碳排放交易機制下碳排放量控制效率的經濟解釋

常 凱，王蘇生，徐民成

(哈爾濱工業大學 深圳研究生院，廣東 深圳 518055）

0 引言

當今溫室氣體誘發全球氣候變化及生態環境惡化已引起全球各國政府高度關注。大量溫室氣體排放到大氣中形成溫室效應，直接造成空氣污染嚴重、全球變暖、冰山融化、海平面上升、氣候惡化，直接或間接給社會造成巨大的經濟損失，因此溫室氣體排放具有較強的社會負外部性。全球各國政府正在積極探索適合本國國情的控制溫室氣體排放總量的模式與機制創新，最大限度地降低因氣候劇烈變化和生態環境惡化所引起直接或間接的經濟損失。

在中國快速工業化進程中，中國采用粗放型的經濟發展模式，逐步形成過分依賴化石燃料為主高碳密集的能源體系和產業布局，形成高碳鎖定效應。勞動密集型產業和高碳、高能耗的行業在中國產業結構中仍占有較大比例，單位GDP碳排放強度較高。隨著中國經濟高速發展，資源供求矛盾日益緊張，還有一些污染嚴重、高耗能、工藝落后的行業給中國生態環境和氣候惡化帶來巨大的挑戰。因此從經濟學角度揭示中國碳排放總量陷入技術鎖定和制度鎖定的復合制度體系，探索在碳排放交易機制下碳排放量控制的經濟效率等問題是中國政府亟需解決的關鍵問題。

1 高碳鎖定的經濟效應

1.1 高碳鎖定

“碳鎖定”的概念最初由Unruh.G.C發表在2000年《能源政策》中“理解碳鎖定”一文詳細地提出：工業經濟處在碳鎖定的狀態,尤其是鎖定在碳密集的化石燃料能源系統,這是由技術和制度共同演進的過程中路徑依賴的報酬遞增所引起的[1]。在工業化進程中，穩定成熟的化石燃料技術體系和穩固的制度體系促使中國的工業、交通、建筑等產業長期鎖定在化石燃料依賴型的能源技術體系，滿足居民消費的商品和服務也鎖定以高碳鎖定的能源技術體系，交通系統也鎖定在以化石燃料為基礎的基礎設施和汽車動力技術系統。

在現有制度體系上，以化石燃料為主的能源消費體系、工業體系及社會政治體系的法律和政策制度層面還處在主流地位，很難在短期內徹底打破穩固的技術和制度體系。政府、公共組織及私營企業、金融機構等經濟組織仍較偏好投資傳統的高碳鎖定的技術體系，由于支持性的制度體系、較低的運作成本及明顯的投資效益，高碳技術體系在市場競爭中仍具有強有力的競爭能力，因此現有的制度體系繼續偏好于高碳鎖定的技術和制度復合制度體系[2]。由于現代技術系統深深嵌入在制度結構之中,導致技術鎖定與制度鎖定的因素相互作用,加劇了技術鎖定。工業經濟處在高碳鎖定的狀態,尤其是鎖定在碳密集的化石燃料能源系統,這是由技術和制度共同演進的過程中路徑依賴的報酬遞增所引起的。技術和制度相互聯系、互相依存地存在于系統之中,一旦穩定的技術制度系統得以形成,就會要求保持穩定并抵制變化的發生[1]。由于受傳統化石能源賦存的制約和高碳消費偏好的影響，再加上低碳技術受到規模經濟、學習效率及推廣使用預期等不確定性因素制約，因此中國的工業、建筑、交通以及終端能源消費系統在今后將繼續鎖定在高碳為基礎的技術和制度體系中。

1.2 高碳鎖定經濟效應

碳排放和環境保護是一種公共利益訴求，具有公共物品的屬性，大氣中滯留大量碳排放量會誘使氣候變暖和環境惡化，因此碳排放存在社會負外部性效應。在傳統高碳鎖定的技術和體制系統下，碳排放至大氣中尚沒有實施管制，因而企業排放溫室氣體不需要額外承擔環境成本。假設某國家或地區只有兩個部門，即高碳部門和低碳部門。這里高碳行業部門指以消耗化石燃料如煤炭、石油和天然氣等含高碳密集的電力行業以及高能耗、高碳排放的產業，如交通、建筑以及鋼鐵、冶金、化工等行業；低碳行業指使用低碳或無碳技術的行業，如通過光合作用吸收CO2的森林、草地、農業，化石能源高效潔凈利用和可再生能源（太陽能、風能、水電、核能、生物能及潮汐能等）以及使用碳捕獲封存和IGCC等技術的燃煤發電廠等[3-4]?，F假設在完全競爭市場情況下，高碳行業和低碳行業的單個廠商產出及行業總產出如圖1所示[5]。

圖1 高碳行業單個廠商產出與行業總產出示意圖

在傳統的經濟體制和技術體系下，高碳行業內單個廠商因不需要承擔額外的環境成本，企業實際邊際成本（MCh）小于邊際社會成本(MSCh=MCh+MEC)，廠商實際產出qh大于社會理想產出q*h，因此廠商釋放出超額的碳排放量。從整個高碳行業看，高碳行業產品的實際市場價格因不需要承擔環境成本而遠小于產品的社會理想價格，高碳行業總產出Qh遠大于社會理想產出Q*h。在傳統的技術體系和經濟體制下，相對于低碳技術產業，高碳行業廠商因存在規模經濟、學習經濟、適應性預期和網絡經濟效應，具有項目運作成本低、管理效率高、投資效益顯著等較強的競爭優勢[1]。以電力行業為例說明：我國煤炭資源較為豐富，傳統燃煤發電技術早已進入大批量商業化運作階段，火力發電規模經濟和學習經濟的效益非常明顯，加上完善的火電輸送網絡配套及基礎設施，因此火力發電具有運作成本低、效率高、投資效益快等明顯的市場競爭優勢。低碳燃煤發電技術(如碳捕獲封存技術(CCS)和整合煤氣化聯合循環技術(IGCC))和可再生能源發電技術（水電、風電、核電及太陽能發電等）尚處在研究開發階段，尚未進入商業化運作，且項目運作難以形成規模經濟效應和學習效率，缺乏相應的輸電配送網絡設施，因此新興的可再生能源發電和低碳燃煤發電的技術在電力市場中缺乏一定的競爭能力。

2 碳交易機制下碳排放控制效率

溫室氣體排放和環境保護是一種公共利益訴求，具有公共物品的屬性，存在外部性效應。大氣中滯留大量碳排放量會誘使氣候變暖和環境惡化，因此碳排放量會產生負的社會外部性。在碳排放交易機制下，企業通過碳排放權補償或轉讓交換，將碳排放權通過碳市場交易機制迫使企業將負的外部性成本轉為內部化。根據科斯定理，碳排放控制過程中將碳排放權賦予特定的產權，引入市場機制激活碳排放控制的市場效率，將碳排放控制外部性內在化，利用市場機制和激勵機制激勵個體企業共同實施碳排放控制的實質性行動。碳排放交易機制是國際上公認的高效率和低成本的碳排放控制機制，碳排放價格信號是一種最有效的市場信號，將政府管制與市場機制有機結合起來，借助市場機制和經濟規律實現碳排放控制目標。

設碳交易市場各參與主體的信息是完全對稱的，即政府、買方、賣方、交易場所及中介機構等各交易主體之間信息是完全對稱的，產品要素市場及碳交易市場都是完全競爭市場,企業提供的產品都近似看成同質的。高碳部門有i個企業，i∈ [1、2……、M],企業產量為qi，產品價格為pi，碳排放量為ei，且ei隨qi增加而遞增，即單位產品碳排放率；第i個高碳企業生產成本是即C(qi,ei)=qiC(1,ri),且滿足高碳部門企業的總產量碳排放量為

低碳部門有j個企業,j∈[1、2、……、N],其產量為qj,產品價格為pj，碳排放量為ej,并且ej隨qj增加而遞增，即單位產品碳排放率rj=ej/qj。低碳部門企業的總產量，碳排放總量為由于假設整個社會只有兩個部門，即高碳部門和低碳部門碳排放總量

現政府采用碳排放上限設定與總量控制方法控制碳排放總量，設在規定期限內政府實現目標碳減排率為α，那么政府對碳排放控制的目標總量為α×E。政府根據兩個部門總產量和碳排放總量計算單位產量所排放的碳排放率：

政府根據β給高碳和低碳部門的i和j企業分別設定碳排放基線標準為×rj×qj。高碳部門企業實際碳排放總量即企業實際碳排放總量超過政府設定的碳排放量基線標準，通常有兩種途徑實現碳排放量達標，一是履行期限屆滿時，企業直接從碳排放市場購買缺口的碳排放配額；二是在履行期限內積極使用低碳技術降低碳排放量。由于低碳技術存在學習效應，單位碳排放成本隨低碳技術應用逐步熟練，其單位碳排放成本是呈現下降趨勢[7]。當單位碳排放成本高于碳排放價格時，企業追求利潤最大化就會直接從市場上購買短缺的碳排放量，以實現碳減排量目標，否則企業將會受到政府嚴厲的經濟懲罰以及信譽損失等各項經濟損失。低碳部門企業實際碳排放總量ej＜，企業可以將剩余的碳排放量經政府認證碳排放配額出售給有碳減排需求的企業，以獲取額外的經濟收益。那么兩個部門企業利潤分別為：

高碳部門企業利潤

低碳部門企業利潤

方程(2)說明政府實施碳排放量管制后，高碳企業因碳排放總量超過政府設定碳排放標準，當單位碳排放成本高于碳交易價格時，企業購買短缺的碳排放量，因此高碳企業因增加額外的環境成本而降低企業的經濟利潤。由于企業購買碳排放權將碳排放的社會外在性成本有效地轉為內在性成本，使企業的邊際成本MC=C(1,ri)+min(cei,P)×ri×(1-β)，與碳排放管制政策前相比，其邊際成本增加額外的環境成本。如圖2所示：政府實施碳排放管制政策后，高碳企業由于額外單位環境成本使邊際成本曲線從MCi1平行向上移動至MCi2，由得知pi=C(1,ri)-min(cei,P）×ri×（1-β)時，若實現利潤最大化，此時企業將最優產量從qi1降低到qi2[7]。方程（3）說明低碳部門企業由于碳排放量低于政府設定碳排放標準，企業可以將剩余的碳排放配額拿到碳交易市場出售以獲得額外的經濟收益，可以彌補較高的生產成本缺陷。如圖3所示，低碳企業邊際成本曲線MC=C(1,rj)-P×rj×(1-β),與碳排放管制政策前相比，其邊際成本曲線減少P×rj×(1-β)，即邊際成本曲線從碳排放管制前的MCj1向下平移至MCj2[8]。有得知pj=C(1,rj)-P×rj×(1-β)，若實現利潤最大化，此時低碳企業的最優產量從qj1增加至qj2。

圖2 高碳企業

圖3 低碳企業

下面分析在實施碳交易機制后高碳和低碳部門的碳排放總量的變化。如圖4所示：高碳部門企業因碳排放總量ei超過政府設定的碳排放基準量因此高碳企業是碳排放交易市場的需求方，高碳部門從碳交易市場中購買的碳排放總需求量為當碳市場交易價格低于企業的單位碳排放成本時，即P≤cei,企業追求利潤最大化就會從碳交易市場購買缺口的碳排放量。但當碳市場交易價格高于企業實施碳排放技術的單位碳排放成本時，即P＞cei時，企業積極推廣使用低碳技術，努力降低碳排放總量[9]。通過碳排放交易，企業被迫進行低碳技術革新，以實現政府設定碳排放量目標。由于高碳企業持續不斷地縮減碳排放量，高碳行業釋放碳排放總量減少。

如圖5所示：低碳企業實際碳排放總量遠ej低于政府設定的基準碳排放量，低碳部門企業是碳排放交易市場的供給方，低碳部門出售碳排放權配額總量為-ej)，且碳排放供求總量趨于平衡，即-ej)。低碳企業因轉讓剩余碳排放配額獲得額外經濟收益，不僅有更多動力和資金從事低碳技術的革新與推廣應用，擴大產能以減少碳排放總量。因即碳交易市場碳排放配額交易的供求總量趨于平衡，從而政府實現將碳排放總量控制在碳排放目標總量水平上。通過碳排放交易，高碳部門企業因承擔額外的環境成本，驅動企業不斷開發和推廣使用低碳技術，以便降低碳排放總量；低碳部門企業因轉讓剩余碳排放配額而獲得額外環境收益，驅動企業投入更多資金和精力從事低碳技術的推廣應用，提供更多的碳排放權配額。

圖4 高碳企業

圖5 低碳企業

3 總結

在中國工業化進程中，中國工業、建筑、交通及終端能源消費均鎖定在高碳密集的化石燃料能源系統,這是由技術和制度共同演進的過程中路徑依賴的報酬遞增所引起的。由于受傳統化石能源賦存的制約和高碳消費偏好的影響，在傳統的技術體系和經濟體制下，高碳行業廠商因存在規模經濟、學習經濟、適應性預期和網絡經濟效應，具有運作成本低、經營風險低、管理效率高、投資收益高等市場競爭優勢。由于低碳技術受到規模經濟、學習效率及推廣使用預期等不確定性因素制約，因此中國工業、建筑、交通以及終端能源消費將繼續鎖定在高碳為基礎的技術和制度體系。

根據科斯定理，碳排放控制過程中將碳排放權賦予特定的產權，將碳排放控制外部性內在化。在碳排放交易機制下，政府引入市場機制激活碳排放控制的市場效率，將政府管制與市場機制有機結合起來，推動社會資金從高碳部門向低碳部門流動，提高資源配置效率，從而實現高效率和低成本的碳排放控制模式。在碳排放交易機制下，高碳企業因承擔額外的環境成本，驅動企業不斷開發和推廣使用低碳技術，盡可能降低環境成本；同時高碳企業因承擔環境成本導致最優產出下降，因此高碳行業降低碳排放總量。低碳部門企業因轉讓剩余碳排放配額而獲得額外環境收益，促使社會資金流向低碳行業，驅動企業投入更多的資金和精力推廣使用低碳技術；低碳企業因獲得環境收益導致最優產出增加，提高社會資源配置效率，向高碳企業提供更多的碳排放配額。

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