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歐盟碳市場價格走勢的情景模擬分析及對中國的啟示 易 蘭 李朝鵬 楊 歷 劉 杰 * 摘 要 2017 年 中 國 即 將 建 立 全 國 性 碳 市 場 ， 碳 價 作 為 碳 市 場 發 展 的 風 向 標 ， 其 走 勢 情 況 是 碳 市 場 政 策 制 定 的 重 要 依 據 。 本 研 究 通 過 引 入 Stock 600 指 數 ， 石 油 、 煤 炭 、 天 然 氣 價 格 等 碳 價 的 重 要 外 部 影 響 因 素 ， 建 立 BP 神 經 網 絡 模 型 對 EUA 碳 價 歷 史 數 據 進 行 學 習 ， 從 而 模 擬 各 因 素 對 碳 價 走 勢 的 影 響 機 理 ； 通 過 分 別 控 制 經 濟 發 展 和 能 源 消 耗 兩 類 變 量 ， 設 立 6 種 典 型 情 景 以 模 擬 碳 價 未 來 的 可 能 走 勢 ， 為 全 國 性 碳 市 場 是 否 適 宜 納 入 不 同 經 濟 發 展 和 能 源 消 耗 水 平 的 區 域 提 供 理 論 依 據 。 研 究 結 果 表 明 ① 經 濟 中 、 高 速 發 展 情 景 下 ， 碳 價 與 能 源 消 耗 同 向 變 動 ， 且 碳 價 變 動 幅 度 及 水 平 基 本 一 致 。 高 能 源 消 耗 下 的 高 、 中 經 濟 情 景 適 宜 同 時 納 入 碳 市 場 ； ② 低 經 濟 發 展 情 景 下 ， 無 論 能 源 消 耗 情 景 如 何 ， 碳 市 場 均 難 以 實 現 價 格 發 現 功 能 ； ③ 即 使 經 濟 發 展 類 似 ， 高 能 耗 與 低 能 耗 情 景 下 的 碳 價 依 然 存 在 較 大 價 差 。 若 同 時 納 入 碳 市 場 ， 低 能耗情景將不得不承受由高能耗情景所主導的高碳價 。 關鍵詞 BP 神經網絡模型 ； 情景模擬 ； 全國碳市場 一 、 引言 中 國 七 大 試 點 碳 市 場 覆 蓋 了2000 多 家 控 排 單 位 的 約12 億 噸 碳 排 放 ， 截 至2017 年6 月 底 ， 七 大 試 點 二 級 市 場 累 計 成 交 配 額 約1.23 億 噸 ， 累 積 成 交 額 超 過26.44 億 元 ① ， 已 成 為 繼 歐 盟 碳 * 易 蘭 ， 陜 西 師 范 大 學 國 際 商 學 院 ， 郵 政 編 碼 710119 ， 電 子 郵 箱 ； 李 朝 鵬 ， 陜 西 師 范 大 學 國 際 商 學 院 ， 郵 政 編 碼 710119 ， 電 子 郵 箱 ； 楊 歷 ， 陜 西 師 范 大 學 國 際 商 學 院 ， 郵 政 編 碼 710119 ， 電 子 郵 箱 ； 劉 杰 ， 陜 西 師 范 大 學 國 際 商 學 院 ， 郵 政 編 碼 710119 ， 電 子 郵 箱 。 本 文 系 國 家 社 科 基 金 重 點 項 目 “ 我 國 碳 市 場 成 熟 度 及 環 境 監 管 政 策 研 究 ” （14AZD051 ） 、 國 家 自 然 科 學 基 金 “ 基 于 智 能 技 術 的 國 際 碳 市 場 價 格 驅 動 因 素 研 究 ” 71101133 、 教 育 部 新 世 紀 優 秀 人 才 支 持 計 劃 “ 碳 金 融 創 新 國 際 二 氧 化 碳 排 放 權 市 場 價 格 形 成 機 制 研 究 ” NCET-11-0725 和 陜 西 師 范 大 學 研 究 生 培 養 創 新 基 金 項 目 “ 陜 西 省 參 與 建 設 全 國 碳 市 場 的 問 題 研 究 ” （2016CSY028 ） 的 階 段 性 成 果 。 感 謝 匿 名 審 稿 人 的 建 設 性 意 見 ， 文 責 自 負 。 ① 數 據 為 作 者 根 據 北 京 、 上 海 、 廣 東 、 深 圳 、 重 慶 、 天 津 以 及 湖 北 七 大 試 點 交 易 平 臺 公 布 的 從 開 市 到2017 年6 月底的相關數據及文件計算所得， 四川和福建碳市場由于成立時間較晚 ， 本研究未統計在內 。 DOI10.19511/ki.jee.2017.03.003 易 蘭 李朝鵬 楊 歷 劉 杰 歐盟碳市場價格走勢的情景模擬分析及對中國的啟示 222017 年第 3 期 市 場 后 的 全 球 第 二 大 碳 市 場 。 同 時 ， 國 家 發 改 委 氣 候 司 在 關 于 切 實 做 好 全 國 碳 排 放 權 交 易 市 場 啟 動 重 點 工 作 的 通 知 中 也 表 示2017 年 中 國 將 啟 動 全 國 性 碳 排 放 權 交 易 市 場 ， 首 批 納 入 石 化 、 化 工 、 建 材 、 鋼 鐵 、 有 色 、 造 紙 、 電 力 、 航 空 等8 個 重 點 排 放 行 業 的8000 余 家 控 排 企 業 ， 覆 蓋 排 放 總 量 在3040 億 噸 之 間 ， 屆 時 中 國 碳 市 場 將 成 為 繼 證 券 、 國 債 后 的 第 三 大 市 場 ， 全 球 第 一大碳市場 。 中 國 幅 員 遼 闊 ， 區 域 經 濟 發 展 水 平 、 產 業 結 構 、 能 源 消 耗 差 異 較 大 ， 因 而 七 大 試 點 在 行 業 覆 蓋 范 圍 、 控 排 主 體 準 入 門 檻 以 及 核 證 減 排 抵 消 比 例 等 核 心 要 素 設 計 方 面 也 具 有 較 大 差 異 。 統 一 的 全 國 碳 市 場 制 度 設 計 則 有 可 能 會 對 部 分 地 區 的 經 濟 社 會 發 展 造 成 影 響 ， 進 一 步 加 劇 區 域 發 展 的 不 平 衡 性 。 因 此 ， 全 國 碳 市 場 在 制 度 設 計 過 程 中 需 要 對 東 中 西 部 地 區 的 覆 蓋 行 業 范 圍 、 配 額 管 理 、 抵 消 機 制 等 核 心 要 素 設 計 上 予 以 區 別 對 待 ， 以 保 證 經 濟 發 展 與 環 境 減 排 的 雙 贏 。 碳 排 放 權 交 易 價 格 作 為 市 場 優 化 資 源 配 置 以 調 動 控 排 企 業 減 排 的 重 要 手 段 ， 是 控 排 主 體 在 給 定 市 場 供 給 結 構 與 宏 微 觀 外 部 環 境 相 互 影 響 作 用 下 ， 選 擇 減 排 或 購 買 碳 排 放 權 以 完 成 履 約 的 重 要 市 場 信 號 。 因 此 ， 通 過 探 究 不 同 經 濟 發 展 水 平 與 能 源 消 耗 情 景 下 的 價 格 表 現 ， 能 夠 幫 助 把 握 我 國 不 同 區 域 環 境 下 的 碳 價 走 勢 及 對 全 國 碳 市 場 運 行 的 可 能 影 響 ， 對 制 定 具 有 差 異 化的市場調控政策也具有重要參考意義 。 近 年 來 ， 國 際 上 諸 多 國 家 和 地 區 均 期 望 通 過 建 立 碳 市 場 以 實 現 經 濟 發 展 與 溫 室 氣 體 減 排 的 雙 贏 ， 學 術 界 關 于 碳 市 場 建 設 的 相 關 研 究 也 已 較 為 豐 富 ， 研 究 內 容 主 要 集 中 在 以 歐 盟 碳 市 場 為 代 表 的 國 際 典 型 碳 市 場 的 碳 價 波 動 規 律 （Convery ＆Redmond ， 2007 ； Mansanet-Bataller et al. ， 2007 ； 吳 潔 等 ， 2015 ） 、 碳 價 形 成 機 制 （Alberola et al. ， 2008 ； Chlier ， 2009 ； Hintermann ， 2009 ） 、 配 額 分 配 （Ellerman ＆Buchner ， 2006 ； Grubb ， 2006 ； Cummins ， 2013 ） 。 相 關 研 究 結 果 表 明 ， EU ETS 作 為 國 際 上 運 行 時 間 最 長 、 發 育 相 對 成 熟 的 碳 市 場 ， 其 市 場 運 行 和 價 格 形 成 機 制 均 已 呈 現 出 明 顯 的 規 律 性 特 征 。 同 時 ， 隨 著 中 國 七 大 試 點 以 及 全 國 碳 市 場 逐 步 建 立 ， 部 分 學 者 的 研 究 焦 點 也 開 始 向 中 國 碳 市 場 轉 移 ， 如 市 場 運 行 狀 況 、 機 制 體 系 設 計 、 碳 價 波 動 機 理 等 。 相 關 研 究 成 果 表 明 ， 由 于 中 國 七 大 試 點 運 行 時 間 較 短 ， 市 場 運 行 中 存 在 著 交 易 活 躍 度 低 、 市 場 信 息 傳 導 機 制 不 暢 通 、 碳 價 無 法 反 映 減 排 成 本 等 問 題 ， 因 而 碳 價 形 成 機 制 仍 未 能 顯 現 出 規 律 性 特 征 ， 市 場 整 體 發 育 水 平 仍 處 于 初 步 階 段 （ 鄭 爽 ， 2014 ； 齊 紹 洲 、 程 思 ， 2016 ； 李 奇 偉 ， 2015 ） 。 同 時 ， 隨 著 全 國 性 碳 市 場 即 將 建 立 ， 面 對 中 國 各 區 域 經 濟 發 展 水 平 與 能 源 消 耗 差 異 較 大 的 現 狀 ， 針 對 不 同 區 域 經 濟 發 展 水 平 與 能 源 消 耗 情 景 下 碳 價 走 勢 的 相 關 研 究 仍 然 較 少 ， 類 似 的 研 究 也 主 要 集 中 于 采 用 諸 如DA-ANN （Mori ＆Jiang ， 2008 ） 、 EMD-GA-ANN （ 高 楊 、 李 健 ， 2014 ） 、 VMD-SNN （Sun et al. ， 2016 ） 等 模 型 來 挖 掘 碳 價 數 據 的 時 間 序 列 特 性 。 因 此 ， 為 探 討 我 國 區 域 經 濟 社 會 發 展 條 件 差 異 較 大 情 景 下 的 碳 價 走 勢 ， 本 研 究 在 參 考Tsai 和Kuo （2013 ） 針 對 國 際 碳 價 所 建 立 的 價 格 走 勢 預 測 系 統 基 礎 上 ， 擬 采 用 神 經 網 絡 模 型 ， 通 過 調 控 宏 觀 經 濟 與 能 源 價 格 23變 量 ， 以 模 擬 碳 市 場 在 不 同 經 濟 發 展 水 平 與 能 源 消 耗 情 景 下 的 價 格 走 勢 ， 從 而 達 到 為 全 國 碳 市場差異化的制度設計提供政策建議的目的 。 二 、 BP 神經網絡模型建立 （ 一 ） 變量選取 由 于 目 前 中 國 碳 市 場 發 育 仍 處 于 初 級 階 段 ， 市 場 價 格 無 法 反 映 減 排 成 本 ， 因 此 碳 價 波 動 尚 未 顯 現 出 規 律 性 特 征 。 歐 盟 碳 市 場 作 為 全 球 運 行 時 間 最 長 、 發 育 相 對 成 熟 的 碳 市 場 ， 參 與 碳 市 場 的 主 要 行 業 是 能 源 密 集 型 行 業 ， 包 括 能 源 工 業 、 電 廠 、 供 熱 、 鋼 鐵 和 水 泥 、 造 紙 等 行 業 在 內 的29 種 活 動 設 施 ， 覆 蓋 了 歐 盟60 以 上 的 碳 排 放 。 同 時 ， 一 次 化 石 能 源 仍 是 歐 盟 地 區 的 主 要 能 源 供 給 ， 天 然 氣 、 石 油 、 煤 炭 的 消 耗 占 比 分 別 為31.9 、 30.4 與16.5 ① 。 雖 然 在 宏 觀 經 濟 、 能 源 結 構 以 及 市 場 機 制 設 計 等 方 面 與 中 國 存 在 一 定 差 異 ， 但 其 市 場 運 作 機 理 與 價 格 波 動 規 律 都 是 類 似 的 ， 這 也 是 國 內 外 諸 多 學 者 研 究 歐 盟 碳 價 波 動 機 理 的 重 要 原 因 。 因 此 ， 選 擇 歐 盟碳價作為本文的研究對象對中國碳市場的建立具有重要參考意義 。 二 氧 化 碳 排 放 伴 隨 著 經 濟 生 產 活 動 而 產 生 ， 工 業 發 展 指 數 作 為 經 濟 發 展 狀 況 的 “ 晴 雨 表 ” ， 是 衡 量 宏 觀 經 濟 發 展 狀 況 的 重 要 指 標 。 當 宏 觀 經 濟 處 于 縮 減 狀 態 ， 工 業 發 展 指 數 下 滑 ， 生 產 活 動 減 少 ， 碳 排 放 量 下 降 ， 進 而 導 致 碳 排 放 權 需 求 減 少 、 碳 價 下 跌 ； 而 當 宏 觀 經 濟 處 于 上 漲 狀 態 ， 工 業 發 展 指 數 上 漲 ， 生 產 規 模 擴 張 ， 碳 排 放 量 上 升 ， 進 而 導 致 碳 排 放 權 需 求 增 加 、 碳 價 上 升 。 同 時 ， 經 濟 生 產 活 動 往 往 伴 隨 著 能 源 的 消 耗 ， 煤 炭 、 石 油 、 天 然 氣 作 為 工 業 發 展 最 重 要 的 能 源 原 料 ， 是 溫 室 氣 體 排 放 的 主 要 源 頭 。 因 此 ， 化 石 能 源 價 格 變 動 與 碳 價 變 化 之 間 關 系 密 切 ， 國 內 外 學 者 普 遍 認 為 能 源 價 格 上 升 將 推 動 碳 價 上 漲 ， 能 源 價 格 下 跌 也 將 導 致 碳 價 下 滑 （Convery ＆Redmond ， 2007 ； 張躍軍 、 魏一鳴 ， 2010 ） 。 在 變 量 選 取 方 面 ， 由 于 歐 盟 碳 市 場 交 易 以 期 貨 為 主 ， 而 歐 洲 氣 候 交 易 所 （ECX ） 是 歐 盟 碳 市 場 中 最 主 要 的EUA 期 貨 交 易 市 場 ， 因 此 本 研 究 選 取ECX 的EUA 期 貨 價 格 作 為 碳 價 代 表 ； 宏 觀 經 濟 變 量 選 取 的 是 代 表 歐 盟 工 業 經 濟 發 展 狀 況 的Stock600 指 數 ； 石 油 價 格 選 取 的 是 歐 盟 石 油 價 格 風 向 標 的 布 倫 特 石 油 離 岸 價 ； 天 然 氣 價 格 選 取 的 是 英 國 天 然 氣 期 貨 指 數 價 格 ； 煤 炭 價 格 選 取 的 是 較 有 影 響 力的歐洲能源交易 所的三港 （ 阿姆斯特丹 、 鹿特丹和安特衛普 ） 期貨合約 價 格 。 其 中 ， 天 然 氣 價 格 與 石 油 價 格 數 據 來 源 于 歐 洲 洲 際 期 貨 交 易 所 （EEX ） ， 煤 炭 價 格 來 源 于 歐 洲 能 源 交 易 所 （ICE ） ， Stock600 指 數 來 源 于Wind 數 據 庫 。 關 鍵 變 量 的 說 明 見 表1 。 各 變 量 的 選 取 時 間 節 點 為2013 年1 月1 日 到2015 年12 月31 日 ， 歷 史 價 格 變 化 趨 勢 如 圖1 、 圖2 以 及 圖3 所 示 ①數據來源 BP 世界能源統計年鑒 第 66 版 。 易 蘭 李朝鵬 楊 歷 劉 杰 歐盟碳市場價格走勢的情景模擬分析及對中國的啟示 242017 年第 3 期 表 1 關鍵變量說明 變量 碳價 宏觀經濟 石油價格 煤炭價格 天然氣價格 標碼 EUA Stock 600 Brent Coal Gas 含義 歐洲氣候交易所碳期貨價格 歐盟 18 國工業發展指數 布倫特石油離岸價 煤炭期貨合約價 英國天然氣期貨指數價格 單位 歐元/ 噸 歐元 美元/ 桶 美元/ 噸 便士/ 千卡 數據來源 ECX Wind 數據庫 ICE EEX ICE Stock600 指數歷史變化趨勢 360 350 340 330 320 310 300 290 280 270 價格 （ 歐元 ） 2013/01/01 2014/01/01 2015/01/01 2016/01/01 日期 Stock600 9 8 7 6 5 4 3 2 價格 （ 歐元/ 噸 ） 2013/01/01 2014/01/01 2015/01/01 2016/01/01 日期 EUA 價格歷史變化趨勢 EUA 圖 1 2013 - 2015 年 EUA 價格 圖 2 2013 - 2015 年 Stock 600 指數趨勢 2013/01/01 2014/01/01 2015/01/01 2016/01/01 能源價格歷史變化趨勢 日期 100 90 80 70 60 50 40 30 20 價格 Brent （ 美元/ 桶 ） Gas （ 便士/ 千卡 ） Coal （ 美元/ 噸 ） Coal Gas Brent 圖 3 2013 - 2015 年能源價格 歷史變化趨勢 （ 二 ） BP 神經網絡模型 BP 神 經 網 絡 模 型 是 眾 多 神 經 網 絡 模 型 中 應 用 最 為 廣 泛 與 成 熟 的 模 型 之 一 ， 研 究 表 明 該 模 型 具 有 強 適 應 性 和 容 錯 性 ， 允 許 一 定 噪 聲 數 據 輸 入 ， 能 自 組 織 自 適 應 處 理 數 據 ， 經 過 學 習 能 夠 建 立 樣 本 間 隱 含 的 復 雜 關 系 ， 只 要 有 足 夠 的 隱 含 層 和 隱 含 節 點 ， 它 可 以 逼 近 任 意 非 線 性 映 射 關 系 ， 且 網 絡 中 各 層 節 點 數 及 網 絡 學 習 系 數 等 參 數 可 根 據 具 體 情 況 設 定 ， 靈 活 性 強 ， 可 以 同 時兼備數據驅動和數據挖掘模型在價格走勢模擬方面的優勢 。 25本 文 在 前 期 利 用BP-MIV 神 經 網 絡 模 型 計 算 多 種 外 部 變 量 對EUA 價 格 影 響 （ 易 蘭 ， 2017 ） 的 基 礎 上 ， 借 助MATLAB 2016a 平 臺 完 成 對EUA 價 格 的 情 景 模 擬 。 神 經 網 絡 模 型 的 具 體 構 建 過程 如下 輸入層輸入變量 Xi 輸出層輸出變量Yi 權重V 輸入層 隱含層 輸出層 權重W 圖 4 BP 神經網絡模 型結構 1. 模型建立 模 型 的 構 建 分 為 確 定 網 絡 層 數 與 每 一 層 節 點 數 兩 個 步 驟 。 模 型 的 輸 入 變 量 為Brent 、 Gas 、 Coal 、 Stock600 四個變量 ， 因此BP 神經網絡的 輸入層節點 數為4； 輸出變量為EUA ， 故輸出 層 節 點 數 為1 。 隱 含 層 節 點 數 的 確 認 分 為 兩 步 ， 首 先 通 過 經 驗 公 式l n -1 、 l m n a 以 及l log 2 n 。 （ 其 中n 為 輸 入 層 節 點 數 ， l 為 隱 含 層 節 點 數 ，m 為 輸 出 層 節 點 數 ，a 為0 ～10 之 間 的 常 數 ） 取 交 集 來 確 定 隱 含 層 節 點 數 范 圍 為3～12 ， 再 計 算 隱 含 層 節 點 數 所 對 應 的 網 絡 均 方 誤 差 值 （MSE ） ， 通 過 隱 含 層 節 點 數 和MSE 的 關 系 來 確 定 最 優 隱 含 層 節 點 數 ， 當MSE 值 最 小 時 選 取 其 對 應 的 隱 含 層 節 點 數 為 最 優 節 點 數 ， 經 測 算 后 本 研 究 選 取 的 最 優 隱 含 層 節 點 數 為7。 BP 神 經 網 絡 模 型 的 隱 含 層 又 可 以 分 為 單 隱 含 層 和 多 隱 含 層 。 多 隱 含 層 由 多 個 單 隱 含 層 組 成 ， 同 單 隱 含 層 相 比 ， 多 隱 含 層 泛 化 能 力 強 、 預 測 精 度 高 ， 但 是 訓 練 時 間 較 長 （ 王 小 川 ， 2013 ） 。 為 提 高 模 型 預 測 精 準 度 ， 本 文 增 加 了 隱 含 層 層 數 ， 將 隱 含 層 設 置 為 雙 隱 含 層 ， 即[7 ， 7] 隱 含 層 ， 這 使 得 模 型 的 均 方 根 誤 差 （RMSE ） 與 平 均 絕 對 誤 差 （MAE ） 均 大 幅 降 低 ， 模 型 的 預 測 性 能 相 對 提升 （ 如表2 所示 ） 。 表 2 單隱含 層與雙隱含層下的預測性能對比 隱含層數 一層 兩層 RMSE 0 . 4076 0 . 2545 MAE 0 . 3264 0 . 1861 隱 含 層 的 節 點 傳 遞 函 數 為 正 切S 型 傳 遞 函 數ansig （y 2 1 e -2x -1 ） ， 輸 出 層 的 節 點 傳 遞 函 易 蘭 李朝鵬 楊 歷 劉 杰 歐盟碳市場價格走勢的情景模擬分析及對中國的啟示 262017 年第 3 期 數為線型傳遞函數purelin （y x ） 。 2. 模型初始參數設定 模 型 建 立 后 ， 本 研 究 采 用 隨 機 初 始 權 值 法 對 神 經 網 絡 進 行 初 始 化 處 理 ， 這 能 夠 保 證 模 型 的 有 效 性 及 預 測 結 果 的 精 準 性 。 模 型 所 選 取 的 訓 練 函 數 為Levenberg Marquardt ， 算 法 訓 練 函 數 為Trainlm ， 學 習 函 數 為 帶 動 量 項 的BP 學 習 規 則Learngdm ， 性 能 分 析 函 數 選 取 的 是 均 方 根 誤 差 函 數 RMSE 1 n ? t 1 n y t -f t 2 和 平 均 絕 對 誤 差 函 數 MAE 1 n ? t 1 n | |y t -f t （y t 為 真 實 值 ，f t 為 觀 測 值 ，n 為 觀 測 樣 本 量 ） 。 模 型 相 關 參 數 的 設 定 為 最 大 迭 代 次 數 （net.trainParam.epochs ） 為 2000 ； 訓 練 目 標 最 小 誤 差 （net.trainParam.goal ） 為 10 -6 ， 性 能 函 數 最 小 梯 度 （net.trainParam. min_grad ） 為10 -7 ； 最大訓練失敗次數上限 （net.trainParam.min_fail ） 為50。 通 過 對 數 據 測 試 發 現Mapstd 函 數 歸 一 化 后 得 到 數 據 相 較 于Mapminmax 函 數 處 理 后 的 數 據 更 加 平 穩 ， 因 此 本 文 運 用Mapstd 函 數 來 對 數 據 進 行 預 處 理 ， 這 樣 也 可 以 消 除 不 同 變 量 間 單 位 不 統 一 所 帶 來 的 影 響 。 隨 機 選 取80 的 數 據 作 為 訓 練 樣 本 集 ， 通 過 多 次 訓 練 來 構 造BP 神 經 網 絡 最 優 模 型 。 其 余20 作 為 測 試 樣 本 ， 檢 驗 測 試 樣 本 的 模 擬 正 確 率 ， 即 模 型 泛 化 能 力 。 EUA 碳 價 的 樣 本 數 據 總 量 為775 組 ， 其 中 隨 機 選 取 訓 練 樣 本 數 據620 組 （80 ） ， 測 試 樣 本 數 據 155 組 （20 ） 。 3. 模型訓練結果 通 過 建 立 好 的BP 神 經 網 絡 最 優 模 型 對EUA 價 格 進 行 模 擬 ， 經 過 重 復 試 驗 ， 以MSE 值 最 小 為 判 定 依 據 選 取 最 優 模 型 。 神 經 網 絡 訓 練 后 訓 練 目 標 最 小 誤 差 雖 未 達 到 最 優 設 置 的10 -6 ， 但 最 大 訓 練 失 敗 次 數 上 限 已 達 到 上 限50 ， 此 時 迭 代 次 數 為174 ， 訓 練 目 標 最 小 誤 差 為0.139 ， 網 絡 模 型 收 斂 。 此 時 從 輸 入 層 到 隱 含 層 的 各 神 經 元 節 點 權 值 矩 陣W 1 及 從 第 一 個 隱 含 層 到 第 二 個隱含層的各神經元節點權值矩陣W 2 分別為 W 1 ? è ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ -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 ? è ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ ÷ -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 神經網絡模型訓練結果 圖5 為 本 研 究 所 構 建 的BP 神 經 網 絡 預 測 模 型 輸 出 價 格 與EUA 歷 史 價 格 的 擬 合 對 比 。 相 較 于ARIMA 、 ARBFN 、 RBFN 、 PNN 等 模 型 的 預 測 誤 差 （ 如 表3 所 示 ） ， 本 研 究 所 建 立 的BP 神 經 網 絡 模 型 測 試 樣 本 模 擬 值 與 實 際 值 的RMSE 僅 為0.2545 ， MAE 為0.1861 ， 預 測 誤 差 相 對 更 小 ， 精 確 度 更 高 。 這 一 方 面 是 由 于 相 較 于 以 往 研 究 所 使 用 的 歐 盟 碳 市 場 第 一 、 二 期 碳 價 和 國 際 核 證減 排量 價格 （Zhu ＆Wei ， 2013 ； 高楊 、 李健 ， 2014 ） 等數 據 ， 本研 究所 使用 的歐 盟碳 市場 第三 期 運 行 數 據 規 律 性 更 強 ； 另 一 方 面 則 是 由 于BP 神 經 網 絡 所 構 建 的 碳 價 預 測 系 統 相 較 于 其 他 模 型， 有著更好的預測 功能 。 表 3 不同模 型之間預測誤差比較 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、 碳市場 價格走勢的情景模擬 在 已 建 立 好 的 最 優BP 神 經 網 絡 模 型 基 礎 上 ， 本 研 究 控 制 了 經 濟 發 展 與 能 源 消 耗 兩 類 變 量 以 模 擬 碳 市 場 外 部 發 展 狀 況 ， 并 設 定 了6 種 碳 市 場 外 部 典 型 情 景 來 探 討 不 同 經 濟 發 展 水 平 與能源消耗情景下的碳價走勢 。 （ 一 ） 情景設定 在 本 文 的 假 設 條 件 中 ， 本 文 著 重 強 調 能 源 消 費 量 變 化 對 能 源 價 格 變 化 的 單 向 供 需 影 響 ， 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 EUA 價格 （ 歐元/ 噸 ） 0 100 200 300 400 500 600 700 800 預測期數 預測價格 實際價格 圖 5 BP 神經網絡預測價格與實際價格 易 蘭 李朝鵬 楊 歷 劉 杰 歐盟碳市場價格走勢的情景模擬分析及對中國的啟示 282017 年第 3 期 即 能 源 價 格 的 變 化 是 由 于 能 源 消 費 量 的 相 應 變 化 所 導 致 ， 所 以 本 研 究 通 過 能 源 價 格 的 上 升 、 平 穩 以 及 下 降 來 表 示 能 源 消 費 量 的 變 化 情 況 。 具 體6 種 情 景 設 定 為 ① 經 濟 快 速 發 展 ， 能 源 消 費 旺 盛 ， 石 油 、 天 然 氣 、 煤 炭 價 格 均 上 升 ； ② 經 濟 快 速 發 展 ， 能 源 消 費 下 降 ， 煤 炭 、 石 油 價 格 下 降 ， 天 然 氣 價 格 平 穩 ； ③ 經 濟 平 穩 運 行 ， 能 源 消 費 平 穩 增 長 ， 石 油 、 煤 炭 價 格 上 升 ， 天 然 氣 價 格 平 穩 ； ④ 經 濟 平 穩 運 行 ， 清 潔 能 源 得 到 大 力 發 展 ， 煤 炭 、 石 油 價 格 大 幅 降 低 ， 天 然 氣 價 格 升 高 ； ⑤ 經 濟 發 展 持 續 低 迷 ， 黑 色 能 源 消 費 旺 盛 ， 煤 炭 、 石 油 價 格 上 升 ， 天 然 氣 消 費 量 下 降 ， 價 格 萎 靡 ； ⑥ 經 濟 發 展 持 續 低 迷 ， 黑 色 能 源 消 費 下 降 ， 煤 炭 、 石 油 價 格 下 降 ， 天 然 氣 價 格 上 升 。 在 進 行 上 述6 種 碳 價 走 勢 情 景 模 擬 時 ， Stock600 、 Brent 、 Coal 、 Gas 等 外 部 影 響 變 量 的 價 格 漲 跌 幅 度 取 值 是 根 據 上 述 變 量 在2008 年6 月13 日 到2015 年12 月31 日 的 歷 史 價 格 的 最 大 值 、 最小值相較于均值的比值來 確定的 ， 各變量歷史最大漲跌幅度值如 表4 所示 表 4 各變量歷史漲跌幅度值 變量 最大漲幅 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 為 匹 配6 種 情 景 的 影 響 變 量 取 值 ， 本 研 究 針 對Stock600 、 Brent 、 Coal 、 Gas 等4 個 變 量 設 定 了 最 大 漲 幅 、 較 大 漲 幅 、 平 穩 運 行 、 較 大 跌 幅 、 最 大 跌 幅 等5 個 層 級 以 適 應 各 情 景 對 變 量 漲 跌 幅 的 需 求 ， 各 變 量 的5 級 漲 跌 幅 度 參 考 歷 史 漲 跌 幅 范 圍 進 行 取 值 。 考 慮 到 歐 盟 經 濟 在2008 年 到 2015 年 期 間 處 于 后 金 融 危 機 階 段 ， 經 濟 實 力 尚 未 完 全 恢 復 ， 因 此 本 研 究 將 情 景 模 擬 中 的 Stock600 指 數 的 漲 跌 幅 取 值 范 圍 從2008 到2015 年 歷 史 最 大 漲 跌 幅 （ 絕 對 值 ） 的42.69 適 當 調 整 到 了50 ， 其 他 變 量 的 漲 跌 幅 均 在 歷 史 漲 跌 幅 區 間 內 。 各 變 量 的 具 體 漲 跌 幅 度 設 定 如 表5 所 示 表 5 各影響變量 5 級漲跌幅度 變量 Stock 600 Brent Coal Gas 最大漲幅 50 40 20 30 較大漲幅 30 30 10 20 平穩情況 10 20 - 5 10 較大跌幅 - 20 - 20 - 20 - 10 最大跌幅 - 30 - 40 - 30 - 30 結 合 上 述 設 定 的6 種 碳 市 場 外 部 環 境 及 各 影 響 變 量 的5 級 漲 跌 幅 度 ， 本 研 究 設 定 Stock600 上 漲50 為 高 經 濟 情 景 ， 上 漲30 為 中 經 濟 情 景 ， 而 下 跌30 為 低 經 濟 發 展 情 景. 能 源 價 格 的 漲 跌 幅 度 則 根 據 具 體 情 景 描 述 來 選 取 相 應 合 理 范 圍 內 的 漲 跌 值 。 各 情 景 中 變 量 的 具體漲跌幅取值情況如 表6 所示 29表 6 碳市 場外部環境情景設定 情景類型 “ 高經濟高能源消 費” 型 “ 高經濟低能源消 費” 型 “ 中經濟高能源消 費” 型 “ 中經濟低能源消 費” 型 “ 低經濟高能源消 費” 型 “ 低經濟低能源消 費” 型 碳市場外部環境 經濟快速發展， 能源消費旺盛 ， 石油 、 天然氣 、 煤炭價格均上升； 經濟快速發展， 能源消費下降 ， 煤炭 、 石油價格下降， 天然氣價格平穩； 經濟平穩運行 ， 能源消費平穩增長， 石油 、 煤炭價格上升， 天然氣價格平穩； 經濟平穩運行， 清潔能源得到大力發展， 煤炭 、 石油價格大幅降低， 天然氣價格升高； 經濟發展持續低迷， 黑色能源消費旺盛， 煤炭 、 石油價格上升， 天然氣消費量下降 ， 價格萎靡； 經濟發展持續低迷， 黑色能源消費下降， 煤炭 、 石油價格下降， 天然氣價格上升； 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 設 定 所 搭 建 的 模 型 跨 度 時 長 為5 年 （2016.01.01 2020.12.31 ） ， 為 了 接 近 現 實 仿 真 效 果 ， 對 各 個 變 量 進 行 有 條 件 的 隨 機 取 數 。 例 如Stock600 平 均 變 化 幅 度 為50 ， 進 行 模 型 搭 建 的 數 據 隨 機 取 數 時 先 將 初 始 值 設 定 為 前 一 年 （ 即2015 年 ） 的 均 值X ； 再 設 定 數 值 的 上 限 為X12*50 ， 下 限 為X150 （ 若 是 負 增 長 ， 則 數 值 上 下 限 對 調 ） ； 隨 機 生 成60 個 數 值 時 滿 足 兩 個 條 件 ①X 與 這60 個 隨 機 數 值 的 均 值 為X150 ； ②X 與 這60 個 隨 機 數 值 構 成 的 折 線 圖 與 各 情 景 下 預 期 影 響 因 子 價 格 走 勢 基 本 一 致 ； 再 將 得 出 的60 個 隨 機 數 值 作 為 每 月 （5 年 共60 個 月 ） 最 后 一 天 的 數 值 （ 即 月 末 值 ） ， 第 一 個 月 的 值 為 初 始 值X 與 第 一 個 月 月 末 值 之 間 的 隨 機 數 ， 第N （1N60 ） 月 的 數 值為第N-1 月末值與第N 月末值之間的數值 ， 其取值函數為初始值 隨機擾動數值 。 （ 二 ） 情景模擬結果及分析 根 據 上 文 所 建 立 的BP 神 經 網 絡 最 優 模 型 ， 針 對 上 述6 種 典 型 的 碳 市 場 外 部 環 境 ， 以2015 年 碳 價 均 價 作 為 碳 價 走 勢 模 擬 的 基 礎 價 格 ， 情 景 模 擬 輸 出 結 果 如 圖6 所 示 ， 其 中 外 圍 縱 坐 標 表 示 碳 市 場 外 部 經 濟