區域排污權交易系統監管機制均衡分析*

金 帥 盛昭瀚 杜建國

(南京大學工程管理學院，江蘇南京210093)

區域排污權交易系統監管機制均衡分析*

金 帥 盛昭瀚 杜建國

(南京大學工程管理學院，江蘇南京210093)

有效的監管體系是發揮排污權交易制度優越性的根本前提。針對目前我國長期以來環境執法中“兩高一低”的困境，本文通過構建管制者與排污企業之間的兩階段動態博弈模型，分析了排污權交易條件下企業的經營決策，包括生產、削減、違規與許可證交易等，進而從監管力度、許可證分配、違規處罰結構三方面，對有效實現總量控制目標的最優監管機制進行研究。結果表明:在嚴格依據總量控制目標的前提下，社會福利最大化與管制成本有效的監管機制目標一致;然而，管制者的執法收益應當得到足夠警惕，在低執法收益下，社會最優的監管策略是采用邊際處罰線性或遞減的懲罰結構，設定足夠的監管力度以激勵企業守法排放;而當執法收益過分大于制裁成本時，任何追求成本有效的監管機制都會使制度流于形式。此外，在企業微觀信息未知的情況下，結論依然具有指導意義。最后，結合結論對我國排污權交易監管現狀進行了初步探討。

排污權交易系統;監管機制;懲罰結構;最優策略

排污權交易是在污染物總量控制基礎上進行的經濟激勵與直接管制相結合的減排手段［1］。這種基于市場的環境經濟政策，不但在美國等發達國家環境管制中由理論構想變為現實，而且還構成了國際公約《京都議定書》的核心減排機制，繼而引發全球范圍的高度重視。自從1997年我國在本溪與南通開展試點工作，排污權交易已陸續在山東、河南、江蘇等眾省市如火如荼地應用到污染控制領域。2009年國家環保部還明確表示在太湖流域全面推行交易試點工作，向水污染物排放交易發出挑戰。但是，我國實施排污權交易的環境與發達國家還存在明顯的不足與差異，例如，資源欠缺導致監測能力有限的問題依然嚴峻、行政執法職能逐級授權但尚未建立垂直統一的監管體系、管理部門制裁成本大、行政理性強于理論意識、決策過程隨意等，使得“守法成本高、執法成本高、違規成本低”的困境依然制約著該政策在我國的完善與推廣。早在上世紀七十年代美國就對環境規制的高社會經濟成本進行反思，進而基于成本－收益分析研究管制科學性的方法備受重視［2］。作為發展中國家，我國經濟發展與人口激增帶來的環境壓力愈來愈大，相比之下能投入的環保資源卻甚為缺乏。因此，研究行之有效的排污權交易監管體系是具有現實意義的應用研究課題。在理論研究方面，Downing與Watson最早提出環境政策實施的理論模型［3］。Harford重點研究了不完全可實施排污標準與稅收下的企業行為［4］。排污權交易的不斷推廣也吸引了國內外眾多學者探討該政策下的企業行為與政府管制研究。例如，Malik研究了企業違規行為對市場效率的影響。結果證實，違規行為會影響許可證價格，進而影響其他企業行為，因此設計良好的交易機制必須考慮企業的違規動機［5］。Keeler則對不完全實施條件下，排污權交易和排污標準的效率進行比較，并發現當邊際處罰加重或減輕時，企業會更多地污染環境;當邊際處罰不變時，排污權交易更能提高市場效率［6］。進而，Stranlund重點研究存在預算約束的管制者如何在異質企業之間分配資源來監督和處罰違規企業，并建議在實施監督時應注重企業外部特征分配資源［7］。van Egteren等則應用市場勢力模型分析了初始許可證對違規行為的影響，提出政府可利用初始分配來控制廠商的市場勢力與違規行為［8］。進而在此基礎上，陳德湖等還分析了存在交易成本的市場中廠商行為與政府管制問題［9］。李芳等運用兩階段博弈模型，探討特定處罰下違規行為的控制機制，發現管制者要提高控制的時效性，且實施有效控制的要素存在優先順序［10］。但是，以上研究成果主要集中在討論企業違規行為的影響及其控制等方面，并未對成本有效的監管體系建設進行深入研究。本文將通過構建由一個管制者與多個排污企業組成的博弈模型［11］，在分析企業生產、削減、違規排放及許可證交易等最優決策的基礎上，從監管力度、懲罰方案與許可證分配三方面，重點研究實現總量控制目標的最優監管機制設計。希望該嘗試對排污權交易在我國的完善與推廣有借鑒作用。

1 基本假設與參數

本文采取的分析框架如圖1所示。并結合實際情況，作出如下假設:

(1)由于完善的污染總量核算體系應納入社會、經濟與環境等因素，得到實現三者效益統一的總量目標，管制者的基本職能是確保其實現;而且，目前在我國經濟發展優于環境保護的行政意識依舊嚴重，管制者并沒有過分改善環境的誘因。

(2)現實中對環境執法面臨巨大的制裁成本［12］，包括懲罰與收繳罰金等相關的行政成本、調查取證與立案審查等帶來的潛在成本以及因尋租行為而喪失的隱性成本等，故假定制裁成本與罰金線性相關。

(3)管制者雖然理論上為實現公共利益而存在，但現實中依然無法擺脫“經濟人”的利益傾向。以太湖流域排污權交易為例，由于流域面積廣大，事實上江蘇、浙江與上海三地分別實施，執法職能被授權給各地環保部門，但即便在省市級也未建立垂直統一的監管體系。面對執法所得以及合謀等可能帶來的收益，管制者難免利益主體化，這在發展中國家是非常普遍的現象［13］。

本文所涉及的主要參數符號匯總如下:

圖1 排污權交易系統監管機制分析框架Fig.1 Analysis Framework of Supervision Mechanism in Emissions Trading System

N:排污權交易系統中企業數量;

E、L:分別為區域污染排放上限即許可證分配總量，則有效實施必須先滿足L≤e1、ai、vi、、li:分別為企業污染產生量、削減量、違規排放量及許可證初始分配量與持有量;

E、A、V:分別為區域污染生成總量、削減總量及違規排放總量;

bi(ei):企業產品收益函數，bi'＞0＜0;

ci(ai):污染削減成本函數，ci'＞0＞0;

p:許可證市場價格;

πi:管制者對企業i的監管水平，0≤π≤1;

F(v):違規排放處罰函數，f(0)=0，F'(v)≥0;

μ、β、γ:分別為對每個企業進行監控所耗費的成本、收繳單位罰金的期望制裁成本與執法收益。

2 基本模型建立

在目前監管體系下，環境管制者無法擁有企業實際排污信息的完全知識，因而企業趨利性本質與污染治理的外部性決定了其生產及污染治理決策建立在各種方案的成本收益分析之上。而管制者的監管策略也應是在對社會、經濟、環境等方面影響的權衡下設計的。

對于任意企業i，其產品生產帶來的污染物主要有三種處理渠道:自身污染削減量ai、持有許可證對應的合法排污li及違規排放量vi。則守法企業為達總量控制目標，須ei≤ai+li;而對于違規企業，ei=vi+ai+li。假定許可證不能借貸或存儲，但可以通過市場自由交易。則企業一旦存在許可證剩余，可通過賣出富余或降低削減量節約治污成本。故對于任何理性企業，ei=li+ai+vi。由此可見，企業決策制定需要在生產收益、削減成本、許可證價值及違規成本之間權衡。故其凈收益可描述為

對于管制者，如果區域內存在違規行為，其一方面可通過使L≤－V確保目標實現，另一方面也可通過提高πi或F(v)迫使企業守法排放。然而，根據對現實環境執法過程的分析［14］，管制必然給其帶來可能巨大的成本，包括區域監測成本、制裁成本、執法收益，期望管制成本TE(v，π)=(β － γ)πiF(vi)+ μπi，其中，v=(v1，v2，…vn)，π=(π1，π2，…πN)。進而，監管機制設計中需要綜合考慮經濟效益B(E，L)、社會治理成本C(A，L)及管制成本TE(v，π)等，以實現區域福利最大化。故管制者效用函數為

因此，管制者與排污企業之間是一個動態博弈過程。首先管制者選擇L、π與F(v)，在實現總量目標的同時，最大化社會福利;而企業基于πi與F(v)，制定凈收益最大化的經營決策。所以，該問題采用逆向歸納思路［11］解決。即，首先分析特定πi、F(v)下，企業最優經營決策:

進而，在考慮企業最優反應的基礎上，設計實現社會福利最大化的監管機制:

3 企業決策行為分析

基于特定πi與F(v)，企業分兩步決策，首先決定守法是否成本有效，然后再制定具體方案。若企業選擇達標排放，則 ai+li=ei，vi=0，代入式(1)，由其一階條件知，企業最優決策滿足bi'(ei)=p，ci'(ci)=p;但若選擇違規，則ai+li+vi=ei，vi＞0，此時，式(1)的一階條件為

因為目標函數是嚴格凸函數，且約束條件為線性，因此能夠得到唯一的關于(ei，ai，vi)的最優解。由式(4)可知，當πi=p/F'(v)時，企業最優違規量為v。進而可得，企業守法的監管水平閾值為

當πi＞p/F'(0)時，守法排放是企業的最優決策;而當πi＜p/F'(0)時，企業違規量

式(7)是企業衡量自身違規量成本有效的重要標準。它表明，企業違規決策取決于許可證價格與政策變量等外部因素，而與自身微觀特征無關。所以，即便有預算約束的管制者也不能依據企業微觀差異而設定差異化監管策略。式(3)、(4)結合可得，

式(5)、(8)表明，企業的生產決策與削減決策都是保持其產品邊際收益與削減邊際成本和許可證市場價格相一致，并且都不受監管策略與懲罰方案的影響。

結論表明，排污權交易系統中的企業行為特征與命令－控制手段下截然不同。在后者，面臨高削減成本或嚴格排放標準的企業存在更大違規動機，進而，企業內部特征是固定標準等制定的關鍵因素［7］。而排污權交易系統中，許可證價格將企業生產、削減以及違規等決策緊密聯系在一起，并成為企業衡量自身決策成本有效的重要標準。通過交易，許可證直接從治理成本低的企業流向治理成本高的污染者，降低社會治理成本;同時，資源也間接地定向流動到生產收益更高的企業，提高資源利用率與社會資本。這是排污權交易區別于命令－控制手段的顯著特征。而許可證價格在其中同時履行著價格的配給與分配功能［16］。

4 管制決策目標分析

通過以上分析，管制者可以推斷在特定監管力度與懲罰方案下企業的最優決策，因而可在確保總量目標實現的前提下，進行監管機制設計，使區域社會福利最大化。

定理1 若監管機制滿足L*=－Nv*，π*=p/f'(v*)，v*＜/N，則 p*、E*、A*為常數。

由此可知，只要管制者嚴格按照總量控制目標分配許可證，則區域污染治理成本與經濟效益只與環境容量有關，并不受任何備選管制策略的影響。進而，福利最大化的監管機制設計實質上只需要實現管制成本有效。進而，管制者最優誘導違規量是下式的解

通過式(9)可以看出，管制者需要尋找在減少監控成本與增加制裁成本、執法收益之間均衡的監管機制。如果允許違規行為并不能降低管制成本，則需迫使企業合作守法，L*=;如果最優機制設計需要管制者誘導企業違規排放定量污染，則L*+Nv*=。但須滿足v*≤/N，否則，排污權交易最終會淪為變相的排污收費制度。

5 最優監管機制分析

記L為(9)的拉格朗日方程，則管制者確定最優誘導違規量的一階條件為

把懲罰函數用其二階泰勒展開式近似表示，即F(v)≈a+bv+cv2，其中，a=0，b=F'(0)，c=F*(0)/2。由于0＜π≤1，故有效的懲罰方案須滿足b+2cv*≥p。以下分四種情況分析管制者所面臨的懲罰結構:

策略1 邊際處罰固定策略，即F(v)=bv，b≥p，c=0。此時，式(10)可轉化為Lv=p(β－γ)≥0

易知，只要(β －γ)≥0，則 Lv≥0，進而 v=0。而(β －γ)＜0時，目標函數單調遞減，管制者會從更大的誘導違規處罰中降低自身成本甚至盈利，當v*≥N時，排污權交易制度將名存實亡。

因而，在β－γ＞0時，該策略發揮作用，且最優機制設計為 π*=p/b，L*=，驅使企業守法排放。

策略2 邊際懲罰穩定遞增策略，即F(v)=cv2，b=0，c＞0。由式(3)與式(4)可知，2cπv=p。若 v=0，則 p=0，進而 a=0。結果矛盾。故 v＞0，且 L=iv=0。解得 v*=［μ/c(β－γ)］1/2。由于 v*＜N，所以，β－γ＞N2μ是最優解存在的必要條件，否則，排污權交易制度有效性無法得到保障。

所以，該懲罰結構決定管制者在機制設計中誘導一定違規量成本有效。最優設計設定π*=p/2cv*以誘導企業v*違規排放，L*=－Nv*。

策略3 邊際處罰遞增策略，即F(v)=bv+cv2，b＞0，c＞0。式(10)可轉換為

當(β-γ)b2≥2cμ 時，只有 v=0 才能保證式(12)成立，故Lv＞0。此時，最優機制設計是驅使所有企業達標排放，管制者宜設定π*=p/b，L*=。然而，由于0＜π≤1，依然需要保證b＞p才能達到預期目標。

策略 4 邊際處罰遞減策略，即 b＞p，且 b≥－2cmaxei，c＜0。此時，

因為 b2+2bcv+2c2v2＞0，所以，當 β－γ＞2cμ/b2時，Lv＞0，進而 v=0;當 β－γ =2cμ/b2時，若 v＞0，則 Lv＞0，式(11)不成立，同樣有 v=0，Lv＞0;而當 β－γ＜2cμ/b2時，由于目標函數單調遞減，管制者可從誘導更大違規量中獲得更多利益。

因而，當滿足β－γ≥2cμ/b2時，該策略下存在最優監管機制，為激勵企業完全守法排放，L*=，π*=p/b。

以上結果整理可得結論2:

結論2 不同懲罰結構決定了管制者的監管策略。當最優設計需要驅使企業守法時，懲罰結構需滿足(βγ)b2≥2cμ;而當最優設計需要誘導企業進行一定違規量時，懲罰結構則應滿足(β－γ)b2＜2cμ。

然而，管制者選擇激勵企業守法排放還是誘導違規關系到許可證供給量及最優監管水平的確定。因此，成本有效的懲罰結構還需在第一類策略(包括策略1、4和3中(β－γ)b2＜2cμ的情況)與第二類策略(策略2和3中(β－γ)b2≥2cμ的情況)之間選擇。

假定兩類策略在相同的監管力度^π下實施，則所有備選策略下的監測成本都等于Nμ^π。由于第一類策略中b0=p/^π，則期望處罰為零，進而TE0=Nμ^π;而在第二類策略下，bv+2cvv=p/^π，v＞0，則期望處罰大于零，TEv=Nμ^π+N(β － γ)(bvv+cvv2)。進而，TE0≤TEv。從以上分析可知，若第二類策略下存在最優解均須滿足β－γ＞0;第一類策略下，尤其是采用邊際處罰遞減的策略適用條件更寬，而且最優機制設計獨立于管制成本參數，僅與許可證價格有關。因此，可得結論3。

結論3 實現總量控制目標的社會最優監管機制設計為 π=p/b，L=，F(v)=bv+cv2，其中 b＞ p，(β － γ)b2≥2cμ，以激勵企業守法排放。

結論表明:①實現總量控制的最優機制設計是激勵企業守法排放。這并不是單純地設置更高的懲罰力度或監管水平，而是需要追求監管水平、處罰力度的統一。②當管制者存在高執法收益時，為防止其職能缺位，上級管理部門強制選擇邊際處罰遞減的懲罰結構，在一定程度上依然可束縛其朝激勵企業守法的方向努力。

6 最優管制機制的進一步分析

(1)違規處罰存在固定懲罰的情況，即a＞0。毋庸置疑，巨大的固定罰款額度可以對企業產生“嚇阻作用”，迫使其守法排放。若最優機制激勵企業守法，π=p/b，L=，F(v)=bv+cv2，則加入固定懲罰依然可保證企業決策不受影響。而若最優監管機制需要誘導企業違規排放，由結論1可知，企業最優違規量與a無關，但a＞0比a=0時卻加重了制裁成本負擔。因此，存在固定懲罰時，最優機制設計依然為激勵企業守法排放。

(2)由于良好設計的拍賣機制可以使競價者泄露自身的價值偏好，進而形成均衡價格，因此，管制者完全可把最近一次或多次有效的許可證拍賣價格作為機制設計的依據。所以，雖然模型中許可證價格的確定需要有企業產品收益與污染削減成本的完全信息，但在信息不完全情況下，只要能夠保證區域排污權交易系統中許可證市場價格形成的合理性，則最優機制設計依然只與價格有關，這是排污權交易區別于傳統行政手段的另一明顯特征。

(3)基于該特征，管制者還可將許可證市場價格直接整合，設計一種更優的監管機制。即管制者與企業約定懲罰依據為當期市場價格，F'(0)=Tp，T＞1。此時，監管水平為1/T，就可在保證企業守法的情況下實現成本有效。該機制不但能夠節約在設計過程中區域成本收益核算所耗費的大量人力與物力資源，還因不必定期對監測與懲罰方案等進行調整而保證了政策的穩定性。同時，它還使監管能力限制在動態經濟下不再成為制約監管的因素。現實中，在2003年美國清潔空氣法案中已經開始嘗試該機制［16］。但由于它需要市場價格不能偏離自身價值，因此無形中對市場機制的成熟度提出更高要求。

7 結束語

本文通過建立管制者與排污者間的兩階段博弈模型，從均衡視角對排污權交易系統監管機制進行初步探討。結論表明，排污權交易比傳統命令－控制手段相比具有明顯的差異性與優越性，實現總量控制目標的監管機制設計也相對簡單易行。國外實踐同樣表明，該政策在污染控制方面具有成本有效性高、管理成本低等特點，并成為總量控制下最具潛力的環境政策［17］。然而，我國現行監管體制卻對其推廣產生了嚴重的阻滯作用。

(1)監管能力不足的局面長期存在。在我國，尚未形成有效的公眾參與機制，環境保護責任及投資主要由政府承擔。然而，分稅制的實施使中央財政能力得到有力加強的同時，卻造成地方政府事權與財權的不匹配;上級轉移支付卻由于立法不完善、時效性差、隨意性大等原因，不能真正緩解地方財政困難;以GDP為主導的晉升考核激勵體系，驅使地方政府專注于經濟發展，而對監管能力建設投入相當有限且缺乏動力［18］。進而，經費不足、監測設備緊張、技術人員缺乏等現象普遍存在，尤其在基層部門。

(2)現行法律法規對環境違法行為的處罰強度與監管能力脫節。其一，環境立法違法行為處罰過輕。如《大氣污染防治法》及《水污染防治法》等處罰依據都對罰款數額進行雙重限定，嚴重影響了執法力度;其二、環保部門處罰方式以罰款為主，而關停等具威懾力的處罰決定權在地方政府，后者更多受區域經濟利益驅動;其三，環保部門缺乏直接強制執行手段，制裁成本過高，很多違法行為得不到應有懲罰。據相關統計，我國企業環境違法成本不及治理成本的10%，尚不及環境損害成本的2%［18］。

(3)懲罰結構對監管成本有效具有深刻影響，而環保部門一再強調加大懲處力度的同時，眾多實施細則中罰則不清卻是一直被忽視的重大缺陷。這使管制者的懲罰結構選取各異，進而影響其對違規行為的態度及監管水平的選擇。并且，在目前環保資源缺乏但未形成垂直統一監管體系的情況下，通過加大執法所得留存比例來彌補地方部門資源不足的方法確實值得上級部門的審慎思考。

(4)排污權交易作為我國環境規制中一項新的制度安排，存在著制度變遷中的路徑依賴問題。在監管方面，管制者還未意識到排污收費與排污權交易下企業行為特征的顯著差異;在處罰力度上，許多行政細則仍依據排污費制定懲罰標準，而目前偏低的排污費征收標準不能充分反映治污成本和環境資源損失;注重初始分配市場的構建，而合理的許可證價格形成機制尚未確立，以至于價格機制還不能對企業環境友好型經營發揮經濟激勵作用;總量控制落實不到位，違規者繳納排污費與罰款即可獲得事實上的排污權;等。在多方面影響下，區域內企業無法樹立起排污產權觀念，制度實施一直受排污費等行政管制手段的刺激和慣性，阻礙了自身的發展。

不可否認，現實中排污權交易系統是一個由眾多具有智能性與適應性的異質主體組成的復雜系統，經驗驅動的行為偏差與架構效應以及要素之間非線性交互結構，使其長期演化具有不穩定性與多態均衡。政策本身的復雜性、實施效果的滯后性、系統演化的不確定性以及過程的不可逆性等原因使得政府對該政策一直持謹慎態度。因此，本文對排污權交易監管機制的一般均衡分析，還是下一步應用計算實驗方法［19］，從動態復雜性、有限理性視角對復雜系統進行深入細致研究的理論基礎。

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AbstractEffective supervision is the prerequisite for enforcing emissions trading programs to exert its advantages.Addressing the persistent predicament in environmental law enforcement in China，by constructing a two-stage dynamic game of regulator and polluting firms，the optimal supervision mechanism to achieve a fixed aggregate emissions target cost-effectively in emissions trading system is studied，including supervision level，the aggregate supply of permits and penalty shape.The results show that，the enforcing benefits should be paid more attention.When enforcement benefits are smaller，inducing full compliance with a linear or decreasing marginal penalty and setting adequate supervision level is cost-effective.However，when enforcing benefits are excessively larger than sanctioning costs，emissions trading system would become a mere formality.Finally，the results hold without any knowledge of firms’private information，and recommendations are made when combining the results with the status of environmental supervision in China.

Key wordsemissions trading system;supervision mechanism;penalty shape;optimal strategy.

Study on Supervision Mechanism in Regional Emissions Trading System

JIN ShuaiSHENG Zhao-han DU Jian-guo
(School of Management and Engineering，Nanjing University，Nanjing Jiangsu 210093，China)

F205，X32

A

1002－2104(2011)03－0014－06

10.3969/j.issn.1002－2104.2011.03.003

2010－07－28

金帥，博士，主要研究方向為計算實驗與環境經濟政策。

*國家自然科學基金資助項目(No.70731002);教育部博士點科研基金資助項目(No.20090091110001)。

(編輯:于 杰)