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1、基于电力市场的中国CCS商业运营模式及仿真研究梁大鹏(哈尔滨工业大学 经济与管理学院,黑龙江 哈尔滨150001)摘 要:本文以电力企业为核心分析了CO2的价值链构成,并在CO2价值链的基础上,运用一般均衡模型设计了CCS的商业运营模式。在一般均衡模型的基础上,本文运用系统动力学的方法对商业运营系统了仿真模拟。根据模型及仿真结果,提出碳排放税的制定、煤电联动、CDM支持CCS和存储地的类型确认是中国以商业化模式推广CCS最关键的4个方面。关键词:CCS;价值链;运营模式;系统动力学中图分类号:F270 文献标识码:A 文章编号:1002-9753(2009)02-0151-13Research
2、 on CCS CommercialM odel and Its Systematic Si mulationin China Based on ElectricityMarketL I ANG Da-peng(School of Econom ics and M anagem ent,Harbin Institute of Technology,Harbin150001,China)Abstract:On the basis of analyzing the carbon dioxide value chain,this paper designs a CCS commercial oper
3、ation sys2tem with the general equilibrium model(GEM).On the base of GE M,this papermakes the simulation of the commer2cial system of CCSwith the method of system dynamics.According to the result,the tax of CO2 emission,electricitypricing depend on generation cost,CCS in CDM framework and qualified
4、storage sites are key factors for CCS commer2cial deployment in China.Key words:CCS;value chain;operation model;system dynamics 一、引言CCS(CO2Capture and Storage,CCS)系统是二氧化碳的采集运输和存储系统的总称。它同清洁能源的使用一同构成减少二氧化碳排放的主要手段。因为CCS系统阻止二氧化碳排放到大气环境中,所以效果等同于减少二氧化碳的排放。CCS的技术优势是在减排过程中不用对现行的能源结构做出显著调整,从而减小了经济波动。然而,对于CCS
5、系统的推广面临着很多的障碍,其中大规模推广所需要的政策和监管体系是最重要的。如果一个完善的监管框架没有建立起来,即使目前二氧化碳的采集技术、运输技术和存储技术都已经达到可以运用的程度,大规模运用的整合系统还需要长时间的等待。对于CCS的研究目前集中在两条主线,第一条主线是对CCS的成本的研究。S.Julio Friedma2nn等从二氧化碳存储地的地质评估角度分析了进行地质评估的低成本方法1。Keigo Akimoto等对 收稿日期:2008-10-20 修回日期:2009-01-20基金项目:黑龙江省自然基金项目(QC08C72);哈尔滨工业大学科研创新基金(HIT.NSR IF.2008.
6、59)作者简介:梁大鹏(1974-),男,山东栖霞人,哈尔滨工业大学经济与管理学院工商管理系,副教授,工商管理系副主任,博士。研究方向:能源经济、可持续发展、技术管理。151理论 方法与案例 基于电力市场的中国CCS商业运营模式及仿真研究二氧化碳注入地下这一存储方法的成本进行预测,得到存储成本主要依赖于运输距离和单口井的存储率2。与之相似的,Edward S.Rubin等人研究了不同的三类电力企业的二氧化碳的采集成本,得到IGCC电站的CCS运行成本低于其他两类电站的成本的结论3。第二条主线是对CCS的民众接受度的研究。通常采用调查的方式,调查可能参与CCS的群体对于CCS的态度。这也是CCS
7、的监管和政策制定的一个重要依据。Simon Shack2ley等人调查了英国的投资者对于CCS的态度,结果显示一般的调查者认为CCS的激励应该同对可再生能源的激励水平相同,但是环境非政府组织对CCS却没有对能源领域那么高的关注度4。同样,Klaas van Alphen等人也对荷兰的投资人进行了调查,所有的调查结果显示对CCS存在问题的关注并没有掩盖CCS是解决气候变化的一部分的事实,然而,如果没有什么行动,目前由不同的投资人和媒体所渲染的CCS负面影响还将继续保持下去5。以上这两个主线的研究为CCS推广的政策制定提供了依据。除此之外,作为有效推广CCS系统的必要条件,一个完善的商业运营模式也
8、是必不可少的。根据EU Technology Platform ZEFFPP的第四工作组的Making Carbon Capture and StorageHappen in Europe:Markets,Policy and Regulation研究报告,未来的CCS应该是同天然气以及电网相似的网络结构,在这个基础网络中,二氧化碳从发电企业经过运输部门传输到封存地,因此,整个网络的运行就可以参照天然气以及电力网络的模式来运行6。同时,CCS的推广需要越来越多的企业参与,而在初始阶段,由于过高的成本和技术的不确定性,包括政府激励在内的一切激励手段都应该被调动起来。所以我们可以认为,CCS的未来
9、目标是建立一个完整的商业化运作网络,而这个网络的基础是二氧化碳的价值链,以及围绕这个价值链而构建的商业运营模式。从现有的研究资料看,对于CCS系统全面推广的商业运营模式方面的研究很少,特别是在商业运营过程中,参与成员所承担的经济职能以及相互之间的内在经济联系的研究更是缺乏。本文正是在以上两个研究主线基础上,分析了二氧化碳的价值链的构成,并在二氧化碳价值链的基础上,设计了电力公司的CCS商业运营模式。对商业模式中的电力企业、CCS运营商、二氧化碳存储商(存储地)3个主要成员,本文运用企业行为经济模型揭示了各自的经济属性以及影响因素,从而为政策制定者提供了未来CCS在中国的推广过程所需要的制度保证
10、和市场条件。二、CO2的价值链研究CCS的商业模式,必然要先明确CO2的价值链。我们认为CO2不是废物,而是生产系统的副产品。挖掘二氧化碳的利用价值,抑制其对环境的危害性是CCS系统的根本目标。CO2的价值链由二氧化碳的不同形态阶段所构成。具体可以划分成4个阶段,即二氧化碳的来源阶段、二氧化碳的采集阶段、二氧化碳的处理阶段和二氧化碳的使用阶段(表1)。表1CO2的价值链构成来源采集处理运输存储使用产业:化工行业 石油行业 钢铁行业 发电行业 矿物制品行业 造纸行业后燃烧:化学吸收 物理吸收 薄膜 低温除碳酸富氧燃烧液化压缩提纯海运汽运管道海底地下应用:EORECBMEGROFF 饮料 转化成有
11、机物251中国软科学2009年第2期 在二氧化碳的来源阶段,化学品生产、油气开采、钢铁制造、发电和矿物制品生产以及造纸是二氧化碳产生最主要的产业。在这些行业中,可以采取不同的方法采集二氧化碳,经过采集的二氧化碳浓度要达到一定的标准才能够进行处理。采集好的二氧化碳要经过液化、压缩提纯等手段实现能够运输和应用的目标。然后经过海运、气运和管道运输的方式从采集地运输到存储地或者使用部门。一般的存储地为海底和地下。目前对二氧化碳的使用主要集中在石油和煤炭开采业,这些行业把二氧化碳作为增加产量的工具。此外,饮料和化工行业也是二氧化碳主要的使用行业,二氧化碳在这些行业中可以作为原材料使用。在二氧化碳价值链的
12、不同阶段,其经济属性和所有权是不同的。在最初的形态,二氧化碳是以原始形态存在的,它可能是在生产加工过程中直接释放出来的原始形态,也可能是生产过程中形成的副产品。它属于最初的产业部门,所以采集过程也是在这些行业中进行。这些产业部门包括化工行业、石油行业、钢铁行业、发电行业、矿物制品行业、造纸行业等,其中发电行业是最大的来源产业。如果依托于发电行业的商业运营模式,在其他行业中应该也能够推广采用。所以本文的研究主要集中在发电企业。在产业部门中存在的二氧化碳要想在CCS系统中交易转换,首先要经过采集环节。这个环节主要在来源产业中进行,采用的具体技术包括3个方法,即后燃烧、前燃烧和富氧燃烧。后燃烧主要是
13、要把二氧化碳从燃烧产生的废气中分离出来。这个系统不仅仅能够应用在新建电站中,也可以在现有电站中进行改造。前燃烧系统能够把初级燃料进行转换反应从而产生分离的二氧化碳和氢气。这个系统不仅仅能用在电站,也能够作为向氢经济转换的燃料积累。富氧燃烧系统是利用氧气来替代空气进行燃烧,通过富氧燃烧能够产生H2O和CO2,因此能够轻易地在水蒸气被浓缩以后采集二氧化碳。对二氧化碳的处理可以采用液化、压缩、提纯的方式,以形成容易转移的二氧化碳。然后通过海运、汽车运输和管道的方式运输。运输到目的地之后,进行储存,目前比较可行的存储地主要是地下存储和海地存储。除了存储,二氧化碳还可以作为原材料或者生产工具在不同的产业
14、部门得到使用,目前可以看到的使用方式主要包括:EOR、ECBM、EGR、Oil Field Fracing(油井压裂,OFF)、饮料、转化成有机物。正如其他商品一样,CO2的实用价值体现在CO2作为投入物所创造的价值。然而,这样的价值难以支持CCS系统的运作。CCS的价值则体现在两个方面,一个是挖掘CO2使用价值的价值,另一个是降低CO2的温室效应的价值。对于第一个价值,比较容易测定。然而第二种价值确实非常难以估测。在整个价值链上,加之有溢出的环节,主要包括CO2的采集过程的溢出,运输过程的溢出,制作商品的溢出,和存储过程的溢出和存储之后的泄漏。三、基于电力产业的CCS商业运营模式按照二氧化碳
15、流和资金流的形成过程,我们可以构建基于电力产业的CCS的商业运营模式(图1),在这个模式中,二氧化碳的产生和采集环节发生在电站企业。电站首先要对二氧化碳的排放承担义务,由政府制定标准收取排放税。在这个标准下,如果电站的排放超标,它有两个选择:一是在碳交易市场上购买排放CERs,二是向政府交纳高额的排放税。通过权衡,企业会考虑在内部安装二氧化碳的采集系统,并对现有系统做出改造。在CCS系统内部的二氧化碳是作为商品,不用缴纳排放税。这样对于电站所要做出的投入就是用于减排的改造投资,同时,作为二氧化碳价值的始点,电站向CCS运营商销售二氧化碳的同时向CCS运营商收取一定的费用。这也是电站进行减排改造
16、投资的一个利润点。作为另一个利润点,电站可以在电价中加入减排的成分,按照比例提高部分的电价。这部分增长的电价用来弥补清洁发电的成本。这部分增加的费用将由电网公司承担,并最终由电网公司的上网电价提高从最终电力消费者那里获得部分补偿。作为二氧化碳的使用者,他们在消耗二氧化碳的同时可以获得政府一定程度的补351理论 方法与案例 基于电力市场的中国CCS商业运营模式及仿真研究贴。同时可以在碳交易市场上出售二氧化碳的消耗量。图1CCS系统的商业运营模式CCS的运营商,主要负责二氧化碳的运输过程。就如同电力网络的运行一样,它的利润点来自于两个部分,一部分是对二氧化碳的使用者来说属于销售二氧化碳商品,所以可
17、以以一定的价格销售。同时对于二氧化碳的存储商来说,既然属于政府的部门,那么传输二氧化碳的过程就要收取相应的服务费。如果从价值流的角度来考察整个价值链上的二氧化碳的运动,可以看出,整个价值链上发生的价值变化包括:发电成本的增加(Celec),通过CDM获得的CERs价格(Pcers),上网电价的增加(Pelec),终端电价的增加(Pgrid),电站的排放税(Tem ission),CCS运营商的运行成本(Ctrans),CCS运营商的二氧化碳销售价格(Pm arket),二氧化碳使用企业的销售价格(Pproduct),二氧化碳存储地的政府补贴(SUBsto),二氧化碳存储地的注入成本(Csto)
18、,减排的国民经济收益(EPem ission)。如果采用生命周期评价方法(LCA),整个价值链平衡式为:a1elec+a2Ctrans+a3Csto+a4Tem ission=a5Pproduct+a6Pcers+a7Pgrid+a8SUBsto电站企业价值链平衡式为:b1Celec+b2Tem ission=b3Pcers+b4Pelec电网公司价值链平衡式为:c1Pelec=c2PgridCCS运营商价值链平衡式为:d1Ctrans=d2Pm arket二氧化碳使用企业价值链平衡式为:e1Pm arket=e2Pproduct二氧化碳存储地价值链平衡式为:f1Csto=f2SUBsto政府
19、价值链平衡式为:g1SUBsto=g2EPem ission+g3Tem ission电站做出决策的依据是投资、运行成本和发电销售价格,电网公司的决策依据是售电价格和购入发电价格,CCS运营商的决策依据是基础设施投资、运行成本和二氧化碳销售价格,二氧化碳使用者的决策依据是二氧化碳的购入成本、产品的销售价格、从政府获得的补贴和从碳交易市场获得的价格,二氧化碳存储商(存储地)的决策依据是投资、政府补贴、运行成本和碳交易市场价格,政府的决策依据是公众愿意为二氧化碳减排所承担的费用。四、系统成员的经济属性分析(一)电站(Power Station/PS)二氧化碳采集投资为Icapture(元/kW),
20、二氧化碳采集设备的投资和运行成本是Ccapture(元/kWh),每千瓦时产生的二氧化碳数量表示发电的清洁度,表示为ec=Qem issionQelec,每千瓦时采集的二氧化碳数量为r=QcaptureQelec,排放税的税率为t(元/tCO2),向CCS运营上出售的二氧化碳价格为Pco2(元/t CO2)。电价为Pelec,由于电价的上涨,电网公司会做出不同的反应,这里假设,电网公司对购入的电量同电价的上涨成反比,即Qele=aPelec-b,b1,b为发电企业的价格弹性,因为这里的电力需求量不是终端需求,而是发电企业向电网公司销售的电量,目前中国市场的电网资源独占性决定了电网公司具有对发电
21、企业的选择权,所以可以通过产品替代来实现需求弹性大于1。发电企业可用于改造投资的自有资金为Ieleccapital,可获得的借款资金为Ielecloan,借款的利率为i,在交易市场上的CERs价格为Pcers。这样我们就能把发电企业用如下模型描绘出来。企业利润最大化目标函数为:451中国软科学2009年第2期S=Pco2rQele+PelecQele-Ielecloani-CcaptureQele-(ec-r)Qelect=Pco2r+Pelec-Ccapture-(ec-r)taPelec-b-Ielecloani(1)约束条件是:PcersQco2+Ieleccapital+Ieleclo
22、anIcapture(2)tPco2r+Pelecec(3)0 Pc1(4)对电价求导,可以得到利润为零时:dSdPelec=aPelec-b-abPelec-b-1 Pco2r+Pelec-Ccapture-(ec-r)t=0利润最大化的电价为:Pelec3=(ec-r)t+Pco2r-Ccapture1b-1=(ec-r)t+Ccapture-Pco2r1-1b(5)在这样的电价水平下,发电企业愿意采集的CO2数量为:Qcapture=rQele=ar(ec-r)t+Ccapture-Pco2r1-1b-b(6)通过模型我们可以看到电站作为CCS参与者的一些经济属性。1.经营目标 作为二氧
23、化碳价值链的起点,电站对CCS系统的接受程度直接影响到CCS的价值链的正常运行。电站CCS的动力来自于内在追求利润的动力。然而,目前中国电站不用承担减排的义务,所以二氧化碳排放成本为零,也就是不满足 约 束(3)的 条 件。如 果t=0或 者t0(13)Ishare+IloanIkeep(14)如果对二氧化碳的消耗量求导,则得到利润最大化时的存储商二氧化碳的需求量Q3m arket满足方程:PproductMN1eQ3m arket/N=Pm arket+A(B-Q3m arket)2(15)这里,我们有理由认为Q3m arketB。这是因为依据B的假设,如果Q3m arketB,那么存储二氧
24、化碳的成本将趋向于+。此时Q3m arketB,若存在满足上述方程,我们可以认为这代表了存储商利润达到最小值,而这并不是我们希望得到的。由于无法得到方程(15)代数解的表达式,因此,此处运用定性的方法来考虑模型。考虑除Pproduct、Q3m arket外的其他因素都不变的情况下,Pproduct增大的情形。肯定的是Q3m arket必然改变,不妨假设其变小,那么方程(15)左边将变大而方程右边变小,产生矛盾,因此我们得到结论,其他条件不变地时候,若Pproduct增大,那么Q3m arket也会增大。考虑除Pm arket、Q3m arket外的其他因素都不变的情况下,若Pm arket增大
25、的情形。那么肯定的是Q3m arket也同样必然改变。不妨假设其变大,那么方程(15)左边将变小而方程右边变大,产生矛盾,因此我们得到结论,其他条件不变地时候,若Pm arket增大,那么Q3use将减小。同样地,其他条件不变的时候,可以得到M、B与Q3use有正向关系而A与Q3use有负向关系的结论。如果存储地的购入成本为Sgov=QgovPgov,二氧化碳存储地的注入成本Csto,政府的补贴额为SUBsto,减排的国民经济收益(EPem ission),存储地的收益为S。则根据分类假设,存储地的运营方式一定为:maxEPem ission(16)约束条件是:S=SUBsto-Qgov3Pg
26、ov-Csto=0(17)1.经营目标 CCS的存储商或存储地作为二氧化碳价值链终端的重要组成部分,其对CCS系统的正常运行发挥着至关重要的作用。如上所述,存储商以追求其利润最大化的目标,实际上,对二氧化碳的存储是企业生产活动的一部分;并且我们要求存储商的利润必须满足约束条件(12)和(13)用以确定其身份,否则,若条件(12)不满足,那么存储商可以考虑将所购得二氧化碳再出售而扮演运营商的角色;同样地,若条件(13)不满足,那么存储商可以向政府申请补贴按照存储地的方式来运营。存储地本质上是政府为全体居民的福利而建立的组织,所以其目标是尽量增大其外部经济性。同时,存储地可以由附加目标,提高全民的
27、环保意识以支持政府在存储二氧化碳项目中增加财政预算,另外,还可以协助存储商开发二氧化碳的商业价值以缓解政府的补贴负担。851中国软科学2009年第2期2.实现途径 根据模型,实现CCS存储商的利润最大化,会受到其固有常数N、二氧化碳运营商的报价Pmarket、增产产品的市场价格Pproduct、增产产品的极限量M、存储二氧化碳的成本函数中A和存储二氧化碳的极限值B等诸多因素影响。由于短期内,与之相关的生产、存储技术一般来说不会发生太大变化,所以与存储商的利润最大化联系更为密切的变量为二氧化碳运营商的报价Pmarket、增产产品的市场价格Pproduct。特别是,当Pproduct增加、Pmar
28、ket减少时,为了实现利润最大化,存储商将增加二氧化碳的消耗量Qmarket。另外,当存储商在追求自身利益的同时也创造了消耗二氧化碳的外部收益让政府搭了便车,由于这一原因,存储商可以在与政府的合作中可以更大地谋求政策、资金等方面的支持。存储地由于其特殊的性质与目标,可以依靠政府丰富的资源以获得更先进的技术以创造外部收益,同样地,它可以依靠政府在各方面丰富的资源去协助存储商研发高效的二氧化碳的利用技术,以最大程度开发二氧化碳的商业价值;也可以做到广泛宣传,借以提高居民的减排意识和二氧化碳等废气的危害意识,最终为政府的决策给予民意上的帮助。3.风险 存储商(存储地)面临的风险同样地主要有3个方面:
29、技术风险、市场风险和合约风险。在技术上,存储商目前已经拥有可行的方法,例如EOR、CO2-ECBM等实现一定的经济效益,然而诸如此类方法,其研发费用或引进费用也是巨大的。一些方法因此也面临着实际环境的复杂而前期估计不足导致成本过高使得企业入不敷出造成项目的失败。对于存储地来说,由于其特殊性质,上述问题造成的风险较小。然而,两类存储终端都面临着同样重要的风险,即技术的成熟度与安全性。目前,如何保证存储的技术安全性也就是二氧化碳泄漏的损失最小是一个十分严肃的问题。若二氧化碳泄漏,那么这一切减排的措施也就没有了意义。在市场中,存储商作为市场中独立的组织不可避免地受到市场波动的影响。特别是当Pfirs
30、t、Pm arket发生变化时,存储商将不得不重新考虑收益与成本的关系之后做出新的决策。对于存储地,由于其政府补贴性质其受到市场的冲击较小。合约风险是指存储商与其产品需求方之间以及存储商和存储地与政府之间合约的变化。存储商作为独立的市场组织,它必须面对产品市场状况的多变而承受一定的风险而这种风险有可能使得存储商的利润最大化目标失败。此外,较大的合约风险源于政府的评估小组可能的失误,有可能导致存储商的贷款和存储地的补贴与理想值发生偏离,使得约束条件(14)、(17)不成立而造成存储商或存储地的经营目标失败。五、CCS商业运营系统模型仿真以上模型显示,在CCS系统中存在着8个反馈环(图2)。其中,
31、政府向发电企业和存储地进行补贴,从而引起理论二氧化碳数量(即按照现有技术,可能排放的二氧化碳数量)的变化,理论二氧化碳能够通过电站对二氧化碳采集、排放权转让或者交纳排放税后直接排放来实现。这样就形成了左边的4个负反馈环。在因果图的右侧,政府向运营商和存储商进行补贴,从而分别使得运营商和存储商的运营和二氧化碳使用能力的提高,进而提高到二氧化碳的采集量而减少二氧化碳的排放量,同样的原理,就形成了右侧的2个正反馈环和2个负反馈坏。整个系统正是在这样的一个正负反馈的作用下实现了整体的均衡态。本文将政府补贴中影响电站采集技术和存储地的二氧化碳存储技术的投资称为第一类投资,相应的技术水平成为第一类技术;政
32、府补贴中影响运营商二氧化碳运输技术和存储商的二氧化碳使用技术的投资称为第二类投资,相应的技术水平成为第二类技术。根据因果图和总体均衡模型,本文描述出整个CCS运营系统的流图(图3)。在图3中,存在7个水平变量,分别是发电企业利润、运营商利润、存储商利润和存储地利润和二氧化碳减排能力、运营能力以及利用能力。根据各自水平变量所相关的影响因素,可以确定其他11个速率变量和64个辅助变量或常数。951理论 方法与案例 基于电力市场的中国CCS商业运营模式及仿真研究图2CCS系统商业运营模式中的因果图图3CCS产业系统运营模式流图 这7个水平变量中,利润水平变量由相应的进入的年净收入和漏出的年再投资的速
33、率变量所决定。技术能力水平变量则受到各成员的投资的速率变量影响,即二氧化碳减排能力的技术输入,运营能力的技术输入和利用能力的技术输入。主要外部变量包括碳税税率、补贴电价、CERs061中国软科学2009年第2期价格、发电量、终端需求额、补贴系数、投资系数、二氧化碳价格决定系数、CERs开发系数和投资换算系数。其中碳税税率、补贴电价主要影响着发电企业的减排意愿;CERs价格影响着发电企业改造后的收入水平;而发电量影响电力企业的年收入、理论二氧化碳数量以及单位采集成本;终端需求额影响到存储商的二氧化碳需求量和收入;补贴系数反映政府补助的倾斜程度;投资系数影响各成员再投资的意愿;二氧化碳价格决定系数
34、影响二氧化碳市场的价格;CERs开发系数影响CERs的出售量;投资换算系数影响投资对技术水平的贡献度。参照国际碳交易市场和我国电力市场数据,在本文仿真过程中,这些外部变量的赋值如表2。本文把电站定义为中等规模的IGCC电站。运用Vensi m软件对建立起的模型进行仿真,连续仿真50年,间隔为一年,模型通过了model check和unit check两项检验。仿真结果显示为图4和图5。结果显示,系统中各成员的收入从第30年开始趋于稳态,这意味着系统均衡。图5表示系统中二氧化碳流随着系统的运行的状态,一方面存储商由于技术进步以及终端需求的增加会增加其对二氧化碳的需求,如曲线3所示。因此,二氧化碳
35、的采集量将越来越大,如曲线2所示;另一方面,理论二氧化碳数量由于技术的进步将逐渐减少直至一个稳态值,这是技术进步对每单位发电量释放二氧化碳数量的影响的极限值,如图5曲线1所示。二氧化碳的采集量与二氧化碳的排放量之和为理论二氧化碳数量,所以二氧化碳的采集量将达到理论二氧化碳的稳态值而二氧化碳的排放量将逐渐减少到零。曲线3与曲线4的和为二氧化碳的采集量,因此,作为单纯追求减排二氧化碳增加社会福利的存储地,其二氧化碳需求则不断减少,如图5中曲线4所示。表2 主要的外部变亮赋值外部变量名称数值碳税税率50/t补贴电价0.03/kwhCERs价格Random Nor mal(10,15,12.5,1,0
36、)/t发电量Random Nor mal(450000,500000,0)kwh/Year终端需求额Random Nor mal(90000,110000,10)/Year发电企业与运营商间二氧化碳价格决定系数0.01运营商与存储商间二氧化碳价格决定系数0.05运营商与存储地间二氧化碳价格决定系数0.05图4CCS系统各成员累积收入图161理论 方法与案例 基于电力市场的中国CCS商业运营模式及仿真研究图5CCS系统中CO2流量图 由图4和图5的运行结果来看,当系统运行至存储地需求量减少为零的时刻,也就是所采集的二氧化碳已经全部由存储商所消耗的时候,系统进入稳定状态,在这种情况下,系统各经济成
37、员将完全按照市场化的规则来进行运作,系统状态由发电企业、运营商和存储商3个经济主体的市场化行为所决定。这就证明了按照一般均衡模型建立起来的商业化CCS推广系统稳态的存在。六、政策建议本文研究了基于电力产业的CCS商业运营模式,这种模式是未来CCS大规模推广的最可能的方式。我们的研究结果显示,在中国推广CCS面临着以下制度问题:1.碳排放税的制定 作为二氧化碳的采集者,电站投资CCS的直接动力来自于碳排放税。然而,目前中国的电站企业没有减排义务,所以在模型中t为零,这样就使得电站的模型中利润最大化的目标发生扭曲,所以制定碳税是中国推广CCS的最根本制度。芬兰、瑞典、挪威、荷兰、丹麦在上世纪90年
38、初就开始征收碳税,意大利、德国、英国、法国也开始征收碳税,其中意大利的能源税是最高的。目前在中国,对是否征收碳税存在很大争议,认为不宜征收碳税的理由是征收碳税会降低企业的竞争力,增加电力企业的成本,会对中国经济产生0.1%到0.4%的负面影响8,限制排放在中国将主要通过有关能效、可再生能源发展等政策得到实施9。本文认为,碳税征收势在必行,理由如下:首先,太阳能、风能等清洁能源在中国的能源结构中的比例很低,难以支撑整个国民经济的能源需求;其次,目前中国正在积极规划发展核能,但是核能的废料处理使得社会成本过高,长期来看,将导致非常严重的废料处理问题;作为基础来源,煤炭在中国将长期处于支柱地位,如果
39、不征收碳税,任何针对煤炭消耗所采取的减排手段的效力都会打折扣。征收碳税的作用有两个,一是促使企业采取清洁发电的方式来降低污染,减少二氧化碳的排放;二是政府增加的税收可以作为转移支付用于那些采用CCS系统的成员的补贴。当然,征收碳税应该设定不同的情境,以化石燃料的含炭量,燃烧后产生的二氧化碳排放量作为课税标的、并在不同行业依次征收,税率可以采取级差税率。这样就会降低碳税对整个国民经济的冲击。2.煤电联动 根据发电企业的经济模型,提高上网电价是消化减排成本的重要途径。目前,中国只有脱硫的电站可以在电价中加上补偿价格,对于脱碳或者采集碳的电站价格中还没有包含成本增加的部分。如果电站有电价的制定权利,
40、那么就可以根据采集成本、排放税以及采集效率和CCS系统中261中国软科学2009年第2期的二氧化碳交易价格制定自己的电价,这将会从正面激励发电企业采用CCS。不久前,发改委允许将山西省、内蒙古自治区内部分上网电价分别调整为每千瓦时0.298元和0.297元(不含脱硫加价)。这次提价就是发改委对调研电价改革的一次尝试。由于清洁发电的成本要比传统发电成本高很多,统一定价将导致清洁发电积极性降低,这也包括了对CCS的采用。另外,煤电联动有利于扩大清洁发电的电价空间。3.CDM支持CCS 根据我们的商业模式以及约束模型,发电企业可以通过清洁发展机制(CleanDevelopmentMechanism,
41、CDM)为CCS项目筹措资金。CDM规定发达国家通过提供资金和技术的方式,与发展中国家开展项目级的合作,通过项目所实现“可核证减排量(Certified Emission Reduc2tions,简称CERs)”,用于发达国家缔约方完成其京都议定书减排承诺,因此能够部分解决CCS前期投入的资金瓶颈问题。目前,对于CDM与CCS的合并存在制度上的障碍,那就是CDM是针对二氧化碳绝对量减少的一种弹性机制,而CCS只是减少了进入大气空间中的二氧化碳数量,所以二氧化碳总量并没有产生影响,在这样的情况下,如何采用CDM来获得支持资金需要在全球范围内达成共识,并形成统一的制度安排。例如,CDM项目参与方如
42、何对项目进行分析和研究,并按照参与国政府的有关要求,完成项目设计文件(PDD),如何确定基准线、计入期、监测方法、排放量的计算、环境影响等要素,以及独立的审定机构(DOE)如何根据PDD和国家批准证明对项目活动进行独立评估等内容。只有具备了这些统一的安排才能够利用CDM机制来为CCS融资。4.存储地的类型确认 地质数据的独占性造成存储地类型的确认难度。地质数据的状况决定了二氧化碳存储地的选择,以及运营商的运输成本和存储地的存储成本。现实中,这些地质数据往往掌握在一些油气公司的手中,因此,最可行的办法就是由油气公司来承担存储地的职能。然而从CCS的发展阶段看,在推广初期,第二类存储地应该具有更重
43、要的作用。如果油气公司以第二类存储地的身份获得政府的补贴,同时将部分二氧化碳用于增产的EOR项目,这就会对政府的财政支持产生“挤出效应”。因此,对存储地的类型确认,或者说对二氧化碳的用途确认是政府要承担起来的重要职责。为此,政府应该成立专门的地质调查机构,提前进行数据采集工作。同时要和油气公司进行沟通,获取必要的数据。并借鉴CDM政府审查的方式成立专门的二氧化碳审计小组,在二氧化碳整个生命周期进行二氧化碳的用途审计,保证各项资金的专项应用。参考文献:1S Julio Friedmann,James J Dooley,Her mann Held,Ott marEdenhofer.The Low
44、Cost of Geological Assess ment for Under2ground CO2Storage:Policy and Economic I mplications J.En2ergy Conversion andManagement,2006,(47):1894-1901.2Keigo Akimoto,Masato Takagi,Toshimasa Tomoda.Eco2nomic Evaluation of the Geological Storage of CO2Consideringthe Scale of Economy J.InternationalJourna
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