缓解气候变化的全球紧迫性是我们这个时代最关键的挑战之一，它从根本上支撑着联合国可持续发展目标（SDGs）的实现，特别是关于气候行动的SDG 13。这一全球共识通过国际谈判不断得到加强，包括第28次缔约方大会（COP28）的关键成果，该大会呼吁逐步淘汰化石燃料，以及随后在COP29上对实施和融资的关注。电力系统向净零排放的转型是实现上述气候目标的关键[1]，而淘汰煤炭是一个重要组成部分[2]。中国是世界上最大的以煤炭为主的电力行业，碳排放量超过44亿吨，由于其依赖煤炭的电力结构和广泛的燃煤发电基础设施，面临着巨大的转型挑战[3]、[4]。值得注意的是，在过去三十年中，全球发电厂二氧化碳排放的增长主要由发展中国家的年轻电厂驱动。与此同时，由于老旧电厂的退役，发达国家的排放量有所下降。2019年，中国和印度的年轻燃煤电厂（运行年限<12年）贡献了全球年轻燃煤电厂排放量的绝大部分，中国占55.4%，印度占24.5%。中国的燃煤电厂平均比全球平均水平更新；因此，它们的剩余运营寿命更长[5]。这种困境加剧了淘汰煤炭的复杂性，因为政策制定者必须在低碳转型期间协调碳锁定效应和滞留的煤炭发电资产风险[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。同时，未来电力系统向碳中和的转型需要将太阳能光伏（PV）和风能纳入综合规划框架[10]、[11]。
多项研究从总装机容量和发电组合的角度，探讨了在不同气候目标下的电力行业脱碳路径[12]。随着数据可用性的增加和对精细治理需求的增长，先进的建模现在利用详细的电厂级运营数据来评估在多政策约束下的长期电力系统规划和煤炭淘汰路径。典型的分析维度包括健康风险缓解[13]、[14]、[15]、技术可行性[16]、[17]，以及社会环境经济影响[18]、[19]、[20]。此外，电力行业低碳转型的决策过程对政策框架非常敏感。排放交易体系（ETS）作为减少排放的核心市场机制，已成为各国实施国家自主贡献（NDCs）和弥合排放差距的关键手段。为了通过市场机制加速电力行业的低碳转型[21]，中国也在2021年实施了国家ETS[22]。作为基于费率的设计的碳市场，中国的国家ETS通过设定碳强度基准为每个参与企业分配碳排放配额，这与实施绝对排放上限的传统碳市场不同[23]。
借鉴科斯定理，定义温室气体排放产权并促进企业间的市场交易有助于应对气候变化，这构成了碳市场的理论基础。这一机制旨在通过内化碳成本来促进燃煤发电的淘汰和可再生能源的发展[24]。碳定价机制通过改变相对成本结构，重塑了低碳能源技术的经济竞争力，从而在确定技术采纳路径和指导长期战略基础设施规划方面发挥着关键作用[25]。在欧盟（EU）的ETS中，研究使用电力系统优化模型讨论了能源转型与碳价格变化之间的相互作用[26]、[27]、[28]。然而，这些研究中热电厂的数据精度仅是不同技术的汇总，并且未能探索EU ETS在地理空间层面的异质性影响。此外，由于EU ETS本质上是一个总量控制碳市场，将其框架直接转移到中国的碳市场用于研究目的较为困难。
此外，作为大型新兴经济体，金砖国家（巴西、俄罗斯、印度、中国和南非）在全球能源转型中发挥着关键作用[29]。其中，中国拥有最大的稳定运行的国家碳市场。因此，研究其ETS对该国能源转型的影响可以提供宝贵的见解。确实，一些分析直接将碳价格（以碳税的形式）叠加到热电发电成本上，用于单位层面的建模，同时考虑了各省之间的潜在异质性[3]、[16]。然而，这意味着无法充分进行基于强度的ETS的全面模拟，因为它们偏离了中国碳政策框架的设计。其他研究提供了关于燃煤发电淘汰政策和基于强度的ETS对电力系统规划的协同效应的见解。然而，这些研究缺乏详细的电厂和企业层面的分析，未能捕捉到微观实体之间的异质性[23]。由于ETS是在企业层面直接实施的，探索单元的异质性特征不仅有助于提高模型模拟的准确性，也符合在精细政策条件下的微观决策方法要求。此外，许多研究在将碳配额价格作为模型输入时，将其视为已知的年度固定值，从而忽略了碳市场潜在的价格波动。
电力系统的燃煤淘汰和低碳转型策略必须基于对中国现有热电厂在微观层面的异质经济可行性分析。中国的国家ETS优先考虑了电力行业的参与，涵盖了大部分现有的热电装机容量。这部分容量与负责燃煤淘汰和能源转型决策的实体密切相关。作为中国国家ETS下的受监管实体，这些电力企业是碳市场交易的主要参与者。然而，一个关键的研究空白在于缺乏对企业层面个别电厂碳交易表现的汇总。在这里，我们探讨了如何使用国家电力系统规划模型，在基于强度的碳市场框架下重新评估中国电力系统的长期脱碳路径。具体来说，我们回答了三个关键问题：在严格的气候目标下，国家ETS的引入如何塑造中国的长期电力系统规划？国家ETS对各省负荷区域的燃煤淘汰过程产生了哪些异质性影响？在这种机制下，受ETS监管的电厂和企业在长期内表现如何？总体而言，本研究通过开发并应用一个针对中国的增强型电厂特定、每小时调度和省级电力容量扩展模型（SWITCH-China），解决了理解ETS-燃煤淘汰路径的关键空白。该模型涵盖了所有时期个别热电厂的淘汰决策，以成本最小化为指导原则。通过为中国受ETS监管的热电厂舰队实施这一框架，我们旨在确定燃煤发电的最佳转型路径，从而为全球燃煤淘汰目标做出贡献。
本研究对文献有三个主要贡献。首先，通过整合包含4257个受ETS监管的热电厂的详细、电厂级数据库，我们实现了对企业层面碳市场影响的新颖分析。其次，通过对有ETS和没有ETS的情景进行比较分析，我们评估了碳交易在塑造低碳电力系统转型中的作用，重点分析了省级异质性。第三，我们量化了ETS对企业盈利能力的影响。这些发现共同为设计差异化的省级淘汰政策和优化ETS市场机制提供了关键见解，以提高参与度和成本效益，为采用基于强度的碳交易的其他经济体提供了有价值的框架。
