第1章 绪论
1.1 研究背景及意义
中国国家主席习近平在2020年9月22日召开的联合国大会上表示，“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”，这是党中央、国务院统筹国际、国内两个大局做出的重大战略决策，体现了坚定支持多边主义、积极推动构建人类命运共同体的大国担当，极大提振了国际社会共同实施《巴黎协定》和推动疫后世界经济“绿色复苏”的信心。随着全球的气候变化、城市雾霾等问题的日益凸显，各国政府对环境问题愈加重视，绿碳（即绿色低碳）经济和绿碳生活作为支撑社会生产和生活的新型绿色发展模式受到广泛关注[1～4]。
从系统复杂性角度分析绿碳发展中各主体行为的认知与感知，对科学有效地推进绿色行为发展有重要意义。绿碳经济和绿碳生活的发展离不开企业和居民等主体对绿色低碳能源利用的选择及决策。企业和居民的选择及决策管理是现代市场条件下，缓解用能矛盾、促进节能减排和绿色低碳能源利用的重要科学手段[5，6]。企业和居民的绿碳行为选择及决策是指企业和居民对节能产品和绿色低碳能源的价格或相应的激励信号做出响应，并改变正常用能模式，从而实现用能优化和系统资源的综合优化配置。节能和绿色低碳能源利用是一场涉及生产模式、生活方式、价值观念和国家权益的全球性革命，它以低碳化、无碳化能源体系为基础，以社会生产与再生产活动低碳化、无碳化为主要内容。这种新的用能模式旨在通过协调人与自然的关系，构建人与自然友好、人与社会和谐的良性互动关系，保证人类社会具有长期持续的发展能力。因此，如何增加企业和居民的节能力度、提高绿色低碳能源利用是现代能源管理亟待解决的问题。企业和居民的绿碳行为选择及决策行为是一个关系到社会各阶层利益的活动，离不开政府、企业和公众三大主体的共同参与[7，8]。对人类行为的研究一直是社会学、心理学和经济学共同关注的焦点[9～11]。人类个体行为是隐藏在许多复杂社会现象背后的驱动力，定量分析人类行为是现代科学的一个重要研究课题[12，13]。通过对人类行为的研究，不但可以提高人类对自身的认识，而且可以提高由于人类行为对社会系统演化结果的理解[14]。不同的个体行为会给人们带来不同的期望收益，因此，在复杂的社会环境与不同的激励机制下，人类的行为选择是随着时间变化的[15，16]。研究表明，传统的经济及管理理论往往不能够解释或预测人类行为带来的社会结果[17]。因此，我们需要基于人类行为复杂性的视角探讨主体的绿碳行为选择及决策。
在我国推广绿色电力需求响应（demand response，DR）计划，有效地引导各主体的绿色用电选择，培养各主体的绿色用电习惯，是非常重要的决策。“绿碳”在“碳中和”中贡献潜力大，优化“绿碳”供给为实现“碳中和”赋能极具现实意义。绿色电力是“绿碳”的主要组成部分，绿色电力和绿证交易，能够全面反映绿色电力价值，加快引导全社会减污降碳行动，有力促进风电、光伏发电等新能源发展，是助力实现“碳达峰、碳中和”目标，构建以新能源为主体的新型电力系统“需求响应”的重要举措。目前，我国电价制度缺乏灵活性，电力市场还没有引入平衡发电机制，缺乏长期、稳定和可靠的经济激励来源是阻碍用户侧需求响应潜力的主要因素。可以预见的是，国内需求响应存在较大发展空间，电价和激励机制是需求响应实施的两个关键因素，两者相辅相成，相互促进。但目前，在我国现有监管体制下，很难制定出灵活的电价政策。合理有效的激励机制能够有效地促进需求响应的实施和发展，为此，我国部分地区已经制定了统一的需求响应补偿标准。这些补偿虽然取得了一定程度的激励效果，但并没有考虑到用户的响应意愿。因此，制定公平公正的，能够保护电力生产企业利益，并且能充分激发用户灵活性的激励机制势在必行。考虑到我国电力市场的现状，我国电力市场并不存在实时电价（real-time pricing，RTP）机制，因此没有价格信号来规范用户的用电行为。目前，分时电价（time-of-use pricing，TOU）虽然得到了广泛实施，但仍未达到实施需求响应的预期目的。因此，找到一种能够实时调整用户用电行为，帮助用户优化用电策略，且能保证电网安全可持续发展的电价方案迫在眉睫。
绿色行为的选择离不开需求侧管理（demand side management，DSM），需求侧管理作为智能电网的重要组成部分，于20世纪80年代初期提出，旨在平衡电力系统发电与消费者对电力的时变需求。需求侧管理，即对电力实施的管理，是指在国家政策与法规的支持下，通过电力生产企业和各类用户的参与，来改善并提高电网的供电效率，并且通过引导消费者转移峰时用电需求以优化消费模式，从而改善能源效率，提高电网系统输配电的可靠性和有效性。近年来，电力的生产成本一直是电力生产企业和电力行业广泛关注的问题。因此，许多研究尝试通过设计有效的方案，来帮助电力企业生产电力，并管理电力在工业和商业及住宅领域的使用。其中，*新的研究工作主要集中在发电、配电及电力使用的成本上，由于电力生产企业和用户是电力市场中的主要利益相关者，其研究目标是*小化电力生产企业的电力生产成本和*大化电力生产企业的利润，同时*小化用户的效用成本和*大化用户的满意度。为了应对气候变化带来的挑战，大多数研究人员致力于以环境友好的方式，在现有的装机容量下，寻求电力生产和电力消费之间的平衡。智能电网为利益相关者带来了极大的好处，并解决了电力管理方面的许多问题，但还需要对其进一步完善来确保电力生产者的利益及保证用户从电力市场中获得更好的服务。一方面，对用户来说，可以在电价过高或用电高峰期时减少用电负荷，降低用电成本；另一方面，这也有利于电力生产企业减少用电高峰期的发电成本，从而减少环境污染。此外，智能电网为电力运营商提供可靠的数据和信息，指导它们在运营、网络设置和配电方面做出决策。在这个数字信息化的时代，智能电网配网系统有效地确保电力的可靠供应，同时迅速满足终端用户的电力需求。发电和配电企业可以通过智能电网随时了解每个用户的用电负荷，在采用统一费率的情况下，智能电表可以确保只有在高峰期使用更多电力的用户才需要为其使用付费，而其他用户无须付费。
绿碳行为的决策涉及企业、居民和政府等各主体。企业、居民和政府是社会生产和经济活动的基本主体，是影响绿色低碳发展的决定性力量，参与绿碳行为的各主体只有做出科学、正确的绿色低碳决策，才能真正促进并实现我国绿碳发展。各绿碳主体行为的决策，宏观上包括各级政府层面的绿碳行为治理决策，微观上又包括企业及个体绿碳行为的决策。在宏观层面上，建立和完善碳市场是促进温室气体减排，实现我国“双碳”目标的重要战略举措。随着全球能源消耗的急剧增加，全球气候变化引起的二氧化碳排放问题越来越受到关注。世界主要经济体，如中国、美国和欧盟，已经宣布了各自的减排目标。值得注意的是，中美两国发表的关于2020年后减排目标的联合声明，将成为应对气候变化的强大力量。两国将加强在先进煤炭技术、核能、页岩气、可再生能源等领域的合作，促进两国能源结构的优化。调整能源消费结构，降低煤炭在我国一次能源消费中的比重，是一项十分重要的任务。改善能源消费结构是减少碳排放的重要途径之一，但缺少具体的途径来控制能源的使用。碳市场已被发达经济体和发展中经济体采纳为主要履行《京都议定书》规定义务的具有成本效益的机制。碳市场由监管机构与政策制定者设计，呈现环境、市场、金融和政策的属性。排放二氧化碳的许可证在这种市场上交易，其价格称为碳价格。作为一种降低排放成本的有效工具，排放交易计划（emissions trading scheme，ETS）已在全球范围内扩展到欧洲以外。ETS政策主要通过碳市场来影响我国的经济体系，碳价格在一定范围内波动。由于不同的制度设计、政策调整与市场效率不高，我国ETS试点的碳排放权交易价格差异较大，市场活力和流动性较弱。在一个信息有效的市场里，当前的市场价格应能快速反映所有相关的信息。碳市场的有效性有助于解决关于能源消耗、能源结构与新能源技术发展等问题。在能源市场与碳市场之间的波动溢出方面，以往的研究多采用计量经济学模型，如向量自回归模型或广义自回归条件异方差模型等。计量经济模型总是要求数据是固定的，这给许多实际问题研究带来限制。此外，这些方法还存在一些不足之处，如样本数据选择不同会导致结果不一致，而且经典的统计方法和计量经济学模型在解决与时间序列相关的非线性和非平稳问题时存在着明显的不足。为此，学者借助非线性动力学理论、复杂网络理论、人工智能算法和递归理论提出了各种新的模型，并取得了许多有意义的成果。从复杂网络理论视角，递归图（recurrence plots，RP）和递归量化分析（recurrence quantification analysis，RQA）方法是可视化和分析动态系统的有用工具，可用于研究相空间中的动态系统，这两种方法在处理非线性数据方面具有很大的优势，可以在多维空间中研究一维数据，发现真实数据背后的潜在机制。这两种方法已被广泛应用于金融、地球科学、医学等领域。然而，很少有研究使用这两种方法来研究碳市场或化石能源市场与碳市场之间的关系。如何量化与识别我国试点市场碳价格的潜在时期及动态演化特征，探究它们在价格动态上的相似性与异质性，如何量化碳市场效率，如何从非线性角度考量化石能源市场与碳市场之间的波动溢出关系等，这些问题的探究在碳市场研究中具有重要的理论意义和应用价值。
1.2 国内外研究现状
1.2.1 绿碳行为的认知与感知
合作自古以来就是人类社会的焦点，关于如何采取合作、是否应该采取合作及怎样促进合作，学者开展了不同的讨论[18～21]。Thogersen[22]的研究表明，人们的环境意识是驱动行为改变的重要因素。Kennedy等[23]的研究表明，除了挖掘碳价格、市场和碳税对碳排放有影响外，政府应该制定有效地推动城市绿碳基础建设的措施。Iyer等[24]研究了短期低碳技术部署政策对长期收益的影响，结果表明短期低碳技术部署政策是一个多元化的投资组合过程，促进低碳技术部署政策的实施可以带来长期收益。Rai和Henry[25]研究了基于多主体的消费者能源消费选择模型，通过多主体仿真，研究了个体低碳行为和低碳技术的采用策略。Cohen等[26]研究了政府对用户的补贴如何影响绿色技术采用，研究结果表明，如果政府在制定补贴政策时忽视产品需求的不确定性，那么预期的绿色技术采用将会受到很大影响。Steinhorst和Matthies[27]的研究表明个人的心理行为是一个重要的影响低碳政策推行的因素。在国内，郑玉香和王猛[28]阐述了低碳行为研究理论，分析了我国推行低碳消费的不足和人们对推进低碳消费的一些认识误区，提出了一些引导消费者低碳消费和低碳生活方式的建议。王秀村等[29]研究了低碳消费行为影响因素与作用路径，探讨了低碳信念、功能性价值认知对低碳家电购买意图的作用路径，发现消费者对于低碳产品的态度在其中发挥着中介作用。朱淀等[30]研究了工业企业的低碳生产意愿与行为，提出了一些不断加大我国工业企业的自主技术创新能力，以及政府适度引导规模以上工业企业实施节能减排等的相关政策建议。陈红等[31]研究了个体低碳消费行为引导的低碳经济实现路径，研究结果表明，自我低碳消费偏好对个体知觉消费行为具有负向作用，应加以引导。徐建中和吕希琛[32]研究了低碳经济下政府、制造企业和消费群体决策行为的演化，结果表明降低低碳监管成本、加大低碳规制惩罚力度、提高全民低碳心理意识等措施有助于推动理想低碳运营模式演化。孙希波和常庆博[33]研究了基于博弈理论和激励相容原理的低碳经济相关主体行为，建议政府作为生态利益和社会总福利的代表者，要充分利用现有条件和资源，针对企业和公众制定相应的激励措施，调动其参与低碳经济发展的积极性。Zhou等[34]研究了政策的制定如何影响低碳的投资，结果表明碳税能够引导企业的投资方向，不同的碳市场能够产生不同的企
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