研究 | 我国碳排放交易现状:与区块链的结合

文章介绍:碳交易市场是未来重要的发展方向,也是国家重要的战略领域,本文通过结合现有材料与荷月科技对于碳交易与区块链的思考与探索,希望能够全景的讨论碳交易市场目前的情况以及区块链在其中的应用方向与价值,文章作者:张皓婉,荷月科技研究员。


一、背景与趋势


1.背景

中国是全球最大的温室气体排放国家,根据在《东京议定书》中作出的承诺,积极担负起减排任务。在2009年哥本哈根国际气候会议上,我国政府主动提出 “到2020年,单位国内生产总值二氧化碳排放在2005年基础上降低40%”。 环境经济学应对气候变化进行碳减排的思路, 是建立碳排放权交易( 简称“碳交易”) 市场。

过量碳排放给人类社会带来损害,成本转嫁全社会,导致 整体社会福利损失,碳排放负外部性是超越国界,存在代内与代际的负外部性问题。根据外部性理论和科斯产权理论,碳交易将温室气体排放产生的 外部成本内部化,以有关法律或合同为依据,在市场上确定价格并形成碳排放权的自由交易活动。碳减排成本低的企业极力减排,成本高的企业购买碳排放权履行规定,达到帕累托最优。碳交易被证明减排成本最低。

《东京议定书》确立的三种机制之间的关系示意

2.我国碳排放交易市场建设分为三个阶段

第一阶段2011-2017:

地方试点和探索全国碳市场的框架阶段

2011年,国务院印发了《“十二五”控制温室气体排放工作方案》,提出“探索建立碳排放交易市场”的要求。2011年10月,国家发改委为落实“十二五”规划关于逐步建立国内碳排放权交易市场的要求,同意北京市、天津市、上海市、重庆市、湖北省、广东省及深圳市开展碳排放权交易试点。现国内已形成了广州碳排放权交易所、深圳排放权交易所、北京环境交易所、上海环境能源交易所、湖北碳排放权交易所、天津排放权交易所和重庆碳排放权交易所等多家环境交易所,但是尚未形成一套规范统一的市场规则和法律制度来约束碳交易行为,而且碳交易产品比较单一,交易量也比较小。

2014年,7个试点已经全部启动上线交易,根据国家发改委提供的统计数据,共纳入排放企业和单位1,900多家,分配的碳排放配额总量合计约12亿吨。几年时间内,7个碳交易试点完成了数据摸底、规则制定、企业教育、交易启动、履约清缴、抵消机制使用等,并各自尝试了不同的政策思路和分配方法。这7个试点碳市场横跨了东、中、西部地区,区域经济差异较大,制度设计上也有区别,这些试点经验为全国碳市场的建设提供了丰富的借鉴,也折射出全国碳市场建设的潜在方向。

国家发改委2016年1月印发了《关于切实做好全国碳排放权交易市场启动重点工作的通知》, 明确了全国碳市场第一阶段的八大重点排放行业,包括石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力、航空等行业,并组织这些行业年综合能耗1万吨标准煤以上的企业报告2013~2015年的碳排放历史数据并进行第三方核查,要求确保2017年启动全国碳市场;2016年3月,《碳排放权交易管理条例》送审,并被国务院办公厅列人立法计划预备项目;2016年6月13日,国家发改委召开改革专题会议,提出要加快推进碳排放权交易制度”,全国碳市场建设正式进入快车道。

2017年8月24日,气候司举办全国碳市场规划建设座谈会,围绕全国碳排放权注册登记系统和交易系统建设、运维和监管等议题进行了深入讨论。

2011年10月29日,发布《关于开展碳排放权交易试点工作的通知》,确定了中国碳交易的七个试点;

2013年6月18日,中国首个成立的碳交易市场--深圳碳交易市场开市。

2013年10月15日,首批行业企业温室气体排放核算报告指南及检查指南发布,温室气体排放核算与报告方法出台。

2013年11月26日,上海市碳交易市场开市,上海市碳交易市场成立。

2013年11月28日,北京市碳交易市场开市,北京市碳交易市场成立。

2013年12月19日,广东碳交易市场开市,广东碳交易市场成立。

2013年12月26日,天津碳交易市场开市,天津碳交易市场成立。

2014年4月2日,湖北碳交易市场开市,湖北碳交易市场成立。

2014年6月19日,重庆碳交易市场开市,重庆碳交易市场成立。

第二阶段2017-2020:

基础建设与模拟运行完善框架阶段

2017年12月18日,国家发展改革委印发《全国碳排放权交易市场建设方案(发电行业)》(简称《实施方案》),明确提出2017年至2020年全国碳市场启动工作安排的路线图,即分为基础建设期(一年左右)、模拟运行期(一年左右)、深化完善期三个阶段,逐步完成碳排放注册登记系统、交易系统和结算系统等基础设施,以及制度和市场要素建设。它以电力行业作为突破口,率先全面实现碳排放交易,并且逐步扩展到其它行业,不断增加交易品种。

“十三五”时期,节能减排进一步加强。统计显示,2016年、2017年碳排放强度则分别下降了6.6%、5%,2020年预计碳排放强度将下降5%,3年累计碳排放强度将下降16%左右,与“十三五”期间碳排放强度下降18%的目标接近。

在严格评审后,国家决定全国碳交易注册登记系统落户湖北,全国碳排放交易系统落户上海。

第三阶段2021~:

全国碳交易市场落地

2020年9月,国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话,指出我国“力争到2030年前化碳达峰,努力争取2060年前实现碳中和”。

“十二五”是试点先行,“十三五”是为全国碳市场打基础,“十四五”则是具有里程碑意义的时期,碳市场将实现从单一行业到多行业纳入、从启动交易到持续平稳运行。围绕“二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”,“十四五”期间将提出更强有力的碳排放控制目标,加强对煤炭消费的控制,加大对可再生能源发展的支持力度,继续推动经济社会加速向低碳方向转型。

2021年1月1日,中国碳市场首个履约周期启动,首个周期截至12月31日,涉及2225家发电行业的重点排放单位。这是我国第一次从国家层面,将温室气体控排责任压实到企业。

此外,历时3年筹备,落户湖北的全国碳交易注册登记系统(中碳登)目前正在为履约企业办理开户手续。上海承担全国碳交易系统建设,并计划于2021年6月底前启动全国碳交易。

根据《碳排放权交易管理办法(试行)》,生态环境部部长于2021年2月26日27日调研碳交易市场建设工作时的发言,全国碳排放权集中统一交易将于2021年6底前启动上线。

3.我国碳排放交易市场影响发展

以发电供热、化工、交通运输行业为主

电力行业作为温室气体排放量最高的行业,被首先纳入全国碳排放权交易市场并开始实行交易。此举将能够有效推动发电行业淘汰低效的燃煤电厂,促进发电行业的低碳转型。

大力促进新能源和清洁能源的发展

由于电力行业的供热空间受到强挤压,能够促成倒逼式的节能减碳,在火电过程中,需要以核电、光伏产品、风电予以补充;在化工方面,清洁能源供电比例将增加,同时在试水过程中,交通运输方面中也通过采取以电代油的强替代。

Ø 未来五年,火电发电量仍为主力:我国发电总量维持4%的CAGR;

Ø 在我国“富煤贫油少气”的情况下做到天然气的可靠可持续运用;

Ø 根据碳排放配额的差异,实现西电东输、资源合理分配。

4.我国碳排放交易市场发展趋势

成交价趋势和波动性

2013~2021我国碳市场成交价情况(碳K线)

2013~2015:

碳市场成交价波动较大,以深圳、广东、北京的交易价较高的趋势进行波动,且不同地区的试点交易价价差较大。

Ø 2015:

各地点碳市场的价差逐渐减小,价格波动也逐渐趋于稳定,北京、深圳成为交易价最高的碳市场,均价为50元/吨左右。

Ø 2016:

各地点碳市场的价差和波动性都有了重新扩大的趋势,北京地区一跃成为交易价最高的场所,深圳、北京、上海、湖北成交价格平均值逐渐稳定下降在25元/吨左右。

Ø 2017:

福建开展碳交易市场,与重庆进行50元/吨范围内的起伏较大的价格波动,各大地区价格出现明显差异并趋于稳定。

Ø 2017~2020:

各地区碳市场差异明显趋于持续稳定,北京深圳、上海、湖北成为成交价最高的地区,其中北京、深圳的成交价波动性居于首位,天津的碳价波动性居于末位,且北京碳价逐年上升至最高,且平均价位在70元/吨。

成交量、成交额

2017年我国碳市场建设规模

2020年我国碳市场建设规模

碳交易量逐年上升,天津、重庆等低迷地区交易活跃量稳定上升,以北京、湖北、广东地区为首,我国碳市场建设正在一步步进行完善。


二、现状和问题


1.碳排放交易现状

交易量与交易额比例

以广东、湖北、深圳为主,但区域价格差大;天津、重庆目前交易活跃量较低,但大体稳步前进。

不同地区的机制不同,充分体现中国因地适宜的国情。

碳排放交易目前与企业息息相关,以电力、钢铁行业为主实施碳排放控制机制。

当前主要建立在碳排放配额和中心化运行的基础上。

2.目前尚存在的问题

传统碳排放流程的五大环节

宏观减排政策不够确定致使运行效率低

碳排放交易市场是由政府主导的基于市场机制的特殊贸易,由第一阶段目前来看,我国的碳交易市场都是跟随政府颁发政策而活跃量进行上升,故而各点的减排制度缺乏长期确定性。同时,由于为了切合中国国情的地区性减排政策的落实,惩罚制度并不统一,而是有地方各点管理机构进行规定。

和企业进行密切合作,配额制度不完善

交易者获取信息成本高,阻碍了交易者积极参与市场交易。各个试点对包括配额总量、免费配额和有偿配额比例等信息进行披露不仅存在差别,而且存在选择性。这不仅使得各交易市场间存在信息差异,而且低透明度引致交易者对市场缺乏信心。此外,不充分的公开信息妨碍碳排放企业对自己的碳资产进行有效评估和资产管理,只有等到履约日临近到来时才匆匆进行交易,以弥补自己的配额短缺或卖出超额的配额。

我国东西经济差距大,在考虑基线法的同时还要考虑西部能源企业的承受压力,过于宽松的配额会导致需求过少,形成淡薄交易;反之,过于紧缩的配额会提高企业生产和治理成本,抑制经济发展。

碳排放交易的公平信任度低,降低市场活跃度

传统模式下的碳排放交易系统下,容易发生交易信息不对称、交易过程不透明的现象,因此使得暗箱操作、数据造假存在可能;致使交易流程繁琐、监管成本居高不下,统一的定价没有形成的情况下,市场无法达到统一,致使市场活跃度愈来愈低。

采用区块链技术对碳交易市场的影响

(1)增强信息透明度,保证价格信息真实可靠

区块链碳交易模式下,所有碳交易相关信息基于区块链分布式账本技术,被分散保存到多个节点,构成一条数据链,避免中心化节点对信息真实性的过度干预。同时,数据链上分布的信息由所有参与主体共同维护,各授权用户都有权查询碳交易和碳排放历史信息,实现了数据的集体监督,极大地增强了信息公开性和透明度。此外,区块链上的信息在加盖时间戳后即具有了历史追溯功能,实现了碳信息的跟踪、溯源,加大了信息造假的成本和难度。

(2)降低信息管理和监督成本,增强碳排放交易市场的活跃性

区块链交易模式下,分布式记账的数据存储方式会减少对中心节点的依赖,在集体监督和可追溯性的条件下,弱化了监管机构的作用,有效降低了监督结构的建设和成本。在交易过程中,省去中间机构的撮合环节,“智能合约”的应用将大大提高交易效率,增强碳交易市场活力。

(3)促进统一碳价的市场化机制

传统碳交易环境下的中心化会有很大的区域限制,从而使地区碳价差异逐渐增大。将区块链技术引入碳交易,不仅会扩大交易范围,随着全民监督的共享式碳交易平台的建立,为传统碳排放权交易提供数据溯源、防篡改、分布式参与、去中心化数据存储和数据查看的新特性, 为开放与合理的碳交易环境提供技术支撑。


三、区块链解决方案


应用层:

碳排放额登记请假平台、CCER项目交易登记平台等碳金融项目、全国/区域碳排放交易系统、第三方认证机构、政府/控排企业……

应用前置层:

SDK全网接入的情况下,监管机构进行数据解析,配额核查,运用角色(政府、企业、监管结构、第三方认证机构)各自身份的密钥管理生成签名和信息发送到对应节点进行信息的加密存储。

数据层:

自动监控审查碳排放数据因子、碳排放权分配/交易/拍卖/清缴数据,建立企业和机构红黑名单,将数据可视化,并进行分布式记账。

区块链核心层:

运用P2P网络的事件广播通知机制,基于多种安全机制进行权限管理,对区块链实现智能合约,多方采用共识机制,建立分布式存储的数据库。

环境层:

互联网、物联网、云平台相结合。

扩展层:合理运用碳积分制度进行履约考核、账本查询以及多重签名下的角色权限管理。

技术总架构图


四、主要业务流程


碳排放交易联盟链流程图

我国碳排放交易市场构成区块链时为联盟链,即多方参与或分布式的多方参与,其中包括但不限于:国家与地区政府、环境部与相应的市场组织者企业、负责清算核查的监管机构、第三方认证机构、专业的中介机构、配额买卖双方(多为企业)、物联网自动监控部门……

1. 配额、CCER项目的登记

参与方:

国家及地区政府、环境部、控排企业、第三方核算审计机构。

采用方法:

免费分配、历史法、基准线法;有偿分配:拍卖;哈希算法;广播机制;物联网;数据共享。

(1)国家与地区政府颁布减排策略;

(2)结合先进的探测技术核查温室气体排放数据,并通过多个传感器将采集数据直接上链。采用历史法(按照控排单位的历史排放水平核定碳配额,适用于生产工艺产品特征复杂的行业,如办公建筑与铁路站点)与基准线法(按行业基准排放强度核定碳配额,适用于生产流程及产品样式规模标准化的行业,如电力火力、重工企业)对减排企业制定配额;

(3)将各企业与地区配额采用哈希算法技术,运用其不可篡改的特性进行上链分布式存储数据,并采用广播机制对各企业进行事件通知;

(4)有偿分配:减排成本不同的企业可将多余的配额与减排量进行拍卖并登记在CEER(国家核证自愿减排量)项目平台与碳排放配额登记平台进行挂牌;

(5)由第三方认证核查监管机构进行核查。

2.权限管理

参与方:

政府部门、控排企业、第三方认证机构、监管部门。

采用方法:

密钥管理、共识机制、节点管理。

(1)区块链的参与者只有进行身份和角色认证之后才可以参与到区块链的交易和共识中,参与方要通过第三方认证机构颁发数字证书;

(2)将数字证书使用证书秘钥安装到参与节点,验证数字证书的有效期限、允许使用的来源域名;

(3)验证失败则禁止访问参与;若验证成功,则该节点能够在网络层与其他链节点联通并建立通讯对话,由对应链上访问控制层访问角色;

(4)企业作为用户节点,发送和接受碳交易信息,记录本节点与其他节点的交易事项,维护本地账本,对链上其他透明交易进行账本查询和挂牌查询,享受平台服务;政府相关部门或第三方监管机构作为协调节点,对系统交易、登记信息进行合规性审查、验证交易,维持系统安全性;碳排放交易市场组织者与区块链公司作为超级节点拥有系统最高数据访问权限,能够修改删除交易信息、仲裁交易纠纷,负责制定宏观的碳交易政策,协调系统和其他各第三方机构的对接;

(5)多方达成共识机制,区块链让普通参与方无法获取标的来源和交易历史,保证商业秘密。已授权的意向购买方可验证真实性,已授权的第三方可验证碳排放对应的CCER项目减排信息,进行实时监管。

3.碳配额与CCER项目的交易

参与方:

政府部门、控排企业、第三方认证机构、监管部门。

采用方法:

联盟链、加密算法、节点管理、智能合约。

(1)配额交易过程、数量、价格等信息和所有权信息实时记录上联盟链,由交易平台私钥数字签名;

(2)各市场间通过联盟链集成和智能合约定义规则,各节点按共识机制完成对信息的可靠性和一致性背书,由第三方核查机构进行审计;

(3)节点发送广播报文到共识层,协调节点以及相关接收节点进行校验,校验通过后在交易时触发智能合约,交易信息写入分布式的区块,交易完成;

(4)通过共识算法的交易数据可追溯、公开透明,且实行分布式记账,保障了碳交易市场的安全可靠性。

4.配额清缴

参与方:

政府部门、控排企业、第三方核算审计机构、监管部门、物联网部门。

采用方法:

加密算法、共识机制、节点管理、智能合约、物联网。

(1)引入物联网探测技术和分布式传感器对企业碳排放活动水平、排放因子进行记录,并由第三方核算审计机构进行实时计算核销。

(2)完成审定的企业单位备案登记在区块链上,未按需清缴的企业根据当地政策实施惩罚,若多次无法按时按需核销,则可进行运营限制、资金惩罚。

5.碳积分制

参与方:

政府部门、控排企业、第三方核算审计机构、监管部门。

采用方法:

加密算法、共识机制、节点管理、智能合约、权限管理、分布式存储。

(1)由平台备案记录自动生成碳积分制,该积分由监管部门和第三方核算审计机构共同制定,对清缴行为进行合理奖惩,发放津贴,引导企业减排升级;

(2)对于减排成本较高、或未按时清缴、预借的企业,可以着重发展碳汇行业,如规定增加当地百分比的森林覆盖率,达到吸收CO2排放量的目的,该计算过程由自动监控系统进行核算,相关数据记录上链,形成红黑名单。


五、预期效果


1.鼓励市场,早日实现“碳达峰”、“碳中和”

从碳排放的角度来看,我国碳排放主要来源于自发电供热部门,为了实现“碳达峰”、“碳中和”战略,《意见》指出要推进工业绿色升级,鼓励绿色低碳技术研发,在区块链的引入下,碳交易市场会变得更加活跃,从而加大各企业自愿减排的力度,同时引入林业碳汇,对整个碳市场的产业链的重组、重构都有深刻影响。

2. 平衡环境的可持续发展与经济发展,降低人力物力成本

区块链模式下的碳排放交易市场支撑着全国体系,兼顾公开性和隐匿性且易于监管,交易过程公开透明且便于用户与监管机构查询,良好的去中心化结构逐渐取代了高价的中介机构,降低人工查询的工作强度;物联网的自动监控系统下杜绝数据造假、违报谎报,切实地达到环境可持续发展的目标;同时企业通过碳交易提高了获利能力,区块链对接与CCER项目、CPEA交易相关的贷款、保险、投资金融平台,能够有效地推进我国经济发展。

3.市场规模扩大,缓解中小企业融资贵、融资难的问题

区块链模式下的碳排放交易市场兼顾全国,在第三方认证和密钥权限下,能够良好地助力中小微企业发展,培养金融科技型人才。

以正在推进的全国碳市场为主要政策工具,通过碳价手段为企业节能减排提供长期稳定的政策激励,在保持企业整体税负不增加的条件下在碳市场覆盖外的行业开征碳税,通过财政政策为可再生能源进一步快速发展提供更为灵活的发展空间和政策激励。


六、技术难点


1.碳市场规模扩大的情况下,匹配双方的适配性

碳配额是开展碳交易的基础,碳减排奖惩是碳交易体系正常运作的关键因素,碳交易匹配是构建碳交易体系结构的目的。

然而,在地区差异、经济差异、减排政策的不同、减排成本的不同等因素影响下,碳交易参与者直接进行匹配是容易产生价格的不公平性的,会加大两者之间的差异,而直接的查询会造成能源的损耗。虽然区块链的引入使市场去中心化,简易化了交易过程,但考虑到市场波动因素,不少企业同样会找中介机构进行咨询和数据分析。

因此,动态调整的数据分析和系统如何匹配交易双方成为了技术难点,我国碳排放交易市场还未走向市场价格统一性的成熟化。

2.履约注销配额逐年递减,能源消费者的机遇与挑战

随着历年发放配额的递减,减排企业会有紧缩感,减排成本会大幅升高,尽快发展光电行业与新能源行业是解决该问题的有效办法。

3.数据孤岛地区还需要政策支持与对数据的调研分析

绿色金融地带会有高集中度的碳排放交易,而较为偏远的地带目前仅是依托于地方减排政策进行减排行为,这会形成数据孤岛,过度依赖于政策扶持;同时因为历史数据稀缺,试点性质较高,调研分析困难,难以在短期形成合理的区域碳交易系统。

文献参考:

[1] 周莉, 张生平, 侯方淼,等. 基于区块链技术的碳交易模式构建.

[2]袁莉莉, and 李东格. "基于区块链技术的碳排放机制设计." 网络空间安全 v.11;No.120.02(2020):115-121.

[3] 任庚坡,楼振飞,《能源大数据技术与应用》

[4] 刘涛.区块链技术对碳交易价格机制的影响研究[J].价格理论与实践,2020(8):54-57.

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