碳税政策对我国电力系统碳减排的影响分析

王文娟

(复旦大学，上海 200433)

碳税政策对我国电力系统碳减排的影响分析

王文娟

(复旦大学，上海 200433)

碳税通常被认为是成本有效的碳减排政策工具。本文利用综合资源规划评价模型，对我国电力系统在碳税征收情景下的碳减排影响进行了分析。研究显示，碳税政策不仅实现了二氧化碳排放量减少的政策目标，同时还促进了电力系统技术和燃料结构的低碳化发展。

碳税;电力系统;碳减排

1 引言

在低碳经济的时代背景下，世界上已有丹麦、芬兰、荷兰、挪威和瑞典五个北欧国家实施了碳税或能源税政策。我国国家发改委和财政部组织的碳税专题组经调研，也已于2010年上半年形成了“中国碳税税制框架设计”专题报告。此外，专题组相关专家还在公开会议上表示，我国碳税比较合适的推出时间是2012年前后。而在此消息传出之前，法国政府刚刚宣布原预计2010年推出的碳税方案将被搁置。这一系列事件再次引发了公众及学术界对碳税政策实施的可行性和有效性的热议。

目前，国内外对碳税政策的研究多基于CGE模型等政策分析工具对宏观经济影响进行分析讨论。如Creedy和Sleeman（2006）研究了碳税对新西兰消费品价格和社会福利的影响；Lee（2008）分析了碳税和排污权交易对不同工业部门的经济影响；国内学者王灿等（2005）的研究表明，碳税影响主要作用在能源部门，有助于能源使用效率的提高，但对经济增长和就业有负面影响；张明文等（2009）构建了基于省际面板数据的计量模型，证明征收碳税能提高我国大部分地区的经济规模；张明喜（2010）建立了我国开征碳税的CGE 模型，并对我国碳税征收情况下的国家整体经济进行了研究等。总的来说，现有研究多是针对宏观经济影响的分析，大多数学者对于碳税政策的碳减排有效性影响持肯定态度，但具体到行业系统及企业的政策响应和定量分析较少涉及。企业作为重要的微观经济主体，同时也是国家推进碳减排目标实现的重要落实对象，对其进行政策分析十分必要。本文基于企业经济行为原则，分析碳税政策下的电力系统政策响应和碳减排有效性将有助于提供环境政策决策信息。

2 我国电力系统现状

中国电力行业在过去的十多年中发展迅猛，1990年全国装机容量仅为1.38亿kW，到2005年已经突破5亿大关，平均年增长率高达8.96%。据统计，全国超过75%的发电量来源于燃煤火电，电力部门每年消费的煤炭量占全国工业部门消费量的一半左右，电力系统产生的CO2超过全国总排放量的40%，造成了巨大的环境影响[1]。

电力系统作为社会经济发展的能源后盾，其低碳化转型战略直接关系到我国电源结构的低碳化程度。目前，我国政府已采取多项措施鼓励电力系统引进清洁生产技术促进低碳化转型，以减少燃煤引起的环境污染。但政府在遏制污染、保护环境的措施上仍主要依赖于行政推进而非市场激励，因此推进效果并不明显。企业低碳化转型难也与电力行业具有明显锁定效应有关。高能效、清洁的低碳发电技术设备造价高昂，企业低碳化转型往往需要投入大量成本进行设备改进，故而积极性不足。本文预设碳税政策情景作为市场激励条件，对电力系统的政策响应做分析评价，其结果对环境政策决策以及电力系统低碳化转型战略都有借鉴意义[2]。

3 研究方法及碳税情景预设

发展低碳电力是实现电力系统可持续发展的重要途径。引入低碳发电技术，改进电力系统燃料结构，降低对高碳能源的依存度，优化社会系统的电源结构。但由于发电机组往往具有较长的服役年限，电力行业具有明显锁定效应，因此在对电力系统进行相关研究时需要将评价期适当加长。本文采用亚洲理工学院开发的综合资源规划评价模型（IRPA）对中国电力系统未来15年内（评价期为2011-2025年）实施碳税后对低碳化发电技术的选择进行了分析，并对由此产生的碳减排效果进行评价。

研究采用的IRPA模型是一个最小成本线性规划的模型，根据外生的电力需求量、燃料价格、现有及备选电厂数据以及不同碳税税率，对现有的及备选的高能效和清洁技术按最小成本的原则进行优化选择后，得出电力部门未来的技术选择，并计算相应的污染气体排放量。其中，电力需求量是平衡状态下的电力需求量，是将电力价格变化在电力需求价格弹性曲线中进行多次反馈后得到的[3、4]。

本研究的基本流程如下图所示。

研究流程示意图

图中，对电力系统的发电技术选择最为关键。本研究对现有的传统发电技术和新型发电技术进行了归类筛选，主要按照其能源使用作为归类标准，以未来15年内具有较高的使用可行性为筛选标准，选定12种发电技术作为现有和备用技术。这12种技术包括：机组容量低于300MW的低参数燃煤机组、机组容量不低于300MW的高参数燃煤机组、超临界燃煤机组、燃油机组、燃气机组、天然气燃气轮机联合循环机组（NGCC）、煤气化燃气轮机联合循环机组（IGCC）、离网风力发电、太阳能发电、生物质气化发电、加压循环流化床机组（PFBC）以及核电，其中核电不作为可替换的备用技术[5、6]。

燃料价格选取市场价格为基准情景（不征收碳税情景）价格。在碳税征收情景下，燃烧化石燃料（煤、石油、天然气）的价格会上升，上升幅度取决于燃料的含碳质量分数。

研究中预设的情景包含基准情景和碳税征收情景。其中，基准情景是指没有对电力部门征收碳税；碳税征收包含6个不同情景，即征收不同税率的碳税，税率分别为5美元/tC、10美元/tC、25美元/tC、50美元/tC、100美元/tC及200美元/tC。

4 研究结果及分析

4.1 电力系统技术构成变化

在没有征收碳税或能源税时，电力系统中只有传统的煤电（包括部分超临界机组）、水电以及少部分核电、油电和气电，其中煤电占60%以上，水电占30%。随着碳税和能源税越来越大，传统煤电所占的比例逐渐减少（但超临界机组的比例基本保持不变），取而代之的是各种高能效技术和清洁技术，如NGCC、IGCC、PFBC、生物质能发电等。水电的比例随碳税税率的增加逐渐增大。当征收碳税情景下，在税率达到25美元/tC时，IGCC被电力系统选中，开始进入电力系统；当税率达到50美元/tC时，NGCC被选中；达到100美元/tC时，一部分风电进入电力系统；达到200美元/tC时，PFBC和生物质气化发电也同其他低碳发电技术一样被选中，而此时传统煤电机组所占比例已不到全部装机的20%；水电（包括抽水蓄能）的装机相比基准情景上升4%，达到34%。而太阳能发电由于成本较高，在设定的碳税税率为5～200美元/tC的情景下都没有被选中。

4.2 电力系统燃料结构变化

在不征收碳税的基准情景下，经IRPA模型分析得出电力系统燃料结构为：燃煤75.43%、石油1.73%、天然气0.28%、水电21.22%、可再生能源为0、核电为1.34%（由于核电不作为备选技术，故不分析其变化）。相对于不征收碳税的基准情景，随着碳税税率的增加，电力系统燃料结构也发生了变化（见表1）。随税率的提高，燃煤所占的比例逐渐小幅下降，当碳税税率增加到50美元/tC时，燃料结构中燃煤的比例下降11.47%。当碳税税率增大到200美元/tC时，燃煤比例的下降值达到15.47%，也就意味着燃煤在电力系统燃料结构中所占比率缩小到60%；天然气的比例由原先的接近零，上升到8.7%；可再生能源的比例由原先的零上升到4%；水电的比例上升2%，所占比率提高到23%。

表1 各碳税税率对应下的电力系统燃料结构变化

4.3 电力系统碳排放量变化

随碳税税率提高，电力系统碳排放变化见表2。

表2 各碳税税率对应下的电力系统CO2排放量变化

在对电力系统征收碳税的情景下，在税率为5和10美元/tC时，电力系统CO2排放质量分数几乎没有下降。分析其原因可能在于电力企业的污染排放与其发电技术息息相关，由于在10美元/tC以下的税率下，整个电力系统的技术构成基本没有发生变化，故造成此税率对应下的燃料结构及排放情况没有明显变化。当碳税税率达到25美元/tC以上时，CO2排放质量分数相比基准情景开始有显著下降。当征收200美元/tC的碳税时，CO2排放质量分数下降到了基准情景的75.89%，减排效果明显。同时，其他污染物如SO2等的排放也得到了有效控制。

5 结论

征收碳税的确可实现对电力系统碳减排的促进作用，主要原因为：1）碳税和能源税的征收使电力系统的技术和燃料构成向低碳、清洁的方向变化，由于技术的提升使得污染物排放减少；2）碳税的征收从客观上提高了发电成本，从而提升了电力的市场价格。在征收碳税税率从5～200美元/tC不断提高的情景下，相对基本情景电价分别有1.8%、3.4%、8.3%、15.8%、27.1%、48.2%的涨幅。同时根据市场供求原理，电力价格的上扬会减少对电力消费的需求，也有助于电力系统污染物排放量的减少。在碳税税率不同的情况下，由以上两方面原因造成污染物减排的影响份额也不同（见表3），当碳税税率不超过25美元/tC时，电力价格和需求的影响是导致排放量减少的主要因素，之后随着碳税税率的升高，技术和燃料构成的变化逐渐成为主导因素。

表3 各碳税税率对应下的电力系统结构变化和电力市场变化对CO2减排的影响份额

综上所述，碳税政策的推行可以有效减少碳排放及其他污染物的排放，实现环境保护的目的和碳减排目标。但为了实现上述目的，最少要征收25美元/tC左右的碳税。在此碳税税率下，会带来发电成本的提高，导致电价上涨8.3%，电力市场需求下降。从市场供求原理分析，电价的上升会抑制公众对电力的消费，这对于公众能源消费向节约型方向发展有较好的市场引导作用。

同时，碳税政策的推行还可以优化电力系统的技术结构和能源使用结构，使其系统结构向低碳化、清洁化方向发展。结合我国以煤炭为主的能源结构及目前电力系统的发展趋势来看，电力系统近期的主要目标仍是满足不断增长的电力消费需求，其以煤炭消耗为主的电力模式在短时间内还很难得到改变。本研究的分析结论佐证了碳税征收对电力系统的燃料结构低碳化有引导作用，为环境政策决策提供了信息。在本研究的情景分析中还可以看出，某些先进发电技术如被较早选中的煤气化联合循环、天然气联合循环等低碳技术，在相同政策条件下更具有成本竞争性。因而建议在电力系统低碳化发展的未来规划中可对此种技术给予优先考虑。另外，由于本研究对碳税政策的设计只选用了目前技术适用性和经济性较高的发电技术，未将核电和碳捕捉等技术讨论在内；且对燃料价格和电价需求弹性系数等数据的选择是基于2006年的数据，因此会对研究结果产生一定的影响，在今后的研究中有待于进一步完善。

[1] 中国统计局.中国统计年鉴[G]. 北京：中国统计出版社，2005.

[2] 林锐.低碳经济对我国电力企业的影响及应对[J]. 电力与电工， 2010（1）.

[3] Ram M. Shrestha， R.S.S.B.， Environmental and electricity planning implications of carbon tax and technological constraints in a developing country Original Research Article. Energy Policy，1998，7（26）: 527-533.

[4] Ram M. Shrestha， C.O.P.M.， Supply- and demand-side effects of carbon tax in the Indonesian power sector: an integrated resource planning analysis. Energy Policy， 1999, 4（27）: 185-194.

[5] 刘强，姜克隽，胡莲.碳税和能源税情景下的中国电力清洁技术选择[J]. 中国电力，2006, 39（9）.

[6] 严宏强，程钧培.发展中的中国火力发电装备[J]. 发电设备，2008（1）.

Impact of Carbon Taxes Policy Introduction on Carbon Emission Reduction in China’s Electric Power System

WANG Wen-juan
(Fudan University, Shanghai 200433, China)

Carbon taxes have been frequently advocated as a cost-effective instrument for reducing carbon emissions. The application of an integrated resource planning assessment model assesses the impact of carbon taxes on carbon emission reduction in electric power system. The primary simulation result shows that the carbon tax policy can not only improve the power generation structure, but also reduce carbon emissions in electric power industry.

carbon taxes; electric power system; carbon emission reduction

X32

A

1006-5377（2010）12-0017-04