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碳市场正是基于以上的经济学基本理论，由政府按照一定规则和监管程序设计出来的。例如，政府依据自身发展状况对经济体中的碳排放总量进行设定，之后按照设定的规则发放一定数量的碳配额。拥有碳配额的经济主体之间可以进行交易，或者是进行储备以用于未来交易，需要碳配额的经济主体可以通过市场进行购买。碳市场诞生于1997年12月在日本京都召开的第三次气候变化缔约国大会通过的《京都议定书》，自京都三机制以来，以欧盟碳市场（见专栏2-1）为代表，碳市场一直在实践中不断进行调整改进。碳市场与《京都议定书》的关系在本书第一章第一节中已有介绍，本节专栏2-2将对《京都议定书》的三种灵活机制进行详细介绍。
基于总量的碳配额交易又称限额交易，其原理是设定温室气体排放上限，以市场或非市场的方式分配给需要排放的经济主体，并允许其按照约定规则进行交易，从而实现社会减排成本最小。碳配额交易的核心在于确定合理的碳排放总量和碳配额分配方式。运行的基本方式是：首先确定在一定时间范围内（通常是自然年度）碳市场覆盖范围内的碳排放上限，这个碳排放上限即为碳配额总量。按照分配方法将碳配额总量发放给控排企业，完成分配过程。分配完成之后控排企业可以对这些碳配额代表的碳排放权自由支配，在市场上将其出售，或储存起来履约。当控排企业的实际排放量超过了其获得的碳配额时，就会成为碳市场上的需求者，需要从市场上购买碳配额；当控排企业通过减排行动，使其实际碳排放量低于碳配额，就成为碳市场中的供给者。在碳交易市场上，碳配额的需求者可以通过购买行为来获得更多的碳排放权以抵消自己超额的碳排放量，反之，通过出售碳配额获得收益，这个收益可以看作是市场对减排努力的奖励。碳市场中供需双方的行为使碳市场交易得以进行。如果控排企业碳排放超过碳配额，将会受到惩罚。因此，法律制度是碳市场交易顺利进行的保障。
碳配额分配方式主要有三大类：免费分配、公开拍卖或者两者结合使用。免费分配又可以进一步分为两种：一种是祖父法（又称历史法）分配，即主要依据控排企业某一历史年份的产量或碳排放量进行碳配额分配。另一种是基准线法（或标杆法）
。无论是祖父法还是基准线法，在全球的碳排放权交易体系中均有采用。一般而言，在碳市场建设初期，受数据可得性的限制，大多数碳市场都采用对数据要求比较低的祖父法分配配额；当数据可得性提高以后，往往更多地采用基准线法，并进一步分行业分阶段逐渐转向拍卖法。全球最早最大的欧盟碳排放权交易体系（EU ETS）在第一阶段（2005—2007年）主要用祖父法，第二阶段（2008—2012年）转向基准线法，第三阶段（2013—2020年）则分行业分阶段逐渐转向拍卖法，到2027年全部都按照拍卖的方式分配碳配额，这就意味着控排企业每一单位的碳排放都要付出碳成本。
EU ETS遵循本章讨论的“总量限制与交易”（Cap and Trade）机制，欧盟排放交易分成三个阶段进行。
▲第一阶段为2005年1月到2007年12月，称为“干中学”（Learning by Doing）阶段。该阶段的主要目的不在于实现温室气体的大幅度减排，而是获得总量限制与交易机制的运行经验，为后续阶段正式履行《京都议定书》奠定基础。第一阶段仅涉及二氧化碳的排放交易，在行业范围上包括能源产业、燃机功率在20兆瓦以上的企业、石油冶炼业、钢铁行业、水泥行业、玻璃行业、陶瓷以及造纸业等。在第一阶段中，允许各国对不超过排放总量限额5%的碳配额进行拍卖，而95%的碳配额则是免费发放到各个企业。在实际执行的过程中，只有匈牙利、爱尔兰以及立陶宛三国使用了拍卖方式碳对配额进行分配。
▲第二阶段为2008年到2012年。该阶段与《京都议定书》的第一个承诺期同步。为了与《京都议定书》中提出的碳排放“抵消项目”对接，在第二阶段中欧盟引入了清洁发展机制（CDM）以及联合履行机制（JI）。在第二阶段中，各成员国允许对其限额总量的10%进行拍卖，剩余的90%仍然免费发放到各个行业之中。由于第一阶段和第二阶段采用分散化决策，各国的碳配额分配计划制订标准不统一，导致排放限额过于宽松。碳配额供给大于需求导致碳配额市场价格出现大幅度波动，从2006年初的30欧元下降至2007年底的2欧元以下。
▲第三阶段为2013年到2020年。该阶段把氨水和铝生产所排放的一氧化二氮、全氟碳化物等纳入交易体系。碳配额总量不再根据各国上报的排放量计划进行加总，而是由欧盟委员会根据产品的排放标杆值（Product Benchmarks）决定。在2010年的基础上，温室气体排放总额以每年1.74%的速度下降，以确保实现2020年排放总额比2005年减少21%的目标。EU ETS在2013年实现50%的碳配额通过拍卖进行分配，此后拍卖分配的比例逐年增加，争取到2027年实现全部碳配额都采用拍卖的方式分配。取消国家碳配额计划后，欧盟制订了详细的行业分配计划：从2013年开始，电力行业的碳配额完全通过拍卖获得，新进成员国虽然可以不遵循碳配额100%拍卖的原则，但是必须逐渐增加拍卖比例，以实现2027年完全拍卖。需要指出的是，针对有碳泄漏（Carbon Leakage）风险的行业，欧盟委员会仍允许其获得100%的免费碳配额。
资料来源：European Commission，“EU Action Against Climate Change：The EU Emission Trading Scheme”，Brussels：2015 edition.
基于项目的碳交易主要指《京都议定书》中第六条所确立的联合履约机制（JI）和第十二条所确立的清洁发展机制（CDM）。JI和CDM是《京都议定书》设计的两个主要的抵消碳排放的机制，这两个机制旨在促进清洁能源投资，促进附件一缔约方灵活地实现碳减排目标。
联合履约机制（JI）指的是附件一缔约方（发达国家）在监督委员会的监督下通过项目级合作，彼此之间进行减排单位核证与转让，所使用的减排单位为排放减量单位（Earned Reduction Units，ERUs）。减排单位经过核准，可以转让给另一个附件一发达国家缔约方，同时在转让方的分配数量碳配额（简称AAU，具体讲解参考专栏2-2）上扣减相应的额度。
清洁发展机制（CDM）指的是附件一缔约方发达国家与非附件一缔约方发展中国家之间在清洁发展机制登记处的减排单位转让，旨在使非附件一发展中国家在可持续发展的前提下进行减排并从中获益，同时协助附件一国家（发达国家）通过清洁发展机制项目获得核证减排量权证（Certified Emissions Reduction，CER），以降低发达国家履行承诺的减排义务的成本。
项目主要是发达国家提供资金或清洁低碳的技术设备，在发展中国家境内共同实施有助于缓解气候变化的减排项目，由此获得经过核证的减排量。
CDM被认为是一项双赢机制：一方面，发展中国家通过合作可以获得资金和技术，有助于实现自己的应对气候变化目标；另一方面，通过这种合作，发达国家可以大幅度降低其在国内实现减排所需的较高的成本。CDM 的提出源于巴西提交的关于发达国家承担温室气体排放义务案文中“清洁发展基金”（Clean Development Fund，CDF）。根据巴西的提案，发达国家如果没有完成应该完成的承诺，应该受到罚款，用其所提交的罚金建立“清洁发展基金”，按照发展中国家温室气体排放的比例资助发展中国家开展清洁生产领域的项目，在就该基金进行谈判时，发达国家将“基金”改为“机制”，将“罚款”变成了“出资”。
根据《京都议定书》，附件一国家开展的减排行动可由三类灵活机制补充。设计这些机制的目的是，在各国之间创建相互链接的可交易单位体系，促成履约实体层面的排放单位的交易。三类灵活机制包括：
▲国际排放交易。根据《京都议定书》作出承诺的国家，可以从依照本议定书作出承诺的其他国家获得被称为分配数量单位（AAU）的排放单位，并使用排放单位实现其部分承诺目标（《京都议定书》第17条）。
▲清洁发展机制（CDM）。清洁发展机制使发展中国家的减排（或排放清除）项目能够获得核证减排量（CER）信用，每单位信用额度相当于1吨二氧化碳。附件一国家可交易和使用此类核证减排量，以此实现其根据《京都议定书》确立的部分减排目标。该机制一方面激励减排，另一方面在遵守自身减排目标方面赋予附件一国家一定灵活性。此类项目必须通过公开的注册和签发过程取得资格，以此确保产生的减排量是实际、可测量、可核证的，并且该减排量相对于未实施项目的情况下产生的减排量是额外的。清洁发展机制由该机制执行理事会监督，对批准《京都议定书》的国家负责（《京都议定书》第12条）。
▲联合履约机制（JI）。根据《京都议定书》作出减排或限排承诺的国家可参加根据本议定书作出承诺的任何其他国家的减排（或排放清除）项目，并且使用由此产生的减排量达到其减排目标。和清洁发展机制一样，减排量必须实际、可测量、可核证，且对于在未实施项目的情况下产生的减排量而言是额外的。这种基于项目的机制类似于清洁发展机制，但仅涉及根据《京都议定书》作出承诺的缔约方，因此严格来说，此处的信用不是抵消信用，因为它们被放置于整个经济范围内的排放限额承诺之下。联合履约项目产生的每单位信用相当于一吨二氧化碳，并被称为减排单位（ERU），它的产生和使用意味着出售国排放预算中相应数量的分配数量单位（AAU）要被取消。在联合履约机制下，项目可通过两条“路径”申请批准：缔约方核准和国际独立机构核准。联合履约机制由该机制监督委员会监督，对批准《京都议定书》的国家负责（《京都议定书》第6条）。
中国一直积极参与CDM，几乎占据了全球CDM已注册项目和已签发减排量的近一半。CDM自从进入中国，一直是以新能源项目为主，中国CDM的发展从2005年6月26日开始，内蒙古辉腾锡勒风电场项目正式在联合国气候变化框架公约秘书处注册成功，从而成为中国第一个注册成功的CDM项目，和世界第一个注册成功的风电项目（http：//www.ndrc.gov.cn/zjgx/t20050714_36662.htm）。截至2016年8月23日，国家发展改革委批准的全部CDM项目是5074个。中国政府为CDM设立了专门的管理机构，颁布了管理办法。中国推行CDM项目在改善环境、促进农村发展、消除贫困等方面发挥了积极的作用。
从图1中可以看出，中国的CDM项目主要集中在新能源和可再生能源上，新能源和可再生能源的估计年减排量占CDM项目总量的63%，为融资主力军。中国的可再生能源行业，成为全球知名、量大质优的碳资产和碳减排量供给源，在中国乃至全球的碳市场版图中发挥着举足轻重的作用。更重要的是，通过国际间碳交易，给中国相当一部分可再生能源项目带来了额外收益，在可再生能源发展较为艰难的前期，使国内可再生能源项目的经济可行性得到进一步提高，可以说在一定程度上间接催热了新能源发电行业的蓬勃发展，其中尤以中国的风电行业最为突出。
图1 注册项目估计年减排量按减排类型分布图，截至2015年7月14日
资料来源：CDM项目数据库系统。
资料来源：ICAP & PMR：《碳排放交易实践手册：碳市场的设计与实施》，2016年，https：//icapcarbonaction.com/zh/。
随着《京都议定书》三大履约机制中CDM的发展，伴随形成了自愿减排市场（Voluntary Carbon Market，VCM）。自愿减排市场中交易的碳资产被称为自愿减排量（Voluntary Emission Reduction，VER）。VER 项目产生的原因具有多样性：外资企业在国内投资的减排项目、减排量产生于 CDM 注册前等，某些项目无法按 CDM 项目的要求进行开发，转而申报 VER 项目。相比 CDM 项目而言，VER 项目减排量的交易价格较低，然而由于减少了部分审批环节，开发周期也相对较短。对项目开发方而言，自愿减排市场为由于种种原因无法进入 CDM 开发的碳减排项目提供了开发和销售的途径；对买家而言，自愿碳减排市场为其自身实现“碳中和”，即以碳减排抵消生产经营活动中产生的碳排放，提供了更多方便且经济的途径。
全球自愿交易市场最为有名的是美国芝加哥气候交易所（Chicago Climate Exchange，CCX）。芝加哥气候交易所成立于2003年，于2004年获得期货交易资格，是全球第一个也是北美地区唯一的自愿参与温室气体减排限额交易机制，并通过合同对交易主体进行法律约束的组织和市场交易平台。其交易过程通过基于网络的电子交易平台实现，其交易规则由会员自愿设计形成。
场外交易又称为柜台交易，指在交易场所以外进行的各种碳资产交易活动，采取非竞价的交易方式，价格由交易双方协商确定。二级市场通过场内或场外的交易，能够汇聚相关市场主体和各类资产，从而发现交易对方和价格，以及完成货银的交付清算等。此外，二级市场还可以通过引入各类碳金融交易产品及服务，提高市场流动性，为参与者提供对冲风险和套期保值的途径。
芝加哥气候交易所的运行机制与清洁发展机制不同，它是另一种不同模式的基于市场机制的温室气体交易体系，同时也是全球第一家具有期货性质、规范的气候交易市场。此外，CCX还成立了多家子公司（例如芝加哥气候期货交易所）并有数个子公司分布在世界各地。例如蒙特利尔气候交易所（MCEX）、欧洲气候交易所（ECX）和天津排放权交易所（TCX））。2006年，经过几年的实际运转之后，芝加哥气候交易所制定了《芝加哥协定》，详细规定了CCX建立的目标、包含的范围、承诺期安排、涉及的温室气体，投资回收期和融资银行、企业注册交易方案、温室气体监测程序等一系列的交易细则，使CCX的交易流程具有较强的规范性和可操作性。
CCX的核心理念是用市场机制来解决环境问题。其目标主要是促进温室气体交易，建立设计合理、价格透明、环境友好的交易市场，提高减少温室气体排放的成本效益分析的技巧，促进公共和私营部门致力于提高温室气体减排能力，提供关于加强成本效益分析的温室气体减排知识，促进展开在管理全球气候变化方面的公共讨论。
CCX一直执行会员制的运营方式，在成立之初共有13家创始会员，包括美国电力、福特、杜邦、摩托罗拉等公司在内。目前项目遍布欧美及亚洲地区。已经有超过25个不同行业的450多个跨国会员，行业涉及航空、电力、环境、汽车、交通等，既包括美国国内外大型企业和地方政府，还包括国外的会员，例如墨西哥政府。中国亦有5家公司是其会员。根据CCX协议的规定，注册会员必须首先根据自身情况提交具体的减排计划，会员自愿作出减排承诺，但是一旦作出，该承诺即具有了强制约束力。如果该会员实际的减排量高于其最初承诺的减排目标，它可以自行选择将超出额在CCX市场上卖出获利，或者存入自己在CCX开立的账户；但是如果实际减排量低于承诺的减排额，则它必须通过在市场上购买碳金融工具合约（Carbon Financial Instrument，CFI）以实现其减排承诺，否则属于违约行为。
资料来源：刘颖、黄冠宁：《对美国芝加哥气候交易所的研究与分析》，《法制与社会》2018年第2期；郝海青：《欧美碳排放权交易法律制度研究》，中国海洋大学出版社2011年版。