《Environmental Science & Technology》：Introducing Emission Trading Scheme To Accelerate Low-Carbon Transition in China’s Urban Central Heating
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本文通过构建动态局部均衡（DPE）模型，结合Stackelberg博弈框架，首次系统评估了在中国城市集中供暖部门引入碳排放交易体系（ETS）的可行性及其与清洁供暖补贴的政策协同效应。研究表明，ETS能有效推动非化石能源（如工业余热（ISH）、地热能）对燃煤锅炉的替代，使供暖部门碳排放于2033年达峰，并在2035年实现PM2.5排放量降低3.9%、居民健康损失减少10%。通过优化补贴再分配与研发（R&D）效率提升，ETS可形成“压力-激励”双轮驱动机制，为自然垄断型公用事业部门低碳转型提供成本效益最优的政策组合范式。
引言
中国北方地区集中供暖系统覆盖近半数采暖面积，其碳排放量占全国总量的10%，全球1.5%。2017年启动的清洁供暖行动（Clean Heating Campaign）通过财政补贴推动清洁燃料替代，但集中供暖部门转型进展缓慢。2017-2021年仅3.4%的改造资金投向集中供暖，导致2022年供暖相关碳排放较2016年峰值仅下降6.3%。为实现碳中和目标，亟需引入市场机制加速集中供暖低碳转型。
方法
居民供暖市场均衡模型
研究构建动态局部均衡模型（Dynamic Partial Equilibrium, DPE），涵盖集中与分散供暖的9种技术路径，包括燃煤锅炉（含热电联产CHP）、燃气锅炉、地热锅炉、工业余热（ISH）等集中供暖技术，以及散煤、传统生物质、高效生物质、燃气壁挂炉（GWS）、空气源热泵（ASHP）等分散供暖技术。模型引入Stackelberg主从博弈框架，模拟供热公司作为垄断买方与热源企业的价格谈判过程。
热源公司决策机制
供热公司以管制零售价向居民售热，同时以协商价向多元热源购热。其利润函数最大化目标为销售收入减去购热成本，并受热源响应函数约束。清洁热源（如ISH、地热）采用“研发中学（LBS）+干中学（LBD）”成本曲线动态，边际成本随累积研发投入（K）和产出（Q）下降。
居民需求与技术扩散
居民供暖需求通过Logistic扩散模型刻画，清洁技术市场份额受相对成本（RC）和收入水平影响。分散供暖中散煤的高健康损失（142.4 CNY/GJ）成为社会福利主要拖累因素。
政府政策优化
政府以社会福利最大化为目标设定清洁供暖补贴（rj, rl），统筹考虑供暖成本、健康损失、行业利润与财政支出。健康损失评估基于PM2.5排放-浓度-暴露-响应链条，量化慢性阻塞性肺病（COPD）、肺癌、脑卒中等重点疾病负担。
情景设计
设置无ETS基准情景（BAU）与三种ETS情景：固定碳配额（FCQ）、年降0.5%配额（DCQ0.5）和年降1%配额（DCQ1），对比分析政策组合效果。
结果
ETS驱动的供暖脱碳转型
ETS显著提升非化石能源占比，DCQ1情景下2030年非化石能源消费比重达25.6%，超额完成中国碳达峰行动方案目标。工业余热（ISH）凭借高研发效率（LBS+LBD系数达3.2倍）和零燃料成本，在ETS驱动下供热份额增长7.1倍；地热能成本比为燃气供暖的0.7，份额提升3.9倍。ETS通过扩大集中供暖网络间接推动分散供暖煤改清洁能源，实现全链条脱碳。
减排成效与成本效益
DCQ1情景下碳排放于2033年达峰，2035年PM2.5、SO2、NOx排放较2020年分别下降3.9%、17.5%和24.5%。尽管供暖成本上升2.0%，但健康效益显著，避免过早死亡80,350例（95%CI: 55,095-95,842），减少住院110万例，社会福利净增7.5%。散煤替代产生的单位健康效益最高（ISH为138.0 CNY/GJ，地热为146.9 CNY/GJ），凸显ETS成本有效性。
ETS与补贴的政策协同
ETS与补贴并存时，单位补贴减排效率下降30%，但政策功能重新定位：ETS通过碳配额交易激励低碳技术，补贴侧重内部化空气污染外部性和支持早期研发。当研发效率突破临界值（13）时，补贴需求锐减，DCQ1情景下补贴可于2030年前全面退出。碳配额年降1%较固定配额提前5年实现补贴退出，印证严格配额对技术创新的诱导作用。
讨论
本研究通过博弈均衡模型揭示ETS在自然垄断供暖部门的政策效能，为全球类似部门转型提供参考。针对中国区域异质性（北方工业余热富集、西北燃气成本优势、东北生物质资源），需实施差异化政策：低收入地区需定向补贴保障公平，高研发效率区域可加速市场机制转型。未来需加强室内PM2.5暴露评估，完善健康效益核算体系。
