中國各省份二氧化碳

黃文若 魏楚

[摘 要]本文利用環境方向性距離函數估計了中國29個省（市、區）1995-2007年間的二氧化碳影子價格與包含環境因素在內的生產率。測算結果表明，經濟發展水平較高地區的二氧化碳影子價格與環境生產率值都要顯著高于經濟欠發達地區。二氧化碳影子價格在制定碳稅政策方面有著重要的參考價值。在充分考慮各地區二氧化碳減排成本及全國減排總成本的基礎上，政府部門需根據不同的政策意圖來制定相應的減排措施：在以碳排減數量為目標時，考慮到大部分的碳排放集中在經濟發達地區，應對高影子價格地區實行較為嚴格的限制措施；在以最小化碳減排帶來的經濟損失為目標時，應讓低影子價格地區承擔更多的減排指標，并由高影子價格地區對其進行補貼；而不同地區間二氧化碳影子價格的差異性，說明“一刀切”的碳稅稅率無法完全實現其政策意圖。

[關鍵詞]低碳經濟；影子價格；方向性距離函數；碳稅

[中圖分類號]F062.2 [文獻標識碼]A [文章編號]1674-6848（2012）02-0070-09

[作者簡介]黃文若（1987—），女，浙江溫州人，浙江理工大學經濟管理學院、生態經濟研究中心碩士研究生，主要從事低碳經濟研究；魏 楚（1979—），男，湖北荊州人，浙江理工大學經濟管理學院副教授、生態經濟研究中心秘書長，主要從事能源與低碳經濟學研究。（浙江杭州 310018）

[基金項目]國家社會科學基金青年項目（10CJY002）、教育部人文社會科學基金青年項目（09YJC790246）、中國經濟改革研究基金會2010年招標項目“資源價格及財稅體系改革與低碳經濟的發展”的階段性研究成果。

Title: An Analysis of Shadow Price of Carbon Dioxide in China: Based on a Regional Perspective

Authors: Huang Wenruo & Wei Chu

Abstract: By using environmental directional distance function and data from 29 provinces (cities or districts) of China between 1995-2007, the shadow price of carbon dioxide and productivity including environmental factors are estimated. The results show that the highly developed regions seem to have higher shadow price of carbon dioxide and be more effective than the less developed regions. Shadow price of carbon dioxide plays an important role in the formulation of tax policy. Governments should focus on their main targets. If they want to reduce the amount of carbon emission, they could put more stringent restrictions on areas with high shadow price of carbon dioxide because most carbon emissions come from there; when it comes to minimizing the economic losses caused by the reduction of carbon emission, they should let the low shadow price of carbon emission areas take more responsibility. Considering the differences among regions of China about their shadow price of carbon dioxide, its policy intentions can not be fully achieved by adopting the carbon tax rate across the board.

Key words: Low-carbon economy; shadow price; directional distance function; carbon tax

一、引言

二氧化碳等溫室氣體排放所導致的全球氣候變暖問題已成為國際共識，如不進行強制性的碳排放干預，將使地球生態環境惡化，進而影響人類自身的生存與發展。中國是碳排放大國，承受著沉重的國際壓力。以歐美為首的西方發達國家提出了“將中國納入到世界碳減排指標體系中去”的要求，如果這一要求付諸實施，將對中國未來經濟的發展產生巨大影響。因此，在我國大力建設環境友好型社會的特殊時期，需要將碳排放量主動納入到經濟環境的發展指標中去，在國際社會的碳減排指標尚未強加于我國之前，急需提出符合我國國情的碳減排政策主張。

實行碳排放管制后，企業將逐漸承擔溫室氣體的控制和減排成本，甚至可能減少工業產出，這些都將導致經濟利潤的降低，并對整個社會的經濟增長帶來影響。如征收碳稅在帶來碳排放量及能源消費下降的同時，也將使經濟增長率、就業率、消費和投資水平出現不同程度的下降，①給經濟增長造成一定的抑制，且碳稅水平越高，GDP的損失也越高。因此，測度減少碳排放所引致的邊際產出降低的經濟成本，是一個非常重要的現實問題，這對碳稅稅率水平的確定具有重要的參考價值，將為政策制定者提供可靠的理論依據。

碳減排過程中的經濟成本往往用“影子價格”來描述，但由于生產過程中排放的二氧化碳本身不具有市場交易的性質，因此難以直接從市場上獲得其價格信息，于是本文采用國際上比較通用的環境方向性距離函數方法來估量二氧化碳的潛在價格，以此得到單位碳減排所帶來的經濟成本。由于我國各地區經濟發展水平的不平衡，為經濟增長所付出的環境代價也不盡相同，所以對全國各省（市、區）分別進行二氧化碳影子價格的估計，將有助于全面了解我國的碳減排實際情況。

二、影子價格的概念與文獻回顧

在純粹的市場經濟條件下，企業在生產過程中排放廢棄物，出現了企業的私人成本與社會成本的不一致性，于是產生了負外部性。一旦政府對企業的排污行為進行管制與約束，企業將承擔起治理污染的外部成本，其產值與利潤將會下降；如果沒有環境管制，企業不必考慮治理污染的外部成本，將會生產更多的產品，其產值也將增加，這兩者間的產值差額即可稱之為污染物的消減成本。

如果將企業生產活動中污染物的排放和經濟產出分別視為兩種產出：前者為非合意產出（也稱“壞”產出），后者為合意產出（也稱“好”產出）；那么該污染物的影子價格就是放棄1單位污染所增加的產出，或增加1單位污染所減少的產出（考慮到單位污染物產生的同時所帶來的治理成本）。換言之，污染物的影子價格就是消減單位污染的邊際成本。利用污染物的影子價格，能測度出污染物排放變化對經濟產出的邊際效應，從而為制訂合適的環境管制政策、引導企業進行低污染的生產活動提供依據。

由于污染物不存在真實的市場價格，因此測算影子價格需要運用一些特殊的方法。現有文獻中常用于解決污染物影子價格的方法主要有兩種。一種是基于參數化模型的方法。它首先估計出包含污染因素在內的環境生產函數的具體參數形式，然后對環境產出函數求偏導數得到污染變化的產出邊際效應；①或是利用產出距離函數與收入函數之間的對偶關系（duality），推導出參數形式的污染物排放的影子價格。②另一種則是利用非參數化的方法。它較少依賴于對函數形式的假定，而是通過數學線性規劃技術（如DEA）計算環境生產前沿函數，并進一步基于跨期的環境生產前沿函數來測算污染排放對前沿產出的邊際效應。③陳詩一則同時運用參數化和非參數化兩種方法度量二氧化碳影子價格，并由此得出基本相似的結果。④

參數化方法的模型發展主要經歷了兩個階段。第一階段從20世紀90年代開始，學界開始采用距離函數來包含環境產出，并推導出非合意產出的影子價格。⑤基于參數化的產出距離函數模型，Fre等人利用Pittman⑥的數據，對1976年美國威斯康辛州和密歇根州30家造紙廠的效率進行了評價，并對生產中產生的生化需氧量（BOD）、總懸浮顆粒物（TSS）等非合意性產出的影子價格進行了測算。⑦Coggins和Swinton同樣采用產出距離函數，計算了威斯康辛州14個火力發電廠的技術效率和二氧化硫影子價格。⑧Hailu和Veeman利用包括合意性和非合意性產出的參數化投入距離函數，構建了包含環境敏感因素在內的生產率，并構建出基于投入角度的Malmquist指數和影子價格模型，并利用加拿大1959-1994年造紙業時間序列數據進行實證研究。⑨影子價格估計結果表明，廠商污染控制的邊際成本隨著時間的推移在不斷地上升。

此后發展而來的方向性距離函數使得該領域的研究更加深入，此為第二階段。Chung等人詳細說明了方向性距離函數在增加合意產出的同時縮減非合意產出時的最優邊界確定，并以此構建了Malmquist-Luenberger指數，為環境管制下的生產率研究提供了新的思路。①隨后許多學者沿用了這種新方法。Lee等人利用1990-1995年韓國43家發電廠的面板數據、方向性距離函數及DEA方法，對發電產生的各項污染如硫化物（SOx）、氮氧化物（NOx）、總懸浮顆粒物（TSP）的影子價格進行測算。②Fre等人運用方向性距離函數分別用確定性參數法和隨機前沿法對1993年和1997年美國207家火電廠的二氧化硫影子價格進行了計算。③

參數化估算方法在模型估計、解釋方面有許多優勢，特別是采用方向性距離函數形式的環境生產函數，通過預設函數中未知參數的求解，能較為直觀地得到環境生產函數，且該函數能夠利用數學方法計算得到影子價格的信息，被廣泛運用于影子價格的計算和環境生產率的測定。因此，利用方向性距離函數這一工具，對于構建環境生產前沿函數具有重要意義。

三、方向性距離函數及影子價格的推導

方向性距離函數的理論模型是Chung等人提出的，他們在對瑞典紙漿廠進行研究時，詳細闡述了如何利用方向性距離函數來進行生產率的研究。④方向性距離函數與普通距離函數的區別在于對好、壞產出聯合生產時的假設不同。普通距離函數只考慮好產出的擴張，而方向性環境距離函數在考慮好產出增加的同時，還要減少壞的產出。通過對基于方向性距離函數的環境生產函數求偏導，即可解得污染物（即壞產出）的影子價格。

假設各個生產部門的投入向量，好、壞產出向量，，在一定生產技術條件下：P（x）={（y, b）: x can produce （y, b）}，它有以下兩個特性：

（i）壞產出的弱處置性：當（y, b）∈P（x），0≤θ≤1時，（θy, θb）∈P（x）；

好產出的自由處置性：當（y, b）∈P（x），y≤ y時，（y, b）∈P（x）；

（ii）聯合生產（好產出）：當（y, b）∈P（x） 時，如果b=0，那么y=0。

方向性距離函數需構造一個g=（gy, gb）的方向向量，且g∈RM×RJ，該向量將用以約束M個好產出與J個壞產出的變動方向與變動大小，即約束規定路徑上增加好的產出量與減少壞的產出量。于是，方向性產出距離函數可以定義為：

(1)

β表示與前沿生產面上最有效的單元相比，給定單位好產品（壞產品）可以擴大（縮小）的程度。如果β等于0，表示這個決策單元處于前沿生產面上，即是最有效率的。β值越大，表示該決策單元好產出繼續增加的潛能較大，同時壞產出繼續縮減的空間也較大，表明其效率越低。

關于求解方向性距離函數的方法，可以采用參數化或非參數化的方法。這里引用Chung提出的參數化的超對數函數（translog）方法，⑤選取方向向量g=（1,-1）①。假定k=1，…，K代表不同的觀測樣本，于是方向性距離函數的參數形式為：

參數方程求解是基于線性規劃的思想，即最小化各觀測值到邊界的距離和。

(3)

s.t.

目標函數是為了最小化所有樣本點到邊界線的偏離值，而約束（i）保證了每個樣本在前沿之上或者前沿之下，約束（ii）和約束（iii）分別保證了合意性產出和非合意性產出遞減與遞增的單調性，約束（iv）對投入也進行了遞增的單調性約束，約束（v）滿足了方向距離函數的轉換特性，而約束（vi）是對稱性約束。

通過上面的線性規劃估算出各個參數后，就可以對方向性距離函數求一階偏導數，得到非合意產出相對于合意產出的影子價格：

(4)

其中，觀察到的合意產出的價格r y作為標準化價格，因為合意產出具備可觀測、市場化的價格，而rb即為非合意產出的絕對影子價格。②

四、變量說明與估計結果

本部分利用1995-2007年的時間序列數據，通過“兩投入、兩產出”的環境生產函數進行中國分省（市、區）二氧化碳影子價格的估計。其中，“兩投入”為資本與勞動力，“兩產出”中好產出為GDP，壞產出為二氧化碳排放量。中國31個省（市、區）中，由于西藏的數據缺失，故沒有包含在內，而重慶則是加總到四川省進行估算，所以最終以29個省（市、區）為研究對象。

各變量的描述性統計見表1，說明如下：

（1）資本存量。一般用“永續盤存法”來估計每年的實際資本存量，此處主要參考了張軍等人已有的研究成果，③并按照其公布的方法將資本存量序列擴展到2007年，以2005年不變價格計算，單位為億元。

（2）勞動力。國外一般采用工作小時數來作為勞動力投入變量，但受限于數據可得性，這里采用歷年《中國統計年鑒》中公布的當年就業人數，單位為萬人。

（3）GDP產出數據。來源于歷年的《中國統計年鑒》，為便于與國家統計局公布的指標進行比較，以2005年不變價格計算，單位為億元。

（4）二氧化碳排放數據。現有的研究機構尚無分省（市、區）的二氧化碳排放數據，但由于二氧化碳排放主要來源于化石能源的消費、轉換以及水泥的生產，為精確起見，這里將能源消費細分為煤炭消費、石油消費（進一步細分為汽油、煤油、柴油、燃料油）和天然氣消費。所有能源消費、轉換數據皆取自歷年《中國能源統計年鑒》中地區能源平衡表，水泥生產數據來自國泰安金融數據庫。化石能源消費產生的二氧化碳排放量具體計算公式如下：

(5)

其中，CO2表示估算的各類能源消費二氧化碳排放的總量；i表示各種消費的能源，包括煤炭、汽油、煤油、柴油、燃料油和天然氣共6種；Ei是各省市各種能源的消費總量；CFi是轉換因子，即各種燃料的平均發熱量；CCi是碳含量（Carbon Content），表示單位熱量的含碳水平；COFi是氧化因子（Carbon Oxidation Factor），反映了能源的氧化率水平；44/12則表示將碳原子質量轉換為二氧化碳分子質量的轉換系數；各類排放源的二氧化碳排放系數主要參照IPCC及國家氣候變化對策協調小組辦公室和國家發改委能源研究所的設定。①

中國各省（市、區）1995-2007年包含環境因素的平均生產率及二氧化碳影子價格均值的估計結果如表2所示。29個省（市、區）的生產效率排名分別為：廣東（1.0000）、福建（0.9992）、北京（0.9978）、海南（0.9977）、廣西（0.9954）、甘肅（0.9785）、山西（0.9436）、江西（0.9430）、天津（0.9257）、內蒙古（0.8906）、浙江（0.8807）、吉林（0.8724）、湖南（0.8714）、上海（0.8699）、青海（0.8485）、河南（0.8432）、湖北（0.8256）、黑龍江（0.7987）、寧夏（0.7670）、河北（0.7667）、山東（0.7634）、江蘇（0.7610）、安徽（0.7461）、四川（0.6766）、新疆（0.6022）、貴州（0.5892）、陜西（0.5644）、遼寧（0.4948）、云南（0.2179）。

分省（市、區）二氧化碳影子價格均值的排名依次為：上海（￥1713）、北京（￥1611）、廣東（￥1426）、江蘇（￥1169）、浙江（￥1064）、福建（￥1008）、山東（￥843）、天津（￥759）、云南（￥666）、遼寧（￥647）、海南（￥627）、四川（￥598）、湖南（￥488）、河南（￥486）、黑龍江（￥473）、河北（￥468）、江西（￥452）、湖北（￥430）、新疆（￥418）、陜西（￥404）、廣西（￥378）、安徽（￥355）、吉林（￥323）、內蒙古（￥218）、山西（￥187）、青海（￥165）、甘肅（￥136）、寧夏（￥129）、貴州（￥86）。

其中，從逐年的估計結果可以發現，廣東在1995-2007年間一直處于生產邊界上，即在一定技術條件下，廣東的物質投入、經濟產出與污染水平始終處于效率前沿，沒有冗余產生；①北京、福建也分別有11年與12年連續處于生產邊界，且表2中這三個省市的二氧化碳影子價格均值排名十分靠前，分別為第3、2、6名，表明生產效率高低與二氧化碳影子價格大小之間可能存在的正相關關系。此外，上海、江蘇、浙江等經濟實力較強的省市，其二氧化碳影子價格均值也比較高，分別居第1、4、5位，而青海、甘肅、寧夏等經濟欠發達地區的二氧化碳影子價格均值普遍較低，僅位列第26、27、28名。由此可知，經濟發展水平的高低與二氧化碳影子價格的大小有著一定的聯系。

如前文所示，二氧化碳影子價格是對碳減排成本的一種直觀反映，即較高的二氧化碳影子價格表明了該地區較高的碳減排成本，反之亦然。因此，上海、北京、廣東、江蘇、浙江、福建等地減少碳排放的經濟成本，較之青海、甘肅、寧夏等地要高得多，而過高的碳減排配額必然會使這些地區的經濟產出大幅減少。另外，這些工業發達地區也是國內主要碳排放源頭，如對其進行嚴格的限排管制，我國的碳減排效果將會比較明顯。

在總體時間樣本均值的分析基礎上，再來比較一下中國各省（市、區）逐年二氧化碳影子價格的變動趨勢及特征。為使比較的結果更具顯著性，本文選取了二氧化碳影子價格排名前五（上海、北京、廣東、江蘇、浙江）和末五（貴州、寧夏、甘肅、青海、山西）的10個省（市、區）作為比較對象，具體走勢見圖1。

先來看高二氧化碳影子價格省（市、區）的變動趨勢。上海、北京兩地的走勢頗為一致，除1995年的起點不同外，他們共同經歷了1995-1997年的大幅下跌、1997-1999年的小幅下跌、1999-2006的穩步上升與2006-2007年回調下跌。而廣東、江蘇、浙江與上海、北京的二氧化碳影子價格走勢的一個顯著不同在于，在1997-2000年間其二氧化碳影子價格逐步上揚，2000-2004年基本處于穩定狀態，2004年后二氧化碳影子價格由一個較低水平直線躍升到與上海、北京相近的高度，特別是廣東，超越了上海、北京的二氧化碳影子價格，排到了全國第1位。而二氧化碳影子價格低的省（市、區），其波動趨勢較為穩定，變動幅度較小，二氧化碳影子價格一直處于高影子價格省（市、區）的下方，并且低于高影子價格省（市、區）的歷史最低值，其在1998-2003年經歷了個小弧度的上升下降周期，并從2004年開始了一段緩慢的上升趨勢。因此就全國而言，二氧化碳的影子價格變動主要是由經濟發達省市的變動所主導的結果。

關于不同地區二氧化碳影子價格走勢變動的原因，歸根結底關聯到各地區在自身經濟發展過程中，在順應國家宏觀調控中，在經歷產業結構不斷調整中，所面臨的高耗能產業及服務型產業的選擇問題，以及高技術效率低污染型行業及低技術低效率高污染型行業的布局問題。這些問題不是本文所能夠全面企及的，因此不作過多討論。由于該環境生產估算方法是逐年分次進行的，在跨年比較時可能無法充分反映由于技術進步所帶來的生產效率的提高而導致的經濟產出的增長，因此可能會夸大實際二氧化碳影子價格的增長水平，需要對估計結果進行客觀看待。而同一年份各地區的比較結果比較接近真實情況，其考察的是在不同生產率水平即不同技術水平條件下所反映出來的二氧化碳影子價格，也即碳減排的成本耗費情況。

五、問題探討與研究結論

雖然影子價格的估計結果與現實的價格水平可能不具有實際意義上的可比擬性，但其反映出的不同省（市、區）間二氧化碳影子價格的高低水平卻依然值得關注，特別是計算出來的二氧化碳影子價格的數量級，對于碳稅政策的確定具有一定的參考意義。根據國家財政部最近發布的初步規劃，我國碳稅的起征或為每噸二氧化碳征稅10元，該碳稅擬起征點與估計結果相比，其定價遠低于理論估值。而在大多數有關碳稅的文獻中，碳稅稅率往往被擬定在50-100元/噸的水平上，也遠高于我國的擬征價格。

當然，碳稅低征收稅率也有其合理性。征收碳稅在對降低碳排放量、提升環境質量有所作用的同時，對經濟也具有明顯的抑制作用，其社會影響會隨著經濟效應的變動擴散到就業、消費、投資等方面，而且越是高稅率的碳稅方案對經濟的影響也越大。由于中國剛剛開始嘗試對碳排放征稅，低的起征點比較適合當前的實際情況，能減緩政策變動對經濟體所造成的不利影響。隨著中國碳稅征收經驗的逐步積累與征收制度的不斷成熟，未來的碳稅稅率必將經歷調整，直至達到最優的碳稅水平。根據表2的二氧化碳影子價格的估計結果及其特征可知，各省（市、區）的影子價格不僅不盡相同而且差異頗大，從價格最高的上海（￥1713）到價格最低的貴州（￥86），相差近20倍，這樣的結果預示著日后對兼顧公平與效率的最優碳稅的確定將提出更高的要求。且從全國歷年二氧化碳影子價格呈現出遞增的發展趨勢來推測，將來的碳稅稅率也會具有類似的增長趨勢。

在過去較長的一段時期內，由于二氧化碳等環境污染物缺乏有效的市場價格信息，很多與環境因素相關的研究陷入停滯，而政府也無法準確把握實現其政策目標的政策工具（如碳排放管制下的碳稅政策）。如今，污染物影子價格能夠被估算出來，這使環境經濟學領域的研究更加深入，本文即是該前沿領域的一種實踐應用。文章重點就二氧化碳的影子價格進行了實證研究，利用方向性距離函數這一環境生產理論與參數化求解方法，對1995-2007年我國不同省（市、區）二氧化碳影子價格進行了測算，得出以下結論。

第一、從地域的截面角度看，廣東、北京、上海、江蘇與浙江等經濟實力較強的省市，其二氧化碳影子價格均值較青海、甘肅、寧夏等經濟欠發達地區要高出許多，說明這些省市的碳減排成本較高。政府應根據不同的政策意圖來制定相應的減排措施：在以碳排減數量為目標時，應對高影子價格地區實行較為嚴格的限制措施；而在以最小化碳減排帶來的經濟損失為目標時，應讓低影子價格地區承擔更多的減排指標，并由發達地區提供補貼，這不失為短期內一種雙全的辦法。

第二，從時間的縱向角度看，二氧化碳影子價格高的一類地區，其大致歷史走勢為先降后升；而二氧化碳影子價格低的地區，其變動幅度較小。因此就全國而言，二氧化碳影子價格主要是由經濟發達地區帶動而呈現遞增趨勢，這也預示著碳稅水平的逐年遞增性。

第三，從估計結果的實際作用角度看，雖然估算出的二氧化碳影子價格與現實的價格水平可能無法直接畫上等號，但對碳稅數量級水平的確定卻有著重要的借鑒意義；而估算結果所反映的不同經濟發展水平地區間二氧化碳影子價格水平高低不一的現象，可作為分級制碳稅稅率的參考標準，同時也暗示了“一刀切”的碳稅稅率將無法完全實現其政策意圖。

（感謝在論文寫作中沈滿洪教授所給予的指導！）

責任編輯：胡穎峰