碳排放權(quán)配額統(tǒng)一增價(jià)拍賣均衡下企業(yè)減排研究

(福建工程學(xué)院 交通運(yùn)輸學(xué)院， 福建 福州 350118)

近年來，如何降低碳排放是氣候大會的重要議題。2015年巴黎氣候變化大會通過了第一個(gè)全球參與的、具有法律效力的減排公約——《巴黎協(xié)定》，通過了各國“自主減排+盤點(diǎn)”的方式。中國政府預(yù)計(jì)在2030年之前碳排放達(dá)到峰值，提出單位GDP碳排放相比2005年下降60%～65%這一很有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)[1]。為了實(shí)現(xiàn)碳排放總量的控制和碳排放強(qiáng)度的降低，中國政府借鑒歐盟碳排放交易機(jī)制，試點(diǎn)了以交易機(jī)制為主的碳排放規(guī)制政策，并將最終采用拍賣機(jī)制。饒蕾[2]等基于對歐盟碳交易體系的研究，提出中國應(yīng)從免費(fèi)原則逐步過渡到拍賣原則。同時(shí)，根據(jù)歐盟在2009年公布的《哥本哈根氣候變化綜合協(xié)議》，為了實(shí)現(xiàn)2020年比2005年碳排放總量減少21%這一目標(biāo)，碳排放的分配將逐漸由行政式免費(fèi)分配過渡到碳排放權(quán)拍賣為主的分配方式，通過拍賣的方式來分配初始碳排放權(quán)是歐盟碳排放上限—交易機(jī)制(EU-ETS)后期運(yùn)行的唯一方式[3]。

國內(nèi)外學(xué)者主要從機(jī)制優(yōu)劣和機(jī)制設(shè)計(jì)視角研究了碳排放權(quán)的拍賣交易問題。碳排放總量的控制使碳排放權(quán)成為了稀缺資源，碳排放權(quán)配額拍賣引入了競爭機(jī)制，可以最大程度保證碳排放權(quán)配額分配的公平性，同時(shí)提供了碳排放權(quán)的價(jià)格發(fā)現(xiàn)機(jī)制，對于減排資源的合理分配具有重要意義。碳排放權(quán)拍賣機(jī)制可以使資源配置優(yōu)化更加有效，[4]拍賣原則減少了稅收扭曲，減少了政策爭論，提供了更多的流動性，效率更高，因此更優(yōu)[5]。同時(shí)公開拍賣機(jī)制相對于固定價(jià)格出售機(jī)制，其碳排放價(jià)格能夠更合理地反映市場狀況，有利于企業(yè)進(jìn)行更加有效的決策[6]。政府還可利用拍賣收入對企業(yè)進(jìn)行減稅或者財(cái)政補(bǔ)貼，可以減少該方式的實(shí)施阻力[7]。對參與企業(yè)而言，是從二級交易市場上直接購買配額，還是在一級市場上通過拍賣方式競價(jià)獲得排放權(quán)，其最主要的決策依據(jù)是兩個(gè)市場上交易價(jià)格的高低比較[8]。政府可以實(shí)施適當(dāng)?shù)氖袌龈深A(yù)和調(diào)控措施，通過碳排放權(quán)拍賣機(jī)制可制定合理的拍賣保留價(jià)和二級市場交易價(jià)格,使二級市場交易價(jià)格維持在理想水平[9]。Wang[10]等對碳排放許可證拍賣機(jī)制設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，但他們假設(shè)價(jià)格可以被任意微調(diào)，與現(xiàn)實(shí)存在一定差距，這樣的拍賣機(jī)制很難應(yīng)用于未來的商業(yè)活動。學(xué)者丁黎黎[11]針對政府在碳排放權(quán)交易市場中的多目標(biāo)問題，引入實(shí)施質(zhì)量門檻變量來構(gòu)建政府與競標(biāo)企業(yè)間的動態(tài)博弈模型，借以分析政府如何兼顧拍賣交易中的經(jīng)濟(jì)收益與非經(jīng)濟(jì)收益情形是對傳統(tǒng)碳排放權(quán)拍賣機(jī)制設(shè)計(jì)的有益補(bǔ)充。當(dāng)前增價(jià)拍賣機(jī)制在多物品拍賣機(jī)制中相對較為成熟。王明榮和王明喜[12]把帕累托最優(yōu)概念引入碳排放許可證拍賣—交易框架，在比較分析無償分配及拍賣分配的不同影響的基礎(chǔ)上，提出了標(biāo)準(zhǔn)增價(jià)拍賣方式的定量化模型，設(shè)計(jì)了一個(gè)新的碳排放許可證拍賣機(jī)制，并給出不同排放率下企業(yè)采取嚴(yán)格競標(biāo)和策略競標(biāo)。學(xué)者曾鳴[13]則針對標(biāo)準(zhǔn)增價(jià)拍賣方式,并給出不同排放率下企業(yè)采取嚴(yán)格競標(biāo)和策略競標(biāo)兩種方案，分析了不同策略組合下的企業(yè)利潤。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對碳排放權(quán)拍賣研究主要基于對拍賣機(jī)制本身帶來的影響，抑或?qū)μ寂欧艡?quán)的拍賣機(jī)制進(jìn)行研究，而把碳排放權(quán)拍賣政策與企業(yè)的產(chǎn)銷與減排決策進(jìn)行研究的文獻(xiàn)還相對比較少。筆者將在前人研究基礎(chǔ)上，通過數(shù)學(xué)模型研究當(dāng)面向單位產(chǎn)品碳排放敏感的消費(fèi)者時(shí)，參與碳排放權(quán)增價(jià)拍賣的企業(yè)存在不同競爭結(jié)構(gòu)時(shí)競拍的納什均衡，以及在拍賣均衡下參與碳排放權(quán)拍賣的實(shí)體企業(yè)的生產(chǎn)及減排決策。

1 基本模型

1.1 模型說明

碳排放權(quán)拍賣政策下，所有有碳排放需求的企業(yè)都將參與到碳排放權(quán)配額拍賣的博弈中，包括不同行業(yè)、不同地區(qū)，而且企業(yè)之間存在著各種各樣的競爭和合作關(guān)系，如上下游的產(chǎn)銷博弈、同行業(yè)內(nèi)企業(yè)間的競爭關(guān)系以及橫向和縱向之間的投資和創(chuàng)新共享等。本文主要考慮由兩家同質(zhì)型競爭企業(yè)參與競拍，考慮以下兩種競爭結(jié)構(gòu)：獨(dú)立需求和古諾競爭。在獨(dú)立需求中，參與拍賣的碳排放企業(yè)產(chǎn)品不存在競爭關(guān)系，假設(shè)企業(yè)均為本區(qū)域壟斷，即企業(yè)面對獨(dú)立需求，如德國的RWE電力公司和德國蒂森克虜伯鋼鐵公司共同參與碳排放權(quán)拍賣；古諾競爭中，參與拍賣的實(shí)體企業(yè)的產(chǎn)品之間存在替代關(guān)系，如德國RWE電力公司和Vattenfall電力公司共同參與碳排放權(quán)的拍賣。拍賣方式分配碳排放權(quán)方案的步驟如下：首先確定所有參與碳排放實(shí)體企業(yè)名單；其次確定分配總量；再次通過拍賣的方式把碳排放配額分配給排放實(shí)體；最后得到均衡價(jià)格和各企業(yè)得到的碳排放權(quán)。

1.2 相關(guān)假設(shè)

假設(shè)1：拍賣獲取碳排放配額是企業(yè)獲取碳排放權(quán)的唯一方式。

根據(jù)歐盟碳排放—交易機(jī)制的規(guī)定，企業(yè)上一階段的多余碳排放權(quán)不帶入下一個(gè)階段，不考慮上一個(gè)階段碳排放配額剩余的情況。為了簡化起見，假定不考慮企業(yè)可以通過購買減排信用、碳中和等途徑來獲取碳排放權(quán)，生產(chǎn)銷售過程中所產(chǎn)生的所有碳排放都需要通過競拍獲得，即購買獲得一單位的排放權(quán)意味著企業(yè)在接下來的生產(chǎn)銷售中可以排放一單位的碳排放量。如果企業(yè)i競拍所得的排放配額為Ei，那么接下來的生產(chǎn)中將消耗Ei的碳排放量?；诖?，需要假設(shè)2。

假設(shè)2：生產(chǎn)過程中的碳排放量是可以準(zhǔn)確預(yù)估并且是穩(wěn)定的，即不考慮內(nèi)外部環(huán)境不確定性因素的影響。

假設(shè)4：假設(shè)拍賣機(jī)制為統(tǒng)一價(jià)格增價(jià)拍賣，同時(shí)每個(gè)企業(yè)都執(zhí)行嚴(yán)格的估值競拍策略。

統(tǒng)一價(jià)格增價(jià)拍賣是同質(zhì)多物品拍賣中最常見的一種拍賣方式。在碳排放權(quán)統(tǒng)一價(jià)格拍賣中，競價(jià)人的投標(biāo)如同一次訂購，競價(jià)人將會遞交“價(jià)格——數(shù)量”投標(biāo)，然后由拍賣人根據(jù)這些投標(biāo)建立一個(gè)需求曲線，它確定每一個(gè)價(jià)格p上的需求總量，最后拍賣人確定成交價(jià)格使得需求量恰好等于實(shí)際供給量。假設(shè)4表明每個(gè)企業(yè)將向碳排放所有者真實(shí)提供自身碳排放的需求和可以接受的價(jià)格。

決策順序：在政府發(fā)布碳排放總量和競拍機(jī)制后，每個(gè)投標(biāo)的碳排放企業(yè)根據(jù)自己自身利潤最大化條件給出單位碳排放權(quán)的估值—需求函數(shù)Ei(α)，其中Ei為第i個(gè)企業(yè)碳排放權(quán)的需求量，α為單位碳排放權(quán)拍賣均衡價(jià)格。然后，政府在獲得每個(gè)碳排放實(shí)體企業(yè)的碳排放權(quán)需求函數(shù)Ei(α)的私有信息后，按照統(tǒng)一價(jià)格增價(jià)拍賣機(jī)制確定單位碳排放權(quán)拍賣均衡價(jià)格以及每個(gè)碳排放實(shí)體所購買的碳排放權(quán)，隨后碳排放實(shí)體根據(jù)均衡的碳排放權(quán)價(jià)格確定產(chǎn)量和單位減排量。表示為：

根據(jù)以上的決策順序，通過逆向歸納法求解，求解分為三個(gè)步驟：一是產(chǎn)銷博弈，即確定企業(yè)的產(chǎn)量，結(jié)合減排投資水平、市場需求等要素，在企業(yè)追求自身利益最大化下建立企業(yè)碳排放權(quán)需求量與均衡價(jià)格函數(shù)。二是根據(jù)碳排放總量和各個(gè)企業(yè)的碳排放權(quán)需求函數(shù)建立拍賣均衡模型，獲得均衡價(jià)格。三是在均衡價(jià)格下決定生產(chǎn)與減排決策。

2 競拍企業(yè)間產(chǎn)品不存在直接競爭

2.1 產(chǎn)銷模型

市場中一共有2個(gè)企業(yè)參與碳排放權(quán)的拍賣，企業(yè)之間除了共同參與碳競拍者之間的關(guān)系，不存在其他的競合關(guān)系。每個(gè)企業(yè)的產(chǎn)品分別面對獨(dú)立的需求，需求函數(shù)假設(shè)為：

qi=Qi+φai-pi

(1)

因?yàn)楦偱乃玫奶寂欧艡?quán)將完全使用，所以，有

Ei=(ei-ai)qi

(2)

建立第i個(gè)企業(yè)利潤最大化模型：

maxπi(ai,qi)=

(3)

收益模型是關(guān)于單位減排量ai和產(chǎn)量qi的函數(shù)。其中第一項(xiàng)為企業(yè)的銷售收入；第二項(xiàng)為生產(chǎn)成本，c表示單位產(chǎn)品生產(chǎn)成本；第三項(xiàng)為競拍購買的排放權(quán)成本，假設(shè)拍賣均衡時(shí)單位碳排放權(quán)的均衡價(jià)格是α；第四項(xiàng)為技術(shù)減排投資成本。

2.2 增價(jià)拍賣均衡

首先需要得出企業(yè)自身對單位碳排放權(quán)的估值，即關(guān)于對所要投標(biāo)的碳排放權(quán)的出價(jià)和需求量的關(guān)系。

(4)

(5)

v(Ei)=Hi-LiEi

(6)

Hi是當(dāng)減排量為ai并且所采購的碳排放量為0時(shí)的單位碳排放的邊際利潤貢獻(xiàn)。隨著碳排放采購量的增加，邊際利潤以Li的速率減小。對于后續(xù)的雙方拍賣博弈來說，v(Ei)是很關(guān)鍵的一個(gè)式子，因?yàn)閷μ寂欧艡?quán)的估值將直接影響碳排放權(quán)的均衡價(jià)格。

式(5)對Ei求導(dǎo)得，

即碳排放權(quán)的估值將隨著減排量的增加而減少，可得命題1。

命題1：碳排放權(quán)估值存在規(guī)模不經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。

命題1說明隨著碳排放權(quán)采購量的增加，單位碳排放量的增加給企業(yè)帶來的邊際利潤遞減。當(dāng)政府所拍賣的碳排放總量越高時(shí)，必將從整體上導(dǎo)致越低的碳排放均衡價(jià)格。

Hi-LiEi=α

(7)

在統(tǒng)一價(jià)格增價(jià)拍賣下，2個(gè)企業(yè)的碳排放權(quán)拍賣配額均衡為：

(8)

由式(8)得碳排放權(quán)的均衡價(jià)格和第i個(gè)企業(yè)的采購量分別為

(9)

(10)

(11)

如果考慮兩個(gè)參與碳拍賣的實(shí)體企業(yè)是對稱的，得

(12)

2.3 減排決策分析

當(dāng)未考慮兩個(gè)碳排放拍賣實(shí)體企業(yè)的對稱性時(shí)，得

(13)

當(dāng)參與拍賣的兩個(gè)實(shí)體企業(yè)完全對稱時(shí)，將式(12)代入企業(yè)i的收益模型(4)式，得到關(guān)于減排量ai的利潤函數(shù)：

(14)

進(jìn)一步分析式(14)，當(dāng)對稱的碳排放實(shí)體參與碳排放權(quán)統(tǒng)一價(jià)格拍賣時(shí)，第一，其利潤的多少與消費(fèi)者對產(chǎn)品的碳排放敏感度、消費(fèi)者需求潛力以及生產(chǎn)成本無關(guān)。雖然消費(fèi)者需求潛力的增加會提高企業(yè)的收益，但是另一方面間接提高了碳排放權(quán)的拍賣均衡價(jià)格，這部分對利潤的影響與碳排放權(quán)的成本相互抵消。第二，企業(yè)利潤隨著碳排放總量的增加而增加，碳排放總量的增加降低了企業(yè)碳排放成本，提高了企業(yè)收益。第三，利潤隨著企業(yè)技術(shù)減排的增強(qiáng)而增加。所以不管是企業(yè)還是政府都應(yīng)該非常重視提高能源效率，加大能夠低成本降低單位排放量技術(shù)的研發(fā)。

3 競拍企業(yè)間產(chǎn)品存在古諾競爭

3.1 產(chǎn)銷模型

古諾競爭模型中，競爭企業(yè)生產(chǎn)有相互替代性的產(chǎn)品，面對共同的潛在消費(fèi)群體，兩個(gè)企業(yè)聯(lián)合確定產(chǎn)品的市場出清價(jià)格。假設(shè)市場中一共有兩個(gè)生產(chǎn)相互替代性產(chǎn)品的企業(yè)參與碳排放權(quán)的拍賣，面對單位產(chǎn)品碳排放敏感的消費(fèi)者，即自身碳排放的減少會增加潛在需求，產(chǎn)品之間存在一定的替代性。設(shè)第i個(gè)企業(yè)的反需求函數(shù)為：

pi=Qi+φai-qi-qj

其中：i，j=1,2；i≠j；0≤ai

因?yàn)樗偱牡奶寂欧艡?quán)將完全使用，所以有：

Ei=(ei-ai)qi

(15)

建立第i個(gè)企業(yè)利潤最大化收益模型：

maxπi(ai,qi)=(Qi+φai-qi-qj)qi-

(16)

收益模型是關(guān)于單位減排量和產(chǎn)量的函數(shù)。其中第一項(xiàng)為企業(yè)的銷售收入；第二項(xiàng)為生產(chǎn)成本；第三項(xiàng)為競拍購買的排放權(quán)成本，設(shè)拍賣均衡時(shí)單位碳排放權(quán)的均衡價(jià)格是α；第四項(xiàng)為技術(shù)減排投資成本。

3.2 統(tǒng)一價(jià)格增價(jià)拍賣均衡

首先需要得出自身對單位碳排放權(quán)的估值，即關(guān)于對所要投標(biāo)的碳排放權(quán)的價(jià)格和需求量的關(guān)系，假設(shè)兩個(gè)企業(yè)分別i和j。

(17)

(18)

(19)

(20)

在統(tǒng)一價(jià)格增價(jià)拍賣下，兩個(gè)企業(yè)的碳排放權(quán)拍賣配額均衡為：

(21)

(22)

(23)

考慮兩個(gè)參與碳拍賣的實(shí)體企業(yè)是對稱的，得

(24)

3.3 減排決策

①當(dāng)參與拍賣的兩個(gè)實(shí)體企業(yè)不對稱時(shí)，有

maxπi(ai)=

(25)

Hi=(ej-aj)(Qi+φai-ci)；

②當(dāng)參與拍賣的兩個(gè)實(shí)體企業(yè)完全對稱時(shí)，有

整理得：

(26)

4 獨(dú)立需求和古諾競爭下的對比

4.1 均衡價(jià)格及企業(yè)利潤對比分析

獨(dú)立需求和古諾競爭下，對稱情形下企業(yè)的均衡價(jià)格和企業(yè)利潤如表1所示。

表1 對稱情形下企業(yè)的均衡價(jià)格和利潤Tab.1 Equilibrium price and profit of an enterprise under symmetric circumstances

上表可以得到如下結(jié)論：

第三，企業(yè)的最優(yōu)利潤和減排決策是一致的。在經(jīng)典的古諾競爭模型中，由于古諾需求形成的競爭會減少企業(yè)的壟斷利潤，而在碳排放資源緊缺并需要通過拍賣取得的情形下，古諾競爭和獨(dú)立需求下利潤和減排決策相同，是因?yàn)榕馁u形成的公平競爭，消除了獨(dú)立需求形成的壟斷帶來的優(yōu)勢。

4.2 數(shù)值仿真敏感性分析

為了更好地揭示單位產(chǎn)品碳排放量的變動對拍賣均衡價(jià)格和企業(yè)利潤的影響，通過數(shù)值仿真的方法進(jìn)行分析。從表1可知，獨(dú)立需求和古諾競爭兩種情形下均衡價(jià)格、利潤與減排量存在相同的敏感性特征，故以獨(dú)立需求為例。

圖1 單位產(chǎn)品減排量對拍賣均衡價(jià)格的影響Fig.1 Impacts of t emission reduction per unit product on auction equilibrium price

圖2 產(chǎn)品單位減排量對企業(yè)利潤的影響Fig.2 Impacts of product unit emission reduction on an enterprise’s profit

圖1表明：碳排放總量供應(yīng)的增加，在碳排放企業(yè)相同減排量的情況下，碳排放均衡價(jià)格降低；當(dāng)碳排放總量一定時(shí)，企業(yè)的減排量越大，即企業(yè)單位產(chǎn)品綠色程度越高，所形成的碳排放均衡價(jià)格越高，這是單位碳排放邊際收入增加的緣故。

圖2表明：越高的總量，企業(yè)的利潤越大，其所對應(yīng)的最優(yōu)單位減排量越大，即碳排放總量越高，其單位碳排放反而越低。隨著碳排放總量上限的減少，企業(yè)的最優(yōu)減排量分別4、2和1，這說明碳排放總量的控制可以有效地控制碳排放總量，但不是越低的總量對技術(shù)減排創(chuàng)新水平的推動力就越大。

5 結(jié)論

本文主要研究了碳排放權(quán)配額有償拍賣分配的碳排放規(guī)制政策下形成的碳排放權(quán)拍賣均衡和企業(yè)的產(chǎn)銷和減排決策問題?？紤]參與碳排放權(quán)

實(shí)體的企業(yè)的兩種競爭情況，獨(dú)立需求和古諾競爭，給出了企業(yè)在面對不同競爭環(huán)境下的最優(yōu)減排決策，以及在不同競爭環(huán)境下碳排放的均衡價(jià)格，結(jié)論和管理啟示主要包含以下內(nèi)容：

第一，碳排放總量的大小直接決定了拍賣均衡價(jià)格的高低，碳排放總量越小，則碳排放權(quán)的拍賣均衡價(jià)格越高，反之則越低。

第二，產(chǎn)品單位碳排放量的逐漸減少，將會逐漸推高企業(yè)的碳拍賣均衡價(jià)格。這意味著，如果隨著整個(gè)社會對于單位碳排放使用效率的提高，那些對于單位碳排放所創(chuàng)造的收益較低的企業(yè)將面臨巨大的壓力，甚至被淘汰，從而能夠很好地借用市場的力量提高整個(gè)社會能源使用效率，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)調(diào)整。如火力發(fā)電將逐漸被核電、天然氣發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等較為環(huán)保的能源所替代。

第三，碳排放總量的下降可以提高單位碳排放的使用效率，但卻未必能促使單個(gè)企業(yè)做出更激進(jìn)的減排策略。這兩者之間并不矛盾，因?yàn)閷τ诤笳邅碚f企業(yè)選擇了減排雖然可以降低企業(yè)的單位產(chǎn)品碳排放，但卻將付出過大的減排代價(jià)，反而不能夠?qū)崿F(xiàn)單位碳排放的增值。

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