基于电力协调监管的燃煤发电企业碳减排市场组合设计理论与实践

发布时间：2020-06-12 15:15

【摘要】：2007年末,联合国气候变化大会(UNFCCC)在印尼通过巴厘岛路线图,加快了全球低碳经济的步伐。2009年12月UNFCCC通过哥本哈根协议以及2010年末的坎昆协定,进一步增强了发展中国家燃煤发电企业碳减排的紧迫感和责任感。2009年11月,我国政府承诺到2020年单位GDP的温室气体排放量在2005年基础上减少40%-45%。电力产业作为我国国民经济中最大的二氧化碳排放部门,目前占总排放量的38.76%,且仍然呈增长态势。而我国电能生产又以燃煤发电为主。显然,作为负责任大国,应对气候变化,减少温室气体排放,对燃煤发电企业是责无旁贷的。因此,研究在保证国民经济发展所需电力的前提下,发挥市场对资源配置的基础性作用,促进发电商公平、公开竞争,达到有效激励发电商减少碳排放的目的,具有较大的现实意义。本文旨在从理论上探讨我国在应对气候变化背景下,针对燃煤发电企业的碳减排问题,研究如何把排放权市场和批发电力市场结合起来,设计出一种在保证国民经济发展的电力需求前提下,既能够实现市场对资源的优化配置,又能有效激励发电商减少碳排放的减排市场组合。为此,本文设计了以下主要研究内容: (1)对电力市场、排放权市场等相关概念进行界定;在此基础上,对国内外燃煤发电企业碳减排的实践进行比较全面的回顾。归纳出其成功经验和不足,提炼出本文所要解决的关键问题。 (2)为解决上述问题,需要把涉及燃煤发电企业碳减排的相关规制工具、电力市场、排放权市场协调起来,纳入到一个复杂系统。从理论上,主要涉及电力协调监管模式、激励性机制设计理论、供给函数均衡理论(SFE)的综合运用。因此,本文需要对他们的研究动态及其在燃煤发电企业碳减排中的应用进行综述。 (3)结合国内外燃煤发电企业碳减排实践中存在的问题、成功经验,运用上述理论,在电力协调监管模式指导下,设计基于电力协调监管的燃煤发电企业碳减排市场组合。 (4)针对新市场组合下,初始排放权和电能生产配置,分别建立发电商在初始排放权市场和批发电力市场中进行序贯决策的数学模型。对模型进行求解,分析发电商在两个市场中进行量价决策的主要特征,并对市场均衡进行精炼,得到各自的精炼纳什均衡。 (5)针对初始排放权市场,建立目前国外普遍采用的总量控制下的免费分配初始排放权的检验模型;针对批发电力市场,建立统一价格竞价(MCP)方式下,引入排放权成本的检验模型。运用数值仿真方法,对新市场组合进行有效性检验。通过对上述内容的研究,本文得到的主要结论有: (1)国外燃煤发电企业碳减排的成功经验主要有:通过多种减排工具并存来降低排放权的需求弹性;建立可监测、可报告、可核证的碳交易配套制度;排放权市场在一定程度上促进了电力市场的优胜劣汰功能。同时,国外燃煤发电企业碳减排还存在以下问题:碳价波动过大;免费分配初始排放权带来碳价偏低、碳价大量转嫁到电价之中、以及发电商利用排放权要素获取暴利;排放权不可储存引致发电商对减排的激励不足;各种减排工具、以及碳减排市场与电力市场还不够协调。借鉴国外的实践,我国燃煤发电企业在设计碳减排市场时可以考虑:逐步建立政府规制下的分级分类减排市场,最终向建立全国统一碳减排市场过渡;设计多种减排工具,使之协调运行;目标电力市场与排放权市场相协调;逐步建立碳管理与审计的配套制度;改造现有燃煤电厂以减少碳排放。 (2)我国电力市场化改革中采取的优化电源结构、提高发电技术、采用洁净煤技术、降低供电标准煤耗、CDM项目交易、以及鼓励控制CO2的产生和回收处理等政策措施已经带来了一定的碳减排效果。同时,我国燃煤发电企业还存在协调地运用各种监管手段来激励发电商减排还有待改进;协调地运用市场手段来激励发电商减排还做得不够;高效节能、低碳的燃煤发电技术的研发和推广、CCS技术的引进吸收,还需要相应的激励机制来推动等问题。 (3)运用激励性机制设计理论和供给函数均衡理论,设计了基于电力协调监管的燃煤发电企业碳减排市场组合。新市场组合把本文所要解决的关键问题转化为“电力监管者——环境监管者——发电商在初始排放权市场进行排放权数量和价格决策(结合排放权二级市场)——环境监管者确定中标决定——发电商在批发电力市场进行上网电量数量和价格决策(结合排放权二级市场)——电力监管者确定中标决定和环境监管者组织排放权二级市场清算”的动态过程。该过程构成一个排放权市场和电力市场条件下的经济调度模型。模型分为发电商在初始排放权市场和批发电力市场进行量价决策两个动态环节,并通过排放权二级市场、电力监管、环境监管把两个市场耦合起来,保证了机制的可行性。发电商在两个市场的决策都以本阶段能够获得的私人信息和公开信息为基础,以期望利润最大化为目标,以数量和价格作为两个相对独立的决策变量,给发电商以尽可能大的自由度来应对信息不对称和不确定性等复杂形势下的竞争,可以较好地满足激励性机制设计的个人理性和激励相容性。 (4)针对初始排放权配置和电能生产配置,分别建立了发电商在初始排放权市场和批发电力市场进行序贯决策的随机参数线性规划决策模型。得到发电商对排放权的最优需求函数和对电能生产的最优供给函数,结合相应的市场供给函数和需求函数,运用临界价格区间(ECPR)和均衡向量空间(EVS)精炼规则,获得了两个市场的精炼纳什均衡。实现了排放权和电能生产在发电商之间的优化配置,可以在保证国民经济所需电力的前提下,激励发电商有效减少碳排放。新市场组合下,各发电商在两个市场中的申报数量和价格都呈明显的序列关系,两个市场的精炼纳什均衡在市场出清价格和均衡数量分配方面也具有明显的特征。这些特征共同表明,排放权将以较低的价格优先配置给具有经营优势的发电商;批发电力市场能够在保证国民经济所需电力的前提下,将发电量优先配置给这些发电商。 (5)针对初始排放权配置,运用数值仿真方法,验证了初始排放权市场中发电商申报数量和价格的序列关系、以及市场均衡主要特征的存在性;同时,通过与检验模型对比,得到初始排放权市场可以在给定上网电量下,只需要相对较少的排放权供给量。与此同时,本文针对新市场组合下的电能生产配置,通过仿真分析,验证了批发电力市场中发电商申报数量和价格的主要特征、以及市场均衡主要特征的存在性。同时,通过与相应的检验模型对比,得到新市场组合可以把碳价向电价的转嫁程度控制在合理范围内,较好地抑制发电商利用排放权来获取暴利;并且给定上网电量,新市场组合可以有效地降低燃煤发电企业的碳排放水平。本文的主要特色和创新之处表现在: 第一,考虑排放权作为有偿生产要素,构建了电力市场和排放权市场条件下的经济调度模型;针对初始排放权和电能生产配置,构建了数量和价格都不确定的序贯决策的随机参数线性规划数学模型。丰富了激励性机制设计理论对个人理性和激励相容性的研究,扩展了该理论在燃煤发电企业碳减排中的应用。第二,从成本函数、容量、排放强度、厂自用电率四个方面放松了供给函数均衡模型的对称发电商假设,建立了碳排放权市场和批发电力市场的两阶段供给函数均衡模型,运用ECPR和EVS两个精炼规则简化了均衡的求解过程,增强了该理论的实用性,有利于把该理论扩展到燃煤发电企业碳减排方面的应用。第三,新市场组合设计补充了目前国内外碳减排市场在免费分配排放权、碳价波动过大、碳价转嫁、发电商利用排放权获取暴利、排放权市场与电力市场不够协调等不足,可以有效地激励发电商在保证国民经济所需电力的前提下减少碳排放。因此,本文设计的基于电力协调监管的燃煤发电企业碳减排市场组合,可以在保证国民经济所需电力前提下,协调地发挥排放权市场和批发电力市场对资源配置的基础性作用,促进发电商公平、公开竞争,激励发电商降低碳排放强度、厂自用电率、单位发电量期望燃料成本,内化减排成本,改善经营优势,有效减少碳排放,推动经济——电能——环境的协调发展。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：F426.61;X322

【参考文献】