欧盟碳价走势情景模拟分析及对中国的启示.pdf

欧盟碳市场价格走势的情景模拟分析及对中国的启示 易 兰 李朝鹏 杨 历 刘 杰 * 摘 要 2017 年 中 国 即 将 建 立 全 国 性 碳 市 场 ， 碳 价 作 为 碳 市 场 发 展 的 风 向 标 ， 其 走 势 情 况 是 碳 市 场 政 策 制 定 的 重 要 依 据 。 本 研 究 通 过 引 入 Stock 600 指 数 ， 石 油 、 煤 炭 、 天 然 气 价 格 等 碳 价 的 重 要 外 部 影 响 因 素 ， 建 立 BP 神 经 网 络 模 型 对 EUA 碳 价 历 史 数 据 进 行 学 习 ， 从 而 模 拟 各 因 素 对 碳 价 走 势 的 影 响 机 理 ； 通 过 分 别 控 制 经 济 发 展 和 能 源 消 耗 两 类 变 量 ， 设 立 6 种 典 型 情 景 以 模 拟 碳 价 未 来 的 可 能 走 势 ， 为 全 国 性 碳 市 场 是 否 适 宜 纳 入 不 同 经 济 发 展 和 能 源 消 耗 水 平 的 区 域 提 供 理 论 依 据 。 研 究 结 果 表 明 ① 经 济 中 、 高 速 发 展 情 景 下 ， 碳 价 与 能 源 消 耗 同 向 变 动 ， 且 碳 价 变 动 幅 度 及 水 平 基 本 一 致 。 高 能 源 消 耗 下 的 高 、 中 经 济 情 景 适 宜 同 时 纳 入 碳 市 场 ； ② 低 经 济 发 展 情 景 下 ， 无 论 能 源 消 耗 情 景 如 何 ， 碳 市 场 均 难 以 实 现 价 格 发 现 功 能 ； ③ 即 使 经 济 发 展 类 似 ， 高 能 耗 与 低 能 耗 情 景 下 的 碳 价 依 然 存 在 较 大 价 差 。 若 同 时 纳 入 碳 市 场 ， 低 能耗情景将不得不承受由高能耗情景所主导的高碳价 。 关键词 BP 神经网络模型 ； 情景模拟 ； 全国碳市场 一 、 引言 中 国 七 大 试 点 碳 市 场 覆 盖 了2000 多 家 控 排 单 位 的 约12 亿 吨 碳 排 放 ， 截 至2017 年6 月 底 ， 七 大 试 点 二 级 市 场 累 计 成 交 配 额 约1.23 亿 吨 ， 累 积 成 交 额 超 过26.44 亿 元 ① ， 已 成 为 继 欧 盟 碳 * 易 兰 ， 陕 西 师 范 大 学 国 际 商 学 院 ， 邮 政 编 码 710119 ， 电 子 邮 箱 ； 李 朝 鹏 ， 陕 西 师 范 大 学 国 际 商 学 院 ， 邮 政 编 码 710119 ， 电 子 邮 箱 ； 杨 历 ， 陕 西 师 范 大 学 国 际 商 学 院 ， 邮 政 编 码 710119 ， 电 子 邮 箱 ； 刘 杰 ， 陕 西 师 范 大 学 国 际 商 学 院 ， 邮 政 编 码 710119 ， 电 子 邮 箱 。 本 文 系 国 家 社 科 基 金 重 点 项 目 “ 我 国 碳 市 场 成 熟 度 及 环 境 监 管 政 策 研 究 ” （14AZD051 ） 、 国 家 自 然 科 学 基 金 “ 基 于 智 能 技 术 的 国 际 碳 市 场 价 格 驱 动 因 素 研 究 ” 71101133 、 教 育 部 新 世 纪 优 秀 人 才 支 持 计 划 “ 碳 金 融 创 新 国 际 二 氧 化 碳 排 放 权 市 场 价 格 形 成 机 制 研 究 ” NCET-11-0725 和 陕 西 师 范 大 学 研 究 生 培 养 创 新 基 金 项 目 “ 陕 西 省 参 与 建 设 全 国 碳 市 场 的 问 题 研 究 ” （2016CSY028 ） 的 阶 段 性 成 果 。 感 谢 匿 名 审 稿 人 的 建 设 性 意 见 ， 文 责 自 负 。 ① 数 据 为 作 者 根 据 北 京 、 上 海 、 广 东 、 深 圳 、 重 庆 、 天 津 以 及 湖 北 七 大 试 点 交 易 平 台 公 布 的 从 开 市 到2017 年6 月底的相关数据及文件计算所得， 四川和福建碳市场由于成立时间较晚 ， 本研究未统计在内 。 DOI10.19511/ki.jee.2017.03.003 易 兰 李朝鹏 杨 历 刘 杰 欧盟碳市场价格走势的情景模拟分析及对中国的启示 222017 年第 3 期 市 场 后 的 全 球 第 二 大 碳 市 场 。 同 时 ， 国 家 发 改 委 气 候 司 在 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 中 也 表 示2017 年 中 国 将 启 动 全 国 性 碳 排 放 权 交 易 市 场 ， 首 批 纳 入 石 化 、 化 工 、 建 材 、 钢 铁 、 有 色 、 造 纸 、 电 力 、 航 空 等8 个 重 点 排 放 行 业 的8000 余 家 控 排 企 业 ， 覆 盖 排 放 总 量 在3040 亿 吨 之 间 ， 届 时 中 国 碳 市 场 将 成 为 继 证 券 、 国 债 后 的 第 三 大 市 场 ， 全 球 第 一大碳市场 。 中 国 幅 员 辽 阔 ， 区 域 经 济 发 展 水 平 、 产 业 结 构 、 能 源 消 耗 差 异 较 大 ， 因 而 七 大 试 点 在 行 业 覆 盖 范 围 、 控 排 主 体 准 入 门 槛 以 及 核 证 减 排 抵 消 比 例 等 核 心 要 素 设 计 方 面 也 具 有 较 大 差 异 。 统 一 的 全 国 碳 市 场 制 度 设 计 则 有 可 能 会 对 部 分 地 区 的 经 济 社 会 发 展 造 成 影 响 ， 进 一 步 加 剧 区 域 发 展 的 不 平 衡 性 。 因 此 ， 全 国 碳 市 场 在 制 度 设 计 过 程 中 需 要 对 东 中 西 部 地 区 的 覆 盖 行 业 范 围 、 配 额 管 理 、 抵 消 机 制 等 核 心 要 素 设 计 上 予 以 区 别 对 待 ， 以 保 证 经 济 发 展 与 环 境 减 排 的 双 赢 。 碳 排 放 权 交 易 价 格 作 为 市 场 优 化 资 源 配 置 以 调 动 控 排 企 业 减 排 的 重 要 手 段 ， 是 控 排 主 体 在 给 定 市 场 供 给 结 构 与 宏 微 观 外 部 环 境 相 互 影 响 作 用 下 ， 选 择 减 排 或 购 买 碳 排 放 权 以 完 成 履 约 的 重 要 市 场 信 号 。 因 此 ， 通 过 探 究 不 同 经 济 发 展 水 平 与 能 源 消 耗 情 景 下 的 价 格 表 现 ， 能 够 帮 助 把 握 我 国 不 同 区 域 环 境 下 的 碳 价 走 势 及 对 全 国 碳 市 场 运 行 的 可 能 影 响 ， 对 制 定 具 有 差 异 化的市场调控政策也具有重要参考意义 。 近 年 来 ， 国 际 上 诸 多 国 家 和 地 区 均 期 望 通 过 建 立 碳 市 场 以 实 现 经 济 发 展 与 温 室 气 体 减 排 的 双 赢 ， 学 术 界 关 于 碳 市 场 建 设 的 相 关 研 究 也 已 较 为 丰 富 ， 研 究 内 容 主 要 集 中 在 以 欧 盟 碳 市 场 为 代 表 的 国 际 典 型 碳 市 场 的 碳 价 波 动 规 律 （Convery ＆Redmond ， 2007 ； Mansanet-Bataller et al. ， 2007 ； 吴 洁 等 ， 2015 ） 、 碳 价 形 成 机 制 （Alberola et al. ， 2008 ； Chlier ， 2009 ； Hintermann ， 2009 ） 、 配 额 分 配 （Ellerman ＆Buchner ， 2006 ； Grubb ， 2006 ； Cummins ， 2013 ） 。 相 关 研 究 结 果 表 明 ， EU ETS 作 为 国 际 上 运 行 时 间 最 长 、 发 育 相 对 成 熟 的 碳 市 场 ， 其 市 场 运 行 和 价 格 形 成 机 制 均 已 呈 现 出 明 显 的 规 律 性 特 征 。 同 时 ， 随 着 中 国 七 大 试 点 以 及 全 国 碳 市 场 逐 步 建 立 ， 部 分 学 者 的 研 究 焦 点 也 开 始 向 中 国 碳 市 场 转 移 ， 如 市 场 运 行 状 况 、 机 制 体 系 设 计 、 碳 价 波 动 机 理 等 。 相 关 研 究 成 果 表 明 ， 由 于 中 国 七 大 试 点 运 行 时 间 较 短 ， 市 场 运 行 中 存 在 着 交 易 活 跃 度 低 、 市 场 信 息 传 导 机 制 不 畅 通 、 碳 价 无 法 反 映 减 排 成 本 等 问 题 ， 因 而 碳 价 形 成 机 制 仍 未 能 显 现 出 规 律 性 特 征 ， 市 场 整 体 发 育 水 平 仍 处 于 初 步 阶 段 （ 郑 爽 ， 2014 ； 齐 绍 洲 、 程 思 ， 2016 ； 李 奇 伟 ， 2015 ） 。 同 时 ， 随 着 全 国 性 碳 市 场 即 将 建 立 ， 面 对 中 国 各 区 域 经 济 发 展 水 平 与 能 源 消 耗 差 异 较 大 的 现 状 ， 针 对 不 同 区 域 经 济 发 展 水 平 与 能 源 消 耗 情 景 下 碳 价 走 势 的 相 关 研 究 仍 然 较 少 ， 类 似 的 研 究 也 主 要 集 中 于 采 用 诸 如DA-ANN （Mori ＆Jiang ， 2008 ） 、 EMD-GA-ANN （ 高 杨 、 李 健 ， 2014 ） 、 VMD-SNN （Sun et al. ， 2016 ） 等 模 型 来 挖 掘 碳 价 数 据 的 时 间 序 列 特 性 。 因 此 ， 为 探 讨 我 国 区 域 经 济 社 会 发 展 条 件 差 异 较 大 情 景 下 的 碳 价 走 势 ， 本 研 究 在 参 考Tsai 和Kuo （2013 ） 针 对 国 际 碳 价 所 建 立 的 价 格 走 势 预 测 系 统 基 础 上 ， 拟 采 用 神 经 网 络 模 型 ， 通 过 调 控 宏 观 经 济 与 能 源 价 格 23变 量 ， 以 模 拟 碳 市 场 在 不 同 经 济 发 展 水 平 与 能 源 消 耗 情 景 下 的 价 格 走 势 ， 从 而 达 到 为 全 国 碳 市场差异化的制度设计提供政策建议的目的 。 二 、 BP 神经网络模型建立 （ 一 ） 变量选取 由 于 目 前 中 国 碳 市 场 发 育 仍 处 于 初 级 阶 段 ， 市 场 价 格 无 法 反 映 减 排 成 本 ， 因 此 碳 价 波 动 尚 未 显 现 出 规 律 性 特 征 。 欧 盟 碳 市 场 作 为 全 球 运 行 时 间 最 长 、 发 育 相 对 成 熟 的 碳 市 场 ， 参 与 碳 市 场 的 主 要 行 业 是 能 源 密 集 型 行 业 ， 包 括 能 源 工 业 、 电 厂 、 供 热 、 钢 铁 和 水 泥 、 造 纸 等 行 业 在 内 的29 种 活 动 设 施 ， 覆 盖 了 欧 盟60 以 上 的 碳 排 放 。 同 时 ， 一 次 化 石 能 源 仍 是 欧 盟 地 区 的 主 要 能 源 供 给 ， 天 然 气 、 石 油 、 煤 炭 的 消 耗 占 比 分 别 为31.9 、 30.4 与16.5 ① 。 虽 然 在 宏 观 经 济 、 能 源 结 构 以 及 市 场 机 制 设 计 等 方 面 与 中 国 存 在 一 定 差 异 ， 但 其 市 场 运 作 机 理 与 价 格 波 动 规 律 都 是 类 似 的 ， 这 也 是 国 内 外 诸 多 学 者 研 究 欧 盟 碳 价 波 动 机 理 的 重 要 原 因 。 因 此 ， 选 择 欧 盟碳价作为本文的研究对象对中国碳市场的建立具有重要参考意义 。 二 氧 化 碳 排 放 伴 随 着 经 济 生 产 活 动 而 产 生 ， 工 业 发 展 指 数 作 为 经 济 发 展 状 况 的 “ 晴 雨 表 ” ， 是 衡 量 宏 观 经 济 发 展 状 况 的 重 要 指 标 。 当 宏 观 经 济 处 于 缩 减 状 态 ， 工 业 发 展 指 数 下 滑 ， 生 产 活 动 减 少 ， 碳 排 放 量 下 降 ， 进 而 导 致 碳 排 放 权 需 求 减 少 、 碳 价 下 跌 ； 而 当 宏 观 经 济 处 于 上 涨 状 态 ， 工 业 发 展 指 数 上 涨 ， 生 产 规 模 扩 张 ， 碳 排 放 量 上 升 ， 进 而 导 致 碳 排 放 权 需 求 增 加 、 碳 价 上 升 。 同 时 ， 经 济 生 产 活 动 往 往 伴 随 着 能 源 的 消 耗 ， 煤 炭 、 石 油 、 天 然 气 作 为 工 业 发 展 最 重 要 的 能 源 原 料 ， 是 温 室 气 体 排 放 的 主 要 源 头 。 因 此 ， 化 石 能 源 价 格 变 动 与 碳 价 变 化 之 间 关 系 密 切 ， 国 内 外 学 者 普 遍 认 为 能 源 价 格 上 升 将 推 动 碳 价 上 涨 ， 能 源 价 格 下 跌 也 将 导 致 碳 价 下 滑 （Convery ＆Redmond ， 2007 ； 张跃军 、 魏一鸣 ， 2010 ） 。 在 变 量 选 取 方 面 ， 由 于 欧 盟 碳 市 场 交 易 以 期 货 为 主 ， 而 欧 洲 气 候 交 易 所 （ECX ） 是 欧 盟 碳 市 场 中 最 主 要 的EUA 期 货 交 易 市 场 ， 因 此 本 研 究 选 取ECX 的EUA 期 货 价 格 作 为 碳 价 代 表 ； 宏 观 经 济 变 量 选 取 的 是 代 表 欧 盟 工 业 经 济 发 展 状 况 的Stock600 指 数 ； 石 油 价 格 选 取 的 是 欧 盟 石 油 价 格 风 向 标 的 布 伦 特 石 油 离 岸 价 ； 天 然 气 价 格 选 取 的 是 英 国 天 然 气 期 货 指 数 价 格 ； 煤 炭 价 格 选 取 的 是 较 有 影 响 力的欧洲能源交易 所的三港 （ 阿姆斯特丹 、 鹿特丹和安特卫普 ） 期货合约 价 格 。 其 中 ， 天 然 气 价 格 与 石 油 价 格 数 据 来 源 于 欧 洲 洲 际 期 货 交 易 所 （EEX ） ， 煤 炭 价 格 来 源 于 欧 洲 能 源 交 易 所 （ICE ） ， Stock600 指 数 来 源 于Wind 数 据 库 。 关 键 变 量 的 说 明 见 表1 。 各 变 量 的 选 取 时 间 节 点 为2013 年1 月1 日 到2015 年12 月31 日 ， 历 史 价 格 变 化 趋 势 如 图1 、 图2 以 及 图3 所 示 ①数据来源 BP 世界能源统计年鉴 第 66 版 。 易 兰 李朝鹏 杨 历 刘 杰 欧盟碳市场价格走势的情景模拟分析及对中国的启示 242017 年第 3 期 表 1 关键变量说明 变量 碳价 宏观经济 石油价格 煤炭价格 天然气价格 标码 EUA Stock 600 Brent Coal Gas 含义 欧洲气候交易所碳期货价格 欧盟 18 国工业发展指数 布伦特石油离岸价 煤炭期货合约价 英国天然气期货指数价格 单位 欧元/ 吨 欧元 美元/ 桶 美元/ 吨 便士/ 千卡 数据来源 ECX Wind 数据库 ICE EEX ICE Stock600 指数历史变化趋势 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 价格 （ 欧元 ） 2013/01/01 2014/01/01 2015/01/01 2016/01/01 日期 Stock600 9 8 7 6 5 4 3 2 价格 （ 欧元/ 吨 ） 2013/01/01 2014/01/01 2015/01/01 2016/01/01 日期 EUA 价格历史变化趋势 EUA 图 1 2013 - 2015 年 EUA 价格 图 2 2013 - 2015 年 Stock 600 指数趋势 2013/01/01 2014/01/01 2015/01/01 2016/01/01 能源价格历史变化趋势 日期 100 90 80 70 60 50 40 30 20 价格 Brent （ 美元/ 桶 ） Gas （ 便士/ 千卡 ） Coal （ 美元/ 吨 ） Coal Gas Brent 图 3 2013 - 2015 年能源价格 历史变化趋势 （ 二 ） BP 神经网络模型 BP 神 经 网 络 模 型 是 众 多 神 经 网 络 模 型 中 应 用 最 为 广 泛 与 成 熟 的 模 型 之 一 ， 研 究 表 明 该 模 型 具 有 强 适 应 性 和 容 错 性 ， 允 许 一 定 噪 声 数 据 输 入 ， 能 自 组 织 自 适 应 处 理 数 据 ， 经 过 学 习 能 够 建 立 样 本 间 隐 含 的 复 杂 关 系 ， 只 要 有 足 够 的 隐 含 层 和 隐 含 节 点 ， 它 可 以 逼 近 任 意 非 线 性 映 射 关 系 ， 且 网 络 中 各 层 节 点 数 及 网 络 学 习 系 数 等 参 数 可 根 据 具 体 情 况 设 定 ， 灵 活 性 强 ， 可 以 同 时兼备数据驱动和数据挖掘模型在价格走势模拟方面的优势 。 25本 文 在 前 期 利 用BP-MIV 神 经 网 络 模 型 计 算 多 种 外 部 变 量 对EUA 价 格 影 响 （ 易 兰 ， 2017 ） 的 基 础 上 ， 借 助MATLAB 2016a 平 台 完 成 对EUA 价 格 的 情 景 模 拟 。 神 经 网 络 模 型 的 具 体 构 建 过程 如下 输入层输入变量 Xi 输出层输出变量Yi 权重V 输入层 隐含层 输出层 权重W 图 4 BP 神经网络模 型结构 1. 模型建立 模 型 的 构 建 分 为 确 定 网 络 层 数 与 每 一 层 节 点 数 两 个 步 骤 。 模 型 的 输 入 变 量 为Brent 、 Gas 、 Coal 、 Stock600 四个变量 ， 因此BP 神经网络的 输入层节点 数为4； 输出变量为EUA ， 故输出 层 节 点 数 为1 。 隐 含 层 节 点 数 的 确 认 分 为 两 步 ， 首 先 通 过 经 验 公 式l n -1 、 l m n a 以 及l log 2 n 。 （ 其 中n 为 输 入 层 节 点 数 ， l 为 隐 含 层 节 点 数 ，m 为 输 出 层 节 点 数 ，a 为0 ～10 之 间 的 常 数 ） 取 交 集 来 确 定 隐 含 层 节 点 数 范 围 为3～12 ， 再 计 算 隐 含 层 节 点 数 所 对 应 的 网 络 均 方 误 差 值 （MSE ） ， 通 过 隐 含 层 节 点 数 和MSE 的 关 系 来 确 定 最 优 隐 含 层 节 点 数 ， 当MSE 值 最 小 时 选 取 其 对 应 的 隐 含 层 节 点 数 为 最 优 节 点 数 ， 经 测 算 后 本 研 究 选 取 的 最 优 隐 含 层 节 点 数 为7。 BP 神 经 网 络 模 型 的 隐 含 层 又 可 以 分 为 单 隐 含 层 和 多 隐 含 层 。 多 隐 含 层 由 多 个 单 隐 含 层 组 成 ， 同 单 隐 含 层 相 比 ， 多 隐 含 层 泛 化 能 力 强 、 预 测 精 度 高 ， 但 是 训 练 时 间 较 长 （ 王 小 川 ， 2013 ） 。 为 提 高 模 型 预 测 精 准 度 ， 本 文 增 加 了 隐 含 层 层 数 ， 将 隐 含 层 设 置 为 双 隐 含 层 ， 即[7 ， 7] 隐 含 层 ， 这 使 得 模 型 的 均 方 根 误 差 （RMSE ） 与 平 均 绝 对 误 差 （MAE ） 均 大 幅 降 低 ， 模 型 的 预 测 性 能 相 对 提升 （ 如表2 所示 ） 。 表 2 单隐含 层与双隐含层下的预测性能对比 隐含层数 一层 两层 RMSE 0 . 4076 0 . 2545 MAE 0 . 3264 0 . 1861 隐 含 层 的 节 点 传 递 函 数 为 正 切S 型 传 递 函 数ansig （y 2 1 e -2x -1 ） ， 输 出 层 的 节 点 传 递 函 易 兰 李朝鹏 杨 历 刘 杰 欧盟碳市场价格走势的情景模拟分析及对中国的启示 262017 年第 3 期 数为线型传递函数purelin （y x ） 。 2. 模型初始参数设定 模 型 建 立 后 ， 本 研 究 采 用 随 机 初 始 权 值 法 对 神 经 网 络 进 行 初 始 化 处 理 ， 这 能 够 保 证 模 型 的 有 效 性 及 预 测 结 果 的 精 准 性 。 模 型 所 选 取 的 训 练 函 数 为Levenberg Marquardt ， 算 法 训 练 函 数 为Trainlm ， 学 习 函 数 为 带 动 量 项 的BP 学 习 规 则Learngdm ， 性 能 分 析 函 数 选 取 的 是 均 方 根 误 差 函 数 RMSE 1 n å t 1 n y t -f t 2 和 平 均 绝 对 误 差 函 数 MAE 1 n å t 1 n | |y t -f t （y t 为 真 实 值 ，f t 为 观 测 值 ，n 为 观 测 样 本 量 ） 。 模 型 相 关 参 数 的 设 定 为 最 大 迭 代 次 数 （net.trainParam.epochs ） 为 2000 ； 训 练 目 标 最 小 误 差 （net.trainParam.goal ） 为 10 -6 ， 性 能 函 数 最 小 梯 度 （net.trainParam. min_grad ） 为10 -7 ； 最大训练失败次数上限 （net.trainParam.min_fail ） 为50。 通 过 对 数 据 测 试 发 现Mapstd 函 数 归 一 化 后 得 到 数 据 相 较 于Mapminmax 函 数 处 理 后 的 数 据 更 加 平 稳 ， 因 此 本 文 运 用Mapstd 函 数 来 对 数 据 进 行 预 处 理 ， 这 样 也 可 以 消 除 不 同 变 量 间 单 位 不 统 一 所 带 来 的 影 响 。 随 机 选 取80 的 数 据 作 为 训 练 样 本 集 ， 通 过 多 次 训 练 来 构 造BP 神 经 网 络 最 优 模 型 。 其 余20 作 为 测 试 样 本 ， 检 验 测 试 样 本 的 模 拟 正 确 率 ， 即 模 型 泛 化 能 力 。 EUA 碳 价 的 样 本 数 据 总 量 为775 组 ， 其 中 随 机 选 取 训 练 样 本 数 据620 组 （80 ） ， 测 试 样 本 数 据 155 组 （20 ） 。 3. 模型训练结果 通 过 建 立 好 的BP 神 经 网 络 最 优 模 型 对EUA 价 格 进 行 模 拟 ， 经 过 重 复 试 验 ， 以MSE 值 最 小 为 判 定 依 据 选 取 最 优 模 型 。 神 经 网 络 训 练 后 训 练 目 标 最 小 误 差 虽 未 达 到 最 优 设 置 的10 -6 ， 但 最 大 训 练 失 败 次 数 上 限 已 达 到 上 限50 ， 此 时 迭 代 次 数 为174 ， 训 练 目 标 最 小 误 差 为0.139 ， 网 络 模 型 收 敛 。 此 时 从 输 入 层 到 隐 含 层 的 各 神 经 元 节 点 权 值 矩 阵W 1 及 从 第 一 个 隐 含 层 到 第 二 个隐含层的各神经元节点权值矩阵W 2 分别为 W 1 æ è ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç ö ø ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ -0.13 2.14 -4.26 -0.54 3.62 -1.29 0.74 -1.37 -0.13 -1.38 1.12 -3.32 2.85 0.51 2.23 0.33 1.74 0.01 -0.50 -3.16 -0.01 -0.20 0.90 1.42 -1.03 -2.78 1.38 2.96 W 2 æ è ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç ç ö ø ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ -0.18 0.14 -1.61 -2.17 0.84 -2.29 -1.63 -0.52 -0.13 2.75 1.52 -1.67 1.02 -3.07 -0.40 0.19 2.03 -0.80 -1.28 1.47 -0.99 0.56 -0.67 1.59 0.86 -1.12 -1.56 1.91 0.57 -0.36 1.91 -0.60 -1.37 -2.91 0.19 0.33 -0.29 1.90 -0.68 -1.09 -0.92 -1.20 1.89 -0.10 -1.12 -0.43 0.50 -1.47 0.20 27（ 三 ） BP 神经网络模型训练结果 图5 为 本 研 究 所 构 建 的BP 神 经 网 络 预 测 模 型 输 出 价 格 与EUA 历 史 价 格 的 拟 合 对 比 。 相 较 于ARIMA 、 ARBFN 、 RBFN 、 PNN 等 模 型 的 预 测 误 差 （ 如 表3 所 示 ） ， 本 研 究 所 建 立 的BP 神 经 网 络 模 型 测 试 样 本 模 拟 值 与 实 际 值 的RMSE 仅 为0.2545 ， MAE 为0.1861 ， 预 测 误 差 相 对 更 小 ， 精 确 度 更 高 。 这 一 方 面 是 由 于 相 较 于 以 往 研 究 所 使 用 的 欧 盟 碳 市 场 第 一 、 二 期 碳 价 和 国 际 核 证减 排量 价格 （Zhu ＆Wei ， 2013 ； 高杨 、 李健 ， 2014 ） 等数 据 ， 本研 究所 使用 的欧 盟碳 市场 第三 期 运 行 数 据 规 律 性 更 强 ； 另 一 方 面 则 是 由 于BP 神 经 网 络 所 构 建 的 碳 价 预 测 系 统 相 较 于 其 他 模 型， 有着更好的预测 功能 。 表 3 不同模 型之间预测误差比较 模型 RMSE MAE BP 0 . 2545 0 . 1861 ARIMA 0 . 3197 0 . 24 ARBFN 8 . 37 0 . 1633 RBFN 11 . 27 0 . 1842 PNN 14 . 189 0 . 1921 三、 碳市场 价格走势的情景模拟 在 已 建 立 好 的 最 优BP 神 经 网 络 模 型 基 础 上 ， 本 研 究 控 制 了 经 济 发 展 与 能 源 消 耗 两 类 变 量 以 模 拟 碳 市 场 外 部 发 展 状 况 ， 并 设 定 了6 种 碳 市 场 外 部 典 型 情 景 来 探 讨 不 同 经 济 发 展 水 平 与能源消耗情景下的碳价走势 。 （ 一 ） 情景设定 在 本 文 的 假 设 条 件 中 ， 本 文 着 重 强 调 能 源 消 费 量 变 化 对 能 源 价 格 变 化 的 单 向 供 需 影 响 ， 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 EUA 价格 （ 欧元/ 吨 ） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 预测期数 预测价格 实际价格 图 5 BP 神经网络预测价格与实际价格 易 兰 李朝鹏 杨 历 刘 杰 欧盟碳市场价格走势的情景模拟分析及对中国的启示 282017 年第 3 期 即 能 源 价 格 的 变 化 是 由 于 能 源 消 费 量 的 相 应 变 化 所 导 致 ， 所 以 本 研 究 通 过 能 源 价 格 的 上 升 、 平 稳 以 及 下 降 来 表 示 能 源 消 费 量 的 变 化 情 况 。 具 体6 种 情 景 设 定 为 ① 经 济 快 速 发 展 ， 能 源 消 费 旺 盛 ， 石 油 、 天 然 气 、 煤 炭 价 格 均 上 升 ； ② 经 济 快 速 发 展 ， 能 源 消 费 下 降 ， 煤 炭 、 石 油 价 格 下 降 ， 天 然 气 价 格 平 稳 ； ③ 经 济 平 稳 运 行 ， 能 源 消 费 平 稳 增 长 ， 石 油 、 煤 炭 价 格 上 升 ， 天 然 气 价 格 平 稳 ； ④ 经 济 平 稳 运 行 ， 清 洁 能 源 得 到 大 力 发 展 ， 煤 炭 、 石 油 价 格 大 幅 降 低 ， 天 然 气 价 格 升 高 ； ⑤ 经 济 发 展 持 续 低 迷 ， 黑 色 能 源 消 费 旺 盛 ， 煤 炭 、 石 油 价 格 上 升 ， 天 然 气 消 费 量 下 降 ， 价 格 萎 靡 ； ⑥ 经 济 发 展 持 续 低 迷 ， 黑 色 能 源 消 费 下 降 ， 煤 炭 、 石 油 价 格 下 降 ， 天 然 气 价 格 上 升 。 在 进 行 上 述6 种 碳 价 走 势 情 景 模 拟 时 ， Stock600 、 Brent 、 Coal 、 Gas 等 外 部 影 响 变 量 的 价 格 涨 跌 幅 度 取 值 是 根 据 上 述 变 量 在2008 年6 月13 日 到2015 年12 月31 日 的 历 史 价 格 的 最 大 值 、 最小值相较于均值的比值来 确定的 ， 各变量历史最大涨跌幅度值如 表4 所示 表 4 各变量历史涨跌幅度值 变量 最大涨幅 最大跌幅 Stock 600 27 . 32 42 . 69 Brent 41 . 07 60 . 53 Coal 79 . 79 41 . 99 Gas 66 . 38 56 . 82 为 匹 配6 种 情 景 的 影 响 变 量 取 值 ， 本 研 究 针 对Stock600 、 Brent 、 Coal 、 Gas 等4 个 变 量 设 定 了 最 大 涨 幅 、 较 大 涨 幅 、 平 稳 运 行 、 较 大 跌 幅 、 最 大 跌 幅 等5 个 层 级 以 适 应 各 情 景 对 变 量 涨 跌 幅 的 需 求 ， 各 变 量 的5 级 涨 跌 幅 度 参 考 历 史 涨 跌 幅 范 围 进 行 取 值 。 考 虑 到 欧 盟 经 济 在2008 年 到 2015 年 期 间 处 于 后 金 融 危 机 阶 段 ， 经 济 实 力 尚 未 完 全 恢 复 ， 因 此 本 研 究 将 情 景 模 拟 中 的 Stock600 指 数 的 涨 跌 幅 取 值 范 围 从2008 到2015 年 历 史 最 大 涨 跌 幅 （ 绝 对 值 ） 的42.69 适 当 调 整 到 了50 ， 其 他 变 量 的 涨 跌 幅 均 在 历 史 涨 跌 幅 区 间 内 。 各 变 量 的 具 体 涨 跌 幅 度 设 定 如 表5 所 示 表 5 各影响变量 5 级涨跌幅度 变量 Stock 600 Brent Coal Gas 最大涨幅 50 40 20 30 较大涨幅 30 30 10 20 平稳情况 10 20 - 5 10 较大跌幅 - 20 - 20 - 20 - 10 最大跌幅 - 30 - 40 - 30 - 30 结 合 上 述 设 定 的6 种 碳 市 场 外 部 环 境 及 各 影 响 变 量 的5 级 涨 跌 幅 度 ， 本 研 究 设 定 Stock600 上 涨50 为 高 经 济 情 景 ， 上 涨30 为 中 经 济 情 景 ， 而 下 跌30 为 低 经 济 发 展 情 景. 能 源 价 格 的 涨 跌 幅 度 则 根 据 具 体 情 景 描 述 来 选 取 相 应 合 理 范 围 内 的 涨 跌 值 。 各 情 景 中 变 量 的 具体涨跌幅取值情况如 表6 所示 29表 6 碳市 场外部环境情景设定 情景类型 “ 高经济高能源消 费” 型 “ 高经济低能源消 费” 型 “ 中经济高能源消 费” 型 “ 中经济低能源消 费” 型 “ 低经济高能源消 费” 型 “ 低经济低能源消 费” 型 碳市场外部环境 经济快速发展， 能源消费旺盛 ， 石油 、 天然气 、 煤炭价格均上升； 经济快速发展， 能源消费下降 ， 煤炭 、 石油价格下降， 天然气价格平稳； 经济平稳运行 ， 能源消费平稳增长， 石油 、 煤炭价格上升， 天然气价格平稳； 经济平稳运行， 清洁能源得到大力发展， 煤炭 、 石油价格大幅降低， 天然气价格升高； 经济发展持续低迷， 黑色能源消费旺盛， 煤炭 、 石油价格上升， 天然气消费量下降 ， 价格萎靡； 经济发展持续低迷， 黑色能源消费下降， 煤炭 、 石油价格下降， 天然气价格上升； Stock 600 50 50 30 30 - 30 - 30 Brent 40 - 20 30 - 40 20 - 30 Coal 10 - 20 20 - 30 20 - 20 Gas 20 10 10 30 - 10 30 设 定 所 搭 建 的 模 型 跨 度 时 长 为5 年 （2016.01.01 2020.12.31 ） ， 为 了 接 近 现 实 仿 真 效 果 ， 对 各 个 变 量 进 行 有 条 件 的 随 机 取 数 。 例 如Stock600 平 均 变 化 幅 度 为50 ， 进 行 模 型 搭 建 的 数 据 随 机 取 数 时 先 将 初 始 值 设 定 为 前 一 年 （ 即2015 年 ） 的 均 值X ； 再 设 定 数 值 的 上 限 为X12*50 ， 下 限 为X150 （ 若 是 负 增 长 ， 则 数 值 上 下 限 对 调 ） ； 随 机 生 成60 个 数 值 时 满 足 两 个 条 件 ①X 与 这60 个 随 机 数 值 的 均 值 为X150 ； ②X 与 这60 个 随 机 数 值 构 成 的 折 线 图 与 各 情 景 下 预 期 影 响 因 子 价 格 走 势 基 本 一 致 ； 再 将 得 出 的60 个 随 机 数 值 作 为 每 月 （5 年 共60 个 月 ） 最 后 一 天 的 数 值 （ 即 月 末 值 ） ， 第 一 个 月 的 值 为 初 始 值X 与 第 一 个 月 月 末 值 之 间 的 随 机 数 ， 第N （1N60 ） 月 的 数 值为第N-1 月末值与第N 月末值之间的数值 ， 其取值函数为初始值 随机扰动数值 。 （ 二 ） 情景模拟结果及分析 根 据 上 文 所 建 立 的BP 神 经 网 络 最 优 模 型 ， 针 对 上 述6 种 典 型 的 碳 市 场 外 部 环 境 ， 以2015 年 碳 价 均 价 作 为 碳 价 走 势 模 拟 的 基 础 价 格 ， 情 景 模 拟 输 出 结 果 如 图6 所 示 ， 其 中 外 围 纵 坐 标 表 示 碳 市 场 外 部 经 济