我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)的多主體仿真探討

孔垂要，樊宏，尹荔松

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我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)的多主體仿真探討

孔垂要1，樊宏1，尹荔松2

（1. 五邑大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，廣東 江門(mén) 529020；2. 五邑大學(xué) 分析測(cè)試中心，廣東 江門(mén) 529020）

借鑒國(guó)外碳排放交易市場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我國(guó)的具體國(guó)情，對(duì)構(gòu)建我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)的碳排放總量、交易主體、政策等進(jìn)行了分析，提出采用多主體仿真方法構(gòu)建我國(guó)碳匯市場(chǎng). 對(duì)實(shí)際構(gòu)建過(guò)程中的碳匯市場(chǎng)主體的界定、環(huán)境制約因素、相關(guān)機(jī)制的完善進(jìn)行了探討，以期為我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)提供一種新的研究思路.

碳排放交易市場(chǎng)；多主體仿真；低碳經(jīng)濟(jì)；碳匯市場(chǎng)

隨著溫室效應(yīng)與全球氣候變暖問(wèn)題的日益嚴(yán)重，如何降低大氣中二氧化碳的濃度引起了全世界的重視. 1997年12月通過(guò)的《京都議定書(shū)》將市場(chǎng)機(jī)制作為解決溫室氣體減排問(wèn)題的新路徑，即將溫室氣體排放權(quán)作為一種商品，并對(duì)排放權(quán)進(jìn)行交易. 由于二氧化碳是6種被要求減排溫室氣體中最大的一宗，故通常將溫室氣體排放權(quán)的交易稱(chēng)為“碳排放交易”.

我國(guó)政府日益意識(shí)到市場(chǎng)機(jī)制在低碳發(fā)展中的重要作用，并在“十二五”規(guī)劃建議中明確提出“逐步建立起碳排放交易市場(chǎng)”.目前，我國(guó)尚未形成真正意義上的碳排放交易市場(chǎng)，研究工作也主要集中在碳排放總量預(yù)測(cè)[1-2]、相關(guān)分配機(jī)制[3-5]、價(jià)格及碳排放交易市場(chǎng)給各個(gè)主體帶來(lái)的利益等方面，利用多主體仿真方法[6-7]研究我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)的文獻(xiàn)較少. 本文經(jīng)分析確立碳排放交易市場(chǎng)可作為復(fù)雜系統(tǒng)，于是采用多主體仿真研究其運(yùn)作機(jī)制、市場(chǎng)總量等問(wèn)題，模擬碳排放交易市場(chǎng)主體交易者的行為以及其構(gòu)成的整體現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步驗(yàn)證我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)的運(yùn)作機(jī)制，對(duì)完善碳排放交易市場(chǎng)提出建議.

1 多主體仿真技術(shù)

1.1 多主體仿真的基本概念

1）主體與多主體系統(tǒng)

主體具有屬于自身的資源，能夠感知環(huán)境信息，并且可以根據(jù)內(nèi)部的行為控制機(jī)制確定主體應(yīng)采取的行動(dòng)，在行動(dòng)實(shí)施后，反過(guò)來(lái)對(duì)自身狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)產(chǎn)生影響.

多主體系統(tǒng)是由多個(gè)可以相互交互的主體所組成的系統(tǒng)，它具有4個(gè)特點(diǎn)：一是有限視角，即每個(gè)主體都面臨不完全信息，或只具備有限能力；二是沒(méi)有系統(tǒng)全局控制；三是數(shù)據(jù)分散；四是計(jì)算是異步的.

2）復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論

復(fù)雜系統(tǒng)是指由相互交互主體組成的網(wǎng)絡(luò)，所有單個(gè)主體的活動(dòng)使系統(tǒng)具備了動(dòng)態(tài)、聚合行為.其中的主體是適應(yīng)性的，即主體的行動(dòng)被賦予一個(gè)值(例如性能值、效用、支付或者適合度等)，主體的行為目的是增加該值，這樣的復(fù)雜系統(tǒng)被稱(chēng)為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng). 復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)最主要的特性是聚合性，單個(gè)主體之間相互作用導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)了聚合行為，這些行為在系統(tǒng)的任何一部分中都不會(huì)被找到，即所謂的凸現(xiàn)現(xiàn)象. 主體在持續(xù)不斷的交互作用中，不斷地學(xué)習(xí)或積累經(jīng)驗(yàn)，從而改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式. 整體演化或進(jìn)化包括：新層次的產(chǎn)生，分化和多樣性的出現(xiàn)，新的更大的主體出現(xiàn)等. 宏觀系統(tǒng)在微觀主體交互和進(jìn)化的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和性能上的突變.

3）基于多主體的計(jì)算機(jī)仿真

多主體建模的基本出發(fā)點(diǎn)是許多系統(tǒng)可以看作是由多個(gè)自治的主體構(gòu)成的，主體之間的相互作用是系統(tǒng)宏觀模式出現(xiàn)的根源，通過(guò)建立主體模型，可以更好地理解和解釋這些系統(tǒng). 用多主體思想建立的復(fù)雜系統(tǒng)模型往往用仿真技術(shù)求解，這樣就形成了多主體仿真技術(shù). 模型的建立不是“原型的重復(fù)”，而是按研究目的的實(shí)際需要和側(cè)重，尋找一個(gè)便于進(jìn)行系統(tǒng)研究的“替身”. 不同的人由于研究的目標(biāo)不同，就會(huì)對(duì)某些方面做出不同的簡(jiǎn)化. 在原型系統(tǒng)及模型之間存在著“反饋”的關(guān)系，根據(jù)對(duì)原型系統(tǒng)規(guī)律的認(rèn)識(shí)，可以建立模型，而建立模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程又可發(fā)現(xiàn)一些新的規(guī)律，由此預(yù)測(cè)未來(lái)或豐富對(duì)原型系統(tǒng)的認(rèn)識(shí).

1.2 多主體仿真技術(shù)建模的優(yōu)勢(shì)

多主體仿真方法與傳統(tǒng)建模方法最主要的差別是，建立概念模型時(shí)是否采用多主體視角. 多主體仿真方法是“自底向上”的建模過(guò)程，系統(tǒng)中的微觀個(gè)體作為出發(fā)點(diǎn)在一定程度上是“自組織”的，并通過(guò)相互作用涌現(xiàn)出整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性. 在研究復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)，多主體仿真相對(duì)于傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)在于：

1）對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)自然描述能力強(qiáng)，使結(jié)果更加接近實(shí)際；

2）模型包含有限理性，通過(guò)有限理性取代傳統(tǒng)的完全理性來(lái)描述經(jīng)濟(jì)社會(huì)的主體行為決策；

3）具有靈活性，多主體仿真方法可以根據(jù)不同需求選擇合適的應(yīng)用軟件；另外，仿真完成后可以調(diào)整實(shí)驗(yàn)參數(shù)，完成多次仿真，以此提高開(kāi)發(fā)效率.

1.3 多主體仿真研究碳排放交易市場(chǎng)的適用性

復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論認(rèn)為，系統(tǒng)的復(fù)雜性是系統(tǒng)中自主性主體適應(yīng)環(huán)境引起的. 碳排放交易市場(chǎng)是一個(gè)包含大量主體的系統(tǒng)，參與市場(chǎng)運(yùn)行的政府、企業(yè)和個(gè)人都無(wú)法真正掌控整個(gè)系統(tǒng)的所有信息，只能在一定的范圍內(nèi)接受和發(fā)送信息，并進(jìn)一步改變行為. 包含大量具有主體資格的政府、企業(yè)、個(gè)人的碳排放交易系統(tǒng)，可當(dāng)作一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行研究. 據(jù)此，采用多主體仿真研究碳排放交易市場(chǎng)是最優(yōu)的. 目前，比較常見(jiàn)的多主體仿真軟件平臺(tái)有：圣塔菲研究所的Swarm，麻省理工大學(xué)媒體實(shí)驗(yàn)室的NetLogo，Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Aspen，芝加哥大學(xué)和Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Repast等. NetLogo作為一種跨平臺(tái)的建模工具，特別適合對(duì)隨時(shí)間演化的復(fù)雜系統(tǒng)建模，故本研究將采用NetLogo作為仿真建模平臺(tái).

2 碳排放交易市場(chǎng)多主體仿真模型的建立

2.1 碳排放交易市場(chǎng)機(jī)制的仿真設(shè)計(jì)

我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)并沒(méi)有完全建立，本文對(duì)歐盟現(xiàn)有的碳排放交易市場(chǎng)實(shí)際運(yùn)作進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，以此作為我國(guó)未來(lái)碳排放交易市場(chǎng)的仿真運(yùn)作機(jī)制. 假設(shè)我國(guó)未來(lái)某一時(shí)期碳排放將實(shí)行總量控制，對(duì)我國(guó)工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)等領(lǐng)域免費(fèi)分配排放額度，如果企業(yè)當(dāng)年碳排放量超出分配的排放額度會(huì)受到相應(yīng)的懲罰，如果企業(yè)當(dāng)年碳排放量低于分配的排放額度，則可以將剩余的排放額度通過(guò)市場(chǎng)中介機(jī)構(gòu)賣(mài)給其他企業(yè)，通過(guò)碳排放交易中介機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化的交易，達(dá)到減排目的. 機(jī)制結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1.

圖1 碳排放交易市場(chǎng)機(jī)制結(jié)構(gòu)

2.2 主體的選擇

主體的基本特性包括感知性或反應(yīng)性（根據(jù)環(huán)境的變化做出反應(yīng)）、自治性（控制自己的行為）、面向目標(biāo)性（主動(dòng)發(fā)出一些動(dòng)作要求）和針對(duì)環(huán)境性. 據(jù)此，設(shè)置了3種主體：政府、企業(yè)、碳排放交易中介機(jī)構(gòu). 企業(yè)主體分為工業(yè)行業(yè)中采掘業(yè)，制造業(yè)，電力、煤氣及水電生產(chǎn)和供應(yīng)業(yè)以及建筑業(yè)4個(gè)部類(lèi)，服務(wù)業(yè)行業(yè)包括交通運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)和郵政業(yè). 這5類(lèi)企業(yè)2009年的碳排放占我國(guó)化石燃料二氧化碳排放總量的91.2%.

2.3 主體行為機(jī)制設(shè)計(jì)

主體與主體之間通過(guò)一系列的規(guī)則進(jìn)行交互以完成方針目標(biāo). 主體規(guī)則設(shè)計(jì)是多主體仿真最關(guān)鍵的步驟，通過(guò)歸納總結(jié)系統(tǒng)內(nèi)在的邏輯關(guān)系，對(duì)現(xiàn)實(shí)主體的行為進(jìn)行高度的抽象和概括得到主體規(guī)則設(shè)計(jì). 在本次仿真中，盈利最大化規(guī)則是最基本的規(guī)則，可以具體為以下4個(gè)原則.

1）購(gòu)買(mǎi)規(guī)則：當(dāng)企業(yè)當(dāng)年碳排放額度超過(guò)分配額度時(shí)就要通過(guò)中介機(jī)構(gòu)購(gòu)買(mǎi).

2）儲(chǔ)存規(guī)則：當(dāng)企業(yè)當(dāng)年碳排放額度小于分配額度時(shí)，剩余的碳排放量可以?xún)?chǔ)存，累計(jì)為下一年度碳排放量.

3）銷(xiāo)售規(guī)則：當(dāng)企業(yè)當(dāng)年碳排放額度小于分配額度時(shí)，剩余的碳排放量可以銷(xiāo)售給中介機(jī)構(gòu).

4）科研投入規(guī)則：企業(yè)通過(guò)科研投入，提高生產(chǎn)效率、減少碳排放量.

2.4 仿真分析研究

當(dāng)主體和主體行為機(jī)制確定之后，大量自主主體之間動(dòng)態(tài)交互作用涌現(xiàn)出系統(tǒng)的宏觀特性. 我們可以根據(jù)設(shè)定環(huán)境參數(shù)等觀察參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響效果，比如，改變碳排放總量控制模式、各企業(yè)碳排放分配模式、企業(yè)間相互作用模式等參數(shù)，觀察其在仿真系統(tǒng)中對(duì)整個(gè)碳排放交易市場(chǎng)的影響，以便深入了解碳排放交易市場(chǎng)的運(yùn)作.

3 研究展望

本文采用以復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)的多主體仿真方法，從新的角度來(lái)研究我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)，給出了簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)構(gòu)想，并對(duì)碳排放交易市場(chǎng)的研究領(lǐng)域和理論體系進(jìn)行探討. 但是，本文中并沒(méi)有建立完整的仿真模型，對(duì)整個(gè)碳排放交易市場(chǎng)宏觀特性與微觀主體之間的關(guān)系沒(méi)有確切的研究成果，希望以后可以完成模型數(shù)據(jù)的收集，完善和改進(jìn)仿真模型，建立我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)多主體仿真模型，為相關(guān)部門(mén)規(guī)劃、決策提供試驗(yàn)平臺(tái)和參考，為我國(guó)碳排放交易市場(chǎng)的健康發(fā)展提供理論依據(jù)和決策支持.

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An Exploration of the Multi-agent Simulation of China’s Carbon Emissions Trading Market

KONGChui-yao1, FANHong2, YINLi-song2

(1. School of Economics and Management, Wuyi University, Jiangmen 529020, China; 2. Analysis and Testing Center, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

In light of the experience of foreign carbon emissions trading market and China’s specific conditions, this paper makes an analysis of China’s total emissions volume, trading agents, and emissions policy, and suggests adopting a multi-agent simulation method to construct the country’s carbon trading market. It also explores the definition of the agents in the emissions trading market, the restricting environmental factors and the improvement of related policies and provides a new research approach to constructing China’s carbon emissions trading market.

carbon emissions trading market; multi-agent simulation; low carbon economy; carbon markets

1006-7302（2011）04-0073-04

N945.13；F74

A

2011-07-20

孔垂要（1986—），男，河南濮陽(yáng)人，在讀碩士生，研究方向?yàn)橄到y(tǒng)工程；樊宏，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)楣芾砜茖W(xué)與工程.