原油、欧洲天然气与EU碳配额价格的动态关联性：基于TVP-VAR模型的时变溢出效应与2022年能源危机结构变化分析

本研究考察原油、欧洲天然气与EU碳配额市场之间的冲击传导与方向性关联性（connectedness），重点关注2022年欧洲能源危机期间的结构性变化。研究采用2017年11月至2025年12月布伦特原油（Brent crude oil）、荷兰TTF天然气期货（Dutch TTF gas futures）及EU排放交易体系（EU ETS）一级拍卖配额价格的周度收益率数据，运用时变参数向量自回归（TVP-VAR）模型与广义预测误差方差分解（generalized forecast-error variance decomposition）。

分析包含全模型自助推断（full-model bootstrap inference）、正式结构断点检验（formal structural-break tests），以及针对模型设定、数据频率、替代价格序列和电力市场扩展的广泛稳健性检验（robustness checks）。结果表明总体关联性较弱，跨市场溢出仅解释约10%的预测误差方差，且呈现周期性波动而无持续趋势。在周度基准模型中，关联性在俄罗斯入侵乌克兰前后下降约13个百分点，同时油—碳依赖关系减弱。然而，该下降未获得全模型自助推断或日度数据的支持。在周度基准中，碳配额是预测误差方差的净接收方（net receiver），主要通过一周滞后期从原油接收溢出，但该发现对采样频率和样本期敏感，自助置信区间包含零。

碳净头寸的危机相关变化同样不稳健，且在周度与日度数据之间符号相反。电力市场扩展揭示了强烈的气—电溢出效应，但电力与碳配额之间的净关联性有限。总体而言，研究未提供稳健证据表明EU碳配额在周度频率上成为2022年天然气冲击的传导渠道。

一、研究背景与问题提出

欧洲气候政策与能源安全之间已形成紧密联系。EU ETS对发电和重工业的碳排放定价，使得排放成本取决于决定欧洲油气市场风险敞口的同一燃料选择。2022年2月俄罗斯入侵乌克兰后，管道天然气供应崩溃，荷兰TTF天然气价格升至2019年水平的十倍以上，能源冲击如何传导至碳价以及碳价如何反向传导，成为监管者、合规购买者和投资者关注的实践问题。

既有文献已对上述联系进行了大量研究。燃料转换模型（fuel-switching models）解释了天然气和煤炭价格为何影响配额需求，早期实证研究识别了能源价格、天气和经济活动作为EU配额价格驱动因素的作用。基于方差分解的关联性研究进而表明，原油是碳价的重要信息来源，碳、化石燃料与清洁能源市场之间的溢出随时间与频率变化，地缘政治事件可能放大这些溢出。Li等（文献[11]）运用时变参数VAR模型表明，原油、天然气和电力对EU碳期货的影响随时间显著变化。

然而，碳价的方向性角色在2022年危机期间是否发生变化，以及多少证据取决于测度碳价的工具，仍不明确。许多研究（包括本文早期版本）使用碳挂钩交易所交易基金（ETF）或票据，这些产品跟踪不同的配额期货篮子并包含费用、展期收益和发行人风险，并非EU配额价格本身。此外，关联性统计量常被解读为因果传导或市场领导权的证据，尽管它们描述的是拟合模型内预测误差方差的分配方式。本研究提出三个研究问题：RQ1：2017至2025年间原油、天然气与EU碳配额价格之间的总关联性如何演变？RQ2：EU配额价格是预测误差方差的净发送方还是净接收方，且来自哪个市场？RQ3：2022年欧洲能源危机是否改变了这一传导结构？

二、关键技术方法概述

研究人员采用Antonakakis等（文献[12]）的TVP-VAR关联性模型，以EEX一级拍卖结算价作为直接配额价格度量，估计2017年11月至2025年12月的周度收益率（404周）。数据来源包括：NYMEX布伦特原油连续近月期货、NYMEX荷兰TTF日历月期货、EEX EU ETS一级拍卖结算价（合约T3PA），辅以德国日前电力价格（Ember汇编自ENTSO-E）、CBOE VIX、欧元区AAA级两年期政府即期利率（欧洲央行）。推断方法包括残差移动区块自助法（499次全模型重估计）、局部区块自助法（用于危机系数）、Newey-West HAC标准误、Bai-Perron结构断点检验、Andrews sup-Wald检验及OLS-CUSUM检验。稳健性检验涵盖替代预测期（H=1,4,10,20）、滞后阶数（p=1,2,3）、遗忘因子组合、替代先验、日度数据（1,679个收益率）、替代样本期、滚动窗口Diebold-Yilmaz VAR、分位数关联性（τ=0.05,0.50,0.95）及频率分解。

三、研究结果

（一）总关联性水平与演变（RQ1）

三个市场关联性较弱。平均而言，每个市场十周预测误差方差的90.8%–95.2%来自自身冲击，校正总关联性指数（cTCI）为10.5%（标准TCI为7.0%）。自助法显示该水平估计不精确：499次模拟数据重估计中，平均校正TCI为13.9%，90%区间为8.0%–21.2%。总关联性呈周期性运动而非趋势性变化。校正TCI在2017–2019年为7%–10%，2020年3月COVID-19崩盘时跳升，持续上升至2021年9月峰值20.4%；从2021年末至乌克兰入侵期间急剧下降，2023年3月达低点4.6%（年均值5.7%），2023年末以来再次上升（2025年为13.2%）。趋势回归显示全样本无显著线性趋势（每年+0.04个百分点，p=0.91）。H1（系统范围关联性随时间显著变化）获部分支持：点估计在宽范围内变动，2022年下降在HAC推断下显著，但全模型自助后不显著。

（二）方向性关联性（RQ2）

在点估计中，原油每周均为净发送方，碳每周均为净接收方，碳主要从原油接收。统计上，油—碳链接在94%–97%的自助抽样中为正，但碳平均NET的区间包含零，个别周的方向无法确立。原油全样本NET在2020年6月达到峰值5.1。天然气接近平衡：2022年前为小幅净接收方（均值?0.56），之后为小幅净发送方（+0.32）。碳的NET在2019年负值最小（均值?1.1），COVID-19崩盘后降至约?3，2022年8月达最小值?5.0，此后恢复至约?2（2025年）。碳净流入几乎全部来自原油（均值+3.53）；天然气从碳接收略多于发送（?0.77）。油—碳链接为滞后效应：上周原油收益率进入碳方程，系数约0.19–0.23。在一周预测期，仅同期相关性起作用，所有NET值接近零。H2（EU配额方向性关联性随时间变化）对点估计成立但未获统计确立。

（三）2022年能源危机与结构变化（RQ3）

在周度基准中，总关联性在乌克兰入侵时下降约13个百分点。该下降在含趋势和宏观金融控制的HAC推断下显著，但全模型自助后未获统计确立，且日度数据中不存在。拟合TCI在事件周下降12.6个百分点，超过序列样本标准差；HAC带宽4–104周均显著。局部区块自助后，81%的抽样为负，90%区间（?14.7至+12.6）包含零。政策不确定性代理变量吸收约三分之一（?9.8个百分点，p < 0.001）。收益率本身的检验指向油—碳脱钩：2022年2月后周度油—碳收益率相关性从0.22降至?0.07（Fisher z检验，p=0.004），EUA收益率波动率下降（标准差从6.4%降至5.3%，Brown-Forsythe p=0.017）。碳方程VAR(1)的Chow检验在事件日拒绝稳定性（p=0.020）。Bai-Perron在TCI中精确地将断点定在入侵周（区间2022年1月21日至4月1日）；但Andrews sup-Wald检验不拒绝常数均值（2.26对5%临界值8.68）。碳NET的最大变化发生在COVID-19崩盘，为序列选出的唯一断点。H3（碳NET在2022年2月前后存在差异）对水平偏移未获支持；基准显示事件后碳NET逐步恢复（每年+1.2个百分点，98%自助抽样为正），但依赖适应设定。

（四）稳健性

三个周度结果符号稳定：关联性较低（cTCI 8%–27%）；TCI在乌克兰入侵时下降（17个周度设定中14个在HAC下显著）；2022年前碳在四周及以上预测期从原油净接收。其他结果敏感。日度数据给出小幅不显著的TCI偏移（?2.3个百分点）和与周度符号相反的碳NET危机偏移（+4.80对?1.44个百分点）。降低κ1使系数更快适应后，2022年后碳NET接近零或为正，油—碳链接基本消失。替代先验使碳在2022年前成为更强的净接收方（?5.9至?13.0），并反转气—碳链接符号。分位数关联性显示尾部关联性约80%，碳的接收方角色在尾部不延续（下尾碳为小幅净发送方+1.24，上尾接近平衡?0.30）。频率分解表明约72%的总关联性来自2–8周短周期，碳在两个频段均为净接收方、原油为净发送方。拍卖间隔处理（剔除或按1/√span缩放）保持cTCI路径几乎不变（相关性0.98和0.99）。碳度量替代：2021年2月起拍卖价与EUA期货给出几乎相同的碳NET（+0.35和+0.36）；全样本期货重现基准定性结果但油—碳链接小约三分之一（2.21对3.53）。

（五）电力市场扩展

加入批发电价揭示天然气对电价的强烈净链接（德国+5.6个百分点，荷兰+8.4个百分点），但电力对碳的链接接近零（德国?0.15），加入电力几乎不改变碳NET（?2.77至?2.68）或气—碳链接（?0.77至?0.62）。H4（加入电力改变估计的气—碳关联性）未获支持。

四、讨论与结论

讨论部分指出，弱且周期性的关联性与Chen等（文献[14]）发现配额与能源价格间波动溢出有限一致，也与Koch等（文献[13]）关于配额价格变异大部分不能由能源基本面解释的观察一致。由于时变几乎完全来自协方差矩阵，TCI主要追踪三个市场受共同冲击而非市场特定冲击的程度。COVID-19崩盘是所有能源市场的共同需求冲击，关联性上升；2022年危机主要是天然气供应冲击，天然气波动率上升、自身方差份额增加，石油和配额收益率停止同向运动，测得关联性因而下降，这与Forbes和Rigobon（文献[27]）的波动率论证预测一致。碳从原油接收的最稳定方向性发现与Ji等（文献[6]）、Li等（文献[11]）和Ding等（文献[7]）一致。数据不支持2022年危机使碳价成为能源冲击传导渠道的观点。控制变量方面，VIX升高与更高总关联性相关（每对数点+2.9至+3.8），与更负的碳NET相关（?0.80）；短期利率不确定性升高与更低关联性相关（?2.28）；TTF价格水平与TCI或碳NET无显著关联。

研究结论部分译为：本研究采用直接配额价格度量与TVP-VAR框架，考察了2017至2025年布伦特原油、荷兰TTF天然气与EU碳配额价格之间的动态关联性。分析纳入替代模型设定、市场工具、数据频率和基于自助法的推断以评估发现的可靠性。周度基准得出三项主要结论。第一，三个市场间关联性相对较弱，呈现与波动率变化相关的周期性波动，无持续长期趋势。第二，碳配额在全样本周度估计中通常充当预测误差方差的净接收方，尤其从原油接收；该角色未获统计确立，因为其自助区间包含零；然而该关系的方向与统计精度取决于样本期和模型设定，且油—碳关系在日度数据中不明显。第三，2022年欧洲能源危机伴随关联性下降而非上升，碳净头寸无稳健变化，该变化方向甚至在周度与日度数据间相反。尽管下降在HAC推断下统计显著，但对考虑模型估计不确定性的自助推断不稳健，且日度数据中未观察到。电力市场扩展进一步表明天然气对电价存在显著关联性，但电力对碳配额的关联性有限。这些发现不同于本研究早期版本（依赖碳挂钩交易所交易产品并暗示关联性下降及碳日益增强的发送方角色）。使用直接EUA拍卖价格、更长观察期和更全面推断后，修订分析不支持这些结论。结果对能源政策、市场监测和风险管理具有若干启示：从能源安全角度，估计的关联性未提供碳配额在考察系统内放大2022年天然气价格冲击的证据；但发现未识别EU ETS的因果效应，不能独立支持危机期间暂停、放松或修改碳定价要求的决策。对市场监测而言，周度原油价格变动可能提供后续配额价格变异的补充信息，但该关系统计上不确定且对数据频率敏感。碳配额与其他能源市场间相对较弱的关联性也提示投资者和合规参与者存在潜在分散化收益，但探索性尾部估计指向极端收益率分位数下关联性显著更高。关于政策设计，EU ETS第四阶段开始时未识别出明确关联性断点以及电力对碳的估计传导有限，与EU ETS制度特征（包括市场稳定储备）影响短期价格互动的可能性一致，但本框架未分离这些机制或确立其有效性。