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1、 辽宁工业大学 硕 士 学 位 论 文 基于系统动力学污水初始排放权定价研究 专 业 : 管理科学与工程 研 究 生 : 杨林姣 指导教师 : 王丽娜 副教授 辽宁工业大学 管理学院 二一六年三月 Master Thesis Study on Emission Right Pricing Based on System Dynamics Speciality: Management Science and Engineering Candidate: YANG Lin-jiao Supervisor: Associate Professor WANG Li-na Liaoning Univer
2、sity of Technology Jinzhou, 121001, China March 2016 摘要 辽 宁 工业大学硕士学位论文 I 摘 要 丧失任何功能的劣 类水质比例逐年上升，面对水环境污染的严峻形势，由京都 议定书提出的排放权交易机制作为一种有效且低成本治理和控制污染的工具先后被许 多国家和组织提上议程。目前排放权交易市场迅速扩大，特别是欧盟排放权交易机制 （ ETS），有望在 2020 年超过石油市场，成为全球第一大交易市场。 虽然发达国家排放权交易机制日渐成熟，但目前我国排放权交易还处于试点阶段，排 放权交易机制还不完善，特别是水污染排放权交易机制，而污水初始排放权定价又
3、是排放 权交易的关键，文章对比目前广泛采用的初始排放权定价方法，创新性地选择系统动力学 方法并结合重置成本法进行污水初始排放权定价研究。 文章主体内容包括系统动力学模型的构建和模型的实际应用。在构建系统动力学模型 时，首先根据所研究的问题确定了水资源子系统、人口子系统、经济子系统、社会子系统 四个子系统，根据这四个子系统画出污水初始排放权定价的系统动力学流程图，然后辨析 各变量之间的关系确定变量方程，其次是依据历史数据、文件规定等合理途径进行参数设 计，最后在模型检验通过的情况下进行仿真分析。在实证部分，将污水初始排放权定价模 型应用到辽宁地区，运用 Vensim PLE 软件仿真出辽宁 20
4、13 2018 年污水初始排放权价格， 仿真结果显 示辽宁省 2013 年污水初始排放权价格为 2005.22 元 /吨，而且近几年辽宁省污 水初始排放权价格将呈现非线性增长趋势。并根据辽宁未来的可能发展趋势设计了人口增 长型、经济增长型、技术提高型、投资增加型以及综合型五种方案，从变化率和弹性系数 角度比较分析各方案的污水初始排放权价格变化情况，发现污水处理业的固定资产增加， 污水初始排放权价格上升，增长的幅度很小，而无论是人口增长率提高，还是经济增长加 快或是污水处理技术提高都会使得污水初始排放权价格下降，下降的幅度微小。最后依据 行业系数对辽宁四个不同行 业污水初始排放权价格进行分析。在
5、文章结尾部分，基于模型 仿真的结果提出了五点建议。 综上，本文主要进行了污水初始排放权定价研究，创新性的运用了系统动力学结合重 置成本法进行污水初始排放权定价，为污水初始排放权定价提供可参考的方法，同时由于 系统动力学没有严格的假设条件同样适用于其他污染物初始排放权定价。 关键词：排放权；系统动力学；重置成本法；化学需氧量；排放权交易；排放权定价 Abstract 辽 宁 工业大学硕士学位论文 II Abstract The proportion of loss of any function of substandard water rises year by year, in the fa
6、ce of the serious situation of water pollution, emissions trading mechanism put forward by the Kyoto protocol as an effective and low cost management tool has been to many countries and organizations on the agenda. At present the emissions trading market expands fast, especially the Europe emissions
7、 trading system (ETS), the emissions trading market is expected to be bigger than the oil market to 2020, and to be the worlds largest market. Although developed countries emissions trading mechanism becomes more mature, but at present emissions trading in our country is still in the pilot phase and
8、 emissions trading mechanism is not consummate, especially the water pollution emissions trading mechanism. Sewage initial emission rights pricing is the key of the emissions trading, comparison of the current widely used methods of initial emission rights pricing, the system dynamics method combine
9、d with the replacement cost method is selected for sewage initial emission rights pricing research. The article main content includes the construction of the system dynamics model and the practical application of the model. When the system dynamics model is builded, first of all, the water resources
10、 subsystem, population subsystem, economic subsystem, social subsystem is identified based on the research question. Then according to the four subsystems a flow chart of sewage initial emission rights pricing is drawed, and the relation between the variables is analyzed to identify variables equati
11、ons. The second, based on historical data, documents and other reasonable approach, the parameters are designed. Finally the model results are analyzed after passing the model test. In the empirical part, the sewage initial emission rights pricing model is applied to Liaoning region, using Vensim PL
12、E software to simulate the sewage price of initial emission rights in Liaoning province from 2013 to 2018, it is found that sewage initial emission rights price is 2005.22 yuan/ton in 2013 in Liaoning, and the price will present nonlinear growth trend in recent years. Based on the future possible de
13、velopment trend of Liaoning, five projects of population growth type, economic growth type, technology growth type, investment growth type and comprehensive are designed, and various schemes of sewage initial emission rights price change from the perspective of rate and elastic coefficient are analy
14、zed. It is noticed that the sewage treatment industry fixed assets increase, sewage initial emission rights price rise, and the extent of growth is very small, but whether its population growth rate, or the economic growth or sewage treatment technology improved, the price will be down, and the size
15、 is also small. Finally according to the coefficient of industry, sewage initial emission rights price of four different industries are analyzed. In the epilogue part, it puts forward five suggestions based on the results of the simulation. Abstract 辽 宁 工业大学硕士学位论文 3 In conclusion, the sewage initial
16、 emission rights pricing is studied in this paper, system dynamics in combination with the replacement cost method is employed to sewage initial emission rights pricing. These studies provide reference sewage initial emission rights pricing method, due to the conditions of system dynamics is not str
17、ictly, it also can be applied on other pollutants to initial emission rights pricing. Key words: emission rights; system dynamics; replacement cost method; chemical oxygen demand; emissions trading; emission rights pricing 4 目录 辽 宁 工业大学硕士学位论文 目 录 摘 要 . I Abstract .II 1 绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 研究目的及意
18、义 . 2 1.3 国内外研究概况 . 3 1.3.1 国内研究概况 . 3 1.3.2 国外研究概况 . 5 1.3.3 国内外研究述评 . 6 1.4 研究内容、方法及技术路线 . 7 1.4.1 研究内容 . 7 1.4.2 研究方法 . 8 1.4.3 技术路线 . 9 1.5 创新点 . 9 2 相关理论概述 . 11 2.1 系统动力学方法 . 11 2.1.1 系统动力学基本原理 . 11 2.1.2 系统动力学形成与发展 . 11 2.1.3 系统动力学建模流程 . 12 2.2 排放权相关理论与方法 . 14 2.2.1 排放权经济溯源 . 14 2.2.2 排放权基础理论
19、. 16 2.2.3 排放权定价方法 . 18 2.3 本章小结 . 20 3 污水初始排放权定价模型构建 . 21 3.1 模型子系统的确定 . 21 3.1.1 水资源子系统 . 21 3.1.2 人口子系统 . 21 3.1.3 经济子系统 . 23 3.1.4 社会子系统 . 23 3.2 系统动力学流程图绘制 . 24 3.3 模型变量说明 . 26 3.4 系统动力学变量方程 . 27 3.5 模型参数设计 . 27 5 目录 辽 宁 工业大学硕士学位论文 3.6 本章小结 . 29 4 基于系统动力学污水初始排放权定价实证研究 . 30 4.1 辽宁污水排放、处理现状以及排放权交
20、易现状 . 30 4.1.1 辽宁污水排放现状 . 30 4.1.2 辽宁污水处理现状 . 31 4.1.3 辽宁排放权交易现状 . 33 4.2 辽宁污水初始排放权定价 . 35 4.2.1 数据来源与说明 . 35 4.2.2 Vensim 软件简介 . 35 4.2.3 系统动力学模型检验 . 36 4.2.4 系统动力学模型仿真结果分析 . 38 4.3 辽宁不同行业污水初始排放权价格分析 . 47 4.3.1 造纸及纸制品业 . 48 4.3.2 皮革工业 . 49 4.3.3 医药制造业 . 49 4.3.4 化学原料和化学制品制造业 . 50 4.4 本章小结 . 51 5 基于
21、污水初始排放权定价模型仿真结果的建议 . 52 5.1 合理制定污水初始排放权使用年限 . 52 5.2 不同行业污水初始排放权价格应有差异 . 52 5.3 不同地区污水初始排放权价格应有差异 . 53 5.4 随着年份的增加根据未来形势应微调污水初始排放权价格 . 53 5.5 降低污水处理总成本应加快推进污水排放权交易及大力倡导节水 . 53 5.6 本章小结 . 54 6 研究结论与展望 . 55 6.1 研究结论 . 55 6.2 研究展望 . 55 参考文献 . 57 攻读硕士期间发表学术论文情况 . 61 致 谢 . 62 附录 关于模型说明 . 63 1 绪论 辽 宁 工业大学
22、硕士学位论文 1 1 绪论 1.1 研究背景 进入 21 世纪，积极迈进现代化的进程中，水污染、持续雾霾、酸雨等环境污染问 题越来越凸显，工业化发展带来物质丰裕，同时也让人类面临环境高污染的困境，水污 染已成为最严重的环境问题之一，水污染主要有自然污染和人为污染两类，而人为污染 是水体功能恶化的罪魁祸首。早在 20 世纪中叶日本就曾发生过两起水环境人为污染致 人死亡的严重事故：水俣病和痛痛病事件。其中水俣病事件中造成 60 人死亡， 283 人中 毒，主要原因是附近的化肥厂将大量含有汞的污水排入水俣湾，造成鱼中毒，人们食用 了这些中毒的鱼之后产生汞中毒；几乎在同一段时间日本富山县又发生了水污染
23、致人死 亡事件（痛痛病事件），由于附近的电镀厂、蓄电池制造厂及熔接工厂排放的工业废水 未经适当处理，流入神通川流域造成镉中毒。水环境污染血的教训使人们意识到以经济 为中心的发展战略下环境治理和环境保护的重要性和迫切性。世界卫生组织调 查发现 80%的疾病与饮用水安全直接相关，水污染不仅危害生命健康而且阻碍经济发展，由于 水体功能破坏造成的 “ 水质性缺水 ” 已成为工业发展的瓶颈。我国作为高速发展的发展 中国家，在坚持经济建设为中心的基本国策以来，高能耗高污染的粗放型经济增长方式 使得墨汁河、牛奶河、机油河层出不穷，水污染问题日益严重。截止 2013 年底，全国 排放污水达 69544000
24、万吨，化学需氧量排放 2352.70 万吨，江河流域水质日益下降，作 为十大水系之一的海河污染最为严重，丧失任何使用功能和环境功能的劣 类水质断面 比例高达 39.1%， 以上水质断面比例为 60.9%，地下水的监测点水质优良的仅为 10.4%， 监测点水质较差和极差占 59.6%。 面临全球水污染的严峻形势，如何治理污水排放，如何有效控制水体中污染物排放 量以及污染物的浓度是目前众多领域研究的热门课题。基于目前的环境恶化现状，京 都议定书（ Kyoto Protocol）制定了三种污染物减排机制：排放权交易机制（ Emissions Trading System）、联合履行（ Joint I
25、mplementation）、清洁发展机制（ Clean Development Mechanism），其中联合履行、清洁发展机制主要限制温室气体（包括水汽、二氧化碳、 氧化亚氮、甲烷）的排放，对于水污染控制主要采用排放权交易机制 1。排放权是依法 享有的具有限制性的排放污水的权利，目前排污企业获得这种排放权利主要有初始分 配、转让、拍卖等几种方式。水污染物的排放权交易（ pollution rights trading）是基于对 水环境容量总量的控制为前提，采取限制性排污的措施。排放权交易机制在考虑环境资 源承载力的前提下并综合当前环境及经济形势，遵循 “ 谁污染、谁付费 ” 的原则的一种
26、量化环境管理措施，由于其污染治理成本低、实践效果好、具有灵活性等优势逐渐成为 一种各国广泛采用的治理污染的政策工具 2。排放权灵活性体现在，一是当企业的治污 成本高于购买排放权费用时，企业选择购买排放权，当购买排放权所需费用大于治污成 1 绪论 辽 宁 工业大学硕士学位论文 2 本时，企业选择自己治理；二是当企业购买的排放权剩余时可以将剩余的排放权转让给 需要的排污企业，使资源合理利用；三是排放权交易的参与主体可以根据自身需要和对 未来排放权交易前景的预期进行排放权的存储（ Banking）和借贷（ Borrowing）。 国际上排放权交易日趋市场化，欧盟在第一阶段（ 2005 2007）拍卖
27、配额至多为 5%， 到了第二阶段（ 2008 2012）将允许排放的 10%用于拍卖，第三阶段（ 2012 ）规定电 力行业的配额全部拍卖，其中碳排放权交易最为活跃，据世界银行统计 2010 年全球碳 排放交易额已实现 1419 亿美元，预计 2020 年全球排放权交易额达到 3.5 万亿美元将超 过石油市场成为第一大交易市场。我国截止 2015 年第一季度末，碳排放累计成交 2000 万吨，成交额累计 13 亿。排放权交易从上世纪 80 年代已逐渐进入中国市场，从 2007 年来中国共开展了 11 个实施排放权交易和有偿使用试点，包括江苏、浙江、湖南、湖 北、河南、河北、山西、陕西、内蒙古自
28、治区、天津、重庆，几乎每个试点地区都进行 了化学需要量排放权交易。在反映水体受污染程度时一般选用化学需氧量指标，化学需 氧量（ chemical oxygen demand ， COD）是运用如分光光度法、高猛酸钾法、重铬酸盐 法等化学方法等测定受污染水体中氧化还原性物质的量。 1987 年上海闽行区开展水污染 排放权交易，到 2008 年共交易 37 笔，金额达到 1391 万，是国内最早的化学需氧量排 放权交易试点。截止 2013 年底排放权交易金额达到近 10.5 亿元人民币，有偿使用金额 近 20 亿元人民币。虽然排放权交易试点取得了一些成绩，但由于没有统一合理的排放 权定价方法，各地区排放权初始分配价格和交易价格存在显著差异，如山西省 COD 排 放权价格达到 2.9 万元 /吨，而内蒙古自治区