国际碳交易市场价格形成机制的研究

国际碳交易市场价格形成机制的研究

euets碳市场全球气候变化与京都协定已成为全世界的中心问题之一。为了以较低的成本实现京都议定书中的承诺,欧盟创建了欧盟排放交易体系(EUETS)。该交易体系始于2005年1月,为欧盟1.2万个排放设施(如发电机组、炼油设备、建材、造纸和制浆以及金属制造设备等)设立了CO2排放上限。无论市场价值还是成交量,目前,EUETS都是全球最大的碳市场,其价值远高于澳大利亚新南威尔士体系、美国芝加哥气候交易所和英国排放交易体系市场等国际主要碳交易市场,也显著超过了包括清洁发展机制在内的基于项目的碳市场。因此,EUETS是国际碳市场交易的风向标,其发展状况反映了全球碳市场的方向,其市场行情直接影响着全球CO2交易的参考价格。因此,本文聚焦于EUETS碳市场的价格形成机制。碳市场不仅成为了人类应对气候变化的重要工具,也已经成为投资者分散投资风险的一种重要选择。化石能源燃烧是人类活动对气候变化的最大影响因素,其所产生的温室气体占人类温室气体排放总量的80%。因此,研究化石能源市场波动对碳市场的冲击,对于深入认识碳价形成机制,规避与碳市场有关的投资风险等,具有重要现实意义。碳价与能源价格的关系关于碳交易市场的理论基础研究已有较多成果,但关于碳交易市场的实证研究,尤其是碳交易市场价格形成机制方面的实证研究刚起步。碳交易市场是一个复杂系统,碳价的波动是能源价格、异常天气和政治机构的决策综合影响的结果。由于化石能源消费是碳排放的主要来源,而且发电企业能在各种发电燃料(煤炭、天然气、石油)之间转换,导致化石能源市场与碳交易市场之间存在内在的传导机制,碳价变化与化石能源价格之间关系密切。具体讲,能源价格上升将推动碳价上扬,而能源价格下挫也将推动碳价下滑。这种思路得到了Kanen、Convery和Redmond的支持。Kanen认为,油价是天然气价格变化的主要推力,而天然气价格波动会影响电价变化并最终影响碳价变化。Convery和Redmond研究认为,由于发电商具有调整不同燃料的能力,因此能源价格是影响碳价变化最重要的原因。需要指出的是,由于EUETS不同阶段的碳价表现不一致,导致碳价与能源价格的关系变得比较复杂。魏一鸣等采用协整理论研究了EUETS碳价与能源价格之间的长期和短期互动关系,结果发现能源价格与第一阶段(2005-2007年)碳期货价格之间的关系较弱,而与第二阶段(2008-2012年)碳期货价格之间存在长期的均衡关系,能源价格变化是推动第二阶段碳价变化的重要原因。Mansanet-Bataller等认为碳交易OTC远期价格与期货价格几乎一致,因此利用2005年碳交易的OTC远期价格,考察了能源价格和天气因素对碳价波动的影响,结果发现能源价格确实是影响碳价变化的重要力量。但是,随着后来碳期货市场交易活动的逐步发展,远期价格与期货价格走势已经出现较大差异,而且期货价格本身也因为合约所处阶段不同而表现各异,因为,该文的结论值得进一步完善。类似地,Alberola等通过建立多元回归模型,实证研究2005-2007年碳价的主要驱动因素,发现能源价格、异常天气和政治机构决策是影响EUETS碳价变化最显著的三个原因。还有部分研究聚焦于电价与碳价之间的关系讨论。Linares等和Smale等均认为由于排放配额是电力生产商一个直接生产成本因素,因此EUETS的出现明显导致了电价上涨。而Kara等研究认为,在2008-2012年间,1欧元/吨CO2的碳价会导致北欧地区每年平均电力现货价格增加0.74欧元/MWh。Zachmann和vonHirschhausen研究发现,德国电力零售价格与碳价密切相关,而且碳价上涨对电价的影响比碳价下跌对电价的影响要大;换言之,碳价涨跌对电价的影响是不对称的。Daskalakis和Markellos首次从风险角度考察了欧盟电力期货、期权价格与碳价之间的关系。结果发现,碳价与电力风险溢价之间存在正向关系,而且碳价收益下滑对电价风险的影响大于碳价收益上涨时的影响,因此,在电力市场风险评估中,碳价是不可缺少的因素,这对于电力衍生产品定价有重要指导意义。综上所述,现有研究成果为本文的开展提供了重要参考,但也还存在一些不足。首先,现有成果基本上是静态的、平均意义下的,不利于了解化石能源对碳价变化冲击的全貌;其次,现有成果对各化石能源品种对碳价的冲击缺乏比较研究。因此,为了在现有研究基础上更深入地认识碳价形成机制,为相关投资者的决策和有关决策部门制定气候变化政策提供有益支持,本文试图进一步回答几个问题:化石能源与碳价之间长期均衡的协整关系在不同时期是否会一直存在;不同化石能源品种对碳价的影响机制有何差异;在EUETS的不同阶段,能源价格对碳价的影响机制是否有明显区别,背后的关键原因是什么;在国际碳价波动中,各种化石能源价格的贡献程度分别有多大;等等。研究样本及方法位于荷兰的欧洲气候交易所(ECX)是EUETS体系下交易量最大的碳交易所,其每日的碳交易量一般占到欧盟主要碳交易所碳交易总量的80%以上(1)。因此,ECX的碳交易状况很大程度上能够反映EUETS碳市场总体态势。EUETS的实施包括两个履约阶段,其中,2005-2007年为第一阶段,2008-2012年为第二阶段。考虑到在EUETS的两个阶段中,不同阶段合约的价格表现出较大差异,而同一阶段合约的价格具有高度一致性,因此本文以Dec07和Dec09期货合约的价格分别代表EUETS第一阶段和第二阶段碳期货合约的价格(2)。本文的化石能源价格主要包括煤炭价格、天然气价格和石油价格。在各种化石能源中,天然气是相对最清洁的能源,石油次之,煤炭是碳排放强度最高的能源,因此,本文的研究也能反映不同排放强度的能源品种对碳价的冲击,为未来能源消费的政策选择提供参考。关于煤炭价格,本文采用较有影响力的德国欧洲能源交易所(EEX)的三港(阿姆斯特丹、鹿特丹和安特卫普)煤炭期货合约价格,单位是美元/吨。天然气价格方面,由于英国是欧洲最大的天然气消费国,ICE交易所的天然气价格走势基本上能够反映欧洲的天然气市场行情,因此本文采用ICE提供的英国天然气期货指数价格,单位是便士/热量单位。石油价格采用ICE提供的Brent油价,单位是美元/桶。需要指出的是,各种能源价格都采用最近月份交割的期货合约的日价格数据。其自然对数价格走势如图1所示,横坐标为交易日,纵坐标为价格对数值。比较不同阶段碳期货合约价格与能源价格的走势,我们初步发现,第一阶段碳期货合约的价格与各种能源价格之间的走势总体上并不协调,甚至局部存在相反的趋势,反映不出能源价格对碳市场的密切联系;而第二阶段碳期货合约的价格与各种能源价格之间基本上存在一致的步调。从碳价与化石能源价格之间的相关系数(如表1所示)也能看出该特点,这也反映了能源市场对碳市场的影响的复杂性。可见,市场交易者对不同阶段的碳期货合约寄予了并不一样的预期。这与碳配额分配机制、全球气候变化政策调整,以及碳市场本身的影响程度等方面关系较大。由于两个阶段的碳合约价格具有不同的特征,因此,本文将分别考察第一、第二阶段碳期货合约与能源价格的互动机制。由于欧洲煤炭期货合约交易从2006年5月2日开始交易,因此,本文的样本区间为2006年5月2日至2009年8月28日。其中,第一阶段碳期货合约Dec07合约在2007年12月17日到期,因此,研究EUETS第一阶段的碳期货价格与能源价格互动机制时,本文选择的样本区间为2006年5月2日至2007年12月17日,共411个样本;研究EUETS第二阶段的碳期货价格与能源价格互动机制时,样本区间为2006年5月2日至2009年8月28日,共840个样本,该区间既包括了能源市场一路狂涨的阶段,也覆盖了2008年下半年能源市场一路狂泻而2009年开始企稳回升的局面,具有代表性。变参数协整理论本文需要使用的变量及其含义如表2所示。为了解各种能源价格对碳价变化的时变影响,我们将利用Kalman滤波方法,建立状态空间模型。其中,因变量为第一阶段碳价对数值Ln_dec07时,建立状态空间模型如下:因变量为第二阶段碳价对数值Ln_dec09时,建立状态空间模型如下:为估计以上结果的可靠性,本文还将参照王海鹏等人的成果,引入变参数协整理论,考察方程(1a)-(2c)的量测方程的残差序列是否平稳。如果是平稳序列,则可以认为相应的化石能源价格与碳价走势之间具有长期均衡比例不断变化的协整关系,即变参数协整关系。此外,为度量在各种化石能源共同作用下,碳价受到的冲击,我们采用向量自回归(VectorAutoregression,VAR)模型对化石能源价格与碳价的复杂关系建模,然后利用脉冲响应函数考察化石能源价格受到外部冲击传导到碳市场引起的反应,并基于方差分解方法分析化石能源价格对碳价变化的贡献程度。结果表明，在分析相关论文的结果时1、碳排放：天然气价格与碳价之间的负相关我们首先采用固定参数协整方程度量化石能源价格与碳期货价格之间的长期均衡关系。协整方程残差的ADF检验结果表明,各种能源价格与第一阶段碳期货价格之间的协整关系并不显著,但都与第二阶段碳价之间具有显著的长期均衡关系(3),这与文献的结论是一致的,也能从图1中它们价格走势中得到验证。对能源价格与碳价之间的变参数协整方程(状态空间模型的量测方程)的残差进行ADF平稳性检验,结果如表3所示。可见,在1%的显著性水平下,各残差序列都是平稳的,即能源价格与两个阶段的碳价之间均具有长期均衡比例不断变化的协整关系;这也表明采用状态空间模型刻画化石能源价格与碳价之间的变参数协整关系是合适的,估计结果是可靠的。需要指出的是,能源价格与第一阶段碳价之间并不具有长期均衡的协整关系,但是存在长期均衡比例不断变化的协整关系;换言之,各种能源价格与第一阶段碳价之间的固定参数回归都是伪回归,但这并不妨碍它们之间存在时变均衡关系。另外,基于状态空间模型获得的状态变量如图2所示。从图中我们发现了几个特点:(1)能源价格对第一阶段碳期货合约价格的影响不断回落,而且碳配额分配机制存在缺陷导致天然气和煤炭价格与碳价出现负相关。首先,图2a显示,各种化石能源价格对第一阶段碳价的影响均不断下挫。2007年底,Dec07合约即将到期,EUETS第一阶段也即将结束时,能源价格对碳价的影响几乎为0。这与碳价接近0,任何风险因素(包括能源价格)对碳价的影响都已经无济于事不无关系。我们认为,造成这种结果的原因主要包括两个方面:一方面是由于欧盟在EUETS第一阶段给其成员国分配的碳排放配额过多,明显超过实际排放需求;另一方面的原因更为关键,这种结果归咎于碳排放配额分配机制问题,具体来讲,这归咎于EUETS规定第一阶段和第二阶段之间不能进行配额的存储(Banking)和借用(Borrowing),因此,2007年底,两个阶段之间出现了明显的裂缝(seam),这直接导致了碳排放配额“失效”和碳价趋近0。其次,在整个样本期间,在各种能源价格中,油价对碳价的弹性大于天然气价格和煤炭价格,这种格局一致持续了整个样本区间。但是,煤炭价格和天然气价格对碳价变化出现了明显的负向影响,这与常识并不完全相符。一般而言,由于欧盟普遍水电资源匮乏,发电设施受到限制,为了满足用电需求,欧盟成员国尤其是德国大量利用煤炭发电,煤炭需求增加,致使煤炭价格平稳上扬,而大量煤炭消耗导致碳排放量上升,碳配额需求增加,碳价格上升。但是,欧盟碳市场交易者普遍预期第一阶段分配的排放配额过剩,加上两个阶段之间裂缝的存在,因此,碳价出现了迅速走低甚至接近0。可见,这种负相关现象一定程度上也说明了碳市场与煤炭市场之间的内在影响机制尤其是信息传导机制还存在障碍,不够畅通。而天然气价格对碳价的负向影响,同样主要源自EUETS碳排放配额分配机制的局限性。从图1a中可见,在样本期间的后半阶段,由于投机炒作、美元贬值、地缘政治等众多因素影响,国际油气市场大幅上扬,天然气价格稳步上升,但碳市场交易者普遍预期EUETS第一阶段碳排放配额明显过剩,但又不能传递到第二阶段,因此,碳价直线下挫,结果导致了天然气价格与碳价之间的负向关系。(2)能源价格对第二阶段碳合约价格存在正向的时变影响,影响程度相对平稳,而且油价的影响大于煤炭价格和天然气价格。首先,从图2b中可见,与能源价格对第一阶段碳价的影响不断下挫不同,能源价格对第二阶段碳价的影响也是时变的,但基本为正向影响,而且影响程度的波动相对平稳。这种正向关系基本符合能源市场与碳市场的内在互动机制。可见,能源市场已经成为影响EUETS第二阶段碳期货合约价格形成机制的重要因素。其次,油价变化对第二阶段碳价的影响一直大于煤炭价格和天然气价格。在各种化石能源中,油价波动是影响碳价变化的最重要因素,而且,油价对碳价的冲击是正向的,这与欧盟的能源消费结构密切相关。具体而言,欧盟的石油消费比例高,消费量大,因此,油价上涨时,出于成本考虑,人们往往会增加使用价格更为低廉的煤炭,导致二氧化碳排放量增加,需要更多的碳排放配额,推动碳价上扬。油价下跌时,由于石油比煤炭更为清洁,排放系数更小,因此人们一般会减少使用煤炭,也减少了排放二氧化碳,导致碳价走低。从中也反映出化石能源市场与第二阶段碳合约价格之间的信息传导渠道相对畅通。2、其他石化能源冲击下碳价同向波动的响应由于各种化石能源价格与第一阶段碳价之间的协整关系并不显著,但与第二阶段碳价之间都具有显著的长期均衡关系,即只有能源价格与第二阶段碳价之间满足建立VAR模型的前提条件。因此,我们基于各种化石能源价格以及Dec09碳合约价格,建立VAR(3)模型。在此基础上,选择脉冲响应函数描述VAR模型中各种能源价格的冲击给碳价带来的影响,结果如图3所示。其中,横轴表示交易日,纵轴表示碳价对数值,实线表示脉冲响应函数,代表了碳价对各种能源价格冲击的反应,虚线表示正负两倍标准差偏离带。图3中的结果表明,在本期给各种化石能源价格一个正向冲击后,煤价和油价的冲击会引起碳价上扬,尤其是油价的冲击会引起碳价出现明显走高,然后逐步回落。其中,煤价冲击给碳价波动带来的影响在50期左右达到最高点,250期(一年)左右后趋于平稳;油价冲击带来的影响在100期左右达到最高点,明显高于煤价冲击带来的影响,290期左右后趋于平稳。不同的是,天然气价格的冲击会引起碳价迅速下挫,在100期左右达到负向最高点,然后逐步回升,320期左右后趋于平稳。综合起来,我们发现,油价受外部条件的某一冲击后,经市场传递给碳价,给碳价带来同向波动,而且该冲击具有显著的推动作用和较长的持续效应,更为关键的是,在三种化石能源中,油价冲击给碳价变化带来的影响相对最大。煤价冲击带来的正向影响略弱。天然气的冲击会给碳价波动带来负向影响,而且在三种化石能源价格中天然气价格的冲击带来的影响持续时间相对最长。3、系统升势对贡献率的影响在VAR模型估计结果的基础上,我们采用方差分解方法分析能源价格冲击对第二阶段碳价变化的贡献率,评价各种能源价格冲击的相对重要性,结果如图4所示。我们发现,油价和天然气价格对碳价波动的贡献率均随时间迅速增加,分别在160期和200期左右后达到37%和31%,然后趋于平稳。煤价的贡献率缓慢增加然后趋于平稳,但贡献率相对较小,在100期左右就稳定于2%。此外,我们还发现,在150期以前,碳价波动主要的贡献者是其自身;此后,油价的贡献率超过碳价本身;系统趋于平稳时,油价的贡献率最高,天然气价格的贡献率略高于碳价自身(30%),煤价的贡献率最低。我们认为,导致这种结果与欧盟的能源消费结构密切相关。如图5所示,在欧盟的能源消费中,石油占有主导地位,其次是天然气和煤炭。2008年,石油占欧盟能源消费总量的41%,天然气和煤炭分别占26%和17%,这与它们对碳价变化贡献率的相对大小是一致的。可见,虽然煤炭是一种高排放的化石能源,但因其在欧盟能源消费结构中的比例相对较小,煤炭市场价格变动对碳市场的影响相对较弱,而排放系数相对较小的石油和天然气的市场状况对碳市场的影响较大,因此,未来规避EUETS碳市场风险时,应同时重点关注国际油价和天然气价格的波动。实现制度创新的政策导向经过几年运行,国际碳市场(尤其是EUETS)积累了一定的经验,为我国推行碳交易市场,建立碳排放交易体系,有效应对气候变化,提供了重要参考。(1)中国可以充分利用政策调控与市场机制相结合的方式,运行碳市场。EUETS的实践证明,它是一种跨国界的碳市场,是在欧盟委员会政策推动下一步步建立起来的,没有政府政策支持,不可能在如此复杂的市场情形下,建立一个以全局成本最小化为目标的排放权交易市场。我国在推行碳交易市场、应对气候变化的过程中,政策宏观调控应该与市场机制有效结合起来,其中在早期,政府政策导向将发挥决定性作用。(2)中国可以利用EUETS平台赢取更大的清洁发展机制项目收益,提高话语权。在可预期的将来,清洁发展机制(CDM)所带来的排放权将与EUETS结合更紧密,中国是最大的CDM供应国,截至2010年4月28日,中国在联合国注册的CDM项目预期平均每年减排量占全球的59.7%。中国有利用CDM项目获得更多收益的潜力,随着经济全球化日益深入、EUETS的不断完善以及中国国内企业CDM项目经