1 绪论
1.1 选题背景和意义
近年来，全球温度的升高越来越受到广大人民群众的关注，与温度升高相关的灾害性事件时有发生，地球上赋存的积雪和冰川融化速度加快，水资源的分布越来越不均衡，生物多样性的锐减。温度升高引起的海平面上升，沿海地区收到的灾害影响最为严重，有些小岛屿国家和沿海低洼地带随时存在被淹没的风险。温度升高对农、林、牧、渔等经济社会活动都产生了不利的影响，使疾病的传播速度加快，阻碍了社会经济的发展和损害了人民群众的身体健康。而这一切的罪魁祸首就是二氧化碳的排放，二氧化碳的排放（碳排放）带来了全球温度的升高。据国际能源署（EIA）公布数据，1980—2008 年期间中国的碳排放量增加了 50.39亿万吨，而 2008 年碳排放量达到了 64.99 亿万吨，成为世界上第一大 CO2排放国。中国经济正处于中高速的发展阶段，煤炭消费始终占据中国能源消费的 2/3左右。哥本哈根气候会议上，中国提出的 2020 年单位 GDP 碳排放量下降 40%-45%的减排目标，为确保 2020 年中国碳排放目标的实现，2017 年 1 月 5 日，国家能源局发布的《能源发展“十三五”规划》提出，清洁能源将是“十三五”能源供应增量的主体，“十三五”期间，非化石能源消费比重将提高到 15%以上，天然气消费比重力争达 10%，煤炭消费比重降到 58%以下，2020 年把能源消费总量控制在 50 亿吨标准煤以内。煤炭是二氧化碳气体的主要来源，为达成中国 2020 年设定的碳强度减排目标，中国计划于 2017 年启动碳排放交易市场，而市场建立的成败与否最为关键的一环就是如何进行碳排放分配，即碳配额，而碳配额是基于地区进行分配，虽然碳配额不能撼动煤炭在中国能源消费中的主导地位，但煤炭作为最主要的能源，煤炭对地区经济和社会的发展起着重要的物质基础作用，同时还影响着地区的生活环境，与我们的生存环境互相影响和互相作用。因此碳配额对各地区煤炭市场的影响不容忽视。
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1.2 研究内容与思路
本文的主要研究内容如下：第一章：绪论。首先介绍了本文的选题来源、选题背景、目的和意义，确定研究范围制定研究思路，并提出本文的研究方向和研究内容，作出本文的技术路线图。第二章：相关研究综述。本章根据研究的背景和意义，介绍本文所使用理论的相关基础，对相关的文献进行综述和说明，主要包含了碳排放的相关概念、碳排放核算方法、碳配额的分配方法以及空间均衡模型的理论和文献介绍。第三章：煤炭消费的碳配额核算。本章基于中国碳排放的总目标以及国家“十三五”能源规划总目标，从碳排放核算的角度，核算出中国煤炭消费二氧化碳的碳配额总量。并以此总量为基准，构建碳配额分配模型，并通过调节历史碳排放量、技术进步水平和产业结构强度等指标的权重值，建立不同的情境并进行情境间的对比确定中国30个地区的碳配额分配方案。第四章：区域煤炭的供需数量核算。本章首先从煤炭产能、煤炭利用效率以及煤炭行业投资介绍中国煤炭的供给现状，从中国煤炭的消费总量、消费结构以及消费趋势方面介绍中国的需求现状。使用回归建模的方法预测中国2020年动力煤供给总量和无碳减排情境下的需求量，基于IPCC清单法使用第三章核算的各区域的碳配额核算碳减排情境下的需求量，并进行两种情况的对比分析。为下文模型优化提供数据基础。第五章：碳排放配额下中国煤炭空间输送格局优化。本章首先从区际间动力煤的调入调出分析中国煤炭空间输送格局的现状。使用数学规划的方法构建中国煤炭空间输送格局模型，进行模型优化结果的分析。第六章：结论与建议。总结了本文的研究结论并给出建议。
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2 相关研究综述
2.1 碳排放测算
自20世纪末以来，发达国家政府及社会组织纷纷经过大量的统计调查研究，形成了系统的碳排放量核算标准体系。国际上现有的碳排放核算标准主要有两种类型，一种是自上而下的碳排放核算体系，目前以政府间气候变化专门委员会（IPCC）提出的《IPCC 国家温室气体指南》为代表，它通过对国家的主要碳排放源进行分类，在各大类中再构建子类，层层分解碳排放源来进行核算的，该方法具有一定的广泛性，同时借助于《IPCC 指南》方法和数据，使得这种核算体系更具权威性和可比性；另一种是自下而上的碳排放核算体系，它是基于企业产品和项目的核算体系，是从社会大众向政府转移的碳核算体系，目前以国际标准化组织（ISO）发布的温室气体系列标准如 ISO14064《温室气体核证标准》、世界资源研究所（WRI）和世界可持续发展工商理事会（WBCSD）联合发布的温室气体核算体系（GHG protocol）、英国标准协会（BSI）发布的“公众可用规范（PAS）”最具代表性。但是，自下而上的碳核算体系更侧重于对具体产品和企业的碳核算考察，很难涵盖经济生活的方方面面，也不能包括所有产品和企业的碳核算信息，因此，在研究区域碳排放核算问题方面具有局限性。对于国家或区域的碳排放量核算是以自上而下的碳核算体系为主，同时以自下而上的碳核算体系为辅[14]。基于国家或区域的碳核算体系主要是遵循《IPCC 指南》的要求，根据碳排放研究角度不同，常用的核算方法有排放系数法、生命周期法、投入产出法等。1988 年世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）共同建立了政府间气候变化专门委员会（IPCC），IPCC 经过多次修订编写了《2006 年 IPCC 国家温室气体指南》，进一步完善了国家温室气体排放清单。《指南》中提出的温室气体碳排放和汇清除清单，为测算温室气体排放量提供了一种很好的方法，也称为IPCC 清单法。IPCC 清单法是国际上公认的比较合理的碳排放量测算方法，具有普适性和数据可得性，是目前世界上最常用的碳排放计算方法之一。
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2.2 碳配额分配
碳配额分配制度是国外制度经济学派理论成果在环境治理领域的具体应用之一，其最初的理论构建是由国外学者贡献的。国外研究成果除涉及国外碳市场的具体情况外，具有普适性并值得中国借鉴的主要是其关于各种分配方案方法的讨论；国内学者的主要贡献在于将碳交易制度与中国具体情况相结合，讨论国外经验对中国建立碳市场的启示。国外学者的研究成果已经就配额分配研究的必要性、免费分配和拍卖分配两大类方案的优缺点等问题作了较为详尽的论述，为中国碳市场的构建做了必要的理论铺垫，具有较高的借鉴价值。碳排放权交易的思想来源于新制度经济学派奠基人罗纳德·科斯。根据科斯《社会成本问题》一文中的思想，只要财产权是明确的，并且交易成本为零或者很小，那么，无论在开始时将财产权赋予谁，市场均衡的最终结果都是有效率的，实现资源配置的帕雷托最优。该思想后经 Dales（1968）、Baumol（1971）、Montgomery（1972）等人的发展引入环境治理领域[15]。如 Montgomery（1972）提出，明确排污权后，在交易成本可以忽略不计的理想状况下，无论初始配额如何分配，通过市场交易最终都可实现所有企业的边际减排成本同市场排污权价格相等，市场是有效率的[16]。明确排污权的行为在碳排放权交易机制中演变成为碳排放的总量设定；而配额初始分配研究的必要性来自现实中由于高昂的交易成本及各种市场失灵的存在。鉴于自发交易难以形成有效市场，碳配额的分配便显得十分重要。极端理想分配情况下，分配的结果正好使得各方减排成本相等，则市场无需交易即达到最优，此时交易费用最低。国外学者正是为接近这一目标提出了多样化的方案并对各方案进行了详细的比较。
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3 煤炭消费的碳配额核算 ........ 17
3.1 全国碳配额总量设定 .........17
3.2 区域碳配额分配核算 .........18
3.3 本章小结 ..........33
4 区域煤炭的供需数量核算 ...... 34
4.1 煤炭供需现状 ......34
4.2 供给量的核算 ......43
4.3 需求量的核算 ......47
4.4 本章小结 ..........55
5 碳配额分配对中国煤炭空间输送格局的影响 ........ 56
5.1 中国煤炭空间输送格局的现状 ..........56
5.2 中国煤炭输送格局的模型构建和数据处理 .........59
5.3 模型结果分析 ......62
5.4 本章小结 ..........67
5 碳配额分配对中国煤炭空间输送格局的影响
5.1 中国煤炭空间输送格局的现状
中国的煤炭资源虽然丰富，但是分布确是不均匀的，煤炭的供给供给总计上呈现的是西多东少、北多南少的总体趋势，而对煤炭需求量较大的地区在经济发达的东部地区和南部地区，这就导致了中国煤炭的运输格局总体上呈现西煤东运以及北煤南运的总体格局。中国煤炭资源分布和经济布局共同决定了区域煤炭产消盈亏失衡的矛盾，使得煤炭运输肩负起保障国民经济正常运行的重任。中国煤炭资源配置和经济布局共同决定了区域煤矿生产损益失衡，使得煤炭运输成为维护中国经济正常运转的重要任务。由 2015 年的各地区动力煤的供给和需求数据，可得表 5-1（该表中调出量为各动力煤供给地区的满足自身需求后向其它地区的供给量，调出占比为各个地区占中国调出总量的比例），从表中可以看出，“三西”地区（山西、陕西、能蒙古）同时是动力煤生产和输送大省，三个地区转出总量的比例比例高达97.31%，也就是说市场上调出的动力煤几乎全部来自山西、陕西和内蒙古。而反观原煤调出历史，1985 年，中国煤炭调出量超过 1 亿吨的地区只有山西省，占中国区际间总转移比例达 56.7％。 2007 年，山西地区向外输送煤炭共计 5.1 亿吨，占中国转移总量的比例为 44.4％，比例略有下降，但依然是排名第二的内蒙地区的 2.9 倍。1990 年以来，内蒙古向外供给量加速增长，占总转移的比例持续上升，比例由 1985 年的 3.9％上升至 2004 年的 10.3％，在 2004 年的调出量更是突破 1 亿吨，屡创新高，迅速成长为中国区域煤炭调出量的第二名。陕西、河南地区的调出量分别排名第三，第四位。 2007 年，陕西、河南、山西、内蒙古等地区占中国调出总量的 74.3％，其中约有 2/3 的调出总量被 “三西”地区所包揽。由于内蒙古、陕西煤炭供给的快速增长，使中国煤炭行业的供给焦点转向西部地区，形成了中国煤炭运输的新格局。内蒙古、河南、陕西、山西地理位置相邻，构成国内煤炭的区域“金三角”带，是中国煤炭运输需求最旺盛的地区。而西藏、广东、天津、青海、海南、浙江、湖北等地区的对外供给量微乎其微。
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结论
煤炭行业自 2013 年底结束其“黄金十年”的发展期，市场形势严峻，与此同时中国的经济发展也进入经济新常态，煤炭市场的动态变化在一定程度上影响着中国经济的发展，煤炭市场的变化也备受关注，同时为达成中国在《哥本哈根会议》上签订的碳排放控制目标，中国政府除了鼓励企业技术进步、供给侧改革、煤炭产能退出外，为稳定和保障中国经济的正常运行，通过建立碳交易市场的方式，达成中国的碳排放控制目标，而碳排放交易市场良好运行的基础是碳排放总量的设定与碳配额的分配，煤炭恰好是二氧化碳排放的主要源头之一，碳排放总量的设定和碳配额的分配会对煤炭市场，尤其是煤炭的空间运输格局产生重大影响。本文在分析核算中国 2020 年煤炭消费碳配额总量的基础上，以各个地区为研究对象，改进历史分配法对中国煤炭消费的碳配额进行分配，并基于此，核算出各地区在碳配额情境下的煤炭需求，通过建立煤炭市场空间输送格局模型，使用 GAMS 工具编程优化，让其与无碳配额情境下的空间输送格局进行比较，得到以下结论：
（1）碳配额分配若想兼顾生产稳定性和激励性，需要以历史累积排放量为保障指标，以产业结构强度值和技术进步水平为激励指标，而三个指标的权重大小直接影响着各地区的碳配额分配总量，所以权重的确定需要通过设置不同情景并进行对比得出，这样的分配结果会使得碳配额的分配更加具有科学依据，更加容易的应用于实践中，是对碳配额分配较好的预演。
（2）在碳配额分配时，北京、天津、上海、海南、甘肃以及宁夏等地区在综合考虑历史累积碳排放量、产业结构强度以及技术进步水平三个的指标的条件下，在煤炭消费碳排放配额的分配竞争中占有竞争优势，河北、内蒙古、辽宁、山东和河南等地在综合考虑三个指标的条件下，在碳排放配额的竞争中处于劣势。
（3）碳配额分配的目的是为了建立碳排放交易市场做准备，而建立碳排放市场的目的是为了更好地实现碳减排目标、稳定生产、促进经济的发展。根据本文预测结果，到 2020 年在碳减排情境下中国煤炭需求减少量为 5.90 亿吨，占煤炭需求总量的 12.81%，其中动力煤在碳配额情境下相比无碳配额情境下的需求总量下降 3.54 亿吨，下降比例为 15.55%，占煤炭下降总量的 60.00%。
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参考文献（略）