双碳目标下石油企业降低碳减排成本解决方案设计

4双碳目标下石油企业降低碳减排成本解决方案设计4.1保险+期货模式的设计理念及条件4.1.1方案设计的理念方案设计的理念是基于“保险+期货”模式，在碳交易价格波动剧烈时，石油企业能够以较低成本锁定碳价，减少未来碳交易的价格风险，借此降低碳减排成本，从而提高石油企业的碳减排积极性。方案主要参考了农产品领域中，大部分农户缺乏专业扎实的金融衍生品交易的知识，但是在预计面临农产品价格波动风险时，借助保险公司和期货公司的力量，共同开发出价格保险和场内外期权，让农户能够以较低成本锁定农产品价格，从而避免遭受较大损失。由于当前碳交易市场的价格波动趋于剧烈，石油企业如果要单独成立一个专门研究碳价波动和碳金融衍生品交易的团队，需要花费更多的人力物力。相比之下，“保险+期货模式”可以凭借保险公司和期货公司的专业优势，帮助企业在协调投保时锁定碳价波动风险，使企业在减排过程中积极性提高。同时方案基于“保险+期货”模式可以让保险公司、期货公司以及控排企业都积极参与到碳交易市场中，能够提高我国碳交易市场的活跃度，使碳定价更加合理化，充分发挥出碳交易市场促进减排控排的作用，助力国家早日实现“双碳”目标。4.1.2方案符合的条件在双碳目标下，国家采取各种措施要求高能耗高污染行业进行节能减排，首先是结合我国实际情况成立各试点碳交易所，在此基础上构建全国碳交易所，充分发挥碳排放权作用，实现碳达峰碳中和目标。石油企业作为我国重点控排行业之一，碳排放强度和碳减排压力都比较大，导致减排过程中成本增加，所以基于“保险+期货”模式的解决方案需要符合以下几个条件：一方面，方案符合国家积极构建碳交易所的减排政策，提高我国碳排放权价格合理性的条件。全国已经有7家试点碳交易所，且2021年7月全国碳交易市场正式上线，这足以说明碳排放权交易将是我国重点的减排措施。所以在保险公司和期货公司的共同参与下，能够充分带动控排企业以及社会各类投资者参与到碳排放权交易中，提高我国碳交易所的活跃度，助力全国碳交易市场的发展。另一方面，方案符合石油企业降低碳减排成本需求，提高石油企业减排积极性的条件。我国石油行业的碳排放量较高，且免费发放的碳配额减少，碳排放权价格有上涨趋势，导致石油企业碳减排成本增加。所以基于“保险+期货”模式的方案可以让石油企业在较低成本锁定碳价，减少碳减排成本，积极进行碳减排。4.2保险+期货模式的设计具体内容4.2.1方案运作流程首先方案的主要参与者包括保险公司、期货公司、石油控排企业以及期货市场各类投资者，通过多方参与将石油控排企业承担的碳排放权价格波动风险转移分散到市场上各类投资者中，最终帮助石油企业降低碳减排成本。方案具体的运作流程如下：一、石油企业根据自身减排实际情况，预计存在额外购买碳配额的情况，则向保险公司投保相关碳保险产品。即当碳配额交易价格上涨到一定程度时，石油企业可以要求保险公司予以超出部分的资金赔付，或者是予以相应数量的碳配额作为赔付。二、保险公司结合企业需求和碳配额交易价格情况，设计出合适的碳保险产品，并向期货公司购买相应执行价格的看涨期权，将碳配额交易价格上涨风险转移给期货公司。三、期货公司通过专业团队研发设计出场外碳价格期权，将期权合约出售给各类投资者，通过期货期权投资者的参与，把碳配额交易价格波动风险在市场交易中分散掉。4.2.2方案交易过程在交易过程中，石油企业面临的碳排放权价格波动存在两种情况，一种是到期价格上涨，一种是到期价格下跌，根据石油企业实际情况以及所投保单和期权类别不同，最终交易结果也有所不同。因为当石油企业预计有购买碳配额的需求，那么到期面临的主要是价格上涨风险；而当石油企业预计会有碳配额剩余情况，需要在碳交易市场上去出售时，面临的主要是价格下跌风险，因为技术进步的成本可以通过碳交易市场上的碳排放权交易得到补偿。一、碳价格上涨保险和看涨期权：到期碳排放权交易价格上涨时，石油企业可以根据保单赔付条件要求保险公司予以资金赔付，或者让保险公司以等量的碳配额作为赔付。保险公司就可以凭借在期货公司购买的场外看涨期权，要求期货公司履约，将赔付的金额或碳配额支付给投保企业。最后，石油企业就能够以低于当前碳交易市场价购买到所需的碳配额，完成履约，减少了因碳价上涨增加的碳减排成本。到期碳排放权交易价格下跌时，石油企业能够以低于合约价格购买碳配额，所以不会要求保险公司赔付，保险公司也不会行使看涨期权合约，期货公司获得权利金，保险公司获得保费与权利金的差值，而石油企业则是损失小额保费，但是却能够避免支付高额的购买碳配额费用。二、碳价格下跌风险和看跌期权：到期碳排放权交易价格下跌时，石油企业同样可以根据保单要求向保险公司要求资金赔付，同时在碳交易市场上卖出部分碳配额，弥补因技术进步增加的碳减排成本。保险公司凭借看跌期权合约要求期货公司履约，并将赔付的金额支付给投保企业。最后，期货公司可以通过期货市场中各类投资者分散掉风险，石油企业获得了相应补偿，间接降低了碳减排成本。到期碳排权交易价格上涨时，石油企业可以将多余的碳配额以高于合约价格出售，没有面临价格下跌风险，不会要求保险公司赔付。保险公司也不会行使看跌期权的权利，期货公司赚取期权费，保险公司依然赚取保费和期权费的差值，石油企业损失小额保费但通过交易能够得到更多的补偿，也提高了企业减排的积极性。结合我国碳交易所的价格波动和石油企业目前控排情况来看，石油企业购买碳配额的需求较大，所以方案主要针对碳排放权价格上涨时的情况，对场外碳价格看涨期权和碳价格上涨保险进行定价；同理也可得出，场外碳价格看跌期权的期权费和碳价格下跌保险的保费。4.3保险+期货模式的创新点与核心点4.3.1方案的创新点本文设计“保险+期货”模式的方案创新点主要在于两个方面。方案创新点之一在于将方案应用到工业领域解决企业碳减排成本问题本身就是一种创新，我国目前仅在农业领域和部分小微企业试点中在开展“保险+期货”模式，从方案试点效果来看，该方案可以很好帮助农户锁定成本收益，避免因农产品价格大幅波动损害农户利益，实现保本增收。所以本文认为“保险+期货”模式也可以解决控排企业在碳交易市场中面临的交易价格波动，导致碳减排成本增加的问题，从而为工业领域应用金融衍生品等工具解决实际问题提供了全新思路。方案的创新点之二在于采用历史波动率锥方法来确定期权价格的波动率。参考我国对碳交易试点的价格研究，可以发现碳交易价格对外部冲击的反应速度有滞后性，且会受到历史信息的影响，所以采用波动率锥的方法可以更加合理的判断标的资产当前的波动率处于历史的高位还是低位，推测未来一段时间内的波动率。同时，相比传统的直接利用B-S模型得出单一的期权价格，利用蒙特卡洛法可以更加真实的模拟标的资产在理论模型下的价格走势，得出更加接近真实情况的碳期权价格，为期权市场交易提供一个合理的理论参考值。4.3.2方案的核心点论文是基于“保险+期货”模式提出的解决方案，所以方案核心之处就在于期权及保单的合理定价。正如上文所述，考虑到我国石油企业实际的需求，论文以碳排放权交易价格上涨风险为例设计出看涨期权和碳价格上涨保险。鉴于期权种类繁多，包括欧式期权、美式期权、亚式期权等，其中美式期权是指在到期日之前的任何时间都可以行权，而欧式期权必须在到期日当天才能行使权利，所以欧式期权价格成本相对较低，再结合我国各大试点碳交易所都按照固定履约时间进行缴纳碳配额的特点，以欧式看涨期权为例设计期权合约。其一是期权及保单定价过程。首先，期货公司通过对历史的碳排放权交易价格进行分析处理，得到碳配额的市场公允价值，确定可行有效的合约执行价格，对其波动率进行预测分析，并计算出期权费。其次，保险公司根据期货公司合约的执行价格确定保单的触发价格，参考合适的保险费率，再综合考虑需要支付的期权费和预期收益率，计算得出保费。其二是期权定价模型。期权定价理论众多，其中最为经典理论就是Black-Shore期权定价模型，该模型是基于完备市场下假设资产价格服从正态分布且波动率恒定不变，但这与大部分金融资产实际价格走势不符。而后有很多学者使用其他模型修正随机波动率，对传统B-S模型进行改进，例如Heston模型、Bates模型等。Boyle(1977)将蒙特卡洛模拟引入到B-S期权定价中，主要是通过技术手段对未来资产价格路径随机模拟，计算出不同路径下的期权收益，再根据无风险利率进行贴现，得出期权价格。这种随机模拟过程对于价格波动剧烈的金融资产来说，是最为灵活的期权定价方式，所以论文选取蒙特卡洛模拟方法对碳交易价格的欧式看涨期权进行定价。具体步骤如下，（一）选取恰当的模型（B-S模型）通过计算机模拟标的资产的价格走势，得到一个资产价格可能的路径（几何布朗运动）。（二）在期权有效期内将时间分成若干小段，通过蒙特卡洛模拟上千次，得出到期日随机资产价格的样本。（三）根据模型计算出不同价格下期权收益情况，再利用无风险利率进行贴现，得到期权现值样本.（四）对所有样本值取算术平均，得到在蒙特卡洛模拟下欧式期权价格。以上过程均通过python软件实现。4.4基于CEA的数据检验与处理本文选取全国碳排放权交易市场的碳配额交易价格（CEA）为标的资产价格进行方案模拟应用，主要原因在于全国碳交易市场已正式上线，覆盖电力、石化等高排放行业，且石油企业作为重点控排对象，其碳减排成本与CEA价格波动密切相关；此外，CEA价格能够更好地反映石油企业因碳价波动而增加的碳减排成本。因此，为了更好地进行方案设计，需要对CEA数据提前进行处理，检验价格走势是否符合产品标的要求。4.4.1CEA与石油原料价格相关性检验首先对CEA价格与石油生产过程中所需原材料价格进行相关性检验，说明以CEA价格为标的资产设计“保险+期货”模式的合理性。石油生产过程所需原材料主要是原油及其衍生品，结合我国石油行业常用的燃料种类选取原油现货价格指数，同时为了更好地观察CEA价格波动对石油行业的影响，加入了石油工业品出厂价格指数。最终选取2013年8月至2025年7月的CEA价格、原油现价、石油价格指数的数据，检验各参数之间的时间序列相关性。由检验结果可得，CEA价格波动会对石油企业的碳减排成本产生影响，所以基于CEA价格设计“保险+期货”模式方案能够影响石油企业的碳减排成本。如表4.1所示，CEA与原油现价的相关性系数为-0.39085，说明CEA价格波动与原油现价波动具有明显的负相关性，即当CEA价格上涨时，会导致石油原材料原油价格波动加剧，使石油企业的原材料采购成本增加，付出的碳减排成本会增加。而CEA与石油工业品价格指数的相关性系数为-0.31775，说明CEA价格波动与石油工业品出厂价格指数之间的负相关性明显，即当碳排放权交易价格上涨时，石油价格上涨幅度并不明显，所以石油企业无法从产量端实现可观的营收补偿。整体来看，CEA价格波动会明显影响石油原材料价格波动，与原油价格具有负相关性。表4.1CEA与石油原料和石油价格指数相关系数CorrelationCEA原油现价石油价格指数CEA1.000000-0.39085-0.31775原油现价-0.390851.0000000.85123石油工业品出厂价格指数-0.317750.851231.000000数据来源：年鉴数据统计、个人计算整理4.4.2CEA样本区间选择与处理根据全国碳排放权交易市场公开披露数据，对CEA收盘价格走势进行分析，选取2013年8月5日至2025年7月31日为样本区间，共有3020个有效的交易日数据，通过代码处理后画出其价格波动的时序图。如图4.2所示，2013年CEA的初始交易价格处于较高位状态，而后2014年至2018年一直处于相对低位，从2019年开始CEA价格逐渐上涨，经过2021年全国碳交易市场正式上线后，2024年CEA价格屡创新高，远超早期碳交易价格，说明CEA的收盘交易价格走势并不平稳，所以需要对数据进行预处理。图4.2CEA价格时序图数据来源：CEA交易数据、个人计算整理参考其他金融资产普遍采用对数收益率的方法来分析资产价格波动情况，本文考虑到碳排放权本身就是一种资产，因此也采用对数收益率的方法对CEA进行处理分析，得到CEA的日对数收益率R，计算公式如下：R其中，Rt是t日对数收益率，Gt是t日的CEA收盘价，4.4.3CEA日对数收益率波动特征由上述计算公式得出全国碳交易市场CEA日对数收益率R的样本数据，共有3019个样本值，对其波动特征进行统计检验与分析。如表4.2所示，R的均值为0.0005，中位数为0.0000，最大值为0.29，最小值为-0.31，标准差为0.038；其偏度为0.85，说明CEA实际收益率呈现右偏分布；而且峰度为5.12，大于3，加之JB统计量明显较大，说明全国碳交易市场的CEA的日对数收益率不是正态分布，具有明显的“尖峰厚尾”特征，符合一般性金融资产的收益率特征。表4.2CEA日对数收益率序列的统计检验结果统计量值均值0.0005中位数0.0000最大值0.29最小值-0.31标准差0.038偏度0.85峰度5.12JB统计量107.16样本数3019数据来源：个人计算整理为了更加直观地看出全国碳交易市场CEA的日对数收益率R的走势，对R样本数据作时间序列图。如图4.3所示，R波动比较随机，涨跌幅没有规律，但整体上R是围绕着零值进行上下波动，具有资产价值回归特点，说明全国碳交易市场CEA的日对数收益率符合商品内在价值的特征。图4.3CEA日对数收益率时间序列图数据来源：个人计算整理4.4.4CEA日对数收益率序列的统计检验为了确保样本数据处理的准确性，对全国碳交易市场CEA日对数收益率序列做ADF检验，结果图4.4所示。检验模型包括常数项和趋势项，在显著水平为1%、5%、10%下的临界值分别是-3.43、-2.86、-2.57，此时ADF=-18.05，p值=0，明显小于各显著性水平下的临界值，则说明原序列不存在单位根，拒绝了原假设，说明全国碳交易市场CEA日对数收益率序列是趋势平稳的，价格走势不会随着时间变化而改变，也与上图JB检验值结果相符，预测交易收益率是有效的，所以将CEA作为标的资产设计碳期权产品是可行的。图4.4CEA日对数收益率序列ADF检验结果数据来源：Eviews检验结果4.5基于CEA的期权定价与合约设计通过参考国外碳期货期权的产品合约设计，全国碳交易市场CEA的场外期权产品设计中，主要包括标的资产初始价格、执行价格、期权到期时间、标的资产数量和相应的权利金。权利金就是保险公司需要支付给期货公司的期权费，到期时拥有以执行价格购入一定数量的标的资产的权利，不同的执行价格对应不同的期权费，可以由保险公司自行选择，所以重点就是通过欧式期权定价公式和蒙特卡洛模拟推导出合理的执行价格下的权利金。4.5.1波动率欧式期权定价公式可以简单表述为C=F(S0、K、T、r、σ)，其中S0是标的资产初始价格，K是到期时标的资产执行价格，T是期权到期时间，r是当前无风险利率，σ是波动率。在期权产品设计时，S0、K、T、r都是事前可以确定已知，唯一需要确认的就是波动率σ，所以期权定价的关键在于选取何种方法确定资产波动率最合适。对全国碳交易市场的CEA而言，场外期权合约的波动率就是日对数收益率的波动率，因为波动率本身就是一种衡量资产收益率大小的指标，波动率越大，说明资产收益率的不确定性越高，为了降低不确定性所要付出的成本就越大，从而期权价格就越高。因为资产实际的波动率只能事后计算，所以在期权定价时使用的波动率都是事前预测的波动率，会存在一定误差。金融市场中通常选择历史波动率进行度量，即对特定时段里的金融资产收益数据进行处理，计算出每日回报的年化标准偏差，资产价格通常采取每日收盘价，收益率通常是对数收益率，再取对数收益率的标准差，进行年化调整。因为历史波动率是按照历史数据得出波动率范围，当样本数据足够多时，可以减少预测历史波动率的误差。根据Burghardt等（1990）提出的波动率锥，将不同期限的历史波动率序列通过几个具有代表性分位点在同一个坐标轴表示出来，绘制出波动率锥，观察历史波动率的范围，再做出当日的历史波动率序列并在同一时间维度上进行比较，选择合适分位点上的值作为预测波动率，这样可以有效减少预测误差。不过绘制波动率锥来确定历史波动率范围是有前提的，需要确定资产收益率走势是否具有均值回归特点，即长期来看资产价格波动相对比较平稳。通过对2013年8月5日-2025年7月31日的全国碳交易市场CEA日对数收益率样本作直方图可以看出，全国碳交易市场CEA日对数收益率的分布集中在-0.05到0.05，而且尾部极端值也有一定概率发生，说明全国碳交易市场CEA具有均值回归的特点，符合金融资产收益率“尖峰厚尾”特征，不是典型的正态分布，所以本文选取波动率锥的方法来预测波动率。图4.5CEA日对数收益率直方图数据来源：个人计算整理国际上普遍采取一年有252个交易日来计算，本文选取5天、10天、21天、63天、126天、252天为窗口长度，以2013年8月5日-2025年7月31日的全国碳交易市场CEA日对数收益率为例，计算不同时间窗口的标准差组成相应的历史波动率序列，分别记为HV5、HV10、HV21、HV63、HV126、HV252。然后在不同的历史波动率序列中选取几个具有代表性分位数，如最大值、90%、75%、中位数、25%、10%、最小值，表示该序列的波动范围，在同一个坐标轴下，连接同一分位水平下的历史波动率，最终得到全国碳交易市场CEA在不同时间周期窗口的历史波动率锥，如图4.6。图4.6CEA日对数收益的历史波动率锥数据来源：个人计算整理从全国碳交易市场CEA的历史波动率可以看出，随着到期期限的延长，区间内价格波动范围逐渐缩小，而且长期来看，历史波动率有向中位数集中的趋势，具有均值回归的特点。所以在使用波动率锥进行预测和期权交易时，通过比较不同分位水平下当日历史波动率序列处于历史波动率锥的什么位置，来判断未来资产价格走势和当前波动率是否存在高估或低估，从而确定期权交易是否存在套利机会。2022年1月4日的历史波动率整体偏低，其中HV21接近历史的中位数水平，但是HV42、HV63、HV126均低于中位数，接近于历史25分位水平，可能存在波动率低估的情况，所以预期未来CEA价格波动应该大于当前水平，存在跨期保值和投机套利的期权交易机会。根据波动率锥均值回归的特点，预测未来的波动率HV63为中位数水平0.630353。以全国碳交易市场CEA为标的资产，按照一个月有21个交易日计算，三个月共有63个有效交易日，设计到期期限三个月的欧式看涨期权（2022年1月4日-2022年4月12日），CEA期权的初始价格为2022年1月4日的收盘价58.20元/吨，波动率σ为0.630353，无风险利率选取2021年12月24日财政部发行的三个月的贴现国债收益率，计算所得为2.2519%。4.5.2蒙特卡洛模拟过程根据经典BSM理论模型来看，在风险中性下，资产价格是服从几何布朗运动的，在市场无摩擦和交易成本下，能够对欧式期权定价。本文假设CEA价格走势符合几何布朗运动，通过蒙特卡洛模拟40000次，观察到期日CEA的价格分布情况。资产价格几何布朗运动的随机过程：dSS其中，Z~N(0,1)。在一个维纳过程Wt和伊藤积分下，蒙特卡洛模拟下的资产价格连续随机游走过程表达式为：S图4.7CEA几何布朗运动模拟到期日价格直方图数据来源：个人计算整理从到期日几何布朗运动模拟的CEA价格直方图来看，价格主要分布在[25,100]区间，低于25和高于100的概率偏低，而且到期日CEA价格的数学期望是54.69，略高于初始价格，符合均值回归特点，也说明了未来CEA确实存在价格上涨风险，本文考虑到篇幅有限，仅对CEA三个月欧式看涨期权定价。首先根据对历史CEA收盘价和到期日直方图分析，确定CEA三个月欧式看涨期权的执行价格肯定高于初始价格，以CEA到期日的数学期望为基准，四舍五入取整后，先选取执行价K=55进行M=100、1000、10000、50000、100000、150000、200000、250000次的欧式看涨期权的蒙特卡洛模拟定价。从图中可以看出，随着迭代次数不断增加，期权价格逐渐趋于稳定。其中当M=150000次时，call\_price=6.76842，同时根据BS模型计算出的解析解为6.7635，说明了蒙特卡洛模拟次数越多，随机结果越接近真实理论值，所以最终确定M=150000次。运用此蒙特卡洛参数模拟执行价格K在[55,100]之间的欧式看涨期权价格，从图中可以看出，随着期权执行价格越高，期权费也不断降低。对于执行价格高于当前标的资产市场价格而言，其内在价值小于或等于0就属于虚值或平值期权，执行价格越高欧式看涨期权的内在价值就越低，期权价格就会越低。图4.8执行价=55不同迭代次数的蒙特卡洛模拟结果图数据来源：个人计算整理图4.9不同执行价格的蒙特卡洛模拟结果数据来源：个人计算整理4.5.3CEA的欧式看涨期权合约对于期货公司、保险公司还有场外期权投资者而言，购买期权合约需要考虑到成本收益性，因为本文设计的欧式看涨期权是虚值期权，所以内在价值小于0，主要考虑时间价值对期权价格的影响，可以通过权利金率来衡量期权买卖双方的成本收益率。权利金率是期权价格与执行价格和当前标的资产价格之差的比值，对于期权卖方而言代表的是收益-成本率；权利金率的倒数是执行价格和当前标的资产价格之差与期权价格的比值，对于期权买方而言也代表收益-成本率。数据整理如下图所示，发现期权执行价格越高，权利金率越低，相反地，权利金率的倒数越高。图4.10不同执行价格的权利金率及权利金率倒数数据来源：个人计算整理根据计算所得，2022年1月4日-2022年4月12日的CEA收盘价的平均值为72.63元/吨，所以综合考虑，选取执行价格在72和73，设计两款欧式看涨期权合约，合约参数可以参考国内各种期权合约以及欧盟EU-ETS的期权合约，确定合约交易单位是1000吨CEA，合约报价单位是元/吨，最小变动价位是0.05元/吨，以及交易代码采取CEA加上合约执行月份和执行价格，其中K=72和73的期权费分别为2.13元和1.96元，权利金率分别为0.12和0.11，同理可根据数据得出其他执行价格下的欧式看涨合约。本文设计到期日是2022年4月12日的CEA欧式看涨期权合约如下：表4.3CEA欧式看涨期权合约要素合约要素内容合约标的物全国碳排放权配额CEA合约类型看涨期权交易单位1000吨CEA报价单位元/吨最小变动价位0.05元/吨涨跌停板幅度与CEA涨跌停板幅度一样交易时间每周一至周五上午9:00-11:30，下午13:30-15:00，以及交易所规定的其他时间最后交易日/到期日2022年4月12日行权方式欧式交易代码CEA-2204-C执行价格72元/吨/73元/吨权利金2125元/1958元结算方式现金结算上市机构全国期货交易所数据来源：个人计算整理5“保险+期货”模式方案的合理性论证5.1方案的可行性分析方案可行性分析主要在于方案实施后降低碳减排成本的效果。在确定到期日下，通过比较投保石油企业和未投保石油企业在碳交易下承担的碳减排成本，将两者之差作为投保企业的净收益，即方案实施后减少的碳减排成本。本文以全国碳排放权交易市场（CEA）价格为例设计出四款“保险+期货”合约，由于执行价格和对冲比例的不同，最终碳减排成本减少幅度有所不同，计算公式如下：未投保碳减排成本=到期日CEA价格×未投保数量(5.1)投保后碳减排成本=到期日CEA价格×投保数量+保费−获赔金(5.2)获赔金额=（到期日CEA价格−触发价格）×投保数量(5.3)投保净收益=未投保碳减排成本−投保后碳减排成本(5.4)根据上一章节设计出四款期权和保单产品，在到期日当天，CEA的市场价格基于蒙特卡洛模拟路径计算，在不同触发价格下计算投保企业购买一份碳保险的净收益情况如下：表5.1投保净收益Table5.1Netincomefrominsurance策略名称触发价格(元/吨)未投保预期成本(万元，现值)保费支出(万元，现值)预期获赔金额(万元，现值)投保期望净收益(万元，现值)ATM全额对冲60.09123,001.235,688.907,269.621,580.72OTM5%全额对冲63.09123,001.235,254.736,778.091,523.36OTM10%全额对冲66.10123,001.234,854.696,320.471,465.78ATM70%对冲60.09123,001.233,982.235,088.731,106.50数据来源：个人计算整理根据上述表格数据（表5.1）来看，假设中国石化在研究期初预计未来履约时存在1800万吨的超排缺口，若不投保，其面临的预期碳减排成本现值约为12.30亿元（123,001.23万元）。若企业购买触发价格为60.09元/吨的ATM全额对冲保险，需支付保费5,688.90万元。从期望值来看，企业的投保净收益为正（1,580.72万元），这反映了保险在规避碳价波动风险方面的积极作用，即企业通过支付保费获得了稳定的风险对冲收益。其实实际上，在模拟的极端风险情境下，该策略的95%分位数净收益可达2.80亿元。这意味着，企业平均可赚取约1,580万元的“保险收益”，且在碳价暴涨的极端情况下，该方案能为企业挽回超过2.80亿元的损失。这证明“保险+期货”模式不仅在统计均值上体现为企业的收益增加，而且在风险管理层面，它有效地锁定了碳减排成本的上限，规避了价格大幅上涨的经营风险，方案实施具有充分的可行性。此外，运用保险+期货模式方案来应对碳配额的价格风险具有多重效益。第一，方案设计的碳配额价格保险可以帮助石油控排企业缓解短期内超额碳排放可能增加的碳排放成本问题，也可以提高石油企业进行控排技术引进和能源替代的积极性，从而使全国石油行业早日达到国际碳排放标准。第二，方案设计的碳保险可以帮助保险公司寻找新利润增长点，丰富了我国商业财产保险险种。第三，方案设计的碳期权可以帮助期货公司对冲交易风险，丰富了我国碳金融衍生品种，促进碳期货产品的上线。最后，方案通过多方参与合作，调动了保险公司、期货公司和其他投资者参与到碳交易市场的积极性，有助于我国碳交易市场成熟发展，使得碳交易价格更加合理化。由此可见，保险+期货模式的设计方案实施效益明显，具有充分可性。5.2方案的成本收益分析方案实施过程涉及到多方参与者，各方参与者都会承担相应的成本收益。本节将从理论上对控排企业、保险公司和期货公司在保险+期货模式下承担的成本收益进行分析，然后再举例说明方案设计的合理性。5.2.1理论分析对于控排企业而言，作为投保人具有锁定碳配额价格波动风险的需求，通过支付一定数额保费来降低企业可能额外增加的碳减排成本。控排企业向保险公司购买一定数量的碳配额价格上涨保险，选择合适触发价格的保险并支付小额保费，到期日时若碳交易市场价格上涨超过触发价格，便可以获得超出部分的全额赔付，降低了额外需要支出的碳减排成本。即使到期日碳交易市场价格并没有超过触发价格，控排企业也仅损失小额保费。由此可见，投保企业在方案实施过程中仅承担小额保费成本，便可以避免因碳配额价格大幅上涨增加的碳减排成本，获取可观的投保净收益。而且相比于直接参与期货市场交易碳期权的模式，保险+期货模式下控排企业不需要掌握专业的金融衍生品知识，不需要承担额外的投机套利风险，更加有利于企业降低风险成本，所以对于控排企业而言方案设计较为合理的。对于保险公司而言，作为承保人具有转移保险到期赔付风险的需求，通过支付一定数额期权费向期货公司购买碳期权产品对冲到期时保险赔付风险。保险公司根据碳期权产品设计出合理的碳配额价格保险，在权利金率基础上增加预期利润率构成保险金率，向投保企业收取相应保费。到期时，如果碳交易市场价格上涨超过了触发价格，保险公司将会获得期货公司超出部分的现金结算，并将这一笔钱赔付给投保企业，最终保险公司获取的净收益就是保费与期权费之差。如果到期时，碳交易价格没有触发期权执行价格，保险公司即不会行权也不会赔付，损失了期权费赚取了保费，整体来看还是赚取了预期收益部分。而且相比于其他商业价格险种，在保险+期货模式中保险公司主要发挥中间桥梁作用，在协调好运营成本后可以达到稳赚不赔效果，所以对保险公司而言方案设计也是较为合理的。对于期货公司而言，作为期权交易者具有对冲多重市场风险需求，通过设计多种执行价格以及其他各种类型来满足各种投资需求，最终对冲风险赚取一定期权费。期货公司通过设计合理的执行价格下碳期权产品，向保险公司或其他投资者出售，可以提高期货期权市场的活跃度并降低市场流动性风险。到期日时，若碳交易市场价格触发了期权执行条件，期货公司会给予保险公司相应现金结算，但是由于期货公司可以设计多种执行价格下多类别的碳期权期货产品，通过其他投资者的市场交易，可以分散对冲掉部分风险。而且相对于其他标的资产的期货期权，碳排放权作为国家法定的资产具有金融资产性质，符合国家倡导“双碳”目标和加快碳金融创新的战略，碳期权产品上线具有一定市场，保险公司的参与会增加市场需求，所以对期货公司而言方案设计也是较为合理的。5.2.2场景应用分析为了更好说明方案在具体场景应用中的成本收益情况，现根据中国石化年报披露数据，取其各项数据平均值，以一家年产2.5亿吨的企业A为例。按照2023年《碳配额分配方案》计算该企业A在炼油和化工环节获得的免费配额，其中其他环节不变则不予考虑，计算可得2023年度企业A炼油生产可获免费碳配额5400万吨，化工生产可获免费碳配额5400万吨。再按照上一年2022年方案计算企业A炼油和化工过程所获免费配额，计算可得2022年度企业A炼油生产可获免费碳配额7200万吨，化工生产可获免费碳配额7200万吨。表5.2企业A在2022年和2023年获得的免费碳配额Table5.2FreecarbonquotasobtainedbyEnterpriseAin2022and2023年份炼油生产免费碳配额（万吨）化工生产免费碳配额（万吨）免费碳配额总量（万吨）2022720072001440020235400540010800数据来源：全国碳排放权交易所、个人计算整理对比2022年和2023年方案结果可得，企业A获得的免费碳配额从14400万吨下调至10800万吨，共减少了3600万吨，这是该企业A需在履约前应减少的碳排放量。根据企业A实际减排比例不同，可计算出不同场景下企业A的碳超排量以及需要购买购买多少份额的碳保险，同时以履约当日CEA的模拟收盘价计算来度量企业A的碳超排成本。若企业A根据总减排目标3600万吨在期初向保险公司购买了360份触发价格为60.09元/吨的碳保险，则需承担保费5.69亿元；到期时CEA价格基于模拟路径，触发保险理赔，企业A将获得保险赔偿7.27亿元，净收益1.58亿元，因此可凭借保险理赔来补偿在不同减排比例下的超排碳成本，企业A也可以根据不同减排比例购买相应份额的碳保险，最终成本收益结果如表表5.3不同减排比例下企业A的成本收益情况Table5.3CostbenefitsituationofEnterpriseAunderdifferentemissionreductionratios碳减排比例碳超排量(万吨)对应保单份额(手)未投保预期超排成本(亿元，现值)承担保费(亿元，现值)预期保险理赔(亿元，现值)投保期望净收益(亿元，现值)0%180036012.300.570.730.165%144034214.340.540.690.1510%108032419.980.510.650.1415%72030629.220.480.620.1320%36028842.060.460.580.13数据来源：个人计算整理保费固定为期初针对1800万吨缺口购买的费用（约0.57亿元）。无论企业后续实际减排多少，若已购买保险，保费成本已锁定。从表5.3结果可看出，只要保险公司可以向期货公司购买相应份额的CEA看涨期权，保险公司就能在规避赔付风险的前提下获取收益。表5.4不同减排比例下保险公司的净收益Table5.4Netincomeofinsurancecompaniesunderdifferentemissionreductionratios碳减排比例投保份额(手)保险费收入(亿元，现值)期权费支出(亿元，现值)保险公司净收益(亿元，现值)0%3600.570.73-0.165%3420.540.69-0.1510%3240.510.65-0.1415%3060.480.62-0.1320%2880.460.58-0.1325%2700.430.55-0.1230%2520.400.51-0.11数据来源：个人计算整理由表5.4可知，保险公司通过“保险+期货”模式，每承保1800万吨碳配额，可能面临约1,580万元（-0.16亿元）的净收益为负。这反映了在当前模拟路径下，预期赔付高于保费收入的可能风险，但这并非模式失败，而是因为保险公司承担了转移风险的角色。在实际操作中，保险公司可以通过调整保费加载率（insuranceloading，例如8%加载）、优化运营成本或与期货公司协商期权定价来扭转为正收益，实现稳定的商业利润。同时，这种负收益在统计期望上体现了保险公司为企业提供风险保障的“成本”，但在碳价未暴涨的情境下，保险公司可避免赔付从而盈利。对于期货公司而言，只要保险公司有购买看涨期权的需求，可根据市场情况设计出相应的CEA期权合约，赚取期权费。然后根据到期日情况决定是否行权并确定期货公司净收益情况，且期货公司可以设计多款场外碳期权，通过其他投资者交易来分散部分行权风险，本文仅考虑前文设计的碳期权产品到期行权的情况，但实际市场上可能存在未行权的碳期权合约，从而提高期货公司的利润。表5.5不同承保份额下期货公司预期资金流向

Table5.5Expectedcashflowsoffuturescompaniesunderdifferentinsuredvolumes承保份额（万吨）对应期货期权手数（手）收取期权费（亿元，现值）预期行权赔付（亿元，现值）期货公司预期净收益（亿元，现值）18003600.570.73-0.1614403420.540.69-0.1510803240.510.65-0.147203060.480.62-0.133602880.460.58-0.13数据来源：个人计算整理对于期货公司而言，其收益主要来自于收取期权费与到期行权赔付之间的差额，并通过设计不同承保份额下的期权合约进行风险对冲。由表5.5可见，即便在承保份额逐步下降的情况下，期货公司可能面临净收益为负的情况，例如在承保1800万吨时为-0.16亿元。这反映了在模拟路径下期货公司承担的行权赔付风险高于期权费收入。但在实际市场中，期货公司可以通过多头/空头对冲、多样化期权产品设计以及与其他投资者交易来分散风险，实现正收益。这种负收益在期望值上体现了期货公司为整体模式提供流动性支持的“成本”，但通过市场机制和风险管理工具，期货公司可确保整体盈利。综合来看，在保险+期货模式下无论是控排企业、保险公司还是期货公司，各参与方的成本收益都是较为合理的。方案实施还可以丰富碳金融衍生品市场和提高市场活跃度，让社会各界人士都重视节能减排，强调了碳排放权的重要性，为实现“双碳”目标助力。5.3方案的实施效果分析5.3.1中国石化我国石油行业龙头效应较为明显，所有石油上市公司产量所占市场份额超过了60%，为了更加直观分析方案实施效果，选取一家全国石油上市公司——中国石化，根据其2023年度碳排放权履约情况，分析该方案实施效果。中国石化旗下子公司于2023年7月份和政府核查部门确认2023年度碳排放量为1.8亿吨CO2，与其2023年度配额1.44亿吨CO2相差了3600万吨，所以需要在碳交易市场上额外购买3600万吨碳配额完成履约。全国碳交易所履约日CEA的模拟收盘价，若中国石化此时购买3600万吨碳配额则需要额外承担约12.30亿元碳减排成本；若公司在期初购买了360份触发价格为60.09元/吨的碳保险，则支付保费0.57亿元。等到期后，获得保险赔付0.73亿元，赚取净收益0.16亿元，可以补偿额外购买碳配额的成本，约占总成本1.29%；同理可得，购买触发价格为63.09元/吨的碳保险净收益情况，结果如表5.6所示，证明方案实施具有降低企业碳减排成本的效果，不同的保单设计其减排效果不同。表5.6不同保单的减排效果

Table5.6EmissionReductionEffectsofDifferentPolicies碳超排成本（亿元，现值）保单份额（份）触发保单价格（元/吨）支付保费（亿元，现值）保险理赔（亿元，现值）净收益（亿元，现值）占总超排成本比例12.3036060.090.570.730.161.29%12.3036063.090.530.680.151.24%12.3036066.100.490.630.151.19%12.3025260.090.400.510.110.90%数据来源：个人计算整理5.3.2模拟假设由于我国石油行业整体的碳减排潜力较大，且已成为全国碳交易市场的重点行业，有必要针对整个石油行业进行方案模拟假设分析，更能说明方案在未来实施过程中的效果。首先我国石油行业2023年的碳排放量为1.8亿吨，根据《巴黎协定》要求来看未来整个行业的碳排放量还需要降低30%左右。按照上文选取石油单位碳排放强度标准值为0.45tCO2/吨，计算得出自2023年起未来十年内我国石油单位碳排放强度每年的下降比例至少要在3%左右，才能保证我国石油生产的碳排放量在2030年达到峰值。所以按照该碳减排比例可得我国石油行业2024年的碳排放量应该在1.746亿吨左右，但实际的碳排放量是1.8亿吨，超出了0.054亿吨。参考全国碳交易市场2023年度碳配额履约日的碳交易收盘价，计算可得我国石油行业应需额外承担约32.4亿元的碳减排成本。假设所有石油企业均纳入碳交易市场中，且在期初共购入360份触发价格为60.09元/吨的碳保险，保费总额为0.57亿元。那么在到期后所有石油企业将获得0.73亿元，净收益为0.16亿元。最终在履约当日通过碳保险赔付的净收益来补偿约0.16亿元的碳减排成本，约占总超排的碳减排成本的1.29%。考虑到2023年我国石油行业总碳排放量已经超过最低减排标准值，且目前还有部分石油企业并没有完全纳入碳交易市场中，所以未来石油行业的减排力度需要加大，企业承担的减排压力会不断增加，方案帮助企业减少的碳减排成本将会更多。为了进一步说明方案未来实施效果，以2023年我国石油产量和碳排放量为基准进行模拟分析。假设未来石油产量保持不变，仅考虑石油单位碳排放强度，碳交易价格走势参考全国碳交易市场情况，由于设定最低减排比例仍存在超排现象，所以模拟设定在不同减排比例下整个石油企业需要承担的成本，以及通过方案可能减少的成本。当设定减排比例在5%时，需要约6年时间才能达到减排标准值，那么第一年需要减少的碳排量为0.09亿吨，承担的碳减排成本为5.4亿元，如果控排石油企业在碳交易价格为60.09元/吨时购买了触发价格是60.09元/吨的碳保险，总共购入90份，承担保费总额为0.14亿元。到期后，所有投保企业将获得保险赔付0.18亿元，赚取净收益0.04亿元，最终通过方案投保收益帮助控排企业补偿了约0.04亿元碳减排成本，约占总减排成本的0.74%。依次类推，设定减排比例在10%和15%，相应地第一年的减排量为0.18亿吨和0.27亿吨，承担的碳减排成本分别为10.8亿元和16.2亿元；同理，所有控排石油企业投保相应减排量的碳保险，最终获得保险赔付净收益分别约为0.08亿元和0.12亿元，补贴相应的碳减排成本，分别约占总碳减排成本的0.74%和0.74%。表5.7设定减排比例下方案减少碳减排成本比例