我国区域碳均衡评价及碳汇市场交易额度评估
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[摘 要]本文根据我国森林资源的总量和建立在光合系数上的二氧化碳参数，对我国分省的森林碳汇和碳排放量进行了年度总量和年变化的数量评估。根据碳均衡和碳中和原则，将我国的省份分成碳汇省份、碳源省份和基本碳均衡省份。在产权明晰、初始产权分配合理、排污权交易机制不断完善的基础上，研究、分析、评估了我国低碳经济转型中碳汇交易市场的建立、交易额度、定价机制和均衡过程，为我国在节能减排、新能源替代和碳均衡三大机制中实现新经济、新分配、新效果提供了帮助，也为我国在国际碳交易的博弈中取得了经验，并为应对世界性的气候变化和低碳转型作出了理论的和实际的贡献。
[关键词]森林碳汇;碳均衡;碳交易市场;交易模式;交易额度
[中图分类号]F205;S757.4;X196 [文献标识码]A [文章编号]1674-6848（2015）05-0060-08
[作者简介]钟晓青（1962― ），男，湖南永顺人，博士，中山大学园林及生态经济规划设计研究所所长、副教授，兼任广州市建工设计院副院长、香港中文大学景观设计院副院长、广州新世纪艺术研究院常务副院长、主要从事生态经济研究;邢晓静（1989― ），女，内蒙古赤峰人，中山大学硕士研究生，主要从事生态经济学与园林设计研究;廖立维（1988― ），男，广东博罗人，中山大学硕士研究生，主要从事生态经济学与园林设计研究;黄安琦（1991― ），女，广东中山人，中山大学硕士研究生，主要从事生态经济学与园林设计研究;徐永成（1984― ），男，湖北荆州人，中山大学硕士研究生，主要从事人口资源环境经济学研究（广州 510275）。
[基金项目]国家社会科学基金重点项目“可持续发展经济学研究”（96AJB042）、华南理工大学亚热带建筑国家重点实验室开放基金项目“绿色空间研究”（20070401）、“低碳社区研究”（2010KB10）与广东省自然科学基金项目“生态经济边缘效应研究”（974083）的阶段性成果。
Title： Regional Carbon Equilibrium Evaluation and Trading Volume Assessment of the Carbon Sequestration Market in China
By： Zhong Xiaoqing，Xing Xiaojing，Liao Liwei，Huang Anqi & Xu Yongcheng
Abstract： According to the total amount of forest resources and the carbon dioxide parameters from the photosynthetic coefficient，this paper evaluates the annual total amount and annual variation of the forest carbon sequestration and carbon emissions in different provinces of China. Based on the carbon balance principle and carbon neutral principle， China’s provinces are divided into carbon sequestration provinces， carbon sources provinces and carbon equilibrium provinces. Considering clearly established ownership， the reasonable distribution of initial property rights， and the gradually perfected mechanism of emission rights trading， this paper also examines and analyzes the establishment of carbon sequestration trading market， the transaction amount， the pricing mechanism and the equilibrium process in China’s low-carbon economy transformation.Our study is helpful to the realization of new economy， new distribution and new effects in the three mechanisms of energy saving， new energy substitution and carbon balance， and makes a theoretical and practical contribution for China to getting experience in the world carbon trading competition and for the world to coping with climate change and low-carbon transformation.
Key Words： forest carbon sequestration;carbon equilibrium;carbon trading market;trading mode;trading volume
一、引言
建立碳汇交易市场是用经济学思维解决低碳经济转型中节能减排的关键举措之一，也是革新经济分配方式的希望所在。作为碳汇供给方的森林业主可以根据“按汇分配”的原则获得培育、维持、经营森林植被的经济效益，更加致力于森林培育、保护、维持和提升生态效益。依照“排碳必须付费”的原则，碳源企业应当按排污权交易的原则为相应的碳排放买单，也可以选择直接减排以达到全社会低碳运转的节能减排、新能源替代的效果。
森林对整个社会经济的影响，将通过低碳经济转型中的碳汇交易市场体现出来。森林生态系统是陆地生态系统的主体，是吸收、转化二氧化碳的碳库。陆地植被生态系统86%以上和土壤73%以上的碳存量，是由以木本乔木为主体的森林完成的①。
王静、沈月琴等人②认为，森林碳汇服务有其特有的优势，如固碳效果好，附加效益高等，但缺点在于计测困难。从经济特性方面看，其产品具有稀缺性、公共性与外部性等特征。李淑霞、周志国③认为，世界各国为实现减排无非采用两种方式：一是减少温室气体的排放;二是增加温室气体吸收。由于减少排放常常会对一个国家的经济产生负面影响。而在温室气体吸收方面，森林碳汇较其他减排措施更具潜力，利用森林碳汇进行减排不仅在技术和经济上可行，而且在减缓气候变暖方面也将扮演更重要的角色。
刘国华、傅伯杰、方精云等人④认为，与其他陆地生态系统相比，森林生态系统具有较高的生产力，每年固定的碳能占到整个生态系统碳能的70%左右。在调节全球碳平衡、减缓大气中二氧化碳等温室气体浓度上升与维护全球气候稳定等方面，森林生态系统具有不可替代的作用。他们的研究表明，我国的森林平均每年以积累26.5TgC的速度递增，正起着一个巨大的碳库（碳汇）的作用。
二、研究思路及分析框架
森林碳汇是指森林吸收、转换并储存二氧化碳的多少，或者说是森林吸收并储存二氧化碳的能力。本文将利用方精云院士等人的研究方法与成果，结合全国第1-7次森林资源连续调查（一类调查）和小班调查（二类资源调查）数据，在换算因子连续函数法的基础上，评估我国各个地区的森林碳汇及年度变化情况。
（一）我国森林碳汇分省的数学模型
方精云等人的换算因子连续函数法中使用的换算因子公式为：
BEF=a+■（1）
其中，BEF是生物量与森林蓄积量之间的换算因子，林分蓄积量x综合反映了这些因素的变化。林分蓄积量可作为BEF的函数，以用来反映BEF的连续变化。在成熟林中，BEF趋向恒定值a，在幼龄林中，BEF比较大。
笔者建立了在不同尺度上测算森林碳汇的计算公式。
在样地尺度上：
Y=■■■AijlBEFijlxijl （2）
i、j和l分别为省区、地位级和龄级;Aijl、xijl和BEFijl分别为第i省区、第j地位级和第l龄级林分的面积、平均蓄积量和换算因子;m、n和k分别为省区、地位级和龄级的数量。
在区域或者省区尺度上：
Y=■BEF*xi*Ai（3）
Ai、xi和BEFi分别是某一森林类型在第i省份的总面积、总蓄积量、平均蓄积量及所对应的换算因子。
在全国尺度上：
Y=A*x*BEF（4）
Y、A、x和BEF分别是全国的总碳汇量、总面积、全国平均蓄积量和所对应的换算因子。
我们可以建立森林碳汇与蓄积量的线性回归方程，从而利用各地区蓄积量的数据来计算其森林碳汇量。
（二）我国碳源（排放）分省数量评估分析及数学模型
化石能源燃烧的碳排放量计算公式为：
EC=■3.67・CFi・CCi・COFi（5）
其中，EC表示估算的各类能源消费的碳排放总量;i表示能源消费各类，包括煤炭、焦炭、汽油、炼油、柴油、燃料油和天然气共7种;Fi是各省第i种能源的消费总量;CFi是发热值;CCi是碳含量;COFi是氧化因子。
通过上述公式可以计算出我国各省份的化石燃料碳排放情况，利用上述计算结果我们可以建立回归方程对我国各省份未来的碳排放情况进行预测与评估。
（三）我国碳汇与碳源分省“碳均衡”分析
在碳汇和碳源分析的基础上，可以进一步均衡分析各地区的净排放情况，即将各地的森林碳汇归入，分析各地的净排放，分析标准如下：
碳源省份：
i省森林碳汇量-i省排放量
碳汇省份：
i省森林碳汇量-i省排放量>0（7）
碳均衡省份：
i省森林碳汇量-i省排放量=0（8）
如果一个地区的净排放为正，就可以认为其为碳源省份;如果净排放为负，就认为此地是碳汇省份;如果的净排放接近或者等于0，就认为其为碳均衡省份。
（四）碳交易市场模式及交易额度分析
最后，建立碳交易市场，分析在不同的市场情景下，上叙三种类型的省份加入碳交易市场的影响。按照各部门必须实现自身碳中和的原则，即其排放量必须等于其持有的碳汇量，来建立碳交易市场。
我们设计如下的碳交易市场模型：由政府建立碳交易市场，并且碳交易市场的目的是实现整个地区的碳中和，即
■i省份碳排放-■i省份碳吸收=0（9）
从而实现我国森林碳汇的供给量等于国内各个省份的排放量。各地区的森林所提供的碳汇可以进入碳排放市场充当排放权，并且规定每个部门的碳排放量与其持有的碳汇量要相等，各部门可以通过在碳交易市场上购买碳排放权来增加自己持有的碳汇量。如果有部门的实际排放量超过了自己持有的碳汇量，就要受到严重的处罚。在实际运行过程中，规定每个省份都选择尽量让省内的森林碳汇优先满足省内的排放需要，而且要对在省内销售的碳汇进行免税或者给予一定程度的补贴并对出售到省外的碳汇进行征税。
三、我国森林碳汇分省分布的评估分析
目前，估算森林碳汇量的方法很多，主要有以下三种方法：1.利用遥感气象技术，测定森林吸收二氧化碳的数量;2.抽样测算森林生物量;3.通过森林普查的相关数据，利用理论模型估算森林碳汇量①。本文主要采用第三种方法，利用森林资源连续清查和小班调查的数据进行计算评估。
（一）我国森林碳汇分省的存量及年度变化
方精云等学者曾经估算过我国1999年到2003年，即第6次全国森林普查时期我国森林的碳汇量为5851.9百万吨，我们在增加了第7次全国森林普查数据的基础上，采用回归方法得到我国森林碳汇量为5936.37百万吨，误差率为1.42%。根据公式（1）―（4）计算的结果如表1所示。
表1显示了我国各省份的森林碳汇占全国的比重。可以看出森林碳汇在我国各个省份的分布并不平均，其中内蒙古、吉林、黑龙江、四川、云南与的森林碳汇量比较大，这几个省份的森林碳汇之和占我国森林碳汇总量的62.28%。其中仅一省的森林碳汇量就占到了全国的14%。如果考虑人均碳汇量，由于人口稀少，其人均碳汇量更是高达292吨;其次是内蒙古，人均为23吨;此外黑龙江与吉林，人均森林碳汇量也比较高。
（二）我国碳源（排放）分省的数量评估指标分析
在考查我国各地区碳排放情况方面，根据化石能源燃烧的碳排放量计算公式（5），可计算出我国各省份的化石燃料碳排放情况，如表2所示。可以看出，2000年以前我国的碳排放量相对比较平稳，处于30亿吨以下水平。进入21世纪后，我国的年碳排放量开始猛增，在7年的时间内翻了一倍，年增长率高达10.59%，2007年的碳排放量已经达到67.48亿吨。我国2008年的森林碳汇量是59.61亿吨，而且年增长率约为1.156%，增速均小于我国近年来的排放量及增长速度。以目前的排放量及增长速度来看，我国未来的排放需求压力还是非常大的。
从各地区2007年的碳排放情况来看，排放量最大的是山东省，高达6.68亿吨，其次是河北省，排放量达5.16亿吨;总的来看，排放量较大的地区主要集中在中、东部地区。2007年碳排放超过3亿吨的省份有山西省、内蒙古、辽宁省、浙江省、河北省、山东省、江苏省、河南省、广东省，主要集中在中部地区。
（三）我国碳汇与碳源分省“碳均衡”分析
2007年我国的二氧化碳净排放量为815.74百万吨，是典型的“碳源”国家。2007年度碳汇与碳源省份的评估结果见表3。从各省份碳汇与碳源的碳均衡情况来看，碳净排放量大小不一，其中排放量较大的有河北省、山西省、辽宁省、江苏省、浙江省、山东省、河南省、湖北省、广东省等，主要集中在中东部地区。我国的碳汇省份主要有：内蒙古、吉林、黑龙江、福建、江西、广西、海南、四川、云南、、陕西、甘肃、新疆等省份，基本上都是位于偏远地区或者是经济落后地区。我国主要的碳源地区有：北京、天津、河北、山西、辽宁、上海、江苏、浙江、安徽、山东、河南、湖北、湖南、广东、贵州、宁夏，碳源地区大部分位于中东部经济发达地区，或者是森林稀少，森林碳汇缺乏的地区。
四、我国省级碳均衡及碳汇市场交易模式及额度
（一）碳汇大于碳源：我国“碳汇”省份及交易额度评估
通过上面的分析可以看出我国的碳汇省份主要有、黑龙江、云南、四川、吉林、内蒙古、广西、福建、新疆。可以利用净碳汇公式分析评估这些省份的年度碳汇、碳源的交易额度变化情况，表示如下：
i省净碳汇=i省森林碳汇量-i省排放量
得出的年度碳汇、碳源的交易额度变化情况如表4。
（二）碳汇小于碳源：我国“碳源”省份及交易额度评估
我国各碳源省份需要购买“净排放权”的额度如表5所示。可以看出，我国各个碳源省份近年来的碳净排放量整体呈上升趋势，其中最明显的是山东省，在不到十年的时间里净排放量上升了两倍。从前面的分析中可以看出，我国碳汇省份的净碳汇正趋于缓慢下降，而碳源省份的碳净排放又处于快速上升趋势。这再一次证明了我国未来的减排压力还是比较大的，如果不采取其他有效的减排措施，只靠森林碳汇的吸收，我国将很难实现低碳减排目标。
（三）碳汇等于碳源：我国“碳均衡”省份
我国碳均衡省份的年度变化情况计算的结果如表6。可以看到，我国碳均衡省份近年来净碳汇量也呈下降趋势。按这种趋势发展，未来很有可能转变成为碳源省份。其中最为明显的是陕西省，在十年左右的时间里从净碳汇140百万吨左右下降到不到50百万吨。青海原来是最接近零排放的省份，但是近两年也出现了明显的下降。而湖南在1999年以前净排放为正，但2000年到2005年间拥有了一定的净碳汇，2003年曾转变为碳汇省份，但是之后净排放量迅速上升，未来极有可能转变为碳源省份。
五、小结与讨论
综上所述，我们发现不同省份的市场交易价格是不同的。从整体上看，碳汇省份的碳交易价格最低，碳均衡省份的价格整体上要高于碳汇省份，碳源省份的碳交易价格是最高的。这说明在不同省份的碳交易价格的高低与当地森林碳汇的供给能力是相关的，森林碳汇供给能力强的省份碳交易价格会低一些，而森林碳汇供给能力差的省份碳交易价格趋于上升。
再者，我们发现不管哪种类型的省份，卖方垄断会抬高碳排放权价格，同时买方垄断倾向于压低碳排放权交易价格。一般来说，过高的排放权价格会限制需求者对排放权的购买欲望，因此会对当地的生产能力造成一定的限制;而过低的价格会降低森林碳汇的价值补偿，从而对当地森林碳汇的进一步发展会造成一定的限制。无论是买方垄断性市场还是卖方垄断性市场，都会对排放权成交量造成抑制。但对碳汇省份而言，一定程度的卖方垄断并不会影响到当地经济的发展。因此对碳汇省份的政府而言，在一定程度上提高森林碳汇的价格可以刺激森林碳汇拥有者加大森林开发力度，从而利用碳汇交易来增加省内的经济收益。而对于碳源省份的政府来说，由于本省的森林碳汇供给无法满足其需求，其碳中和必须靠从省外购买碳汇来实现，为了实现省内的碳中和，减少对省外碳汇的依赖，碳源省份的政府应该对森林碳汇采取一定的扶持政策，如加大对森林碳汇的补贴来刺激森林碳碳汇拥有者对当地森林碳汇的开发力度，进一步提高本省的森林碳汇存量。同时政府也应该鼓励生产者进行由粗放型生产模式向集约型生产模式的转变，开发新技术，引进先进生产设备来提高本省的能源利用效率，从而减少排放需求量。对于碳均衡省份而言，政府最希望市场是使交易价格接近竞争性的市场，因此在干预过程中政府可以通过设定最高限价与最低限价的方式，来防止垄断市场的垄断者定价过高或者过低。
总的来说，垄断性的碳交易市场的效率会比竞争性市场低，因此对于垄断性市场，政府的强制性干预是非常必要的。政府在市场干预过程中可以通过设定最高限价与最低限价来对市场交易价格进行调控。对于森林碳汇这种特殊商品，由于其外部性的存在，必须通过政府的强制性介入才能实现其服务价值，并且政府也需要对市场进行强有力的调控与维护才能保证碳交易市场的有效运行。