煤炭資源開采環(huán)境污染物影子價格的估計
——基于安徽煤炭企業(yè)的調(diào)查數(shù)據(jù)

萬倫來 陶建國

(合肥工業(yè)大學經(jīng)濟學院，安徽合肥230009)

煤炭資源開采環(huán)境污染物影子價格的估計
——基于安徽煤炭企業(yè)的調(diào)查數(shù)據(jù)

萬倫來 陶建國

(合肥工業(yè)大學經(jīng)濟學院，安徽合肥230009)

環(huán)境污染物的影子價格體現(xiàn)了污染物的邊際減排成本，是政府制定公共環(huán)境政策的重要依據(jù)。本文在環(huán)境技術(shù)的基礎(chǔ)上，擴展了傳統(tǒng)的產(chǎn)出方向性距離函數(shù)方法，進而構(gòu)建了能夠?qū)⒍喾N環(huán)境污染物的影子價格進行綜合估測新的影子價格模型。采用這種新的模型方法和安徽煤炭開采和洗選企業(yè)的樣本數(shù)據(jù)，對煤炭資源開采利用過程中排放的三種主要環(huán)境污染物——廢水、廢氣和固體廢物的影子價格進行了估計。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2009年，安徽煤炭開采和洗選企業(yè)所排放的廢水、廢氣和固體廢物的平均影子價格分別為0．021 6萬元/t、0．031 37萬元/t和0．178 48萬元/t。這三種環(huán)境污染物的影子價格存在差異，反映出安徽煤炭開采企業(yè)處理不同環(huán)境污染物所面臨的環(huán)境成本是不同的。環(huán)境行為監(jiān)管者在做出環(huán)境規(guī)制決策前要充分考慮到這個前提。

煤炭資源開采;環(huán)境污染物;影子價格;產(chǎn)出方向性距離函數(shù);邊際減排成本

影子價格反映的是人們對某一種產(chǎn)品或資源價值的估計，是衡量其成本的一種有效方法，在環(huán)境污染難以被市場定價的現(xiàn)實前提下，被廣泛應用于環(huán)境污染等生態(tài)治理評價中。借助于影子價格，我們可以相應地度量環(huán)境污染損失或者污染治理的成本。估測煤炭開采過程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染物的影子價格，對于分析研究煤炭資源開采造成的環(huán)境問題，解決安徽目前面臨的煤礦區(qū)環(huán)境困局，具有重要的參考價值。

1 文獻綜述

Coggins和Swinton借助于產(chǎn)出距離函數(shù)和收入函數(shù)的對偶性質(zhì)，推導出美國威斯康星州燃煤發(fā)電廠排放的參數(shù)形式的SO2的影子價格平均是292．70美元/t［1］。Reig-Martinez等使用距離函數(shù)估計了西班牙陶瓷鑲嵌工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的廢物的影子價格［2］。Lee，Park和Kim利用參數(shù)化方向性距離函數(shù)，解決了環(huán)境污染物影子價格的估計問題，同時也考慮到了電力生產(chǎn)過程的非效率問題。他們從1990－1995年期間韓國電力工業(yè)的實證研究中發(fā)現(xiàn):環(huán)境污染物——SOx、NOx和TSP比全效率假設(shè)下的測算大約要低10%左右［3］。Vardanyan和Noh使用美國的電力工業(yè)面板數(shù)據(jù)，分析證明了不同的參數(shù)方法會得出不同的非期望產(chǎn)出影子價格的估計［4］。Liao，Onal和Chen則認為影子價格反映了稀缺資源的邊際內(nèi)在價值，它為資源管理決策提供了重要的信息。他們利用可交易污染許可市場，展示了當成本結(jié)構(gòu)和排放水平一定前提下，平均影子價格可以被表示為均衡價格［5］。Lin和Zhang以一個實證動態(tài)模型，討論了不可再生資源的影子價格。在這個模型的最小函數(shù)形式假設(shè)下，他們估計出9種礦產(chǎn)資源的影子價格［6］。

國內(nèi)學者對于環(huán)境污染物影子價格的研究還處于起步階段，而且主要圍繞碳排放問題而展開。高鵬飛等應用能源、環(huán)境、經(jīng)濟耦合的中國MARKAL-MACRO模型給出了中國2010、2020、2030、2040和 2050年碳邊際減排成本(影子價格)曲線的函數(shù)形式［7］。涂正革采用非參數(shù)方法構(gòu)建方向性環(huán)境生產(chǎn)前沿函數(shù)嘗試計算了中國工業(yè)SO2排放的影子價格，大致是2．09萬元/t，并以北京、甘肅和河北為案例分析了這三個典型地區(qū)的工業(yè)SO2排放的影子價格及其變化特征，為政府提供一些環(huán)境規(guī)制政策的建議［8］。陳詩一分別使用參數(shù)化和非參數(shù)兩種方法，利用方向性環(huán)境距離函數(shù)估計出中國工業(yè)38個兩位數(shù)行業(yè)在1980－2008年跨度期內(nèi)的CO2的影子價格。以煤炭開采和洗選業(yè)為例，參數(shù)化下的 CO2的影子價格是0．04萬元/t，非參數(shù)化下為 0．02 萬元/t［9］。劉明磊等基于非參數(shù)距離函數(shù)方法估計出我國各省CO2的影子價格，同時對省級碳排放績效進行了評價［10］。

綜上所述，國內(nèi)外學者已對影子價格的研究做出了許多有益的探索，使得利用影子價格來評價環(huán)境污染行為、制定公共環(huán)境政策的方法逐漸被認可。然而，目前影子價格估計的主要是某一種環(huán)境污染物，所探討的也是整個工業(yè)的污染狀況。本文創(chuàng)新在于，在環(huán)境技術(shù)的基礎(chǔ)上，將傳統(tǒng)的產(chǎn)出方向性距離函數(shù)進行擴展，使非期望產(chǎn)出向量由一維延伸到多維，進而構(gòu)建了能夠?qū)⒍喾N環(huán)境污染物的影子價格進行綜合估測新的影子價格模型，并以安徽煤炭企業(yè)為例證，使人們更深層次地把握煤炭開采利用的環(huán)境效應，為國家解決煤炭資源開采利用所引發(fā)的環(huán)境問題提供決策依據(jù)。

2 影子價格估計模型

2．1 環(huán)境技術(shù)

Fare等［11］開創(chuàng)性地系統(tǒng)地闡述了環(huán)境技術(shù)這一概念，它反映的是包含非期望產(chǎn)出(環(huán)境污染)在內(nèi)的產(chǎn)出和投入間的技術(shù)結(jié)構(gòu)關(guān)系，這種技術(shù)混合了產(chǎn)出的弱可處置性(Weak Disposability)和零點關(guān)聯(lián)性(Null-jointness)。后面的解釋最終告訴我們要得到期望產(chǎn)出，也必須有非期望產(chǎn)出的生產(chǎn)。

在繼續(xù)前，一些概念必須要引入。投入被表示為x=(x1，…，xN)∈RN+，期望產(chǎn)出被表示為 y=(y1，…，yM)∈RM+，非期望產(chǎn)出被表示為b=(b1，…，bJ)∈RJ+。非期望產(chǎn)出由煤炭資源開發(fā)過程中所產(chǎn)生的非期望副產(chǎn)品(比如廢水、廢氣和固體廢物)構(gòu)成。

我們把產(chǎn)出集應用于構(gòu)建一般環(huán)境技術(shù)模型，換言之，我們用產(chǎn)出集P(x)來勾勒環(huán)境技術(shù):

由上面的一般環(huán)境技術(shù)模型可以看出，產(chǎn)出集P(x)由期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出(y，b)共同構(gòu)成，并能由每個投入向量x生成。

這種環(huán)境技術(shù)必須滿足幾大標準公理或環(huán)境公理，也可以稱產(chǎn)出集P(x)所具有的幾大性質(zhì):(1)投入是自由可處置的，也即如果 x’≥x，那么 P(x)P(x’)。(2)期望產(chǎn)出是自由可處置的，也即如果(y，b)∈P(x)和y’≤y意味著(y’，b)∈P(x)。(3)非期望產(chǎn)出是弱可處置的，也即如果(y，b)∈P(x)和 0≤θ≤1 意味著(θy，θb)∈P(x)。這說明減少非期望產(chǎn)出是可行的，但需要付出成本，具體表現(xiàn)為相應q比例的期望產(chǎn)出的減少。當然這也可以擴展到更一般的情形，我們稱之為強可處置性條件，如果(y，b)∈P(x)和(y’，b’)≤(y，b)意味著(y’，b’)∈P(x)。(4)期望產(chǎn)出和非期望產(chǎn)出是零點關(guān)聯(lián)的，也即如果(y，b)∈P(x)和b=0意味著y=0。這說明想要減少非期望產(chǎn)出的生產(chǎn)，必須同時放棄期望產(chǎn)出的生產(chǎn)。

圖1描繪了滿足上述環(huán)境公理的環(huán)境技術(shù)。首先，對任何在 P(x)中觀察到的(y，b)，它的等比例(θy，θb)縮減是可行的，并且它屬于P(x)。第二，在期望產(chǎn)出(y軸)和原點0的產(chǎn)出P(x)的唯一的共同點是零點關(guān)聯(lián)的，并且b是y的副產(chǎn)品。

圖1 環(huán)境技術(shù)Fig．1 Environmental technology

2．2 產(chǎn)出方向性距離函數(shù)

近年來利用非參數(shù)生產(chǎn)模型來估計產(chǎn)出方向性距離函數(shù)和計算影子價格的研究在不斷增多，這些研究對方向性距離函數(shù)線性規(guī)劃的設(shè)定不盡相同。為了定義表示期望產(chǎn)出與非期望產(chǎn)出在一定投入、技術(shù)條件下的數(shù)量變動關(guān)系的函數(shù)，我們引進了產(chǎn)出方向性距離函數(shù)。根據(jù)陳詩一［12］非參數(shù)生產(chǎn)模型的構(gòu)建過程，本文用來估算產(chǎn)出方向性距離函數(shù)的分段線性生產(chǎn)技術(shù)和線性規(guī)劃問題同樣設(shè)定為:

其中:X、Y和B代表所有決策單位的投入矩陣和好、壞產(chǎn)出矩陣。i為單位列向量。l為強度列向量，表示一個單位的資源在多大程度上被用來投入生產(chǎn)，即把前沿內(nèi)決策單位映射到該生產(chǎn)前沿之上的權(quán)重。根據(jù)現(xiàn)有研究文獻的結(jié)論，本文進一步假定安徽煤炭開采和洗選業(yè)為非遞增規(guī)模報酬(NIRS)，即iTl≤1。取得(1)式的距離函數(shù)估

*計值(·)后，可以沿著觀察值(y，b)的有效率路徑(y，b*)在技術(shù)前沿面上推導出計算影子價格的公式，這個使得決策單位變得更有效率的方向性向量設(shè)定為:

結(jié)合前面的環(huán)境技術(shù)定義模型，我們也同樣可以繪制出使用產(chǎn)出方向性距離函數(shù)方法計算的影子價格模型，如圖2所示。

在圖2的影子價格模型中，P(x)代表最優(yōu)生產(chǎn)邊界，g=(1，－1)代表(y，b)的向量關(guān)系，其中A點是現(xiàn)有的生產(chǎn)點，(y，b)代表原最優(yōu)生產(chǎn)點，環(huán)境污染物或非期望產(chǎn)出——b的影子價格等于A點切線的斜率。

圖2 影子價格模型Fig．2 Model of shadow price

3 影子價格估計實例

3．1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文的數(shù)據(jù)來自安徽省環(huán)境科學研究院2009年僅有的一次對該省煤炭開采和洗選企業(yè)的全面調(diào)查，我們獲得了38家樣本企業(yè)的具體數(shù)據(jù)。

對于這些樣本數(shù)據(jù)，我們作了如下處理。首先令i=1，2，3，…，38分別代表本文所研究的38家煤炭開采和洗選業(yè)樣本企業(yè)，t表示對應的研究時間跨度，本文的j表示本文將使用的三種投入向量X，j’=1，2，3依次代表用電量、勞動從業(yè)人數(shù)和固定資產(chǎn)凈值平均余額，煤炭工業(yè)總產(chǎn)值作為期望產(chǎn)出用向量Y表示，煤炭資源開發(fā)過程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染物作為非期望產(chǎn)出用向量B表示，b=1，2，3分別代表廢水、廢氣和固體廢物三種主要的環(huán)境污染物。

3．2 估計結(jié)果分析

表1是本文研究所使用的安徽煤炭開采和洗選企業(yè)樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的結(jié)果。從表2中，我們可以看出，期望產(chǎn)出:工業(yè)總產(chǎn)值符號顯示為正，這當然是因為煤炭開采和洗選企業(yè)生產(chǎn)的主要目的就是為了追求產(chǎn)值最大化;投入向量:用電量、從業(yè)人數(shù)和固定資產(chǎn)凈值平均余額都顯示負號，這表示這三種資源投入是生產(chǎn)對其的一種必然消耗;非期望產(chǎn)出:廢水、廢氣、固體廢物的符號顯示為負，這是因為這三種環(huán)境污染物作為生產(chǎn)的附屬品并不是生產(chǎn)所期望的，是一種環(huán)境負效應，這更進一步表明我們的估計結(jié)果與模型設(shè)計在符號上是總體一致的。

環(huán)境污染物的影子價格也可以被理解為是一種邊際減排成本，它反映的是減少1單位污染物的排放，所引起的期望產(chǎn)值的損失量。從上表中我們可以看到，每t廢水的平均影子價格為0．021 6萬元，這表明減少1 t廢水的排放，將導致煤炭工業(yè)產(chǎn)值損失0．021 6萬元。每t廢氣和固體廢物的平均影子價格則分別是0．031 37萬元和0．178 48萬元，這顯示出如果減少1 t廢氣或固體廢物的排放，將導致煤炭工業(yè)產(chǎn)值分別損失0．031 37萬元和0．178 48萬元。這三種環(huán)境污染物的影子價格存在差異，反映出安徽煤炭開采企業(yè)處理不同環(huán)境污染物所面臨的環(huán)境成本是不同的。這也提醒環(huán)境行為監(jiān)管者在制定公共環(huán)境政策時，要考慮到環(huán)境政策對不同環(huán)境行為的影響，更好地約束企業(yè)的行為，實現(xiàn)社會福利最大化。

表1 本文研究所使用的安徽煤炭開采和洗選企業(yè)樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析Tab．1 Statistical analysis of sample data of Anhui’s coalmining and dressing enterprises by this paper

表2 影子價格估計結(jié)果的符號分析Tab．2 Symbolic analysis of the estimation results of shadow price

表3 環(huán)境污染物平均的影子價格(萬元/t)Tab．3 Average shadow price of environmental pollutants

4 結(jié)論

本文采用產(chǎn)出方向性距離函數(shù)的非參數(shù)方法對煤炭資源開采環(huán)境污染物(廢水、廢氣、固體廢物)的影子價格進行了估計。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):2009年安徽煤炭資源開采三種主要環(huán)境污染物:廢水、廢氣和固體廢物的影子價格分別是0．021 6 萬元/t、0．031 37 萬元/t和0．178 48 萬元/t。也就是說，減少1 t廢水、廢氣和固體廢物排放所帶來的煤炭產(chǎn)值損失分別為216元、313．7元和1 784．8元。三種環(huán)境污染物的影子價格存在差異，顯示它們的減排成本是不同的。本文估計的環(huán)境污染物的影子價格在一定程度上客觀地反映了煤炭開采和洗選行業(yè)的污染治理成本，對于政府制定相應的公共政策，具有重要的現(xiàn)實意義。

References)

［1］Coggins JS，Swinton JR．The Price of Pollution:A Dual Approach to Valuing SO2Allowances［J］．Journal of Environmental Economics and Management，1996，30(1):58 －72．

［2］Reig-Martinez E，Picazo-Tadeo A，Hernandez-Sancho F．The Calculation of Shadow Prices for Industrial Wastes Using Distance Functions:An Analysis for Spanish Ceramic Pavements Firms［J］．International Journal of Production Economics，2001，69(3):277－285．

［3］Lee J，Park J，Kim T．Estimation of Shadow Prices of Pollutantswith Production/Environment Inefficiency Taken into Account:A Nonparametric Directional Distance Function Approach［J］．Journal of Environmental Management，2002，64(4):365 －375．

［4］Vardanyan M，Noh D．Approximating Pollution Abatement Costs via Alternative Specifications of a Multi-output Production Technology:A Case of the USElectric Utility Industry［J］．Journal of Environmental Management，2006，80(2):177 －190．

［5］Liao C，Onal H，Chen M．Average Shadow Price and Equilibrium Price:A Case Study of Tradable Pollution Permit Markets［J］．European Journal of Operational Research，2009，196(3):1207－1213．

［6］Lin C Y C，Zhang W．Market Power and Shadow Prices for Nonrenewable Resources:An Empirical Dynamic Model［R］．Pittsburgh:Agricultural ＆ Applied Economics Association＇s 2011 AAEA ＆ NAREA Joint Annual Meeting，July 24－26，2011．

［7］高鵬飛，陳文穎，何建坤．中國的二氧化碳邊際減排成本［J］．清華大學學報:自然科學版，2004，44(9):1192－1195．［Gao Pengfei，Chen Wenying，He Jiankun．The Marginal Abatement Cost of Carbon Dioxide in China［J］．Journal of Tsinghua University:Natural Sciences Edition，2004，44(9):1192 －1195．］

［8］涂正革．工業(yè)二氧化硫排放的影子價格:一個新的分析框架［J］．經(jīng)濟學季刊，2009，9(1):259 －282．［Tu Zhengge．Shadow Price of Industrial SO2Emission:A New Analytic Framework［J］．China Economic Quarterly，2009，9(1):259 －282．］

［9］陳詩一．工業(yè)二氧化碳的影子價格:參數(shù)化和非參數(shù)化方法［J］．世界經(jīng)濟，2010，(8):93 －111．［Chen Shiyi．Shadow Price of Industrial CO2［J］．The Journal of World Economy，2010，(8):93 －111．］

［10］劉明磊，朱磊，范英．我國省級碳排放績效評價及邊際減排成本估計:基于非參數(shù)距離函數(shù)方法［J］．中國軟科學，2011，(3):106 － 114．［Liu Minglei，Zhu Lei，F(xiàn)an Ying．Performance Evaluation of Carbon Emission and Estimation of Marginal Abatement Cost in China:Based on the Method of Non-Parametric Distance Function［J］．The Journal of China Soft Science，2011，(3):106 －114．］

［11］Fare R，Grosskopf S，Pasurka C A J．Environmental Production Functions and Environmental Directional Distance Functions［J］．Energy，2007，32(7):1055－1066．

［12］陳詩一．節(jié)能減排、結(jié)構(gòu)調(diào)整與工業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變研究［M］．北京:北京大學出版社，2011:141 －143．［Chen Shiyi．Research on Energy Saving and Emission Reduction，Structural Adjustment and Industry Development Pattern［M］．Beijing:Peking University，2011:141 －143．］

Estimating Shadow Pricing of Environmental Pollutants from Coal M ining Industry:Based on the Investigation Data of Anhui’s Coal Enterprises

WAN Lun-lai TAO Jian-guo
(School of Economics，Hefei University of Technology，Hefei Anhui230009，China)

Shadow prices of environmental pollutants indicate the marginal abatement cost，and they are the important basis for the government to formulate public environmental policies．On the basis of environmental technology，this paper extends the traditional output directional distance function approach，and then constructs a new shadow price model which could make a comprehensive estimation ofmultiple environmental pollutants．Using this new method and the sample data of Anhui’s coal mining and dressing enterprises，the paper estimates the shadow prices of three pollutants from the process of coalmining emissions:wastewater，waste gas and solid waste．The results show that the shadow price ofwaste water，waste gas and solid waste discharged by Anhui’s coalmining and dressing enterprises，is 216 Yuan/t，313．7 Yuan/t and 1 784．8 Yuan/t，respectively．The shadow prices of these three kinds of environmental pollutants are different，which reflects that the cost to dealwith different environmental pollutants faced by Anhui’s coal mining enterprises is different．Environmental regulators should take it into consideration before their decision-making on environmental regulations．

coal resource exploitation;environmental pollutants;shadow price;output directional distance function;marginal abatement cost

F124．5

A

1002－2104(2012)08－0071－05

10．3969/j．issn．1002－2104．2012．08．011

2012－02－28

萬倫來，博士后，教授，主要研究方向為資源環(huán)境經(jīng)濟與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟。

國家自然科學基金項目“淮河流域礦產(chǎn)資源開發(fā)的環(huán)境效應與礦產(chǎn)資源型產(chǎn)業(yè)調(diào)整戰(zhàn)略”(編號:71073045);國家社會科學基金重大項目“中西部地區(qū)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會建設(shè)戰(zhàn)略研究”(編號:08＆ZD043)。

(編輯:劉呈慶)