中国碳市场交易价格的共同趋势特征研究*

李少云， 顾光同，b， 李兰英，b

（1. 浙江农林大学a. 经济管理学院， b. 浙江省乡村振兴研究院， 杭州311300）

全球气候变暖是人类迄今为止所面临的最严重的环境问题之一， 这一环境问题一直是中国所面临的严峻挑战。 中国政府承诺到2030 年单位GDP 的CO2强度比2005 年下降60%～65%[1]。 为此， 中国于2011 年10 月在北京市、 天津市、 重庆市、 上海市、 湖北省、 深圳市和广东省展开地方碳排放权交易试点工作。 2017 年初正式启动了福建碳交易试点， 并于年底启动了全国碳市场建设。 此外， 中国已明确提出: 2020 年以后， 全国统一碳市场将跨入高速发展阶段[2]。 在现有碳试点经验逐步推广的基础上，未来全国统一碳市场终将建成， 这标志着碳市场的衔接是必然趋势。 碳交易价格作为碳市场的核心， 是碳交易市场的指示器和风向盘。 全球规模最大的欧盟碳排放权交易市场(EU ETS) 从建立至今经历了3 次剧烈的碳交易价格波动， 对整个碳市场造成严重影响[3-5]。 碳交易价格的不确定性和波动性对中国8 个碳试点市场的碳交易价格整合以及碳市场能否有效衔接至关重要， 因而成为专家学者研究的热点。碳交易价格的形成还受其他因素的影响。 从供给方面来看， 碳配额是人为创造的碳减排目标， 国家对碳减排成本信息掌握不完全、 相关减排政策法规和目标的调整以及碳配额分配形式的改变都将对碳配额供给产生直接影响， 进而使碳交易价格发生改变[5]。 从需求方面来看， 经济形势、 能源价格波动、 低碳与高碳能源价格相对变动导致的能源替代效应、 替代能源技术发展状况、 国际碳交易价格的影响都会导致碳排放权需求及价格的波动。 关于碳交易价格的影响因素和碳交易价格预测， 国内外已有相当丰富的研究成果。 国外学者主要从碳交易价格波动性预测方面展开研究[3-4，13]， 国内学者不仅对碳交易价格的影响因素进行了分析[6-12]， 也在碳交易价格预测方面有所关注， 大部分学者对国际碳市场或国内碳试点市场的碳交易价格进行预测[14-19]。 部分学者根据GARCH 族模型对中国部分碳试点市场的价格波动特征进行探究， 发现中国碳试点市场具有非对称特征[20]； 少数学者以6 个碳试点市场的日均交易收盘价格为样本， 研究了中国6 个碳试点市场的价格波动特性， 并分析比较各碳试点市场波动特征的异同[21]；极少部分学者分类分析了中国碳交易价格变化[22]。 关于中国各个碳试点市场的碳交易价格的共同趋势特征却鲜有成果， 且多局限于分析单个或几个碳试点市场的碳交易价格的影响因素和波动预测等， 尚未涉及中国各个碳试点市场之间的衔接。 因此， 在面临着全球气候变暖这一严峻的环境问题挑战以及由区域性交易市场迈向全国性市场的关键节点， 根据国内2013 年6 月至2019 年3 月各个碳交易所的碳交易数据， 以碳交易价格为研究对象， 采用面板协整检验方法从统一整合的视角分析中国8 个碳试点市场的碳交易价格的共同趋势特征。 一方面， 研究碳试点市场的共同趋势特征可以检验中国各个碳试点市场的建设成效， 为构建全国统一碳市场提供经验基础； 另一方面， 研究碳试点市场的共同趋势特征可以为监管部门和碳市场交易主体以及构建全国统一的碳排放权交易市场等提供相关信息支撑和建议， 从而可以引导碳试点顺利向全国统一碳市场过渡。 此外， 从定量分析的视角探索我国各个碳试点市场的碳交易价格的共同趋势特征， 还可在一定程度上弥补相关量化研究不足的缺陷。

1 数据与方法

1.1 数据来源

利用爬虫技术从各碳试点市场交易网站获取相关数据， 以碳排放配额现货日交易的成交价作为变量， 为了保证数据的一致性与可比性， 选取时间范围为2014-06-19 至2019-03-01， 即选取所有碳交易试点市场均开始进行碳交易的2014-06-19 为时间起点。 由于深圳碳试点市场存在6 种交易类型， 相对于SZA-2013 这一交易类型， 其它交易类型存在成交年限较短、 成交价格等相关数据不全面等问题。因此选取SZA-2013 这一交易类型的成交价作为分析对象。

1.2 分析方法

为了缩小误差， 对碳排放配额现货日交易的成交价序列作自然对数处理， 所得到的序列即为收益率序列[21]。

式中rt表示在时间t 时的收益率； Pt表示在时间t 时碳交易的成交价格； Pt-1表示在时间t-1 时碳交易的成交价格。

截至2019 年11 月， 碳市场交易主要是采用碳配额形式。 假设中国碳试点市场的企业成本是政府的收入， 基本机制是: 如果企业的能源需求大于免费限额， 那么这些企业应该按照碳排放权交易机制(ETS) 价格向政府支付； 如果排放量大于企业的碳排放配额(CA)， 超排放企业应按ETS 价格的3 倍罚款支付。 根据中国的8 个碳试点市场， 2017—2030 年免费限额(FA) 将为90%。 ETS 市场可以通过以下3 个方程[23]来表达。

式中EMi表示工业的CO2总排放量； COALi和O_ Gi代表工业的化石消费； γcoal和γo_g分别表示煤、 石油和天然气的CO2排放系数； PLCei表示ei 行业中ETS 市场的政策成本； ei 是参与ETS 市场的行业； pt表示ETS 价格； pf代表ETS 对过度排放企业罚款； CAei表示ei 行业的碳排放配额； FAei表示ei 行业中的免费津贴； far 表示免费津贴率。

经济市场领域中大量的时间序列都存在着共同运动的趋势， 表现为一阶矩阵层面的协整关系和二阶矩阵层面的协同持续性。 由于重点考虑各碳试点市场之间碳交易价格的共同趋势并希望有效利用面板数据， 由此， 使用面板协整模型来分析碳交易价格的共同趋势。 共同趋势模型的基本原理是如果变量之间存在协整关系， 那么在市场力量作用下变量在长期会趋于一致。

对碳交易成交价序列的一阶差分进行了单位根检验(ADF) 来观测中国碳排放权交易市场的实际交易数据的平稳性。 然后， 建立面板协整计量模型来量化中国8 个碳试点市场的碳交易价格之间的内在联系。

进行协整检验之前首先要进行单位根检验， 判断单位根检验的序列是否是平稳序列， 若不是， 则对其差分， d 次差分后的序列通过单位根检验则为d 阶单整序列， 只有两序列阶数相同才能进行协整检验。 也就是只有同阶数据间才有可能存在协整关系[24]。

系统方程向量协整检验基本思路: 在向量自回归模型的基础上， 建立向量误差校正模型， 进而运用极大似然估计法来研究系统内多个协整关系的估计及检验。 相应的假设检验如下:

在估计之前首先要确定m 维向量时间序列{Xt} 中协整关系的个数， 即协整的秩， Johansen 基于似然比检验构造了两种形式的检验统计量[25]， 一种是最大特征根统计量， 另一种是迹统计量。 假设rank{∏} ＝r， 那么使用最大特征根。

统计量假设H0: r≤r0； H1: r≤r0+1 (0≤r0≤m)。

检验统计量为:

式中λ 为影响矩阵的特征根， λ1≥λ2≥……≥λm； r0＝1， 2， ……， m-1。

使用迹统计量假设H0: r≤r0； H1: r≥r0(0≤r0≤m)

检验统计量为:

检验过程为连续检验， 具体方法: 检验r＝0， 若λmax小于临界值， 则接受原假设， 检验终止， 表明{Xt} 中不存在协整关系； 反之， 检验继续； 依次检验r≤1， r≤2， ……， r≤m-1， 直至出现r*， 使得r≤r*-1 被拒绝， 而r≤r*被接受， 则结论为rank{∏} ＝r*， 表明{Xt} 中存在r*个协整关系。

1.3 数据处理方法

首先， 通过R3.53 软件对2013 年6 月至2019 年3 月中国8 个碳试点市场的碳成交价序列的一阶差分进行ADF 检验， 确保碳成交价序列的平稳性， 即均为一阶单整序列。 其次， 运用Enger-Granger 两步法将各碳试点市场的碳成交价格进行两两协整估计与检验。 最后， 使用系统方程向量协整检验来研究3个市场、 4 个市场、 5 个市场以及6 个市场等不同组合间协整关系。 结合中国碳市场统一的必然趋势，来探讨碳市场交易价格的共同趋势特征。

2 结果与分析

2.1 碳市场交易价格的波动特征

由于各碳市场交易机制、 政策及活跃程度不同使得碳排放配额现货成交量存在较大差异， 所以各碳试点市场的碳交易价格波动性也存在较大差异。 但其价格波动趋势相似， 都是在初期经历较大涨幅之后渐趋下降， 最后通过完善碳市场机制和政策， 其最终价格波动渐趋于平稳。

2.2 碳交易价格平稳性检验

碳成交价的ADF 检验结果如表1 所示。所有的碳成交价格序列均在1%的水平上拒绝了原假设， 意味着其是平稳的， 即均为一阶单整序列， 可以应用向量协整模型对其进行检验。

2.3 单方程协整检验的共同趋势分析

表1 碳成交价的ADF 检验Table 1 ADF test of the carbon price

表2 单方程协整检验的共同趋势检验Table 2 Common trend test of cointegration test for single equation

2.3.1 具有共同趋势的两两碳试点市场

为了考察中国8 个碳试点市场的碳交易价格的共同趋势， 首先对两两碳试点市场进行协整检验。 北京碳市场和上海碳市场的协整检验统计量值为-4.940 2。 根据MacKinnon[26]， 计算出在5%显著水平下检验临界值为-1.95。 -4.940 2＜-1.95， 即检验统计量在5%水平下小于临界值， 从而拒绝原假设， 认为残差序列μ＾t平稳。 结合协整方程， 表明北京和上海在5%水平下存在共同趋势， 并且长期均衡系数为0.216 8， 说明上海碳市场的碳成交价格每变化1%， 北京碳市场的碳成交价格变化0.216 8%。 同理可得， 在5%水平下， 北京、 天津、 深圳、 湖北、 重庆和福建均存在共同趋势； 上海、 天津、 深圳、 湖北、 重庆和福建均存在共同趋势； 广东、 天津、 深圳、 湖北、 重庆和福建均存在共同趋势； 天津、 深圳、 湖北和福建均存在共同趋势； 深圳、 湖北、 重庆和福建均存在共同趋势。 由此可以看出， 具有共同趋势特征的两两碳试点市场一共有24 组。

2.3.2 不具有共同趋势的两两碳试点市场

同理可知， 在5%水平下， 北京和广东、 上海和广东、 湖北和福建、 天津和重庆不存在共同趋势。即不具有共同趋势特征的两两碳试点市场有4 组。

2.4 系统方程协整检验的共同趋势分析

运用系统方程协整检验对两两碳试点市场间存在协整关系的依次进行3 个碳试点市场间的协整， 以此类推， 逐个进行3 个市场、 4 个市场、 5 个市场以及6 个市场等不同组合间协整关系检验， 结果如表3 和表4 所示。

表3 系统方程协整检验的共同趋势检验(碳试点市场间存在共同趋势)Table 3 Common trend test of cointegration test of system equation (There is common trend among pilot carbon markets)

表4 系统方程协整检验的共同趋势检验(碳试点市场间不存在共同趋势)Table 4 Common trend test of cointegration test of system equation (There is no common trend among pilot carbon markets)

8 个碳试点市场的交易价格共同趋势没有普遍性的可能原因是: 由于每个碳试点市场有其独特的资源禀赋、 经济态势、 能源结构、 产业规划和技术条件等。 在地理上， 各试点分散在中国的东部和中部地区。 每个ETS 在经济结构方面都有明显的特征， 例如北京、 上海、 天津和深圳的服务业GDP 比率较高，其ETS 不仅涵盖工业， 还涵盖非工业部门。 重庆和湖北省处于工业化的中间阶段， 其ETS 仅覆盖工业部门。 但是在碳试点市场和统一碳市场共存的特殊阶段， 相关部门的政策制定者必须认识到建立中国碳市场过程中的紧迫因素， 从而促进统一碳市场尽快进入成熟稳定的状态。

2.4.1 3 个碳试点市场间

北京和天津碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性很高， 北京、 深圳碳市场和北京、 湖北碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性较高， 北京、 重庆碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性较低， 北京、 上海碳市场与其他碳市场不存在共同趋势； 上海碳市场只有和天津或深圳碳市场组合在一起才与其他碳市场可能存在共同趋势， 即上海碳市场在3 个市场协整中的兼容性中最差； 广东和天津碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性很高， 广东、 湖北碳市场和广东、 深圳碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性较高， 广东、 重庆碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性较低； 湖北、 天津碳市场和湖北、 深圳碳市场与其他碳市场不存在共同趋势； 深圳、 天津碳市场与福建碳市场不存在共同趋势， 深圳、 重庆碳市场与福建碳市场存在共同趋势的可能性较低。

2.4.2 4 个碳试点市场间

北京、 天津和深圳碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性很高， 北京、 湖北和深圳碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性较高， 其余存在共同趋势的可能性很低； 上海、 天津和深圳碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性很高； 广东、 湖北、 天津碳市场与其他碳市场存在共同趋势的可能性较高， 其余存在共同趋势的可能性很低， 广东、 天津、 重庆和福建碳市场以及广东、 天津、 深圳和重庆碳市场都不存在共同趋势。

2.4.3 5 个碳试点市场间

北京、 天津、 深圳和湖北碳市场与福建碳市场存在共同趋势， 北京、 天津、 深圳和湖北碳市场与重庆碳市场以及北京、 天津、 深圳、 重庆和福建碳市场可能存在共同趋势； 上海、 天津、 深圳、 重庆和福建碳市场以及上海、 天津、 深圳、 湖北和福建碳市场存在共同趋势。 上海、 天津、 深圳、 湖北和重庆碳市场不存在共同趋势。 此外， 6 个及以上碳市场间没有共同趋势， 即无长期均衡关系。

3 结论与建议

3.1 结论

在5%显著水平下， 两个碳试点市场大都存在共同趋势， 3 个碳试点市场间的共同趋势特征较明显，4 个碳试点市场间的具有明显共同趋势较少， 5 个碳试点市场间具有明显共同趋势的仅有3 个， 6 个及以上碳试点市场间没有共同趋势， 即无长期均衡关系； 尽管8 个碳试点市场交易价格差异较大， 但是在全国碳市场统一趋势下， 整体兼容性存在很大的改善空间。

3.2 建议

在碳市场衔接的必然趋势及充分考虑各试点碳交易所具体实际情况的基础上， 根据试点经验逐步推广， 最终建成全国统一碳市场可从如下3 个方面开展。

3.2.1 推进配额分配方案建设

首先， 在借鉴国际碳市场相关经验的前提下， 区分中国不同地区的碳配额， 利用各碳试点市场经济发展水平和资源禀赋的差距， 加大对发展相对落后地区的配额分配力度， 每个碳试点市场的配额可从监管角度来设计， 并促进有偿分配方式的推进。 其次， 相关部门在立足中国各碳试点市场的实际发展情况上科学合理地选择历史排放参照时期， 对早期参加减排行动的企业制定相应的奖励机制和政策优惠力度。 此外， 在全国统一碳市场建设中， 对于配额分配方案要进一步细化并且说明相应的配额调整情况，将配额分配方案等相关的信息进行公示从而提高配额分配过程的透明度， 强化全国统一碳市场配额分配机制的公信力。 最后， 值得注意的是， 中国更侧重于重工业行业的碳配额分配方案或方式， 对第三产业的碳排放配额也应当给予足够的重视， 以实现中国碳市场的衔接统一。

3.2.2 完善碳交易价格机制， 丰富碳交易品种和交易方式

首先， 在加强宏观调控基础上， 从碳试点市场经验中了解碳价作用的机理， 由初期的碳排放配额现货交易向碳金融、 碳期货、 碳期权等多种交易产品发展， 逐步建立以市场为导向的碳市场， 进而探索可发挥市场作用的统一定价机制。 其次， 根据欧盟碳金融、 碳期货等市场经验， 中国可以允许企业在实际碳排放量超过持有碳配额的情况下预支下期碳配额， 防止碳交易价格的剧烈波动， 增强控排企业参与碳金融、 期货等市场的活跃度。 最后， 为防止由于减排成本增加而导致企业发展困难等问题， 政府对减排企业除政策支持外， 可以加大财政补贴力度， 提高企业积极性。

3.2.3 推进碳试点过渡， 健全相关法律政策体系

碳市场法制建设与碳市场机制设计是相辅相成的。 在制定相关法律时， 政府应侧重于碳配额属性、市场监管主体、 交易当事人的权利义务以及惩罚措施等方面， 并且碳交易所应及时发布相关的解释文件， 披露每一个交易步骤的细节。 通过建立一套合理、 科学和有效的碳市场法律政策体系， 为政府落实应对气候变化和低碳发展政策提供法制保障。 此外， 碳试点市场过渡阶段应注意相关法律法规的时效性和政策的阶段性， 从而引导碳试点顺利向全国统一碳市场过渡。