碳交易市场对化工行业影响如何？

本文基于2021年05月20日发布的报告《化工碳中和系列报告四：碳交易市场对化工行业影响如何？》

作者：万里扬

今年6月我国将正式开启全国碳交易市场第一个履约周期，虽然目前只纳入了电力行业，但随着我国碳市场运行机制不断成熟和完善，化工行业被纳入只是时间问题，这将对化工企业的竞争力产生深远影响。

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碳市场发掘低成本减排机会

我们前期报告对主要能化产品的全流程二氧化碳排放进行了测算，无论是采取减排措施或是将碳排放成本内部化，都将提升生产成本并影响竞争格局。减排或实现碳中和目标无疑会增加企业生产成本并最终由全社会承担，但这是人类在低碳转型的成本与气候变化带来的不可逆损失中必须做出的选择，牺牲部分当代的经济利益以换取下一代的生存和发展空间，更何况以“双碳”目标主导的低碳转型将成为推动我国产业系统性升级的重要机遇。碳减排对社会成本的提升不可避免，但高效的政策机制能够使得整体减排成本优化。海外的成熟经验告诉我们，基于总量控制和交易（“Cap-and-Trade”）机制的碳排放权交易市场是实现减排效率的市场化工具。

碳排放权的设定使得原来自由排放的温室气体被赋予了价格，排放成为了一种权利并具有稀缺性。碳市场的本质是在排放总量约束目标下，推动企业进行减排行动或是碳排放权的交易而实现社会减排成本的最优。这其中有两个方面的含义。其一是排放总量控制目标，由高级别政府部门审批确立并形成实际排放总量稳定或下滑的强有力约束，强约束是这套规则发挥效用的基础。其二则是市场化的工具，一方面将强约束的总量目标转化为各参与主体的排放权配额，另一方面允许减排成本企业通过排放权的交易找到低成本的减排机会，这种交易可以使超排企业向减排企业购买富余排放权实现总量控制目标，进而使得减排成本高的企业均衡自主减排和购买排放权的成本。今年6月底全国碳交易市场预计将正式启动，碳排放权确定性地将成为企业的资产并被赋予价格，对化工行业也将产生深远影响。

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化工碳排放配额怎么分配

全国碳排放权交易系统落地上海，注册登记系统设在湖北武汉，注册登记机构和交易机构由7个试点省市以及福建、江苏共同建设。今年1月1日我国碳市场首个履约周期正式启动，首批纳入的是电力行业，预计于6月底正式开始运行交易。虽然因为排放占比和技术复杂性等因素，化工行业没有首批纳入全国性碳市场，但参考欧盟成熟碳市场假设初始的行业覆盖，我们认为随着我国碳市场运行机制不断成熟和完善，化工行业被纳入其中只是时间问题。

2.1

碳排放配额分配的基础方法

分配给企业的碳排放配额代表企业每年能够无偿排放二氧化碳的上限，1单位的配额就代表1吨二氧化碳排放量。企业需要在履约期末上缴所拥有的配额，只有上缴的配额覆盖当年的排放量才能够完成履约，否则就得通过购买配额来完成履约。企业所有拥有的配额来自两个方面，一是初始分配，可理解为排放权的一级市场，二是交易获得，可理解为排放权的二级市场。初始配额由政府发放，把过去无限制排放的权利转变为具有稀缺性的资产。初始配额又有免费发放和拍卖两种形式，前者是企业可无偿从政府获得的排放权，后者则是企业需付出一些代价才能从政府有偿获得的排放权。

免费配额的分配根据参考基准的不同，大体又可分为历史法和基准法两类。历史法又分为历史排放总量法（祖父法）或历史排放强度法，分别根据企业过去几年的排放总量或单位产量排放量平均水平决定企业履约年的免费配额量，再赋予其一个每年衰减的调整系数进行总量控制。基准法又称标杆法，是在 采用相同工艺路径或者一定规模区间等技术参数的范围内 ，将各范围内的先进企业的排放强度作为基准，一般是取行业前百分之几十分位的企业，履约企业的免费配额量由该企业的实际产量和基准值决定。

关于历史法和基准法的各自优缺点比较已有大量研究讨论，再次无须过多论述。核心差别就是历史法的数据易得，操作起来也简单。但是容易造成高排放企业获得更多配额，减排意愿降低；而低排放企业却获得更少的配额，从而造成鞭打快牛的现象，效率丢失。基准法则重视减排效率，排放强度相对基准水平越高的企业减排压力越大，能够激发减排能动性，但这种方法对于产品结构、工序复杂的工业企业来说数据收集及监管的难度较大。我们认为，虽然技术层面难度存在，化工行业采用基准法分配免费配额是大趋势所在，且随着市场运行的成熟度提升，拍卖分配初始配额的比重也将逐渐替代，这与欧盟成熟市场的演进过程一致。

2.2

国内碳市场试点的化工行业

我国碳交易试点由2013年正式启动，按照启动的时间顺序包含深圳、上海、北京、广东、天津、湖北、重庆、四川和福建。根据最新发布的各地和全国性的配额分配方法，基准线法主要应用在电力和热力行业，因为行业的装置标准化且产出和原材料都比较单一，技术上的难度较小。以《2019-2020年全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案（发电行业）》为例，电力行业按照机组规模设置不同的度电排放基准。

而受限于行业复杂性，大多数工业部门包括化工行业在内基本还是以历史总量法进行免费配额的分配，即以过去几年的历史排放总量为基础，设置总量上的年度下降系数作为履约年的免费排放额度。但部分试点例如广东、湖北和福建，也会对产品相对单一的部分工业行业采用基准线法分配，比如水泥、钢铁、造纸、电解铝等行业。例如广东省对钢铁行业炼钢各环节设定了单吨产品的排放基准值；而湖北水泥企业的标杆值则采用湖北省18年位于第40%分位水泥企业的单位熟料碳排放量，即0.7823吨二氧化碳/吨熟料。可以看出，虽然目前受限于基础数据等完备性的限制，化工直接采用基准线法还有较大的技术难度，但参考水泥行业，国内大宗品制造业采用基准法也并非无迹可寻。更重要的是，欧盟碳交易市场（EU-ETS）经历三个阶段十余年发展，已从祖父法（历史总量法）完全过渡到全行业标杆法（即基准法）分配免费配额，为我国基准法的完善带来丰富的经验。

2.3

欧盟成熟碳市场的化工行业

欧盟碳市场（EU-ETS）从05年启动，十余年时间至今已经演进了三个阶段，21年起正进行第四阶段。包括免费配额大幅缩减等方面年底机制改进推动欧盟碳市场所覆盖的固定装置碳排放量19年相对05年降低24%（20年可能有疫情因素影响），尤其是第三阶段经过系统性改革后减排幅度明显提高。而同时欧盟碳市场整体的活跃程度也在不断提升。

2.3.1

以标杆法为导向实现减排效率

欧盟碳市场行业覆盖相对完整，从化工行业覆盖的节奏看，第一阶段囊括了炼油（指oil refinery）行业，并在第三阶段进一步加入了石化行业以及合成氨、硝酸等基化行业。覆盖的气体也从单一的CO2延伸到了N2O、PFCs。配额分配方式从免费分配向高比例拍卖演进，从第一阶段的最多可拍卖5%的排放许可，到取消电力行业免费配额以及降低其他行业免费配额比例，2020年整体拍卖配额达到57%。配额分配方式也从“祖父法”由第三阶段起向“标杆法（即基准法）”转变。每个阶段的年度配额总量也在逐步收缩，这些都是在经历了由于配额过剩等原因造成碳价暴跌的经验教训。而最新的欧盟碳排放配额已突破50欧元/吨并向60迈进。这个演进过程也不难理解，碳市场机制启动初期的首要目标并非一上来就进行严格的排放量限制，而是要让更多的企业和其他玩家参与进来熟悉这套新的游戏规则。几年的经验积累之后再向更加严格的管控方式转变。而且我国无论从排放总量、地域分布还是产业结构的复杂度来说都比欧盟有过之而无不及，所以我们判断今年全国碳交易市场启动后在初期或将也是以提升参与度为主要目标来设定具体运行方案，而后再逐渐向效率优先的准则演进。

欧美标杆法免费配额方式由行业标杆值、历史活动水平、碳泄露暴露因子和调整系数四项相乘获得。1）标杆值是在生产该产品或同等水平的装置中，将单吨产品排放强度由低到高顺序排列，取前10%的分位值作为该水平装置的标杆值，取值相对国内试点而言激进得多，故在欧盟碳市场只有最先进的生产装置才能获得足额甚至是拥有富余的排放配额。2）欧盟标杆法采用的是事前分配法，采用装置过去一个五年期产量的算数平均值作为历史活动水平（HAL，historical activity level）参数。例如根据19年最新发布的方法学，历史活动水平采用的是14-18年或者是19-23年五年产量的算数平均。

3）碳泄漏暴露因子取值0到1之间，是对标杆值和活动水平确定的配额总量再进行减量修正，即通过削减理论上应当“足额”发放免费配额而再次加大企业减排压力，这也是欧盟碳市场前两期运行在避免配额宽松积累的经验。碳泄漏与配额分配关联何在？首先，“碳泄漏”是指企业由于减排成本提升，将生产转移到对温室气体排放限制较宽松的其他国家出现的情况，所以往往是深度参与国际贸易和分工的行业。碳泄漏一方面极有可能造成总排放量增加；另一方面则代表着由于减排带来欧盟内部企业生产成本提升，相关产业的国际竞争力被削弱。所以这个因子的设定是在压缩排放空间的大方针下，对碳泄漏风险较高的一些行业给予一定的保护或是缓冲。依据欧盟的指南梳理，可看出碳泄漏风险较高的行业主要是与其他发展中国家存在竞争关系的制造业，包含170个行业及子行业，欧盟对碳泄漏风险较高的行业采用100%免费配额，其他行业则在第三阶段将该因子从80%降低至30%。此外，欧盟电力行业由于定价完全市场化，能够通过涨价将成本传递给下游终端，第三阶段起已基本完全采用拍卖方式分配初始配额。4）最后的调整系数是为了避免用前三个因子计算出的免费配额量的加总高于欧盟总体免费配额量而采用的另一个修正系数，保证总量控制的有效性。

2.3.2

化工行业标杆设定方法学

欧盟碳市场至第三阶段总共开发了52个产品标杆方法学，其中由于化工行业复杂性强，包含了15个标杆值，位列行业第一。以石化行业为例，标杆中与石油化工相关的产品主要包括炼油、乙烯、芳烃、氢气、环氧乙烷/乙二醇、苯酚丙酮、苯乙烯、氯乙烯、聚氯乙烯、合成氨、合成气等。

对于一些单一产品环节例如环氧乙烷/乙二醇、聚氯乙烯、合成氨、合成气等的标杆设置，一般只需对单吨产品排放量设定一定的标杆值，然后利用产品产能与对应标杆值乘积即可得到该产品免费碳排放配额。但是大型石化装置生产环节复杂，单一进料的终端产品较多，例如一些行业例如炼油、芳烃、烯烃等很难由单一产品产量设置标杆值，即对历史活动水平（HAL）设定的难度很大。欧盟提出了“CWT（CO2-weighted-tone）”方法，通过特定方法学计算各子工序产品以CO2排放为基准的调整系数——CWT因子，将各工序的产能与其CWT因子加权后求和，整个流程的产量就由不同子产品的吨位转为单一的指标，流程的排放强度就可简化为吨CO2/吨CWT。基于这个指标就能够设置行业的标杆值，并基于CWT来计算免费配额。即欧盟从产品生产链出发，设定标准化的指标来指代单吨产品，实现标杆法的配额分配，这也将为我国统一碳市场的基准线开发提供参考。

炼油行业

炼油生是典型的由一种原料生产多种产品的过程，HAL很难从单一产品产量设定，需要结合炼厂的装置结构、规模和工艺路线等因素，最后综合确定某一指标作为配额分配的标杆值。欧盟碳市场对炼油行业配额分配的标杆值就是CWT法。在CWT方法中，每个标准的炼油装置被赋予一个CWT因子，其中常压蒸馏的CWT被设定为标准1。

CWT方法计算炼油厂配额分为三步：1）炼厂所有工艺装置的进料量（或产品量）与相应CWT因子乘积并加和得到工艺装置CWT值，炼油厂主要采用的是工艺装置的进料量；2）炼厂工艺装置计算出的CWT值经过修正后可得到炼厂的CWT值，修正因素主要包括储运、调和、接卸和污水处理等炼厂辅助过程的碳排放。3）最后，由炼厂CWT值与标杆值0.0295吨CO2/吨CWT乘积得到炼厂碳排放配额量。

芳烃行业

欧盟碳市场对芳烃行业的配额分配也采用CWT方法，其基准值是0.0295吨CO2/吨CWT，与炼油行业相似。

制氢过程

制氢过程的产品包括纯氢以及氢含量大于60%的合成气，对合成气的配额计算只考虑合成气中的氢气量。当氢气产品中氢气纯度小60%时应按照合成气产品计算配额。欧盟碳市场对制氢过程的配额分配按照8.85吨CO2/吨H2计算。制氢过程的配额分配方法与炼厂的CWT体系一致，按照CWT方法炼厂内制氢装置的CWT因子为300吨CWT/吨H2，标杆值为0.0295吨CO2/吨CWT，两者乘积即为制氢过程的基准值8.85吨CO2/吨H2。

乙烯行业

乙烯蒸汽裂解过程的产品较多，包括乙烯、丙烯、丁二烯、芳烃和氢气等。欧盟将乙烯裂解装置的乙烯、丙烯、丁二烯、芳烃和氢气产品产量总和作为高附加值产品，乙烯行业的配额以装置的高附加值产品产量来确定。乙烯裂解装置存在补充进料情形下，应用高附加值产品产量计算配额时，需要扣除补充进料当中的高附加值组分。最后，通过计算出来的高附加值产品总产量与标杆值0.702 吨CO2/吨产品的乘积确定乙烯裂解装置的配额量。

环氧乙烷（EO）/乙二醇EG

欧盟对EO/EG产品的配额计算是以装置的当量环氧乙烷产量而定，其标杆值为 0.512吨CO2/吨。由于EO/EG生产过程下游的产品种类较多，计算配额量时要将装置生产的各种产品折算为当量环氧乙烷来计算，折算产品包括EO、EG、二乙二醇、三乙二醇。

合成气、合成氨、氯乙烯和聚氯乙烯等单一产品

欧盟碳市场计算各个单一产品的的基准值分别为0.242吨CO2/吨（合成气）、1.619吨CO2/吨（合成氨）、0.24吨CO2/吨（氯乙烯）、0.238吨CO2/吨（乳液聚氯乙烯E-PVC）和0.085吨CO2/吨（悬浮聚氯乙烯S-PVC）。下表将欧盟石化行业主要工序的标杆值归总。

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排放履约怎么开展

先以欧盟为案例介绍，一个完整的履约周期以年为单位。每年1月1日开始进行排放监测。排放监测主要有三种方法：标准法、物料平衡法、直接监测法。标准法是根据燃料消耗进行计算，主要参数为燃料消耗量、各燃料排放因子和氧化率，仅针对于燃料相关排放；物料平衡法基于投入产出计算，即根据输入和输出物料含碳量的差额核算，可用于监测我们前期报告所探讨的非燃料相关的过程排放；直接监测法则采用直接和连续的浓度及流量监测来计算排放量。目前欧盟主要行业排放监测采用的基本都是前两种核算的方法，而不采用直接的连续监测，我们认为基于核算的方法也会成为我国碳排放监测的主要方法。

控排企业2月底依据标杆法获得本年的免费排放配额。在当年第三季度接受核查机构核查并于年底准备年度排放报告，并于来年的3月底提交本年的碳排放核查报告。来年4月底企业上缴排放配额用于履约，上缴量必须大于等于前一年经核查的排放量，而未履约企业要面临100欧元/吨CO2超排量的处罚，并且在来年6月底需要提交改进报告；而且当年不履约行为不会被一笔勾销，而是必须在第二年的履约义务之外加以处理，可谓锱铢必较。于此，企业一个完整的履约周期形成，并且不断滚动，而碳排放配额的交易也贯穿其中。

我国碳市场试点的履约周期运转模式与EU-ETS基本类似。重点排放单位从生态环境主管部门直接免费或者通过拍卖获得配额，从试点运行情况看绝大部分还是免费配额。大部分试点免费配额采取事前分配和事后调节相结合的方式，具体是按照历史排放量或者产量、业务量等确定的总配额量，预分配全额或者50%-80%的比重，待履约年生产周期结束产量明确以及核查工作完成时，再最终确定实际应发总配额量并进行多退少补。在履约年控排企业进行配额的交易，也可以购买由可再生能源、林业碳汇、甲烷利用等项目创造的核证减排量（CCER）。控排企业大多要求在6月完成上一年排放配额的清缴以完成履约。当然去年因为新冠疫情，配额发放和履约的节点有所延后，但整体上的运转流程还是比较完整的。