基于发电机组负荷变化的碳排放配额分配策略研究

基于发电机组负荷变化的碳排放配额分配策略研究

来源:www.51fabiao.org作者:lgg发布时间:2018-02-06 19:33
本文是mba论文,本文所提出的方法优于基准线法,所提出的动态配额分配方案也更贴近机组的实际排放数据,分配方法更加科学,分配结果也更加合理,对我国未来碳排放交易市场的建设。
第 1 章 绪 论
 
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.1.1 选题背景
1750 年后,由于人类活动,大气中二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)等温室气体的浓度呈现持续上升态势。2012 年,上述温室气体浓度依次为 393ppm、1819ppb 和 325ppb,分别约超过工业化前水平的 41%、160%和 20%[1]。1850-1900 年时期和 2003- 2012 年时期的平均温度之间的总升温幅度为 0.78[2],详见图 1-1。从全球来看,经济发展和人口增长仍然是推动因化石燃料燃烧造成 CO2 排放增加的两个最重要因素。2000-2010 年期间,人口增长的贡献率仍然保持与之前 30 年大致相同的水平,但经济发展的贡献率急剧上升[3]。从 1750 年至 2011年,因化石燃料燃烧和水泥生产释放到大气中的 CO2 排放量为 375 GtC,因毁林和其它土地利用变化估计已释放了 180GtC。这使得人为 CO2 排放累积量为 555GtC[4]。如果年度温室气体排放量保持在目前的水平,气体浓度到 2100 年将超过工业革命前的三倍水平,根据气候机构最新预测,世界温度将上升 3-10 摄氏度[5]。随着全球变暖、极端气候事件频发,气候变化问题已在全球范围内引起广泛关注,并逐步上升为人类社会必须面对和解决的重大环境问题。自 1992 年以来,各国政府同意成立联合国政府间谈判委员会就气候变化问题达成《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC),公约于 1994 年 3 月 21 日正式生效,明确了发达国家与发展中国家对于全球气候问题“共同但有区别的责任”的原则。在 1997 年,149 个国家和地区的缔约国代表于日本京都大会上通过了《京都议定书》[6]其中中国于1998年5月签署并于2002年8月核准了该议定书。该议定书最终于 2005 年 2 月正式生效。根据《京都议定书》约定,发达国家在 2008-2012 年第 1 承诺期内要履行其减排目标,即在 1990 年的温室气体排放总量基础上达到年均减少 5.2%,但各国的减排目标略有不同。比如,欧盟需要在基年基础上减少 8%的排放量,加拿大、日本等国需要在基年基础上降低 6%的温室气体排放量,美国需要在基年基础上降低 7%。但是,美国政府和加拿大政府分别于 2001 年 3 月和 2011 年 12 月宣布退出。《京都议定书》采用市场机制进行减排,并将资本市场引入减排领域,所涉及的三个市场机制减排路径[7]分别为:国际排放贸易机制(International Emission Trading)IET 主要是《京都议定书》负有强制减排履约义务的附件 1 缔约国间通过配额排放单位(AAUs)实现的减排交易。根据《京都议定书》规定的强制减排义务,各缔约国可获得一定数量的配额排放单位(AAUs),并可对该指标进行买卖交易,以确保其完成强制减排目标。
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1.2 研究的主要内容和方法
 
1.2.1 主要研究内容和架构
本文主要研究电力行业的现有配额分配政策的缺陷和探讨可行的改进方案,并将利用最小二乘法和遗传算法等算法建立新的配额分配方法,并对配额分配方式的合理性和有效性进行量化分析。本文共由六个章节组成:(1) 绪论,介绍了对电力行业的碳排放权配额分配政策的选题背景和研究意义、并指明了主要研究内容和所采用的研究方法,并指出了本文研究中的主要创新点和不足之处。(2) 国内外研究综述,对排污权交易的基本原理进行了介绍,并从碳排放权交易市场构建研究、对欧盟、美国等交易体系配额分配问题的梳理以及采用最小二乘法和遗传算法模型研究优化拟合曲线三个维度对现有国内外研究进行总结。(3) 配额分配模式和方法,梳理和对比国际碳排放权交易体系目前通常采用的配额分配模式和方法等,并对我国“五市两省”试点地区的初始配额分配政策进行梳理和汇总。此外,本章节还对无偿和有偿分配模式下的配额分配方法进行全面对比,研究和分析我国碳排放权交易市场初期阶段应采取的配额分配模式和方法。(4) 发电机组负荷与煤耗的研究,利用正、反平衡法定性分析负荷变化和供电煤耗的反相关系,采用 MATLAB 编制最小二乘法和遗传算法对不同技术参数发电机组在负荷出现波动情况下的煤耗关系函数进行优化拟合;并利用所获得的拟合函数提出基于发电机组负荷变化下的动态碳排放配额分配策略。(5) 考虑发电机组负荷变化的配额分配策略,采用和方差和 T 检验,对亚临界和超超临界机组在不同机组负荷条件下实际排放数据分别与本文所提出的动态配额分配方法以及国家电力行业基准法分配预案进行量化分析,并利用量化结果比较两种方法的优劣性。
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第 2 章 国内外研究综述
 
2.1 排污权理论文献综述
环境作为一种公共物品,其本身具有显著的外部性。通常而言,外部性问题可分为两大类,正外部性和负外部性。负外部性问题指企业给环境带来了危害,却没有支付相应的补偿。碳排放属于具有负外部性的环境污染行为,理性的市场主体会在降低碳排放量和企业利润最大化之间做出权衡[12]。最初,马歇尔于 1890 年在其编写的《经济学原理》中首先提出了“外部经济”的假设。随后,庇古在 1920 年出版的《福利经济学》中,首次提出了“庇古税方案”,并建议对污染物的排放量或经济活动的危害来确定纳税义务,实现社会污染物排放资源有效配置,最终使社会污染物总量减少到帕累托最优水平。1960 年,科斯(Coase)在《社会成本问题》中率先提出尝试利用市场机制和完善的产权界定解决外部性问题。科斯认为在交易成本为零且产权明晰的情况下,市场在价格机制的基础上可实现帕累托最优。此后,戴尔斯(Dales)于 1968 年发表了《污染、财产与价格:一篇有关政策制定和经济学的论文》,对科斯所提的理论进行了总结和完善,并首次提出了通过产权交易控制排污的思路,从而构建了排污权交易的经济学理论基础。19 世纪 70 年代,蒙哥马利(Montgomery)利用数理经济学方法严谨的证明其具有以最低交易成本实现控排目标的优点。该理论将排污权交易体系划分为市场交易体系和指令控制体系。蒙哥马利认为市场交易体系要优于指令性的交易体系,如果用排污权交易代替指令体系,减排成本低的企业会竭力减排,出售更多的排放权配额;成本高的企业通过购买配额履行规定,达到帕累托最优,这样就可以大幅节约控排成本。美国是首个将排放权理论引入实践应用的国家。1995 年,美国环保署(EPA)为有效控制其境内大气污染,实施了酸雨计划,旨在全面消减工业企业的二氧化硫(SO2)和氮氧化物排放。该体系是全球范围内首个在政策引导下建立的以市场机制为基础的总量控制排污权交易体系。从减排结果情况看,二氧化硫排放减排量大大超过预定目标,排污许可的市场交易价格也大幅低于预期水平,这充分体现了排污权交易在减排效果和成本两方面的优势。Harrie A. A. Verbon[13]研究了联邦政府的跨区域污染存在的情况下,政府针对不同地区的地方政策设置排污权的初始分配方式,最终可以实现社会财富的最大化。
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2.2 国内外碳排放交易研究综述
碳排放权交易的本质是建立在排污权理论基础上的污染物排放权交易。国际碳交易市场启动相对较早,相关领域和研究成果相对完善,研究的内容主要集中于碳交易市场对行业影响分析、减排效果评估以及交易体系建立等方面。近期,随着美国、澳大利亚、韩国等国外区域性碳排放市场的建立,碳排放市场的研究重点已经从最初的宏观架构性研究逐步向碳排放权初始分配、市场交易机制和暴露的问题等微观层面转变。本文研究综述将主要围绕以下三方面展开:在国际碳排放交易体系形成初期,碳交易的主要研究方向围绕市场要素、体系搭建和影响评估等方面展开。Stavins[15]提出排放权交易制度有八个因素:总量控制、配额分配、排污许可、交易市场、市场定位、市场监督、政治、法律规范,还研究了交易成本,成本的高低会影响交易市场的正常运行。华志芹[16]以碳交易市场为研究对象,将自然资本的有限供给与市场对其无限需求为最大的外部性问题,从政治市场,产权市场,有效商品市场三级市场结构,系统分析碳交易市场构建的经济有效性。比照一般商品市场的框架体系从供给,需求,价值,价格,竞争等方面对碳交易市场的形成进行经济解释,揭示二氧化碳交易市场构建的不可或缺的市场要素。Tim Laing 和 Misato Sato[17]对欧盟碳交易市场的减排成效研究表明,碳排放交易体系的构建和评估还应包括对低碳技术投资具有带动效应和对企业产品价格变化和经济的影响评估。冯晓莹[18]以基于“公平博弈”模型构建了国际碳交易市场的有效市场模型,即若碳价格服从鞅过程,并运用蛛网模型、不完全信息静态博弈模型以及交易成本理论对欧盟碳排放权交易市场进行有效性的量化分析。
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第 3 章 配额分配模式和方法....14
3.1 无偿分配模式和方法........14
3.1.1 无偿分配模式 .... 14
3.1.2 无偿分配方法 .... 15
3.2 有偿分配模式和方法........16
3.4 本章小结........29
第 4 章 发电机组负荷与煤耗的研究............30
4.1 锅炉负荷和煤耗的关系....30
4.2 汽机负荷和煤耗的关系....32
4.3 负荷变化煤耗曲线拟合方法......33
4.4 亚临界机组负荷变化煤耗拟合曲线....37
4.5 超超临界机组负荷变化煤耗拟合曲线..........40
第 5 章 考虑发电机组负荷变化的配额分配策略............43
5.1 配额分配基本原则............43
5.2 配额分配的策略研究........43
5.3 配额分配策略检验............45
 
第 5 章 考虑发电机组负荷变化的配额分配策略
 
5.1 配额分配基本原则
配额分配是要在效率原则与公平原则的基础上实现总体的对立和统一。效率原则是指控排企业可以按照碳排放交易市场建立的初衷利用市场机制实现减排和资源优化配置,而公平原则是指不同控排企业获得的初始排放配额都是合理的,不会出现过大的配额剩余或缺口。减排效果原则是配额初始分配政策,乃至碳排放交易市场的核心考量因素。从宏观层面看,开展碳排放权交易的目的是实现控排和减排,合理的配额分配政策是激发企业自主开展减排工作的基础,只有保证公平合理的政策引导性,对低碳型企业进行鼓励,对高耗能企业进行惩罚,才能保证减排效果的实现。配额配额分配是碳交易体系政策中的核心,无论采用无偿模式还是有偿模式分配配额,分配模式和方法的选择将直接影响碳排放交易市场的运行效率和减排结果。从理论层面分析,通过公开拍卖的有偿模式分配配额会更加公平合理,分配效率也会更高,欧美等发达国家也在实践中采用了此方法对配额进行有偿分配。但是,碳排放权交易对于我国政府而言是一个全新的领域,无论是政策制定者还是各地区政府仍处于摸索和学习阶段,在人员配备不足且专业知识相对薄弱的客观情况下,管理方式也更倾向以简单粗暴的行政命令方式对碳市场进行干预。尽管碳交易机制自身是通过市场机制解决环境问题,但政府在整个产业运行中发挥着至关重要的作用。因此,如在碳排放权交易初期采用公开拍卖的有偿模式分配配额会使我国政府面临一系列的挑战,例如拍卖方式的选择,拍卖资金的使用等。因此,以无偿模式发放配额更为合适。
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结论
 
从各国建立碳排放权交易体系的实践经验可以看出,碳市场制度建设和完善是确保碳市场平稳运行的基础。在明确排放配额产权,且可合理和高效分配配额的基础上,碳排放权将成为一种可交易、易规范、有价格的环境衍生交易产品。通过开展碳排放权交易,市场机制在碳排放资源配置中发挥了优化作用,并激励企业采取有效措施对自身碳排放进行控制,对碳排放总量的下降起到了积极作用。从制度建设层面看,初始配额分配模式和方法已成为了建设碳市场工作的焦点和核心问题,其对碳排放权配额供求,市场价格、运行效率和减排效果等关键因素都将直接产生影响。目前,从“五市两省”地区开展碳交易试点工作看,受区域间经济社会发展,各行业技术水平,各企业排放水平等诸多因素影响,我国各碳交易试点地区初始配额分配问题已然成为难点问题,部分试点地区也已暴露出了因配额分配不合理导致的市场供求失衡和价格失真的现象,特别是在宏观经济下行、社会用电量大幅减少的背景下,机组负荷大幅下降,度电煤耗大幅上升,无论采用祖父法、历史排放强度法或行业基准线法都无法在公平有效的基础上合理分配电力行业排放配额。为了避免出现欧盟碳排放市场已经出现的配额超发问题,本文提出了一套基于发电机组负荷变化的配额分配策略,根据机组负荷变化情况可动态调整配额发放量,从而有效缓解配额发放不公平、不合理的情况,该方法可对我国碳排放交易市场配额分配政策的制定起到借鉴意义。但是,本文在研究过程中也存在着不足,第一是受发电机组负荷和供电煤耗数据的时效性影响,对于火电企业的数据分析主要集中在某一特定历史时期,所采用的数据具有一定的滞后性。第二是受发电机组运行数据来源的局限性影响,发电机组负荷和煤耗曲线的拟合分析主要集中在某一电厂的超超临界和亚临界机组,具有一定的局限性,无法有效反应总体样本水平。最后是本文在篇幅有限的前提下,主要定性和定量分析了电力行业机组不同负荷条件下供电煤耗变化对碳排放权初始配额分配方法的影响,及其对机组和火电企业的影响,而对于交易机制、分配程序、定价理论等内容的涉及较少。
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参考文献(略)