欧盟碳配额市场与电力、能源市场联动效应分析

张泽明+严夏

摘要：本文使用向量误差修正模型研究了欧盟碳配额期货市场与电力、能源期货市场之间的联动效应，发现三者之间既存在长期协整关系，又存在短期引导关系；电力期货价格对碳配额期货价格、能源期货价格的冲击有正向反应，碳配额期货价格对能源期货价格的影响明显大于能源期货对碳配额期货价格的影响，碳配额期货价格对高峰电力期货价格的影响明显大于其对低谷电力期货价格的影响。

关键词：欧盟碳配额；向量误差修正模型；脉冲响应；期货市场；价格冲击

中图分类号：F205 文献标识码：A

为了应对全球气候变化问题，《京都议定书》规定工业化国家在2008年至2012年间将温室气体排放量在1990年的排放水平上削减52%。由于中国已经进入工业化中期阶段，处于能源需求的高峰期，在引入碳金融市场之后必然会对能源市场、特别是电力市场产生影响。中国于2002年8月正式签署《京都议定书》，尽管中国是全球最大的碳信用供应国，但中国却处在碳交易产业链的最低端，在碳定价上没有话语权。为了争夺碳配额的定价权，中国有必要培育和发展碳金融市场。

目前，欧盟碳排放交易体系EU ETS是全球碳市场的引领者，研究欧盟碳市场及其对电力市场的影响具有现实意义。在过去的5年里，已经有学者对欧洲市场碳价格对电力价格的影响进行大量的研究。如Sijm et al（2005，2006）运用最小二乘法（OLS）所做的研究，发现部分碳价格具有很强的传递性[1-2]。Linares、Smale等（2006）认为排放配额是电力生产商的一个生产成本因素[3-4]，EU ETS的出现导致了电价上涨。Honkatukia（2006）使用向量自回归法考察了芬兰市场中电价的长期变化和短期变化、天然气和煤炭价格、碳排放权价格之间的关系[5]，Bunn和Fezzi（2007）用相似的方法研究了英国天然气、电力和碳价格之间的联系，认为碳价格对天然气和电力价格有影响[6]。Zachmann和von Hirschhausen（2007）的研究发现碳价格对电力零售价格有影响，而且碳价格对电力价格的影响是不对称的，即碳价格的上涨对电力零售价格的影响比碳价格的下跌对电力零售价格的影响强[7]。通过研究电力零售价格和EUA价格之间的关系，Fell（2008）发现电价在短期内对碳价格的冲击有响应[8]。Chemarin et al（2008）使用EU ETS第一阶段的数据，研究了法国电力价格和碳价格以及美国天然气现货价格和英国石油价格之间的联系[9]。Kirat和Ahamada（2011）通过使用多元GARCH模型，研究了EU ETS对电力生产部门的影响[10]。但是，现存的很多研究文献的结果是冲突和不确定的，尚未发现学者对碳配额、电力和能源的衍生品市场进行研究。通过研究碳配额、电力和能源的期货市场之间的联动效应，本文通过协整检验和向量误差修正模型，对横跨全欧洲的碳市场对电力市场的影响试图做进一步研究。

一、数据来源与研究方法

欧盟国家现阶段用于电力生产的能源主要是煤炭和天然气，随着碳配额交易体系的建立，碳配额价格也是影响电价的重要因素。在EUA市场和电力市场的相互影响研究中需要考虑很多复杂的关系，煤炭价格、天然气价格和碳配额价格会影响电价。气候变量（如温度）也是影响电力价格的因素，电力需求和温度是一种V型关系，当温度极低或极高时电力需求就高。本文使用当前温度与历史温度之差，表示当前温度与正常温度之差，并研究这种差额对电价的影响。在国际金融危机之后，欧洲工业生产出现了复苏的迹象，电力需求自然也会提高，工业生产指数对电价也会有一定的影响。本文将温差和工业生产指数作为外生变量，将样本期选择在2009年1月2日至2010年12月31日；电力价格采用欧洲能源交易所推出的2011年交割的Phelix电力年度期货合约的日收盘价，分别包括负荷低谷时段和高峰时段两种价格，单位为欧元/兆瓦时；EUA价格采用2011年12月到期的期货合约，煤炭价格采用欧洲能源交易所推出的2011年交割的ARA煤炭年度期货合约日收盘价，单位为美元/吨，并采用欧洲中央银行公布的汇率调整为欧元/吨；天然气价格采用欧洲能源交易所推出的2011年交割的天然气期货价格，单位是欧元/兆瓦时；温度采用戴顿大学记载的德国慕尼黑每日大气温度来代替欧盟的天气情况，工业生产指数采用Tendance Carbone公布的工业生产指数。

本文使用的研究方法是向量误差修正模型（Vector Error Correction Model，简称VECM）。若yt=（y1t，y2t，…，ykt）′的分量之间存在协整，这就表明系统中的分量之间存在长期均衡关系，此时可以用向量误差修正模型来展示短期内各分量在偏离系统均衡状态时向均衡状态调整的速度，模型的方程如下：

Δyt=αecmt-1∑[DD（]p-1[]i=1[DD）]ΓiΔyt-i+Hxt+εt，t=1，2，…，T

上式中所包含的每个方程都是一个误差修正模型。ecmt-1=β′yt-1是误差修正项，表示yt中的分量之间的长期均衡关系，α为系数矩阵，反映的是当yt的分量之间的关系偏离长期均衡状态时，各分量在下一期向均衡状态的调整速度。因此，对存在协整关系的变量建立向量误差修正模型，可以同时研究变量之间的长期均衡关系和短期关系。

（一）数据检验

本文对各序列进行ADF单位根平稳性检验，所得结果如表1所示，由表1数据可知高峰电价、低谷电价，碳配额价格、煤炭价格、天然气价格都是不平稳的一阶单整序列，工业生产指数、温度差属于平稳时间序列。因此，工业生产指数和温度差应作为外生变量，根据数据的特征可以对其做协整检验。

本文的VAR模型如下：

Yt=A1Yt-1+…+ApYt-p+Hxt+εt，t=1，2，…，T

其中，Yt=（Elecpeakt，Elecbaset，EUA11Dect，ARA_Coalt，NCG_Gast）T，xt=（IPt，Tmpt_Devt）T。通过对此向量回归模型进行协整检验，根据AIC最小原则得出滞后阶数为2时进行协整检验较为合理，协整检验的结果如表2所示。从表2可知无论是电力价格、EUA价格，或是天然气价格和煤炭价格之间均存在协整关系。因此，可以建立误差修正模型。endprint

表2各市场变量协整检验结果

HypothesizedNo.of CE（s）[]Eigenvalue[]Trace Statistic[]0.05Critical Value[]Prob.

None[]0.114933[]112.8787[]76.97277[]0.0000

At most 1[]0.052180[]53.17558[]54.07904[]0.0601

（二）建立向量误差修正模型

电力价格、EUA价格、煤炭价格和天然气价格之间存在的是协整关系，符合建立向量误差修正模型的条件，对其建立模型：

Δyt=αECMt-1+∑[DD（]p-1[]i=1[DD）]ΓiΔyt-i+Hxt+εt，t=1，2，…，T

其中，yt=（Elecpeakt，Elecbaset，EUA11Dect，ARA_Coalt，NCG_Gast）T，xt=（IPt，Tmpt_Devt）T。关于电力市场、EUA市场、煤炭市场和天然气市场的向量误差模型的估计结果见表3和表4，从表3协整向量β的估计结果中的t统计量，可知各市场价格的长期关系是显著的，也就是说电力市场、EUA市场、煤炭市场和天然气市场之间具有显著的长期均衡关系。

由向量误差修正模型的结果可知高峰电价、低谷电价的误差修正项，调整系数在1%的显著性水平下显著，说明误差修正项对高峰电价和低谷电价具有解释能力。当系统偏离均衡状态时，误差修正项对下一期的价格调整有直接的影响。由于系数大于0，说明误差修正项对两个电力市场价格的变动有正向调整作用。另外，高峰电价的误差修正项的系数小于低谷电价的误差修正项系数，说明低谷电价对非均衡状态反应更为敏感，调整速度更快。

从短期来看，高峰电价、低谷电价受到工业生产指数的影响在1%水平下显著，温度差的影响均不显著。高峰电价受到煤炭价格和天然气价格的影响分别在5%和10%的水平下显著。2阶滞后EUA价格对高峰电价、低谷电价的影响在1%的水平下显著，低谷电价对EUA价格的影响在5%水平下显著。对于煤炭和天然气来说，天然气价格对煤炭价格的影响在1%的水平下显著，2阶滞后EUA价格对煤炭价格在5%水平下显著，而煤炭对天然气的价格影响不显著。

二、脉冲响应与方差分解

上述的检验结果表明了五大市场之间存在的引导关系和长期均衡关系，但是无法从结果中看出市场间影响的相互强弱和彼此之间相互作用过程。为进一步刻画电价、EUA价格和能源价格变动之间的相互影响，本文使用脉冲响应函数和方差分解对其进行进一步的研究。脉冲响应函数的主要思想是分析VEC模型中残差项一个标准误差的冲击对其他价格变动的影响作用的大小。考虑到对VEC模型的方差-协方差矩阵进行Cholesky分解存在不唯一性，本文利用Pesaran和Shin（1998）提出的广义脉冲响应方法进行研究，此方法克服了Cholesky分解存在的不足，广义脉冲响应函数得到结果如下所述。

当EUA价格发生一个标准差新息冲击时，其他市场对此冲击的响应如图1所示，对于高峰电价来说，在滞后1天高峰电价的反应是正向的，在滞后2至4天有一些波动，随后反应稳步增长，并于滞后25天趋于平稳，低谷电价对冲击的反应与高峰电价类似，但其反应一直比高峰电价的反应要高，这说明低谷电价受到EUA市场新息的影响更大。煤炭价格对冲击的反应在滞后1天为035%，在滞后2天达到最大，为04%，并于滞后16天趋于平稳。天然气价格对冲击的反应在滞后1天为045%，在滞后2天达到最大，为053%，并于滞后25天趋于平稳，由结果可知EUA价格冲击对天然气价格的影响比EUA价格冲击对煤炭价格的影响更大。

当煤炭价格出现一个标准差新息冲击时，其它市场对此冲击的响应如图2所示，对于高峰电价，在滞后1天，其对冲击的反映是049%，在滞后3天达到最大，为052%，之后反应逐渐下降，并于滞后26天趋于平稳。低谷电价的反应依然与高峰电价的反应类似，但每期的低谷电价的反应都要比高峰电价的反应高大约012%。相对于高峰电价，低谷电价受到煤炭价格的影响更大。EUA价格对冲击的反应为054%，随后急剧下降，并于滞后3天趋于0，由此可见煤炭价格的变化只在很短的时间内对EUA价格有影响。天然气价格对冲击的反应在滞后1天为086%，于滞后2天达到最大，为093%，随后开始衰减，并于25天后趋于平稳，由此可以看出天然气价格受到煤炭价格的影响很大。

当天然气价格出现一个标准差新息冲击时，其它市场对天然气价格冲击的响应如图3所示。对于高峰电价对冲击的反应在滞后1天为059%，于滞后3天达到最大，随后反应开始衰减，并于滞后27天趋于平稳，维持在051%的水平。对于低谷电价的反应，其在滞后1天为067%，在滞后2天达到最大，随后反应开始下降，并于滞后26天达到平稳，为051%，天然气价格对高峰电价和低谷电价的影响比较接近。EUA价格对冲击的反应在滞后1天为066%，随后几天有所波动，但于24天趋于平稳，为021%。煤炭价格对冲击的反应在滞后1天为08%，于滞后1期达到最大，随后开始下降，并于滞后20天趋于平稳，为103%，由此可见天然气价格对煤炭价格的影响很大。

本文根据脉冲响应函数的结果发现EUA价格和煤炭价格对电力价格有正向影响，且对低谷电价的影响大于对高峰电价的影响，天然气价格对电力价格也有正向影响。产生这种现象的主要原因是由于在欧洲的电力需求高峰期时，发电企业使用天然气发电的比例就会升高。相对于煤炭来说，天然气释放的CO2更少，也更加清洁。煤炭价格和天然气价格之间有很强的相互正向影响，是因为煤炭和天然气互为替代品。EUA价格对能源价格有正向的影响，而EUA价格对天然气价格影响大于对煤炭价格的影响；EUA价格受到其他市场的影响很小，EUA价格受政策的影响更大。endprint

从图4可知不考虑高峰电价冲击对自身的贡献度，其他市场的冲击对高峰电价的贡献率在逐步增加，EUA价格对高峰电价的贡献率最大达到2265%，低谷电价对高峰电价的贡献率最大达到1872%，煤炭市场和天然气市场对高峰电价的贡献率分别为516%和232%。从图5可知不考虑低谷电价冲击对自身的贡献度，其他市场的冲击对低谷电价的贡献率在逐步增加，其中EUA价格对低谷电价的贡献率最高，最大时达到3629%，煤炭价格对低谷电价的贡献率最大时达到1031%，高峰电价对低谷电价的贡献率最大达到939%，天然气价格对低谷电价的贡献率最低，为286%。

由于不同市场对于高峰电价和低谷电价方差分解结果中，不考虑电力市场之间的相互影响，本文发现EUA价格对电力价格的贡献率最高，EUA价格和煤炭价格对低谷电价的贡献率都要比高峰电价高。这种现象出现的原因是相对于天然气来说，煤炭是一种价格很低、CO2排放量高的能源，在电力需求低谷期，电力生产企业为降低生产成本，更多地使用煤炭来发电。因此，煤炭价格和EUA价格对低谷电价的贡献率高。

三、结论

本文使用向量误差修正模型（VECM）和广义脉冲响应函数（GIRF）方法，研究了EUA期货市场、电力期货市场、能源期货市场之间的联动效应。从研究结果来看，EUA期货市场、电力期货市场和能源期货市场之间存在长期的均衡关系。从短期看，EUA期货价格对电力期货价格的影响显著，天然气期货价格和煤炭期货价格对EUA期货价格的影响很小。

另外，本文研究了低谷电力期货市场和高峰电力期货市场对各种市场冲击反应的差异。由于当电力需求处于低谷时更多地使用煤炭发电，低谷电力期货价格受到EUA价格和煤炭价格波动的影响更大。从EUA价格和电力价格的短期关系可以看出，碳金融市场的引入会推高电力价格，从而会形成消费者的财富向电力生产者转移的现象。因此，我国在给电力生产者分配碳配额时应该采用有偿供给的方式。对于能源期货市场的投资者而言，在做投资时要密切关注碳配额市场的各种信息，当一个市场出现冲击时，如果另外一个市场的反应出现过高或过低时，投资者可以适当考虑介入或撤出市场而套利。

参考文献：

[1] Sijm J， Bakker SJA， Chen Y. CO2 Price Dynamics： The Implications of EU Emissions Trading for the Price of Electricity[M].Petten， Netherlands： Energy Research Centre of the Netherlands，2005：18-22.

[2] Sijm J， Neuhoff K， and Chen Y. CO2 Cost Pass-Through and Windfall Profits in the Power Sector[J].Climate Policy， 2006，6：49-72.

[3] Linares P， Santos FJ， Ventosa M. Impacts of the European Emission Trading Scheme Directive and Permit Assignment Methods on the Spanish Electricity Sector[J].Energy Journal， 2006， 27（1）： 79-98.

[4] Smale R， Hartley M， Hepburn C. The impacts of CO2 Emissions Trading on Firm Profits and Market Prices[J].Climate Policy， 2006， 6（1）：29-46.

[5] Honkatukia J， M？lk？nen V， Perrels A. Impacts of the European Emission Trade System on Finnish Wholesale Electricity Price[R].Helsinki： Government Institute for Economic Research， 2006.

[6] Bunn DW， Fezzi C. Interaction of European Carbon Trading and Energy Prices[J].Fondazione Eni Enrico Mattei Working papers， 2007：123-139.

[7] Zachmann G， von Hirschhausen C. First Evidence of Asymmetric Cost Pass-through of EU Emissions Allowances： Examining Wholesale Electricity Prices in Germany[J].Economics Letters， 2008， 99（3）：465-469.

[8] Fell H. EU ETS and Nordic Electricity[J].Discussion paper， Resources for the Future， RFF DP 08-31，2008.

[9] Chemarin S， Heinen A， and Strobl E. Electricity， Carbon and Weather in France： Where Do We Stand[J].Ecole Polytechnique Cahier， 2008： 10-15.

[10]Kirat D， Ahamada I. The impact of the European Union emission trading scheme on the electricity-generation sector[J].Energy Economics， 2011： 995-1003.endprint

从图4可知不考虑高峰电价冲击对自身的贡献度，其他市场的冲击对高峰电价的贡献率在逐步增加，EUA价格对高峰电价的贡献率最大达到2265%，低谷电价对高峰电价的贡献率最大达到1872%，煤炭市场和天然气市场对高峰电价的贡献率分别为516%和232%。从图5可知不考虑低谷电价冲击对自身的贡献度，其他市场的冲击对低谷电价的贡献率在逐步增加，其中EUA价格对低谷电价的贡献率最高，最大时达到3629%，煤炭价格对低谷电价的贡献率最大时达到1031%，高峰电价对低谷电价的贡献率最大达到939%，天然气价格对低谷电价的贡献率最低，为286%。

由于不同市场对于高峰电价和低谷电价方差分解结果中，不考虑电力市场之间的相互影响，本文发现EUA价格对电力价格的贡献率最高，EUA价格和煤炭价格对低谷电价的贡献率都要比高峰电价高。这种现象出现的原因是相对于天然气来说，煤炭是一种价格很低、CO2排放量高的能源，在电力需求低谷期，电力生产企业为降低生产成本，更多地使用煤炭来发电。因此，煤炭价格和EUA价格对低谷电价的贡献率高。

三、结论

本文使用向量误差修正模型（VECM）和广义脉冲响应函数（GIRF）方法，研究了EUA期货市场、电力期货市场、能源期货市场之间的联动效应。从研究结果来看，EUA期货市场、电力期货市场和能源期货市场之间存在长期的均衡关系。从短期看，EUA期货价格对电力期货价格的影响显著，天然气期货价格和煤炭期货价格对EUA期货价格的影响很小。

另外，本文研究了低谷电力期货市场和高峰电力期货市场对各种市场冲击反应的差异。由于当电力需求处于低谷时更多地使用煤炭发电，低谷电力期货价格受到EUA价格和煤炭价格波动的影响更大。从EUA价格和电力价格的短期关系可以看出，碳金融市场的引入会推高电力价格，从而会形成消费者的财富向电力生产者转移的现象。因此，我国在给电力生产者分配碳配额时应该采用有偿供给的方式。对于能源期货市场的投资者而言，在做投资时要密切关注碳配额市场的各种信息，当一个市场出现冲击时，如果另外一个市场的反应出现过高或过低时，投资者可以适当考虑介入或撤出市场而套利。

参考文献：

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[2] Sijm J， Neuhoff K， and Chen Y. CO2 Cost Pass-Through and Windfall Profits in the Power Sector[J].Climate Policy， 2006，6：49-72.

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[9] Chemarin S， Heinen A， and Strobl E. Electricity， Carbon and Weather in France： Where Do We Stand[J].Ecole Polytechnique Cahier， 2008： 10-15.

[10]Kirat D， Ahamada I. The impact of the European Union emission trading scheme on the electricity-generation sector[J].Energy Economics， 2011： 995-1003.endprint

从图4可知不考虑高峰电价冲击对自身的贡献度，其他市场的冲击对高峰电价的贡献率在逐步增加，EUA价格对高峰电价的贡献率最大达到2265%，低谷电价对高峰电价的贡献率最大达到1872%，煤炭市场和天然气市场对高峰电价的贡献率分别为516%和232%。从图5可知不考虑低谷电价冲击对自身的贡献度，其他市场的冲击对低谷电价的贡献率在逐步增加，其中EUA价格对低谷电价的贡献率最高，最大时达到3629%，煤炭价格对低谷电价的贡献率最大时达到1031%，高峰电价对低谷电价的贡献率最大达到939%，天然气价格对低谷电价的贡献率最低，为286%。

由于不同市场对于高峰电价和低谷电价方差分解结果中，不考虑电力市场之间的相互影响，本文发现EUA价格对电力价格的贡献率最高，EUA价格和煤炭价格对低谷电价的贡献率都要比高峰电价高。这种现象出现的原因是相对于天然气来说，煤炭是一种价格很低、CO2排放量高的能源，在电力需求低谷期，电力生产企业为降低生产成本，更多地使用煤炭来发电。因此，煤炭价格和EUA价格对低谷电价的贡献率高。

三、结论

本文使用向量误差修正模型（VECM）和广义脉冲响应函数（GIRF）方法，研究了EUA期货市场、电力期货市场、能源期货市场之间的联动效应。从研究结果来看，EUA期货市场、电力期货市场和能源期货市场之间存在长期的均衡关系。从短期看，EUA期货价格对电力期货价格的影响显著，天然气期货价格和煤炭期货价格对EUA期货价格的影响很小。

另外，本文研究了低谷电力期货市场和高峰电力期货市场对各种市场冲击反应的差异。由于当电力需求处于低谷时更多地使用煤炭发电，低谷电力期货价格受到EUA价格和煤炭价格波动的影响更大。从EUA价格和电力价格的短期关系可以看出，碳金融市场的引入会推高电力价格，从而会形成消费者的财富向电力生产者转移的现象。因此，我国在给电力生产者分配碳配额时应该采用有偿供给的方式。对于能源期货市场的投资者而言，在做投资时要密切关注碳配额市场的各种信息，当一个市场出现冲击时，如果另外一个市场的反应出现过高或过低时，投资者可以适当考虑介入或撤出市场而套利。

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[8] Fell H. EU ETS and Nordic Electricity[J].Discussion paper， Resources for the Future， RFF DP 08-31，2008.

[9] Chemarin S， Heinen A， and Strobl E. Electricity， Carbon and Weather in France： Where Do We Stand[J].Ecole Polytechnique Cahier， 2008： 10-15.

[10]Kirat D， Ahamada I. The impact of the European Union emission trading scheme on the electricity-generation sector[J].Energy Economics， 2011： 995-1003.endprint