排放交易体系中分配和价格变化对电力市场的影响:韩国案例研究

《Energy Policy》:Impact of changes of allocation and price in emission trading scheme on the electricity market: Korean case study

【字体: 时间:2026年04月27日 来源:Energy Policy 9.2

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  韩国第四阶段排放交易体系(K-ETS)中基准设定方法、拍卖比例与碳价对电力市场的影响研究,通过整合模型分析八个政策情景,发现统一基准显著压缩化石发电配额并降低全行业利润,其中燃煤机组受损最甚;碳价提升通过提高煤电成本实现煤转气替代,重塑发电格局与利润分配;政策需协调提高碳价、扩大拍卖比例与电力市场改革。

  
Jungmin Lim|Seongjun Lee|Taeyoung Jin|Dowon Kim
釜庆国立大学经济系,韩国釜山南区永苏路45号,48513

摘要

本研究探讨了韩国碳排放交易体系(K-ETS)的关键设计要素——基准设定方法、拍卖份额和碳价格——如何影响电力市场,重点关注发电结构和企业盈利能力。我们构建了一个综合建模框架,将排放配额分配、碳成本内部化和电力调度联系起来,并将其应用于K-ETS第四阶段(2026–2030年)的八种政策情景。为明确政策机制,我们将ETS改革的综合效应分解为各个部分的影响。研究结果表明,从基于燃料的基准设定转变为统一基准设定会减少化石燃料发电厂的免费配额,并降低所有发电公司的盈利能力,其中煤炭密集型发电公司的损失尤为严重。提高拍卖份额会增加碳密集型发电的边际成本,并适度激励清洁能源技术,但其对整个系统的整体影响仍然有限。相比之下,较高的碳价格通过提高煤炭相对于天然气的热效率成本,促进了部分煤炭向天然气的替代,从而改变了发电结构和企业利润分布。这些效应在分配上具有非中性特征,有利于拥有更清洁发电结构的发电公司。敏感性分析证实,这些定性发现在不同市场条件下仍然成立,尽管效应大小有所差异。从政策角度来看,结果表明,仅靠基准设定改革不足以在韩国基于成本的电力市场中(CBP)引发大规模的环境减排。实现有意义的脱碳需要一系列协调的政策措施,包括提高碳价格、扩大拍卖规模以及进行相应的电力市场改革。

引言

温室气体(GHGs)被广泛认为是导致气候变化的污染物(Singh和Yadav,2021年)。在环境经济学中,通常采用碳税和碳排放交易体系(ETS)等基于市场的工具来调节这些排放(Haites,2018年)。碳税为排放设定一个固定价格,而ETS则设定总体排放上限并允许配额交易,从而在不确定性下实现减排目标(Hintermann,2017年;Stavins,2019年)。
除了工具选择本身外,早期研究强调温室气体排放与地方空气污染物有共同的来源和协同效益,尤其是在能源和电力生产领域,这为综合减排政策提供了依据(Ramanathan和Carmichael,2008年)。基于这一观点,早期对碳税和ETS的比较分析指出,政策效果在很大程度上取决于设计特征,如分配规则、行业覆盖范围以及与能源市场的互动,而不仅仅是工具的选择(Ekins和Baker,2001年;Lin和Li,2011年)。后续的政策导向研究进一步强调了电力市场结构和配额分配在ETS实施结果中的重要性(Borghesi和Montini,2016年;Stavins,2019年)。在现有的系统中,欧盟碳排放交易体系(EU-ETS)最为成熟,已成为其他地区的参考模型。韩国碳排放交易体系(K-ETS)于2015年启动,其制度设计参考了EU-ETS框架,并通过连续的合规阶段逐步加强拍卖和基于基准的分配机制。
由于电力行业既完全受K-ETS覆盖,又是韩国脱碳战略的核心,因此配额分配的变化预计会对电力市场表现和减排结果产生不成比例的影响。根据2030年的国家自主贡献(NDC)目标,该国计划将温室气体排放量相对于2018年的水平减少40%。在这一框架下,电力行业被赋予了尤为雄心勃勃的减排责任,需减少约44.3%的排放量,占全国减排总量的约41.2%(韩国政府,2023年)。相比之下,工业、建筑和交通行业的减排目标分别为14.5%、32.8%和37.8%,这凸显了电力行业在实现国家气候目标中的核心作用。此外,随着终端使用领域的减排努力越来越依赖于电气化(如电动汽车的推广),脱碳负担进一步转移到了电力行业,进一步强调了电力行业减排的关键性(Kim等人,2024年)。
自2015年启动以来,K-ETS面临结构性挑战,特别是市场流动性不足,阻碍了价格发现,以及受监管电力市场中成本传导不足的问题,这限制了燃料转换和减排的激励(Joo等人,2023年)。认识到这些局限性,韩国政府在其第四个ETS基本计划(2026–2030年)中提出了改革措施,包括增加拍卖配额的比例和调整基准系数(Lho,2024年;MOEF和ME,2024年;ME,2020年),从而使K-ETS更接近EU-ETS的某些结构特征。
然而,韩国的制度和市场条件与欧盟存在显著差异(Kuneman等人,2021年)。这些结构差异表明,模仿EU-ETS设计的分配变化在韩国可能会产生不同的经济和环境结果,因此需要评估此类改革对电力市场运作和减排效果的影响。
因此,本研究旨在探讨碳排放交易体系设计的变化如何影响韩国的电力市场结果,特别关注电力生产行业。鉴于韩国NDC为电力行业设定的雄心勃勃的减排目标(Moon等人,2024年),评估ETS改革与电力市场运作之间的相互作用对于实现国家脱碳目标至关重要。
本研究通过填补实证研究中的空白,探讨了ETS分配改革与韩国电力市场运作之间的相互作用。虽然以往的研究主要集中在EU-ETS或K-ETS的制度分析上,但关于韩国基于成本的电力系统中拟议分配变化对市场影响的实证证据有限。为了填补这一空白,我们使用了一个综合评估框架,将基于模拟的ETS改革情景与电力市场调度优化模型相结合,模拟了第四阶段合规期(2026–2030年)的改革影响。通过纳入计划中的产能增减,该分析提供了关于不同分配设计如何影响发电结构和发电公司盈利能力的前瞻性见解。本研究的一个关键贡献是识别了在加强分配规则下电力生产行业可能面临的成本负担,包括采用统一基准和提高拍卖份额的影响。
此外,韩国的案例为其他在类似电力市场结构下考虑类似分配改革的地区提供了政策相关经验。为了解决现有专有电力市场模型的数据和透明度限制,本研究开发并应用了一个针对韩国市场结构定制的简化优化框架。
本文的结构如下:第2节回顾了韩国ETS的现状和现有文献。第3节介绍了本研究使用的方法和材料。第4节展示了实证结果和分解效应分析,以提供深入的分析。最后,第5节总结了研究结果及其政策含义。

章节片段

K-ETS的现状

从K-ETS首次实施以来,第一和第二阶段各分配了三年时间,第二阶段于2020年结束。第三阶段从2021年持续到2025年,第四阶段计划从2026年持续到2030年,具体细节仍在政策制定者之间讨论中(Yoon,2023年)。
受K-ETS约束的实体是指三年平均年温室气体排放量达到125,000吨或以上的企业,这些企业应在计划开始前四年内满足这一标准。

方法

本节介绍了方法论背景和实证数据。在韩国,M-core和PLEXOS等商业软件被广泛用于电力市场优化;然而,这些软件的操作原理透明度较低,给研究人员带来了挑战(Ahmed等人,2025年)。为了解决这一问题,我们开发并使用了一个针对韩国电力系统独特特征的调度优化模型。
之前的研究……

分配方法对发电结构和减排的影响

本节通过分析八个考虑情景中的选定案例,探讨了K-ETS第四阶段改革的影响。基准设定方法采用统一基准(B),并比较了两个政策维度:首先,增加拍卖比例(D→U)和提高碳价格水平(L→H)在单一基准下的影响;其次,在统一基准下,提高拍卖份额(U)和提高碳价格(H)的综合影响。
图3

结论与政策启示

本研究考察了三个关键ETS政策杠杆——基准设定方法、拍卖份额和碳价格——对韩国电力市场的影响。通过基于优化的情景分析,我们将综合政策效应分解为各个措施的影响。结果表明,这些措施对发电结构、企业盈利能力和分配结果的影响因具体政策变化而异。

CRediT作者贡献声明

Jungmin Lim:数据整理、调查、初稿撰写。Seongjun Lee:正式分析、方法论、初稿撰写、审阅与编辑。Taeyoung Jin:数据整理、验证、初稿撰写、审阅与编辑。Dowon Kim:概念构建、数据整理、正式分析、方法论、初稿撰写、审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了韩国教育部和韩国国家研究基金会(NRF-2023S1A5A2A21085534)的支持。
本研究得到了韩国国家研究基金会(NRF)的资助,资金来源于韩国政府(MSIT)(项目编号:RS-2023-00218913,RS-2026-25489524)。
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