耗最大的国家。2010 年，我国能源消耗总量为 32.5 亿吨标准煤，比上一 年增长 5.9 %。单位 GDP 能耗虽然较 2009 年（1.077 吨标准煤/万元）降低 4 %， 但还是高于发达国家，是美国的 3 倍、日本的 5 倍。在能源消耗不断增加的同时， 我国的能源进口量也在不断增加。2010 年，我国原油进口 2.39 亿吨，同比增长 17.4 %，对外依存度高达 53.8 %。我国一向是煤炭储量丰富的国家，但从 2009 年开始，我国由煤炭净出口国变为进口国，而且进口量不断增加。如果这些趋势 无法得到有效控制，将来甚至有可能威胁到我国的能源安全。 目前，这种不可持续发展的影响已经逐渐显现，全国各地出现煤荒、电荒。 “十一五”末期，各地为了完成减排目标，纷纷采取拉闸限电这样的极端措施。 但即使是这样， “十一五”单位 GDP 能耗降低 20 %的目标还是没有完成，实际 降低了 19.1 %。而“十二五”已经提出单位 GDP 能耗降低 16 %，单位 GDP 二 氧化碳排放降低 17 %的目标。显然，单纯依靠传统的命令控制型手段，已经无 法有效完成国内减排目标和国际减排承诺。必须寻找低成本、高效率的减排手段， 降低温室气体排放完成减排目标，并且推进低碳经济的发展。 2010 年 10 月，中共中央《国民经济和社会发展第十二个五年规划的建议》 中指出，要逐步建立碳排放交易市场。同年 10 月 19 日，国务院下发《国务院关 于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》，提出要建立和完善主要污染物和碳 排放交易制度。2011 年 10 月 29 日，国家发改委发布《国家发展改革委办公厅 关于开展碳排放权交易试点工作的通知》，正式批准北京市、天津市、上海市、 重庆市、湖北省、广东省及深圳市开展碳排放权交易试点，计划于 2013 年前开 展区域碳排放权交易试点，2015 年起在全国范围内开展碳排放交易，建立全国 碳交易市场。《上海市国民经济和社会发展第十二个规划纲要》、《上海市节约能 源条例》和 2011 年上海市委、市政府重点工作部署中，都对探索开展碳排放交 2 易、碳金融市场发展等提出了要求，明确提出“十二五”期间积极开展碳交易试 点工作，探索碳交易市场机制。 1.2 欧盟的碳排放交易 2001 年 10 月，欧盟委员会发布了《排放交易指令》 （草案），旨在利用“限 额交易”机制减少温室气体排放。经过两年的讨论和修订，《排放交易指令》 （Directive 2003/87/EC）于 2003 年 10 月 13 日正式颁布， 《指令》规定从 2005 年 1 月 1 日开始正式实施欧盟排放交易机制（European Union Emission Trading Scheme，EU ETS）。 欧盟排放交易机制是全球第一个国际性的温室气体排放交易机制，到目前为 止，它已经发展成为世界上最成熟的排放交易机制，同时也形成了全球最大的碳 交易市场。EU ETS 现已覆盖 30 个国家，包括 27 个欧盟成员国以及挪威、冰岛 和列支敦士登三个国家；涉及能源和工业行业约 11000 个排放设施，这些设施排 放的温室气体约占欧盟 CO2 排放总量的一半、温室气体排放总量的 40%。EU ETS 自 2005 年实施以来，成交额一直占到全球碳市场的 3/4 左右，2010 年的成交额 高达 1198 亿美元。 EU ETS 是典型的“限额交易”（cap-and trade）机制，实行总量控制与排放 交易。欧盟及其成员国设定温室气体排放上限，每个参与主体分配到一定数量的 可交易的排放许可额度（即 European Union Allowances， EUAs） ，所有参与主 体允许排放的总量不得超过设定的上限。如果参与主体的实际排放量小于分配到 的额度，那么它可以将剩余的额度出售获取利润；反之，它就必须到市场上购买 不足的额度；否则，将会受到处罚。 欧盟排放交易机制分为三个阶段。第一阶段是从 2005 年到 2007 年，称之为 “试验期”（trial period） ，这一阶段的目的不是履行《京都议定书》减排承诺， 而是为了收集基础数据和积累经验。第二阶段从 2008 年到 2012 年，与《京都议 定书》的履约期相一致，因此称为“京都期”，这一阶段成员国将完成京都减排 目标。第三阶段将从 2013 年开始到 2020 年，欧盟的目标是到 2020 年温室气体 排放较 1990 年减少 20%，相当于每年减排 1.74%。目前，EU ETS 正处于第二阶 段的最后一年。 下表总结了 EU ETS 三个阶段的具体情况。 3 表 1.1 EU ETS 三阶段 第三阶段 第一阶段 （2005-2007） 第二阶段 （2008-2012） （2013-2020） 试验期 京都期 后京都期 （Trial Period） （Kyoto Period） （post-Kyoto Period） 阶段性质 年均排放 限额 2,299 MtCO2e 2,083 MtCO2e 1,720 MtCO2e 各成员国制定限值 各成员国制定限值 欧盟统一制定限值 温室气体 CO2 CO2，N2O（荷兰） CO2，N2O，PFC 覆盖部门 超过 20Mw 的火力发 电厂、炼油厂、有色 金属生产加工行业、 建材行业以及造纸业 增加航空业 增加化工、制氨、电解铝、硝酸与乙 醛酸生产行业 电力行业：100 %拍卖； 分配方式 跨期性 至少 95 %免费，其余 拍卖 至少 90 %免费，其余 拍卖 不得跨期储存（banking） 、借贷 （borrowing） 可能存在碳泄露的行业：100 %免费； 其它行业：80 %免费，并逐渐增加拍 卖的比例，到 2027 年实现 100 %拍卖 不得跨期借贷 1.3 美国的碳排放交易 区域温室气体倡议（The Regional Greenhouse Gas Initiative，RGGI）是美国 第一个温室气体强制减排交易机制，也是美国区域温室气体减排机制中最为人们 所熟悉的。RGGI 由美国东北部和中大西洋区域的 10 个州参与组成，分别为康 涅狄格州、特拉华州、缅因州、马里兰州、马萨诸塞州、新罕布什尔州、新泽西 州、纽约州、罗德岛州与佛蒙特州。在布什政府宣布退出《京都议定书》后，美 国国家层面的温室气体减排陷入困境，而以 RGGI 为代表的一系列区域性温室气 体减排机制显示出了美国国内各州减少温室气体排放和应对气候变化的决心。 RGGI 最早由前纽约州州长乔治·帕塔基于 2003 年提出。2005 年 12 月 20 日，康涅狄格州、特拉华州、缅因州、新罕布什尔州、新泽西州、纽约州和佛蒙 特州等 7 各州签署了 RGGI 备忘录（Memorandum of Understanding，MOU），并 确定了 RGGI 基本规则的框架。2006 年，备忘录签署方颁布了 RGGI 的基本规 则（Model Rule），详细规定了 RGGI 的各方面内容，并且作为各州制定州内规 4 则和具体实施的基础。2007 年，早期参与过 RGGI 发展的马萨诸塞州和罗德岛 州也签署了备忘录，此后，马里兰州也宣布加入 RGGI。 RGGI 从 2009 年 1 月 1 日起开始实施，一共分为两个阶段：第一阶段从 2009 年到 2014 年；第二阶段从 2015 年到 2018 年。RGGI 采用限额交易机制，规定 到 2018 年，十个州电力部门的温室气体排放量要比 2009 年减少 10%。2009 年 总的预期排放量为 1.88 亿吨，由每个州的预期排放量相加而得。为了给各州提 供足够的适应时间，RGGI 的减排目标将分两个阶段完成，第一阶段只需维持现 有排放水平（1.88 亿吨） ，第二阶段开始每年减排 2.5%，4 年总计 10%。与其它 强制减排机制不同，RGGI 只选择电力部门参与减排，总共涵盖了区域内 200 多 个装机容量超过 25MW 的火力发电设施，这些设施的排放量约占区域内发电设 施排放总量的 95%。拍卖是 RGGI 的主要分配方式，另外还有固定出售和从州账 户中直接分配两种方法，但是后两种分配方式所占比例非常低，不到 10%。RGGI 规定，至少 25%的配额要进行拍卖，其余 75%由各州自行决定分配方法。而实 际分配过程中，各州提出的拍卖比例达到了 90%左右，有的州甚至实行 100%拍 卖。拍卖每三个月举行一次，每个发电设施可以购买任何一个参与州的碳排放配 额，通过这种方式，10 个参与州的分散市场连接成了一个协调、统一的区域性 市场。RGGI 还规定拍卖所得要投资于规定的项目，从而提高能效、支持可再生 能源如太阳能、风能等技术的发展、减少温室气体排放、以及帮助消费者控制能 源成本等。 RGGI 允许购买一些减排项目所产生的配额，但抵消项目的配额总量一般不 超过 3.3 %，而且只局限于美国本土。抵消项目类型包括建筑行业消费侧能源效 率提高、造林碳汇、发电行业六氟化硫减排、堆填区气体捕捉与燃烧、农业粪肥 管理中的甲烷捕捉与燃烧等。除了限制项目类型，RGGI 还就抵消项目的其它诸 多方面做出规定，因此，抵消机制的实际适用范围非常有限。 1.4 澳大利亚的碳排放交易 澳大利亚政府已经宣布将在全国范围内推行强制碳排放交易机制，澳大利亚 的碳交易分两步走：2012 年 7 月先引入碳税机制，到 2015 年 7 月正式过渡至碳 排放交易机制。 第一阶段共涉及四种温室气体：二氧化碳、甲烷、氮氧化物和全氟化碳，覆 盖能源、矿业、工业和交通等行业 CO2 年排放超过 2.5 万吨（部分行业是 1 万吨） 的 500 家企业，这些企业的碳排放量占澳大利亚碳排放总量的 60%以上。澳政府 规定，2012 年每吨 CO2 为 23 澳元，以后每年上涨 2.5%。从 2015 年 7 月 1 日开 5 始，碳价将由市场决定，政府实行总量控制，分配初始配额，并且允许交易。 为了保护本国企业的竞争力，澳大利亚在设计碳税机制时引入了价格补贴， 对于碳排放密集型的出口行业企业将在第一年内获得企业年均碳价支出 94.5% 的补贴，而其它非碳排放密集型的出口行业企业将获得 66%的补贴。该补贴以每 年 1.3%的比例逐年下降。 1.5 日本的碳排放交易 2010 年 4 月，日本建立了亚洲首个强制碳交易体系——东京都总量限制交 易体系，这是一个地区性的交易机制，促进东京都完成中短期低碳城市建设目标： 到 2020 年温室气体排放量比 2000 年下降 25%。该交易体系专门针对大型办公建 筑和工厂，一共涉及 1400 个场所（1100 个商业设施和 300 个工厂），这些场所 的 CO2 排放量占东京排放总量的 20%左右。 东京都总量限制交易体系设定了两个实施阶段，第一阶段从 2010 年 4 月至 2014 年 3 月，减排 6%-8%（工厂为 6%，其它建筑为 8%） ；第二阶段从 2015 年 4 月至 2019 年 3 月，目标减排 17%。配额分配采用祖父制原则，每个排放设施 以 2002-2007 年间任意连续三年的排放量为基准计算减排量。 东京都总量限制交易体系允许企业购买东京都区域内的中小企业碳减排额 和东京都以外的减排额完成自身减排任务，但购买的外地减排额不能超过总额度 的 1/3。配额还允许从第一阶段储存至第二阶段使用。如果所涵盖设施在第一阶 段没有完成目标，那么在第二阶段将必须以短缺部分的 1.3 倍减排。东京都环境 局成立了减排登记机构管理交易数据，所有交易主体都能够在网上查到交易信 息。 除了地区性的碳交易，日本政府也将推行全国范围内的强制碳排放交易。日 本交易机制（Emission Trading Scheme，ETS）计划在 2013 年 4 月推出，分为两 个阶段，分别在 2013 财年和 2016 财年开展，覆盖大型二氧化碳排放企业和商业 楼宇，同时日本还计划与韩国碳市场进行联接。但迫于商业集团的压力，日本有 可能推迟出台国家层面的碳排放交易机制。 1.6 中国的碳排放交易 中国作为发展中国家，主要通过 CDM 参与国际碳排放交易。目前，中国已 经成为全球 CDM 市场的最大卖家，无论是成功注册的 CDM 项目还是获签的 CERs 数量都位居世界第一，处于绝对领先的地位，市场份额逐渐扩大，其次是 6 印度，此外，巴西、韩国、墨西哥等国也是 CDM 市场的重要卖家。截至 2012 年 1 月 31 日，在 EB 成功注册的 CDM 项目一共 3815 个，其中中国注册的项目 1800 个，占 47.18%，预计年减排量 3.62 亿吨，占 64.03%。最终签发的 CERs 总量约 8.52 亿吨，中国为 5.06 亿吨，占 59.34%。各东道国的 CDM 项目情况见 图 1.1 至图 1.3。 印度 20.55% 巴西 5.32% 墨西哥 3.62% 韩国 1.75% 其他 21.94% 中国 46.82% 图 1.1 各东道国 CDM 项目注册量 印度 11.2% 巴西 4.25% 韩国 3.48% 墨西哥 1.98% 其他 15.24% 中国 63.85% 图 1.2 各东道国 CDM 项目预计年减排量 7 印度 15.76% 韩国 9.7% 巴西 7.48% 墨西哥 1.65% 其他 6.77% 中国 58.64% 图 1.3 各东道国 CERs 签发量 中国 CDM 虽然发展迅速，取得了一定的成果，但也存在许多问题。首先， 中国 CDM 项目的注册成功率和签发率低，截至 2012 年 1 月 31 日，中国通过国 家发改委批准的 CDM 项目共 3558 个，但成功在 EB 注册的项目仅 1785 个，注 册成功率仅 1/2 左右，获得 CERs 签发的项目仅 684 个，签发率为 19.22%。其次， 中国 CDM 项目类型单一，无论是成功注册的项目还是获得签发的项目，都主要 集中在新能源和可再生能源以及节能和提高能效。其三，CDM 市场是买方市场， 中国作为 CDM 的单纯卖家，在交易过程中处于国际碳交易链的最低端，缺少话 语权和定价权，往往由国外买家以低价购得中国的 CERs，再在国际二级交易市 场上以高于原价几倍的价格卖给需求者，获得巨大利润。因此，中国发展自己的 碳排放交易市场势在必行。 8 第 2 章 上海市能源消费 CO2 排放现状 上海市碳排放交易机制的研究需要以上海市温室气体排放为基础，只有了解 掌握上海碳排放的实际情况才能对上海市碳排放交易机制的设计提出更加合理、 有效的建议。上海市排放的温室气体主要有二氧化碳、甲烷以及氧化亚氮，其中 二氧化碳占 95%以上，因此本研究着重分析上海市 CO2 的排放情况。上海市目 前还没有公开的 CO2 排放数据，本研究将按照上海市能源消费的实际情况核算 上海市 CO2 的排放情况，并对其进行分析。 2.1 方法 2.1.1 核算方法 在现有研究中，CO2 排放的核算主要有两种原则：消费者责任原则和生产者 责任原则。由于本章节的分析将作为上海市碳排放交易机制设计的参考依据，为 了能够更准确的排放主体的实际情况，本研究将采用消费者责任原则进行核算。 根据国家统计局编制的《中国能源统计》的分类，能源消费总量包括：终端 能源消费量、能源加工转换损失量（投入量-产生量）、能源损失量（包括运输和 输配损失）。其中，CO2 排放主要产生于终端能源消费，本研究不计能源加工转 换损失和能源损失的碳排放。 所用数据来源于《上海市工业能源交通统计年鉴》（下文简称《年鉴》） ，根 据《年鉴》的统计，上海市终端能源消费的类型包括一次能源和二次能源总计 17 类：原煤、洗精煤、焦炭、焦炉煤气、其它煤气、原油、汽油、煤油、柴油、 燃料油、液化石油气、炼厂干气、天然气、其它石油制品、其它焦化产品、热力 和电力。 CO2 排放量等于能源消耗量乘以 CO2 排放因子，CO2 排放因子对最终核算结 果的影响非常大，在已有的研究中主要采用两类排放因子：分别是综合排放因子 和分项排放因子。综合排放因子计算简单，但误差较大，一旦选取不合理就会对 最终结果造成较大偏差；分项排放因子的准确性高，但是要分别计算 17 种能源， 计算量大、较为复杂。本研究为得到更符合实际情况的结果，采用分项排放因子。 具体的计算方法参照 IPCC 发布的《2006 年 IPCC 国家温室气体清单指南》 中的计算方法。公式如下： 9 E ACi , j NCV j CC j O j 44 /12 i （2.1） j 其中：E—CO2 排放量 i—不同部门 j—能源品种 AC—能源消耗量 NCV—低位热值 CC—含碳量 O—氧化率 44/12—C 转换为 CO2 的系数 低位热值由于各国燃料差异明显，直接采用 IPCC 缺省值带来的误差较大， 《能源统计年鉴》发布了我国燃料的平均低位热值，但各地区之间还是存在差异。 《上海工业能源交通统计年鉴》根据上海市能源的实际热量情况，采用不同的折 标系数将能源实际消耗量折算成标煤量，因此本研究以上海市能源消耗的标准量 为基础，采用 IPCC 2006 中的缺省含碳量和氧化率计算 CO2 排放量。 2.1.2 排放因子 除电力和热力外 15 类能源的排放因子可参照《IPCC 2006》缺省值经过计算 和转换得到，具体见下表。 4 4 表 2.1 各类能源 CO2 排放因子（单位：10 t/10 t 标煤） 能源种类 CO2 排放因子 能源种类 CO2 排放因子 原煤 2.77178 柴油 2.17113 洗精煤 2.77178 燃料油 2.26782 焦炭 3.13510 液化石油气 1.84883 焦炉煤气 1.30092 炼厂干气 1.68768 其它煤气 1.30092 天然气 1.64373 原油 2.14769 其它石油制品 2.14769 汽油 2.03049 其它焦化产品 2.36451 煤油 2.09495 电力和热力作为二次加工能源，CO2 排放因子由生产过程中各能源的消耗量 所决定。本研究中电力、热力的 CO2 排放因子按照生产过程中各能源排放的 CO2 10 总量除以生产量所得。 表 2.2 华东区域电网排放因子（单位：tCO2/MWh） 年份 排放因子 2004 0.95737 2005 0.91726 2006 0.88124 2007 0.85710 2008 0.84319 2.2 CO2 排放分析 本研究分析了上海市 2004 年至 2008 年的能源消费 CO2 排放情况，2004 年 上海市终端能源消费排放 CO21.7 亿吨， 2008 年达 2.4 亿吨， 年平均增长率 6.89%。 2.2.1 三产及生活消费 首先，从三产及生活消费方面对上海市能源消费 CO2 排放情况进行分析， 每年的排放情况见表 2.4。 表 2.3 2004-2008 上海市终端能源消费排放情况（单位：万吨） 第一产业 第二产业 第三产业 生活消费 总量 2004 247.65 11055.10 4410.89 1363.22 17076.86 2005 219.81 11950.04 5135.74 1558.86 18864.45 2006 201.12 12688.93 5784.02 1697.91 20371.98 2007 171.58 13837.66 6846.93 1921.87 22778.04 2008 170.78 14054.05 7431.54 2167.36 23823.73 11 第三产业 31% 生活消费 9% 第二产业 59% 第一产业 1% 图 2.1 2008 年终端能源消费 CO2 排放情况 上图是 2008 年上海市终端能源消费 CO2 的排放情况，从图中可以看出，第 二产业的 CO2 排放量最大，占 59%，其次是第三产业，第一产业和生活消费的 排放量占 10%，其中第一产业所占的份额仅 1%。 从排放量看，2004-2008 年上海市 CO2 排放第一的是第二产业，其次是第三 产业、生活消费和第一产业。而第三产业的增长最快，年均增长率达 11.00%， 其次是生活消费 9.72%，第二产业的增长率为 4.92%，第一产业呈现负增长为 -7.16%，如图 2.2 所示。 第一产业 第二产业 第三产业 生活消费 24000 CO2排放量（万吨） 20000 16000 12000 8000 4000 0 2004 2005 2006 2007 图 2.2 2004-2008 上海市能源消费 CO2 排放量 12 2008 从比值看，第二产业所占比重从 2004 年的 65%下降至 2008 年 59%，第三 产业所占比重逐渐上升，从 26%上升至 31%。生活消费所占比重略有上升，而 第一产业所占比重略有下降，具体见图 2.3。 第一产业 第二产业 第三产业 生活消费 各产业CO2排放量与年排放总量的比值（%） 70 60 50 40 30 20 10 0 2004 2005 2006 2007 2008 图 2.3 2004-2008 各产业 CO2 排放比值 综上所述，影响上海市终端能源消费碳排放量的主要是第二产业和第三产 业，第二产业所占比重最高，但处于下降趋势，第三产业所占比重虽然处于第二 位，但增速非常显著。 2.2.2 行业分析 根据行业分类，第二产业包括工业和建筑业，其中工业又可分为 34 个大类 行业，上海市第二产业的 CO2 排放主要来源于工业，占第二产业排放总量的 95% 以上，其中排放前十的工业行业 CO2 排放总和占全市排放总量的 50%左右。第 三产业中，交通运输、仓储及邮政业 CO2 排放占主导，比重达 60%以上。 本研究对建筑业，交通运输、仓储及邮政业以及 34 个工业行业的 CO2 排放 情况进行了核算，并且选取建筑业，交通运输、仓储及邮政业以及排放前十的工 业行业进行具体分析。2004-2008 年这 12 个行业的 CO2 排放情况见图 2.4 至图 2.8。 13 金属制造业 交通运输设备制造业 通用设备制造业 纺织业 通信设备、计算机及其他电子设备制造业 建筑业 电力、热力的生产和供应业 非金属矿物制品业 化学原料及化学制品制造业 石油加工、炼焦及核燃料加工业 交通运输、仓储及邮政业 黑色金属冶炼及压造加工业 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 图 2.4 2004 年排放量前十的工业行业以及交通和建筑业的 CO2 排放情况（单位：万吨） 金属制造业 交通运输设备制造业 通用设备制造业 纺织业 通信设备、计算机及其他电子设备制造业 建筑业 电力、热力的生产和供应业 非金属矿物制品业 化学原料及化学制品制造业 石油加工、炼焦及核燃料加工业 交通运输、仓储及邮政业 黑色金属冶炼及压造加工业 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 图 2.5 2005 年排放量前十的工业行业以及交通和建筑业的 CO2 排放情况（单位：万吨） 14 纺织业 塑料制品业 交通运输设备制造业 通用设备制造业 建筑业 电力、热力的生产和供应业 通信设备、计算机及其他电子设备制造业 非金属矿物制品业 化学原料及化学制品制造业 石油加工、炼焦及核燃料加工业 交通运输、仓储及邮政业 黑色金属冶炼及压造加工业 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 图 2.6 2006 年排放量前十的工业行业以及交通和建筑业的 CO2 排放情况（单位：万吨） 纺织业 金属制造业 交通运输设备制造业 通用设备制造业 建筑业 通信设备、计算机及其他电子设备制造业 电力、热力的生产和供应业 非金属矿物制品业 化学原料及化学制品制造业 石油加工、炼焦及核燃料加工业 交通运输、仓储及邮政业 黑色金属冶炼及压造加工业 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 图 2.7 2007 年排放量前十的工业行业以及交通和建筑业的 CO2 排放情况（单位：万吨） 15 4500 纺织业 金属制造业 交通运输设备制造业 通用设备制造业 通信设备、计算机及其他电子设备制造业 建筑业 电力、热力的生产和供应业 非金属矿物制品业 化学原料及化学制品制造业 石油加工、炼焦及核燃料加工业 交通运输、仓储及邮政业 黑色金属冶炼及压造加工业 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 图 2.8 2008 年排放量前十的工业行业以及交通和建筑业的 CO2 排放情况（单位：万吨） 黑色金属冶炼及压造加工业，交通运输、仓储及邮政业，石油加工、炼焦及 核燃料加工业，化学原料及化学制品制造业等四大行业的 CO2 排放量远高于其 它行业。其中，交通运输、仓储及邮政业的增长非常迅速，年均增长量 388 万吨， 年均增长率 9.84%。 十大工业行业变化不大，尤其是前五个行业，分别是：黑色金属冶炼及压造 加工业，石油加工、炼焦及核燃料加工业，化学原料及化学制品制造业，非金属 矿物制品业，电力、热力的生产和供应业。十大工业行业的 CO2 排放量占上海 市 CO2 排放总量的 50%左右，加上建筑业和交通业，CO2 排放总和占上海市能源 消费 CO2 排放总量的 70%左右。 电力行业作为一个能源二次加工行业，是能源密集型行业，虽然其自身消费 的 CO2 排放量处于工业行业的第五位。但是，电力生产过程中排放的 CO2 量达 6000 万吨以上，占上海市能源消费 CO2 排放总量的 30%左右。 16 5000 电力生产CO2排放量 电力生产CO2排放量占排放总量的比值 35 6000 电力生产CO2排放量（万吨） 40 30 5000 25 4000 20 3000 15 2000 10 1000 5 0 0 2004 2005 2006 2007 图 2.9 电力生产 CO2 排放情况 17 2008 电力生产CO2排放量占排放总量的比值（%） 7000 第 3 章 上海市碳排放交易机制设计 3.1 覆盖范围 3.1.1 交易气体 碳排放交易机制的覆盖范围是指交易气体与交易主体。所谓交易气体是指纳 入机制的温室气体种类，《京都议定书》中规定了 6 种温室气体：二氧化碳、甲 烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳和六氟化硫。从现有的碳排放交易机制来 看，它们选择的交易气体都不尽相同，有的只涉及 CO2 一种温室气体，如 EU ETS 第一阶段、RGGI 以及日本东京都；有的囊括了多种温室气体，如 EU ETS 的第 二、三阶段、WCI 和澳大利亚。 每个国家或区域实施碳排放交易机制的目的都不同，有些是为了完成对外减 排承诺，有些是为了有效降低温室气体排放，也有是为了引入碳排放价格机制从 而影响市场行为，不同的机制目的会影响交易气体的选择。 上海市作为碳交易的试点城市，试运行阶段以推动机制运行为主要目的，因 此在选择交易气体的时候并不要求覆盖的全面性，而是以机制运转为首要考虑。 同时，在确定交易气体时还应考虑上海市温室气体的排放和组成情况以及数据的 可获取性等现实条件。有研究表明，上海市主要排放的温室气体是二氧化碳、甲 烷和氧化亚氮，其中又以二氧化碳为主。因此，上海市推行碳排放交易的初期， 可以选择 CO2 作为交易气体，等到机制运行稳定后再选择性地扩大交易气体的 范围，如甲烷、氧化亚氮等其他的五种温室气体。 3.1.2 交易主体 交易主体是指纳入交易体系的行业或企业。现有的碳排放交易机制的交易主 体差异很大，除 RGGI 只覆盖电力行业外，其它机制的交易主体都涉及多个行业， 但各个机制的行业差别也很大，有的以工业行业为主，如 EU ETS、WCI、澳大 利亚，有的以建筑行业为主，如日本东京都。 交易主体的范围大小没有定论，并非越大越好或越小越好。从理论上说，机 制的覆盖范围越广，边际减排成本的多样性也就越高，从而使减排成本更低，机 制更有效。但是，现实情况下，即使全面覆盖也无法保证最有效的减排效果。而 且，有些行业的排放量与排放总量相比非常小，如果将这些行业纳入交易体系， 18 减排的收益可能远低于增加的管理成本。例如，上海的农业排放在总排放量中所 占比例很小，并且呈现递减趋势，再加上农业的温室气体排放测量难度较大，农 业部门不宜加入上海的碳排放交易机制。 同时，管理者一般都会对纳入交易范围的企业设定准入门槛，要求企业的年 排放量或年产能、耗能超过一定数值，如欧盟最初的 20MW 和第三阶段的 25000t CO2e、RGGI 要求火力发电设施超过 25MW 等。这样做的目的是将小型排放源 排除在机制之外，从而简化机制。 EU ETS 在第一阶段只针对超过 20MW 的火力发电厂、炼油厂、有色金属生 产加工行业、建材行业以及造纸业；第二阶段 2012 年开始增加航空业；第三阶 段扩展至化工、制氨、硝酸与乙醛酸生产以及电解铝行业。并且第三阶段将把连 续三年排放量不足 25000 吨的企业排出在外，这一举措大约涉及 4200 家企业， 但这些企业的排放总量仅占交易机制总量的 0.7%左右。 总体来说，上海市碳排放交易机制交易主体的选择应该坚持抓大放小的原 则。前文进行理论分析时已经比较过碳交易与碳税各自的优势和劣势，其中很重 要的一点就是碳交易与碳税相比更适合于大级别的排放设施，因此，如果目的是 全面覆盖，那碳税会是更加合适的选择。 从第 2 章的分析可知，上海市的 CO2 排放 50%都集中在排放前十的工业行 业，分别是黑色金属冶炼及压造加工业，石油加工、炼焦及核燃料加工业，化学 原料及化学制品制造业，非金属矿物制造业，电力、热力的生产和供应业，通信 设备、计算机及其它电子设备制造业，通用设备制造业，交通运输设备制造业， 金属制造业和纺织业；建筑和交通业也是 CO2 排放大户，并且交通部门的排放 量增长显著。以上行业都是上海市碳排放交易机制的交易主体的选择范围。同时， 上海市年能耗 5000 吨标煤以上的重点用能企业有较好的统计数据，可以以此作 为纳入交易体系的企业的准入门槛，不仅有良好的数据基础，也可以排除小型排 放源增加管理成本。 综上所述，在试运行阶段可以选择十大工业行业中年能耗 5000 吨标煤以上 的企业作为交易主体。建筑业和交通业与工业行业相比实施碳交易更加复杂，尤 其是交通业，因此在试运行阶段先不纳入交易体系，等积累了足够的经验后，再 逐步纳入体系内。到正式运行阶段，保证纳入交易范围的企业排放总量占上海市 二氧化碳排放总量的 50%以上。而电力行业作为能源密集型行业，在生产过程中 排放的 CO2 占上海市排放总量的 30%左右，应该作为交易主体的重点。 19 3.2 总量控制 碳排放交易机制的一个重要特点就是可以通过设定上限控制温室气体排放 的总量，这也是很多政府选择碳交易而非碳税的一个考虑因素，总量控制目标是 保证碳排放交易机制有效降低温室气体排放的基础。确定严格的总量上限对于碳 排放交易机制的有效运行是非常重要的，如果设定的总量限额大于排放设施在原 有生产情况下的排放总量，就会导致碳市场供大于求，无法达到碳排放交易机制 预期的减排目标并且不利于碳市场的形成。 总量控制可以是绝对上限，也可以是基于产出或基准的相对上限。绝对上限 可以保证排放量控制在一定的总量之下，而相对上限有可能会导致排放量随着 GDP 的上升而上升。现有的碳排放交易机制都设定了绝对上限，一个重要的原 因是目前已经实施碳排放交易机制的国家基本都是已经承诺减排目标的发达国 家，如果设定相对上限不利于完成减排义务。 第 2 章分析的五个交易机制，除了澳大利亚要从第二阶段开始实施碳交易还 未确定减排目标外，其余 EU ETS、RGGI、WCI 以及日本东京都制定了明确的 减排目标，以基准年排放量为基础，在规定时期内减排一定的比例，并且把总减 排目标分解为每一年的总量控制上限。 中国还没有承担国际减排义务，加上基于经济发展的考虑，上海市目前不会 设定全市总量控制目标。但为了碳排放交易机制的有效运转，应该设定绝对总量 控制目标。“十二五”期间，上海市单位 GDP 二氧化碳排放量要比 2010 年降低 19%，可以按照交易主体 CO2 排放量占上海市温室气体排放总量的比例划分交易 主体应该承担的减排任务，从而确定上海市碳排放交易机制的总量控制目标。 3.3 初始分配 在已有机制中，碳排放权的初始分配方法多种多样，从 100%免费分配到 100%拍卖都有，而免费分配的方法也不尽相同，往往在一个机制内有多种分配 方法。免费分配在实施过程中面对的阻力较小，对于新机制的推行有一定的好处。 同时，免费分配也可以帮助排放主体应对突然增加的生产成本，减缓新机制对经 济的冲击。 但是，免费分配也会带来不少问题：大量的免费分配会降低市场流动性，增 加价格的波动；配额分配意味着在经济体间进行财富转移，这可以纠正分配不均， 但也可能使情况更加恶化；免费分配可能会减缓价格信号对投资者的影响，减慢 向低碳经济的转变；对新加入者的免费分配可能会导致高排放行为；如果参与者 20 可以把配额成本转嫁给消费者，那么免费分配就有可能带来不当额外获利，这种 情况尤其可能发生在电力部门。 由于免费分配本身存在各种弊端，在理论界拍卖更受欢迎。采用拍卖的机制 可以更灵活地根据实际情况调整总量限额。因为如果是免费分配，减少配额必然 会造成接收者的反对，但是如果进行的是拍卖，减少拍卖配额的总量就容易得多。 除了拍卖，无论是免费还是固定出售，都要有一定的分配原则，目前主要的 分配原则有两种：祖父制原则和基准线原则。祖父制原则一般是用历史排放量乘 以一定的减排比例，而基准线原则主要是由管理者制定基准排放率，再乘上企业 的经济活动指数（产值或投入等）得到分配的配额数。对上海市碳排放交易机制 的初始分配方法的具体建议将在第 4 章进行详细探讨。 3.4 监测、登记、核查 确定排放主体的配额后，管理部门要对主体每年的 CO2 排放进行监控。在 现有的碳排放交易机制中，各自都有完善的监管机制。EU ETS 给排放主体发放 温室气体许可证，规定温室气体的监测和报告要求，并且要求经过独立第三方的 核证。同时，EU ETS 为每个主体分配一个电子系统，管理配额的发放、持有、 交易、注销以及与外部的联结机制等。WCI 成立了专门的报告委员会，负责报 告规则、报告方法以及区域温室气体排放数据库的建立，同时要求每个参与州、 省授权第三方独立机构核查排放设施上报的排放信息。RGGI 也要求温室气体排 放必须经过主体所在州授权的第三方独立机构核查。日本东京都要求企业按照政 府制定的导则执行碳报告制度。 为保证上海市碳排放交易机制的有效运行，应建立一套完善的监管机制，由 指定的管理部门负责，制定监测、核查和报告的规则。每个排放主体制定监测计 划，包括排放设施的具体工艺情况、监测方法和监测频率，并且获得管理部门批 准。监测由排放主体自行完成，但是上报管理部门前要经过独立第三方的核查， 由第三方机构出具核查报告，并且提交给管理部门，作为后期结算的依据。第三 方独立机构要进行资质认定，由核查机构提出申请，管理部门进行审核，通过审 核的机构颁发资质证书。并且定期对已经获得资质的第三方机构进行抽检，抽检 不合格应取消资质，从而保证排放主体的减排信息真实、准确。 上海市已经于 2008 年成立上海环境能源交易所，该所可以作为上海市碳排 放交易机制的依托平台，由交易所建立碳排放交易机制的网络平台。每个交易主 体在环交所开设电子账户，配额的发放、持有、结算、交易与注销都通过该账户 完成。管理部门把每个排放主体的配额发放至电子账户，排放主体上报的碳排放 21 量也记录在电子账户中，以便最后结算用。同时，排放主体间的交易也记录在电 子账户内，交易完成，买方的电子账户加上相应的配额数，卖方的电子账户扣除 相应的配额数。每个阶段结束后，把排放主体电子账户中的配额与排放量进行结 算，用过的配额进行注销。 网络平台除了提供电子账户服务，同时兼顾信息发布平台，及时更新排放主 体间的交易情况，包括交易量、交易价格等，保证信息的公开透明，不但是交易 主体，非交易主体也可以查看交易信息。同时，网络平台还可以实现网上拍卖功 能。 3.5 储存、借贷 配额的储存是指允许排放主体将一个承诺期多余的排放权在下一承诺期继 续使用，这可以保证机制的稳定性，但可能会对交易量产生影响。由于担心市场 价格的波动，企业有可能会出现惜售现象。借贷是指允许排放源将下一承诺期的 排放权用在当期，这可能会带来无休止地使用未来的权利，而且由于排放主体未 能完成目标，造成目标可能需要重新协定或被削弱。 在已有的碳排放交易机制中，借贷都不被允许，但很多机制都允许储存。对 于上海市碳排放交易机制，建议试运行阶段的配额不允许储存至下一阶段，以免 试运行阶段的不合理性带入正式阶段。进入正式阶段后，建议允许配额的储存， 这可以促进机制的稳定运行。 3.6 注销、惩罚 每年规定期限前，排放主体必须将该年经核证的二氧化碳排放量与其拥有的 排放权进行结算，结算后注销。超额排放的排放主体可以到市场上购买不足的排 放权，否则将受到惩罚。 现有碳排放交易机制都制定了严格的惩罚措施，除了规定高昂的罚款金额 外，不少机制都要求没有完成减排目标的主体第二年进行弥补，弥补的程度各不 相同。EU ETS 规定只需等量补足超额部分，日本东京都要求以 1.3 倍的量进行 弥补，而 WCI 规定了 3 倍的弥补减排量。这样做的目的是为了避免企业逃避责 任，影响总量控制的目标。 上海市碳排放交易机制罚款的确定，应该保证罚款金额高于市场购买排放权 的成本。同时，也应该规定上一年未完成的减排量要加入第二年的减排目标中， 试运行阶段可以采取欧盟的方式，同等量完成减排即可。 22 第 4 章 上海市碳排放交易的初始分配 初始分配是碳排放交易机制设计中的重点，是整个交易机制的基础，它关系 到机制的具体实施效果。本研究首先采用不同的初始分配方法对三个电力企业进 行模拟分配，并且对分配结果进行分析。在此基础上，结合上海市 CO2 排放的 实际情况，对上海市碳排放交易的初始分配提出建议。 4.1 案例模拟和分析 4.1.1 基本情况 通过前文分析可知，电力行业作为能源密集型行业，在加工生产过程中排放 的 CO2 占上海市 CO2 排放总量的 30%左右，是上海市碳排放交易主体中的重点 行业。因此，本研究以电力行业为例，分析不同初始分配方法对不同生产效率的 电力企业的影响。 上海市浦东新区有三个发电厂，地理位置相邻，并且由同一集团负责管理。 为了便于区分，本研究将三个电厂分别称为一电厂、二电厂和三电厂。一电厂共 有 4 台 300MW 燃煤发电机组；二电厂共有 2 台 900MW 超临界燃煤发电机组； 三电厂共有 2 台 1000MW 超超临界燃煤发电机组。本研究将采用基准线原则、 祖父制原则和夏普利值法分别对三个电厂进行碳排放配额的初始分配，并对分配 结果进行分析。 下表 4.1 是三个电厂 2008 年的产值、能耗及 CO2 排放情况。CO2 排放量以 能耗为基础通过计算得到，由于缺少详细的能源消费数据，无法采用第 2 章分析 上海市能源消费 CO2 排放时的分项因子，这里采用综合因子进行计算。本节中 的 CO2 排放量是用于案例模拟分析，而非实际应用，采用综合因子进行计算并 不影响最终的分析效果。国家发改委能源研究所推荐的 C 排放系数为 0.67 吨/吨 标煤，换算成 CO2 排放系数为 2.46 吨/吨标煤，上海市节能技改项目申报中要求 采用的二氧化碳减排系数也为 2.46 吨/吨标煤，两者相同，因此本研究采用的 CO2 排放因子即 2.46 吨/吨标煤。 23 表 4.1 2008 年三个电厂的产值、能耗及 CO2 排放情况 一电厂 二电厂 三电厂 241611 374413 214452 170314 179942 131118 0.705 0.481 0.611 418972 442657 322550 1.734 1.182 1.504 产值 （万元） 综合能耗 （吨标煤） 万元产值能耗 （吨标煤/万元） CO2 排放量 （吨） 万元产值 CO2 排放 （吨/万元） 从表中可以看出 2008 年二电厂的产值最高，一电厂和三电厂的产值接近， 一电厂略高于三电厂；二电厂的 CO2 排放量也是最高，一电厂其次，但与二电 厂接近，三电厂的排放量最低。由此计算得到二电厂的万元产值 CO2 排放最低、 生产效率最高，其次是三电厂，一电厂的生产效率最低。 4.1.2 方法 4.1.2.1 夏普利值法 夏普利值法是合作博弈论中按照个体对联盟的贡献解决利益、成本分配问题 的一种公平、有效的方法。在博弈论中，合作博弈可以分为两人合作博弈和多人 合作博弈，后者又称为联盟博弈。夏普利值以其存在的唯一性、计算方法的规范 性、分配方式的合理性成为联盟博弈中最重要的解的概念，被成功地应用于成本 分摊，收益分配等诸多现实问题中。 夏普利值法是夏普利 1953 年根据三个公理提出的。第一个公理是对称公理， 是指博弈的夏普利值（对应分配）与博弈方的排列次序无关，或者说博弈方排列 次序的改变不影响博弈得到的值。第二个公理是有效公理，意为全体博弈方的夏 普利值之和分割完相应联盟的价值，也即特征函数值。第三个公理是加法公理， 是指两个独立的博弈方合并时，合并博弈的夏普利值是两个独立博弈夏普利值之 和。 夏普利证明了同时符合上述三个公理，描述联盟博弈各个博弈方价值的唯一 指标，即夏普利值。夏普利值反应了各个博弈方在联盟博弈中的贡献和价值。在 联盟中，按照博弈方的价值进行分配是比较公平且易于接受的。 24 夏普利值法的应用有三个前提条件：1、超可加性，企业通过合作在规定排 放限额下产出的利益不小于不合作时各自产出利益的总和，即合作总是会产生超 额利益；2、群体合理性，每个企业分配到的利益总和等于合作产生的总的利益， 即利益全部分配；3、个体合理性，通过合作，每个企业分配到的利益不小于单 独行动时的利益。 碳排放交易中配额的初始分配问题可以看作是多个交易主体的联盟博弈，分 配过程中既要考虑责任主体的边际成本，使社会总成本最小化，也要兼顾责任主 体间的公平性。采用夏普利值法对初始分配进行分析是解决上述问题的合理方 法。 假设 n 个企业参与碳排放权的初始分配，n 个企业的集合记为 N={1， 2， „ „，n}，N 的任意子集 S 称为联盟（包括空集和 N），表示子集 S 中的 s 个企业进行交易。特征函数 v(S)表示 s 个企业通过合作在规定的二氧化碳排放限 额下的生产产值（万元），用 n 维向量 X={x1，x2，„„，xn}表示每个企业分配 到的利益份额，则利益分配模型如下： v(i) v( N ) iN （4.1） n x v( N ) （4.2） xi v(i) （4.3） i 1 i 采用夏普利值法可以求出 xi 的唯一解： xi = S (iS ) ( S 1)!(n S )! n! v(S ) v(S \ i) （4.4） 公式的左边部分表示排列次序的概率，右边部分是企业 i 对联盟 S 的贡献， 求出的 xi 即企业 i 的贡献值，xi 与 x1+x2+„„+xn 的比值即企业 i 的贡献率，碳排 放限额乘以每个企业的贡献率即企业分配到的配额数。 4.1.2.2 模拟方法 假设交易机制内仅三个电厂，管理部门根据三个电厂的实际情况设定 CO2 的排放总量，分别以基准线原则、祖父制原则和夏普利值法进行初始配额的分配。 案例模拟中进行了简化，把按照基准线原则计算得到的三个电厂的配额总和作为 总量控制的目标。 基准线原则要求先确定基准排放率，再乘以企业的经济活动指数，从而计算 得到每个企业的初始配额。根据上海市公布的《上海市产业能效指南（2008 版） 》 ， 电力行业的平均万元产值能耗为 0.407 吨标煤/万元，折算成万元产值 CO2 排放 25 为 1.001 吨/万元，可见三个电厂都没有达到行业均值。采用行业均值作为初始分 配的基准线，分别乘上三个电厂的生产产值即可得到每个电厂的初始配额。 祖父制原则是以每个企业的历史排放量为基础，乘上一定的减排比例得到企 业的初始配额。本案例以三个电厂 2008 年的 CO2 排放量作为历史排放量进行计 算。 夏普利值法根据企业对联盟的贡献分配初始额度，本案例的三个电厂可以通 过两两合作组成联盟，也可以三个电厂共同合作形成联盟。由于这三个电厂地理 位置相邻且由同一集团管理，这使它们之间的合作具有可行性和可操作性。 首先，定义特征函数 v(S)为在规定的 CO2 排放限额下 s 个企业通过合作产生 的生产产值，v({1})、v({2})、v({3})分别是 2008 年三个电厂的生产产值，在此 基础上假设其它四个特征函数值 v({1,2})、v({1,3})、v({2,3})、v({1,2,3})，具体 见表 4.2。 表 4.2 夏普利值法的特征函数值 特征函数 特征函数值（万元） v({1}) 241611 v({2}) 374413 v({3}) 214452 v({1,2}) 656024 v({1,3}) 618865 v({2,3}) 476063 v({1,2,3}) 880476 根据公式（4.4）分别计算得到三个电厂的夏普利值 xi，然后计算每个电厂的 贡献率。其中，二电厂对联盟的贡献率最大，其次是一电厂和三电厂，一电厂略 高于三电厂，具体见表 4.3。每个电厂的贡献率乘以 CO2 排放限额即是三个电厂 分配到的初始额度。 表 4.3 三个电厂的夏普利值和贡献率 电厂 夏普利值 贡献率 一电厂 258277.67 29.33 % 二电厂 396079.67 44.99 % 三电厂 226118.67 25.68 % 夏普利值法的应用有三个前提条件：超可加性、群体合理性和个体合理性， 分别对应公式（4.1）、（4.2）和（4.3）。通过计算可以看出，本案例的结果满足 上述三个条件。 26 4.1.3 结果分析 采用基准线原则， 三个电厂分配到的 CO2 排放额度分别为： 241906 吨、 374870 吨、214714 吨。案例简化了总量限额的确定，把按照基准线原则计算得到的三 个电厂的配额总和作为总量控制目标，即 831940 吨。按照历史排放法进行分配， 三个电厂分配到的额度分别为：294188 吨、310818 吨、226483 吨。按照夏普利 值法进行分配，三个电厂分配到的额度分别为：243876 吨、374087 吨、213526 吨。具体分配结果见表 4.4。 表 4.4 三种分配方法的结果比较 一电厂 二电厂 三电厂 基准线 分配额度（吨） 241906 374870 214714 原则 百分比 29.09 % 45.08 % 25.82 % 祖父制 分配额度（吨） 294188 310818 226483 原则 百分比 35.38 % 37.38 % 27.24 % 夏普利 分配额度（吨） 243876 374087 213526 值法 百分比 29.33 % 44.99 % 25.68 % 400000 一电厂 二电厂 三电厂 CO2分配额度（吨） 350000 300000 250000 200000 150000 100000 50000 0 基准线原则 祖父制原则 夏普利值法 图 4.1 三种分配方法的分配结果 从图中可以看出，采用祖父制原则进行分配明显有失公平，效率最低的一电 27 厂分配到的额度与效率最高的二电厂接近，远高于效率第二的三电厂。这样的分 配方法容易降低企业改进生产技术的积极性，不利于整个行业的发展。基准线原 则以企业的产值为基础乘上相同的基准得到分配配额，排放量相同的情况下，企 业的生产效率越高，分配到的配额也就越多，以此激励企业自主减排，提高生产 效率。 采用夏普利值法进行分配的结果与采用基准线原则进行分配的结果非常接 近，效率最高的二电厂分配到的配额最多，其次是一电厂和三电厂。前面已经分 析过，夏普利值法是一种公平且有效的初始分配方法，本案例从理论上证明了基 准线原则是更加合适的初始分配方法。因此，建议上海市碳排放交易采用基准线 原则进行初始分配。 4.2 分配方法 4.2.1 定价出售与拍卖相结合 前文已经分析过，碳排放权的初始分配可以分为免费、定价出售和拍卖三种 方式。欧盟第一、二阶段主要以历史排放原则下的免费分配为主，第三阶段开始 将采用基准线原则，并且不断加大拍卖的比例，逐渐替代免费分配。RGGI 的初 始分配方法主要以拍卖为主，个参与州自行决定拍卖比例，目前来看，每个州拍 卖的比例都在 90%以上，有的州甚至达到了 100%拍卖。WCI 的拍卖可能采用免 费分配或拍卖，或者两者相结合，初期至少有 10%的配额要进行拍卖，到 2020 年将上升到 25%。日本东京都的初始分配采用历史排放原则，以基准年的排放量 乘以期限年份减排比例得到具体配额数量。 从产权角度出发，碳排放权的初始分配是经济利益的分配，如果采用免费分 配，即相当于财富的免费分配，对于没有获得分配的行业、企业存在不公平性。 从环境角度出发，碳排放权是一种环境资源，是有价值的，免费分配会造成环境 资源的流失，同时也无法激励企业减排的积极性。因此，有偿分配是更加合理的 选择。 拍卖是理论上最合适的初始分配方法，现有的碳排放交易机制虽然很多在初 期并没有选择拍卖作为主要的分配方法，但都表示会逐步引入拍卖机制作为分配 的主要方法，而美国 RGGI 在机制运行的初期就决定进行 100%拍卖。 上海市碳排放交易机制的试运行阶段可以以定价出售为主，总量的 5%留作 拍卖。进入正式阶段后，逐渐提高拍卖的比例，直至实现 100%拍卖。从前面的 分析可以看出，基准线原则是更加公平有效的分配方法，但是因为基准率的制定 28 需要有详细的排放数据为支撑，而上海目前的情况显然无法满足制定基准线的要 求，因此在试运行阶段可以采用祖父制原则作为过渡。并且以实施碳交易机制为 契机，尽快收集数据，制定行业基准，采用基准线原则进行分配。 4.2.2 阶梯式价格促进产业调整 在定价出售碳排放配额的同时，还可以通过制定阶梯式价格促进上海的产业 结构调整。上海市经济委员会发布的《上海工业产业导向和布局指南（2007 年 修订本）》提出了上海工业产业导向，分为鼓励类、限制类、禁止类，不在上述 三类的即为允许类。鼓励类包括高附加值和高科技含量的产业和技术，有利于促 进循环经济的发展等要求。限制类和禁止类主要是指一些污染严重、能耗过高的 产业，以及在生产制造过程中会排放大量有毒、有害物质的工艺和产品。 在确定各行业、产业的碳排放配额价格时，可以遵循上海的产业导向，对鼓 励发展的产业、技术、产品予以一定的优惠和扶持，而对于限制和禁止发展的产 业、技术、产品应该提高要求，促进污染严重、能耗过高等产业的淘汰。例如， 可以在原有价格的基础上，对鼓励类、限制类和禁止类分别乘以一定的价格系数， 鼓励类为 0.8、限制类为 1.2、禁止类为 1.5。 每个企业分配到的配额的计算公式为：配额量=行业基准•产值。购买价格为 基础价格•产业导向系数，鼓励类为 0.8，允许类为 1，限制类为 1.2，禁止类为 1.5。 采用有偿分配，会增加企业生产成本，可能降低本地企业的竞争力，影响经 济发展。这可以通过价格补贴等方式予以弥补和纠正，对于影响竞争力的企业应 给与价格补贴，按照企业的贸易强度来划分对企业竞争力的影响。初期的价格补 贴要求力度较大，以帮助企业适应新机制的推行，而后可以根据实际情况，逐渐 减小补贴的力度。 29 第 5 章 总结与结论 在全球应对气候变化的大背景下，我国面临着国际气候谈判及国内发展和减 排两方面的巨大压力。为了有效控制温室气体排放，我国已经明确提出要建立碳 排放交易机制和市场，上海是首批 7 个碳排放权交易试点省市之一。本报告在对 国际碳排放交易机制和上海市能源消费 CO2 排放现状研究的基础上，对上海市 碳排放交易机制的设计和发展战略提出了建议，并采用夏普利值法等不同方法对 上海市碳排放交易的初始分配进行了案例研究，得出了以下主要结论： 1、2004 年上海市终端能源消费 CO2 排放 1.7 亿吨，2008 年达 2.4 亿吨，年 均增长率 6.89%。影响上海市终端能源消费碳排放的主要是第二产业和第三产 业，第二产业所占比重最高，达 59%，但呈下降趋势，第三产业所占比重虽然处 于第二位，为 31%，但增速显著。上海市排放前十的工业行业温室气体排放总量 占全市排放总量的 50%左右，加上建筑业和交通业占总量的 70%左右，其中， 交通业的年均增长量为 388 万吨，年均增长率 9.84%。电力行业在生产过程中排 放的 CO2 量达 6000 万吨以上，占全市能源消费 CO2 排放总量的 30 %左右。 2、2013 至 2015 年作为上海市碳排放交易机制的试运行阶段，从 2016 年开 始进入正式阶段，此后每五年作为一个实施阶段。试运行阶段选择 CO2 作为交 易气体，后期可逐渐延伸至其它种类的温室气体。初期以十大工业行业中达到一 定规模的企业为交易主体，进入正式阶段后逐渐把其他行业纳入交易体系。每个 排放主体制定监测计划，包括每个排放设施的具体工艺情况、监测方法、监测频 率、报告要求等。企业自行监测，并且通过独立第三方机构的认证后，将每年的 碳排放情况上报给管理部门。管理部门为排放主体设立电子账户，记录主体配额 的发放、持有、结算、交易与注销。试运行阶段的配额不允许储存至下一阶段使 用，进入正式阶段后，允许配额的储存，但仍旧不允许借贷。每年规定期限前， 排放主体必须将该年经核证的二氧化碳排放量与其拥有的排放权进行结算，结算 后注销。超额排放部分要支付罚款并且在下一阶段补足。 3、碳排放权的初始分配以定价出售和拍卖相结合，初期以定价出售为主， 预留总量的 5 %用作拍卖，以后逐渐提高拍卖比例，直至实现 100%拍卖。定价 出售初期采用祖父制原则作为过渡，并且尽快制定基准排放率，以行业单位产值 CO2 排放量为基础乘上企业的生产产值得到配额数量。通过制定阶梯式价格促进 上海的产业结构调整，不同导向的产业乘以不同的产业导向系数，鼓励类为 0.8， 允许类为 1，限制类为 1.2，禁止类为 1.5。对于影响竞争力的企业给与价格补贴， 按照企业的贸易强度来划分对企业竞争力的影响。初期的价格补贴力度较大，帮 助企业适应新的机制，而后根据实际情况逐渐减小补贴力度。 30 参考文献 [1] United Nations Framework Convention on Climate Change [R]. 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