上海社会科学院生态与可持续发展研究所孙可哿助理研究员、周冯琦研究员、刘新宇副研究员在Energy期刊2024年第9期发表题为《碳市场对中国发电行业技术进步的影响研究——基于能源转型视角》（Study on the impact of emission trading scheme on technological progress of power generation sector in China: A perspective from energy transition）的论文。文章聚焦气候变化政策工具对电力部门能源绿色低碳转型的阶段性影响，通过在超越对数生产函数中按发电技术类型分解部门，分析碳市场对中国发电部门的中性和有偏技术进步影响，进而基于中国碳市场试点实施的准自然实验、利用双重差分与合成控制法分析碳市场引起不同发电技术之间有偏技术进步发生的原因。结果表明，碳市场试点政策通过带来中国发电行业的中性技术进步、火电机组容量利用率下降、激励火电行业发电机组升级和煤耗率下降，为绿色能源转型做出了贡献。尽管中国发电部门呈现风光可再生能源替代火力发电的趋势，但没有证据表明碳市场试点政策促成了这一趋势。相反，碳市场试点政策在初期阶段对可变可再生能源领域的创新存在一定抑制作用，对传统化石能源发电领域的创新则没有显著影响。政府部门需要采取有效措施强化碳市场政策通过支持可变可再生能源部门的创新和扩张实现能源转型目标。
一、研究背景
绿色能源转型在减少碳排放和应对气候变化问题方面发挥着至关重要的作用。尽管由于可再生能源部署对备用化石能源设施的投资和需求增加，短期内可能会引起碳排放增加，但从长远来看，由于技术创新和可再生能源替代化石能源，碳排放总量将趋于下降。在从有机能源向化石能源过渡的历史阶段，新能源利用技术的发明、化石能源相对价格的降低、工业革命和经济增长等因素是转型的主要驱动力。然而，在当前从化石能源向可再生能源过渡的阶段，环境和气候政策发挥着最重要的作用。
随着气候变化问题的加剧，中国为实现碳减排和绿色能源转型目标做出了持续努力。碳排放权交易制度是减少碳排放的有效市场机制。2011年10月，中国国家发展和改革委员会（NDRC）宣布在7个试点省市建立碳排放交易市场。自2013年以来，碳市场已在深圳、上海、北京、广东、天津、湖北和重庆正式启动。2016年12月，福建也启动了碳排放权交易市场(ETS)。随着ETS试点的发展和经验积累，中国自2017年以来着手建立涵盖发电行业的全国碳排放权交易市场，该市场覆盖了中国工业部门主要部分的碳排放。
随着碳市场对中国电力行业的全面覆盖，其对中国电力行业绿色转型的影响不容忽视。ETS可能从两种相反的路径影响电力行业的绿色转型。一方面，碳排放权交易体系形成的碳价增加了火电行业的相对成本，从而导致可再生能源行业取代了火电行业，从而促进了能源绿色转型。正如希克斯曾经指出，技术进步旨在节约使用相对昂贵的要素。此外，Acemoglu等人还证明，碳税能够将技术创新导向“清洁投入部门”，从而在不破坏环境质量的情况下实现经济增长。其背后的原因是，“市场规模效应”和“价格效应”两个因素决定了技术进步的方向。在没有任何政策干预的情况下，“市场规模效应”将引导创新发生于初始规模大、生产率高的传统“肮脏投入部门”，这可以为企业家带来比小规模的“清洁投入部门”更多的利润。然而，当碳税的干预增加了“肮脏投入部门”的相对成本时，“价格效应”将把创新导向了“清洁投入部门”。由于对经济发展的负面影响有待评估，碳税尚未在中国实施，但碳市场形成的碳价与碳税具有相同作用，都相当于对企业征收碳排放税。另一方面，ETS可能会激励较为清洁的火力发电行业的相对扩张。长期以来，中国在国民经济和社会发展五年计划中一直提倡以清洁高效的方式利用煤炭，以建立一个现代化的能源体系。2021年10月，中国国家发展和改革委员会（NDRC）和国家能源局（NEA）宣布在全国范围内实施燃煤发电机组改造升级计划，以节约能源、减少碳排放和提高灵活性。虽然改造将提高中国火力发电的能源效率，但也会导致固定资产投资和要素投入的大幅增加。
本研究主要关注三个问题。首先，ETS试点政策是否会引起中国电力行业整体生产效率的中性提高？其次，ETS试点政策带来了不同发电技术之间怎样的有偏技术进步效应，它是否直接促进了风能和太阳能对火电的替代？第三，有偏技术进步效应发生背后的发生机制是什么？本研究通过使用中国发电行业2006年至2020年的省级面板数据，在超越对数成本函数中按照发电技术将电力部门分解为火力发电（煤炭、石油和天然气）、可变可再生能源发电（风能和太阳能）和其他电力（核能、水力和生物质能等）。进而利用双重差分法（DID）和合成控制法（SCM）进一步检验了导致不同发电技术之间有偏技术进步的发生机制。
二、理论框架与数据分析
在现有文献中，通常基于由资本、劳动力和能源等要素投入组成的标准超越对数成本函数的估计来检验不同影响来源影响因素的中性技术进步和有偏技术进步效应。本文根据发电技术类别，而非传统要素种类，在一个超越对数函数中分解中国发电行业，以分析ETS对火电、可变可再生能源和其他发电行业技术进步的影响。模型中包括火力发电（煤炭、石油和天然气）、可变可再生能源（风能和太阳能）发电和其他电力（水力、核能和生物质能）三个部门。图1展示了ETS对火力发电行业的影响的中性技术进步和有偏技术进步发生机制。中性技术进步导致不同技术发电部门的同比例变化，反映了总要素生产率的提升；有偏技术进步则带来不同技术发电部门的非同比例变化，意味着相对规模的变化、或某个部门要素的相对密集使用。在分析ETS的技术进步效应时，本文也在模型中同时控制了外商直接投资、研发投入、随时间积累的经验对技术进步效应的影响。
图1 碳市场对发电部门技术进步的影响机制
从数据统计描述来看，近年来中国电力部门呈现了可变可再生能源替代火力发电的显著趋势。如图2所示，ETS试点和非试点地区的火力发电比例随着时间的推移而下降，而两组的可变可再生能源发电比例都随着时间的推移而上升。此外，与非试点地区相比，试点地区的火力发电和可变可再生能源发电占比都较低；非试点地区火力发电比例下降、可变可再生能源发电比例上升的趋势比试点地区更为明显。
图2 试点和非试点地区的火电、可变可再生能源发电比重
三、结论与政策建议
本文在一个超越对数生产函数中将中国发电部门按发电技术进行分解，分析了ETS试点政策对发电行业中性和有偏技术进步的影响，并进一步研究了ETS政策带来发电行业的技术进步和绿色转型的影响机制。结果表明，ETS试点政策对中国发电行业产生了中性技术进步效应，但从有偏技术进步角度来看，ETS偏向于增加火电行业的要素投入，带来了火电部门的转型成本增加。进一步的分析表明，2014年至2020年间，ETS政策主要通过增加投资和促进火电行业发电机组升级来引导中国的绿色能源转型。尽管可变可再生能源部门的创新偏向于降低成本和提高该部门的成本效率，但它不是ETS政策引起有偏技术进步的中介作用。
尽管结果模型表明，中国正在通过可变可再生能源部门的相对规模扩张进行绿色能源转型，但没有证据表明ETS试点政策偏向于支持该部门的创新和扩张。ETS主要通过在政策冲击后立即减少火电机组的使用并在几年后降低火电煤耗率来促进绿色能源转型，而不是促进可变可再生能源部门的投资和创新。一方面，ETS试点政策似乎促进了火电行业的新增产能，特别是对于那些平均碳价相对较低的试点地区。由于排放配额是按历史排放量和强度分配的，这些地区可能存在通过扩大当前的火力发电规模，从而能够在未来碳价高企时获得更多的免费配额的动机。另一方面，ETS在碳价较高的试点省份抑制了可变可再生能源行业的绿色创新。进一步的分析表明，ETS对可变可再生能源行业绿色创新的抑制作用主要发生在试点省份由于管制而降低火力发电机组利用、导致发电行业承受利润亏损的情况下。
因此，有必要更好地发挥ETS政策，通过促进技术进步、激励发电部门绿色技术创新，促进风能和太阳能对化石能源发电的替代作用。基于以上分析，本文提出以下几点政策建议。首先，有必要更好地设计碳市场的初始配额分配方式和交易机制，以避免发生企业可能存在的投机动机。碳市场配额应逐步从基于历史排放量和强度的免费分配方式过渡到基于拍卖或固定价格的有偿分配。其次，在碳市场建设的同时，有必要推进电力市场化定价和交易机制的深入改革，这将有助于发电企业将碳排放成本转嫁给下游终端用户，从而为企业投资风险更大的清洁能源行业和绿色创新提供更大盈利空间。第三，加快完善可再生能源配额制，与碳排放交易机制相互配合，支持风电、太阳能发电等可变可再生能源的扩张，单一的碳市场可能只会对可变可再生能源行业产生间接影响，而可再生能源支持政策的配合能够对其产生更为直接的影响。
（孙可哿，上海社会科学院生态与可持续发展研究所助理研究员
周冯琦，上海社会科学院生态与可持续发展研究所所长、研究员
刘新宇，上海社会科学院生态与可持续发展研究所副研究员）