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

萬倫來 陶建國(guó)

(合肥工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，安徽合肥230009)

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

萬倫來 陶建國(guó)

(合肥工業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)院，安徽合肥230009)

環(huán)境污染物的影子價(jià)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(kuò)展了傳統(tǒng)的產(chǎn)出方向性距離函數(shù)方法，進(jìn)而構(gòu)建了能夠?qū)⒍喾N環(huán)境污染物的影子價(jià)格進(jìn)行綜合估測(cè)新的影子價(jià)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(duì)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(jià)格進(jìn)行了估計(jì)。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(jià)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(jià)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(gè)前提。

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

影子價(jià)格反映的是人們對(duì)某一種產(chǎn)品或資源價(jià)值的估計(jì)，是衡量其成本的一種有效方法，在環(huán)境污染難以被市場(chǎng)定價(jià)的現(xiàn)實(shí)前提下，被廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染等生態(tài)治理評(píng)價(jià)中。借助于影子價(jià)格，我們可以相應(yīng)地度量環(huán)境污染損失或者污染治理的成本。估測(cè)煤炭開采過程中所產(chǎn)生的環(huán)境污染物的影子價(jià)格，對(duì)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(jià)值。

1 文獻(xiàn)綜述

Coggins和Swinton借助于產(chǎn)出距離函數(shù)和收入函數(shù)的對(duì)偶性質(zhì)，推導(dǎo)出美國(guó)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(jià)格平均是292．70美元/t［1］。Reig-Martinez等使用距離函數(shù)估計(jì)了西班牙陶瓷鑲嵌工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的廢物的影子價(jià)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(jià)格的估計(jì)問題，同時(shí)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(guó)電力工業(yè)的實(shí)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(cè)算大約要低10%左右［3］。Vardanyan和Noh使用美國(guó)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(huì)得出不同的非期望產(chǎn)出影子價(jià)格的估計(jì)［4］。Liao，Onal和Chen則認(rèn)為影子價(jià)格反映了稀缺資源的邊際內(nèi)在價(jià)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(chǎng)，展示了當(dāng)成本結(jié)構(gòu)和排放水平一定前提下，平均影子價(jià)格可以被表示為均衡價(jià)格［5］。Lin和Zhang以一個(gè)實(shí)證動(dòng)態(tài)模型，討論了不可再生資源的影子價(jià)格。在這個(gè)模型的最小函數(shù)形式假設(shè)下，他們估計(jì)出9種礦產(chǎn)資源的影子價(jià)格［6］。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于環(huán)境污染物影子價(jià)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(yīng)用能源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)耦合的中國(guó)MARKAL-MACRO模型給出了中國(guó)2010、2020、2030、2040和 2050年碳邊際減排成本(影子價(jià)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(jì)算了中國(guó)工業(yè)SO2排放的影子價(jià)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(gè)典型地區(qū)的工業(yè)SO2排放的影子價(jià)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(jì)出中國(guó)工業(yè)38個(gè)兩位數(shù)行業(yè)在1980－2008年跨度期內(nèi)的CO2的影子價(jià)格。以煤炭開采和洗選業(yè)為例，參數(shù)化下的 CO2的影子價(jià)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(jì)出我國(guó)各省CO2的影子價(jià)格，同時(shí)對(duì)省級(jí)碳排放績(jī)效進(jìn)行了評(píng)價(jià)［10］。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)影子價(jià)格的研究做出了許多有益的探索，使得利用影子價(jià)格來評(píng)價(jià)環(huán)境污染行為、制定公共環(huán)境政策的方法逐漸被認(rèn)可。然而，目前影子價(jià)格估計(jì)的主要是某一種環(huán)境污染物，所探討的也是整個(gè)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(jìn)行擴(kuò)展，使非期望產(chǎn)出向量由一維延伸到多維，進(jìn)而構(gòu)建了能夠?qū)⒍喾N環(huán)境污染物的影子價(jià)格進(jìn)行綜合估測(cè)新的影子價(jià)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(yīng)，為國(guó)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(jià)格估計(jì)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(diǎn)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(yīng)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(gè)投入向量x生成。

這種環(huán)境技術(shù)必須滿足幾大標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)q比例的期望產(chǎn)出的減少。當(dāng)然這也可以擴(kuò)展到更一般的情形，我們稱之為強(qiáng)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(diǎn)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(shí)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(duì)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(diǎn)0的產(chǎn)出P(x)的唯一的共同點(diǎn)是零點(diǎn)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(jì)產(chǎn)出方向性距離函數(shù)和計(jì)算影子價(jià)格的研究在不斷增多，這些研究對(duì)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(dòng)關(guān)系的函數(shù)，我們引進(jìn)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(qiáng)度列向量，表示一個(gè)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(xiàn)的結(jié)論，本文進(jìn)一步假定安徽煤炭開采和洗選業(yè)為非遞增規(guī)模報(bào)酬(NIRS)，即iTl≤1。取得(1)式的距離函數(shù)估

*計(jì)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(dǎo)出計(jì)算影子價(jià)格的公式，這個(gè)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(jì)算的影子價(jià)格模型，如圖2所示。

在圖2的影子價(jià)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(diǎn)是現(xiàn)有的生產(chǎn)點(diǎn)，(y，b)代表原最優(yōu)生產(chǎn)點(diǎn)，環(huán)境污染物或非期望產(chǎn)出——b的影子價(jià)格等于A點(diǎn)切線的斜率。

圖2 影子價(jià)格模型Fig．2 Model of shadow price

3 影子價(jià)格估計(jì)實(shí)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(xué)研究院2009年僅有的一次對(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)的研究時(shí)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(dòng)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(jì)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(jì)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(hào)顯示為正，這當(dāng)然是因?yàn)槊禾块_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(fù)號(hào)，這表示這三種資源投入是生產(chǎn)對(duì)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(hào)顯示為負(fù)，這是因?yàn)檫@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(fù)效應(yīng)，這更進(jìn)一步表明我們的估計(jì)結(jié)果與模型設(shè)計(jì)在符號(hào)上是總體一致的。

環(huán)境污染物的影子價(jià)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(jià)格為0．021 6萬元，這表明減少1 t廢水的排放，將導(dǎo)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(jià)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(dǎo)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(jià)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(shí)，要考慮到環(huán)境政策對(duì)不同環(huán)境行為的影響，更好地約束企業(yè)的行為，實(shí)現(xiàn)社會(huì)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(jì)分析Tab．1 Statistical analysis of sample data of Anhui’s coalmining and dressing enterprises by this paper

表2 影子價(jià)格估計(jì)結(jié)果的符號(hào)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(jià)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(duì)煤炭資源開采環(huán)境污染物(廢水、廢氣、固體廢物)的影子價(jià)格進(jìn)行了估計(jì)。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(jià)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(jià)格存在差異，顯示它們的減排成本是不同的。本文估計(jì)的環(huán)境污染物的影子價(jià)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(duì)于政府制定相應(yīng)的公共政策，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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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?yàn)橘Y源環(huán)境經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)。

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

(編輯:劉呈慶)