清潔發展機制仿真交易的市場效果研究

李臻

（上海財經大學 公共經濟與管理學院，上海 200433）

一、引言

從《聯合國氣候變化框架公約》到2014年底的利馬氣候大會，氣候問題已越來越受到世界的關注。當今各國為了努力減排溫室氣體，一直在不斷嘗試新的減排措施。清潔發展機制（clean development mechanism，CDM）是《京都議定書》里制定的一種能夠實現節能減排的市場機制，其操作手法可簡單概括為：由發達國家提供資金和技術，與發展中國家開展項目級合作，從而在發達國家境外實現部分減排承諾。這種履約機制其實是一種雙贏機制——發達國家以遠低于其國內所需的成本實現承諾的溫室氣體減排目標，發展中國家則可以從發達國家獲得發展低碳經濟和實現節能減排的技術、資金和理念，促進可持續發展。簡言之，CDM 機制創造了一類市場——溫室氣體排放權的交易市場——在這個市場中，不同國家的企業之間將溫室氣體排放權當作商品進行買賣。

CDM項目合作的領域非常廣泛。發展中國家的新能源和可再生能源行業，以及在鋼鐵、水泥、化工等工業建筑業有節能潛力的技術和項目，或者能夠大量回收甲烷氣的垃圾發電和煤層氣回收領域等都在CDM項目合作領域之內。為應對全球氣候變化、發展低碳經濟，我國自2005年末開始全面開展CDM項目合作，至今已取得可喜成果。《中美氣候變化聯合聲明》中，中國也釋放了強有力的減排信號，并且中國已有不少經驗可以向世界其他國家推廣。

然而，發達國家對此卻持消極態度，在向發展中國家提供資金、技術和能力建設支持等方面興趣不大。據中國網新聞中心報道，利馬氣候大會中，發展中國家紛紛表示在“減排”、適應”、“資金技術轉讓”、“能力建設”等要素中，發達國家并沒有充分考慮發展中國家訴求，只強調“減排”這一面。例如，按照《哥本哈根協議》和《坎昆協議》的要求，在2013-2020年間，發達國家每年要提供1000億美元的基金用于幫助發展中國家。但一直到利馬大會舉行前夕，基金池內只有93億美元，遠遠沒有達到要求。綠色氣候基金目前籌資剛剛達到100億美元，距離2020年的目標（1000億美元）還有很大差距。

CDM交易機制看似是個很合理、很有效的市場交易機制，為什么發達國家逐漸對此興趣索然呢？其中的原因何在？現有的研究并未給出解釋，本文擬對此問題進行探討。筆者利用基于主體的仿真技術（Agent-based Simulation），對CDM的市場主體進行了刻畫，并借助NetLogo軟件模擬CDM市場的交易過程，模擬交易結果顯示發展中國家的企業的盈利情況以及總規模都有快速擴張的趨勢，而發達國家盈利則趨小，最終發展中國家會超過發達國家。

二、文獻評述

清潔發展機制的出現已有數年歷史，或許是因為早期數據缺乏，最初學者們并沒有做比較精確的定量分析，如王燦和陳吉寧（2005）、余慧超和王禮茂（2006）、俎營營（2008）、曾少軍（2009）等，他們只做了一個大概的預測和國際經驗借鑒。近年來，隨著CDM 交易日趨頻繁，越來越多的學者從不同的視角進行了研究，如從技術視角，鄭文和張建華（2012）研究了清潔發展機制下減排技術轉移的影響因素；從法律視角，李媛媛（2015）探討了中國碳保險法律制度的構建等；從產業結構視角，吳常艷等（2015）以江蘇省為例測算了產業的直接和間接碳排放，類似的研究還有張翼等（2015）等。定量研究方面，CDM 的相關統計數據變得更容易獲得，學者們將目光投向對CDM交易的實證分析。如張翼和盧現祥（2011）、周芳和趙彥云（2014）、賀勝兵等（2015）。朱智洺等（2014）曾利用中國各省級面板數據實證研究了清潔發展機制項目的區域分布結構，并得出人均GDP等經濟指標對CDM項目分布結構有巨大影響的結論，但是其沒有涉及企業的獲利水平。賀勝兵等（2015）以清潔發展機制為例，采用一種新方法——匹配計量法——重新測算了碳交易對企業績效的影響。

但是，現有研究尚存在以下不足：一是沒有考慮企業的異質性，也就無從考察企業特質對該企業績效的影響；二是研究視角要么限定在微觀層面，要么限定在宏觀層面，而沒有將兩者有機地結合，故而宏觀層面的研究因缺乏微觀基礎，其結論的說服力似乎稍顯不足。簡言之，現有文獻并沒有從微觀層面刻畫參與CDM項目合作的企業行為，尚缺乏對CDM 的前景的判斷，當然也沒有解答前文所提出的問題。

Paul Cilliers（2000）指出復雜適應系統（Complex Adaptive System，CAS）是“由規則描述的且能互相作用的主體（Agent）組成的系統”。E.Kiesling等（2012）總結了復雜適應系統的基本特征：（1）多主體；（2）多層次；（3）自適應；（4）非線性，隨著計算機建模能力的日益強大，計算機模型中的主體（Agent）可以被概念化或模型化，具有知識、信念、目的和義務等特征。主體（Agent）具有較高的抽象層次，強調了系統的自主性和系統交互的規范性，基于主體的仿真技術（Agent-based Simulation）已經可以將復雜適應系統理論應用于實踐，它可以通過對個體行為準則的模擬和仿真，對研究對象進行建模。這種建模方式強調每個個體的特性以及它們之間的交互作用，同時，這種模型還具有可視化的特點，從而能夠清晰地從宏觀層面觀察微觀主體交互作用的效果。

CDM交易機制是一個小型的復雜社會經濟系統，它的運行軌跡是非線性的。在CDM交易過程中，活躍著大量的交易主體——企業。每個企業都有獨特的規模、邊際減排成本和邊際減排收益等屬性。每當進行一次CDM交易，交易主體的這些屬性就會改變一次。隨著交易的不斷推進，交易主體的屬性不斷發生變化，例如企業規模不斷擴大、企業數量變多等。當有大量企業參與交易后，從宏觀上，可以觀察到企業數量的變化趨勢是呈現一定規律的。而上述CAS和基于主體的仿真技術的優點，足可以描述CDM項目合作的整個交易過程。如果將主體仿真技術應用于CDM項目合作，不僅恰好能彌補前人的研究不足，也能回答前文中提出的問題。

三、CDM項目交易分析與模型建立

模擬CDM交易過程必須基于參與交易的微觀主體——企業。仿真技術建模的基本思想是，在計算機世界中建立一個與現實世界吻合的映射，通過觀察計算機世界里的運行情況推測現實世界。在本文中，現實世界里參與CDM交易的企業被劃分成兩類，即發達國家企業與發展中國家企業，在建立仿真模型時，將這兩類企業抽象為計算機世界的兩類“企業主體（Enterprise Agent）”。

（一）一次CDM交易中雙方的獲利

為研究隨著CDM交易的持續進行，兩類企業各自獲利的變化趨勢，需首先研究一次交易時雙方的獲利情況。現實中由于兩類企業的性質決定了其邊際減排成本是不同的，所以在CDM交易時成本越大的企業，其收益越小，反之則反是。假定兩類企業的邊際減排收益是溫室氣體減排量的線性函數，即MR＝S-k，Q，其中S為不減排時企業的收益，k為減排收益系數，該系數由企業實際情況決定，兩類企業的邊際減排收益系數并不相同，Q為溫室氣體減排量。公式表明，減排量越大，企業的壓力越大，其邊際收益也就越小。

如圖1所示，MR1表示發達國家企業邊際減排收益，MR2表示發展中國家企業的邊際減排收益，MR1＞MR2。在CDM 項目合作交易中，發達國家企業必須從發展中國家企業買入溫室氣體排放權，假設溫室氣體交易量為TQ，設交易均衡價格為P＊，k1為發達國家企業邊際減排收益系數，k2為發展中國家企業邊際減排收益系數。由圖1可知

圖1 CDM交易雙方獲利情況分析圖

邊際收益曲線可以由k和S來確定，溫室氣體交易量TQ由政府來確定。一旦兩類企業的邊際收益曲線確定，那么根據上述等式關系，交易后的溫室氣體排放量Q和成交價格P＊也被確定，最后，交易前后各自獲得的利潤總量R1和R2被確定。

（二）模擬交易的參數設定

由于CDM是一項長期的合作項目，每一次交易都會因前一次的交易情況不同而變化。為模擬一個持續交易的真實市場，假定仿真模型里的兩類企業主體（Enterprise Agent）隨機分布在一個80×80的正方形區域內，并且是一個類似完全競爭的市場。仿真中這些企業主體（Enterprise Agent）在模擬環境中隨機游走以尋求合作伙伴，每游走一步花費1個單位的搜尋成本。假定企業追求利潤最大化，它們在尋找到合作伙伴后會按照市場出清的原則進行交易，并獨享各自的獲利。在模擬程序的設計中，對企業主體（Enterprise Agent）和交易規則（Rules of Transaction）具體設定如下。

1.企業主體（Enterprise Agent）

本文將用下列屬性具體描述企業：（1）未規定減排時收益S：當政府不強制規定減排時，即兩類企業正常生產時的收益；（2）邊際減排成本MC：企業不進行CDM合作時每減少一單位的溫室氣體排放量所必須付出的成本。實際上，發達國家企業的邊際減排成本要比發展中國家企業的邊際減排成本高；（3）總減排成本TC：不進行CDM項目合作時企業減少Q單位的溫室氣體排放所付出的總成本。相應地，企業增加Q單位的溫室氣體排放可以少付TC單位的總減排成本；（4）邊際減排收益MR：CDM 項目合作中企業每多交易一單位的溫室氣體排放權所獲得的收益量；（5）總減排收益TR：企業交易一定量的溫室氣體排放權所獲得的總收益量；（6）溫室氣體總排放量W：企業沒有進行CDM交易時，自身的溫室氣體總排放量，這個排放量遵循企業的邊際生產收益等于邊際成本的原則，但由于實際不好測量，只能以聯合國清潔發展機制執行理事會（EB）官方網站公布的數據來代替；（7）CDM項目交易后的溫室氣體排放量Q：在進行一次CDM 交易后，企業的溫室氣體排放量；（8）溫室氣體總交易量TQ：雙方企業購買或出售溫室氣體排放權的成交量。企業要想完成國家所規定的減排任務，就必須制定出溫室氣體減排計劃。溫室氣體交易量TQ表示政府按一定規則分配給企業的溫室氣體減排任務。

2.交易規則（Rules of Transaction）

在模擬的計算機世界里兩類企業的最初位置是隨機分布的，CDM交易一旦開始他們會以隨機游走的方式搜尋交易對手，當兩者處于同一位置時表示搜尋成功，此時企業以收益最大化為原則和對方交易，交易所獲收益按前文的分析結果占有。在每一輪的交易中，兩類企業的獲利會隨著成交價格P＊的變化而變化，其狀態的改變程度也會與以往不同。每一輪交易結束后，兩類企業利用交易所獲收益立即彌補交易前所花費的搜尋成本，得到企業凈利潤，然后企業會在新狀態下開始下一輪搜尋和交易，如此循環往復直至接到結束交易的命令為止。

（三）模擬交易的模型建立

假設CDM交易系統中存在N1個企業，第i個企業的規模為ai，隨著CDM 項目合作的開展，企業各自獲得的利潤將改變企業規模，會由ai變為。當考慮企業增資擴建新廠時，假設原企業規模擴大兩倍時自動分裂為兩個，此時企業個數會由N1變為N2（因為并非所有企業同時達到規模而分裂，所以企業數量并不是由N1變為2N1）。

在CDM交易過程中，企業所處的市場環境是復雜多變的，所以假設模型中的企業主體（Enterprise Agent）具有動態適應性，能夠適應動態變化的環境，每個企業主體（EnterpriseAgent）都是一個主動的實體，具有對環境的判斷能力，并且在運行過程中不需要任務指派和性能評估就能夠按事先設定的參數與行為規則不斷進行自我調整，通過積累來改變自身的規模、利潤、數量等屬性。同時，設定企業主體（Enterprise Agent）的行為是柔性的，即是否參與交易，以何種方式參與交易，交易后能夠取得多少利潤，企業主體（EnterpriseAgent）都可以通過對自身能力和外部環境的判斷而自動更新。

本文的主要任務是將復雜適應系統理論的研究方法和成果引入到CDM交易的研究中，通過利用計算機科學中的基于主體的仿真技術（Agent-based Simulation），構造一個多類企業主體的交易行為仿真模型，并運用該仿真模型模擬大量企業交易，然后分析其市場效果及整體變化趨勢。基于Netlogo的優點①Netlogo的主要優點有：可以直接進行復雜適應系統建模仿真；有直觀的輸出功能，人們能夠對模型的運行過程和結果進行觀察；利用面向對象技術可以描述企業的規模、生產能力、資金情況、投資、融資、生產、交易等行為特征和行為；可以模擬單個企業的行為、研究影響企業個體的各種因素；可以分析整個企業群體相互作用后的宏觀效果；可以做出企業一段時間內多次互動后的結果；能強調每個個體的特性；能夠強調個體之間的交互作用；可以進行遞歸運算（recurs ion）等。，本文將采用該軟件模擬CDM交易。在基于Netlogo的CDM交易模型中，交易主體是兩類企業，它們各有自身的規模等屬性，這些屬性均被人為定義。

企業之間的行為規則及交易過程將通過編寫計算機程序來實現。現實世界與模擬世界對應關系如表1所示，整個交易流程如圖2所示。

四、數據搜集與模擬交易結果

要進行CDM交易仿真，需給定模型中企業主體（Enterprise Agent）的初始狀況參數。本文將以中美兩國間的交易為例來模擬分析，聯合國清潔發展機制執行理事會（EB）網站、世界銀行、中國清潔發展機制網和《京都議定書》里的數據表明，截至2015年4月，聯合國清潔發展機制執行理事會（EB）已簽發“經核證的減排量（CER）”總量為14.53億單位，其中，美國企業獲得已簽發的CER總量為5.87億單位，被EB成功注冊的項目有792個；中國企業獲得已簽發的CER總量為8.66億單位。另據測算，發達國家的減排成本要比發展中國家的高。表2匯總了仿真模型的初始值。

表1 現實世界與模擬世界對應關系表

圖2 CDM交易過程的計算機處理流程圖

利用上述數據對CDM交易進行模擬，并利用NetLogo的圖形輸出功能觀察企業數量和企業規模的變化情況。兩類企業尋找到交易對象時，按照前文分析的交易規則進行項目合作，相應的企業規模、企業的獲利情況等隨著交易的進行而同步變化。通過模擬CDM交易，可以觀察到企業的特征變化。每進行一次CDM交易，企業的獲利和企業規模都是不同的，而且會受到前一次交易的影響，可以觀察一段時間內企業特征的變化趨勢。進行若干次交易模擬后，企業的各項指標呈現一定的規律性。

將模擬兩種條件下的交易情況，即固定數量企業和增資建設新廠，通過CDM交易機制觀察兩類企業所能獲得利潤的變化趨勢。為更清晰地觀察模擬交易的結果，調取200、400、600、800、1000、1200等六個時間點上的仿真數據，匯總如表3所示。其中，固定數量交易與增資建設新廠交易兩種情形下美國企業的獲利情況類似，表中不再贅述。

表3 兩種條件下仿真交易數據匯總

情形1 固定數量企業交易

假設企業通過CDM交易獲得的利潤全部都用來儲蓄，并不增資建設新廠，此時參與CDM交易的企業數量不變，在此情況下模擬的CDM交易結果如圖3、圖4所示。

圖3 中國企業獲利變化圖（固定企業數量）

圖中橫坐標代表模擬交易的時間，縱坐標表示兩類企業的獲利金額。由兩圖可得，在經過1 750秒的仿真交易后，中國企業的獲利呈對數形態上升，并最終收斂于80 300附近，美國企業的獲利卻呈對數形態下降，從最初的3 640左右一路下降到接近于0。可以預見，隨著CDM交易的持續進行，中國企業的利潤的上升速度將變得越來越慢，美國企業的利潤越來越少。最后都收斂于一個相對穩定的狀態。

圖4 美國企業獲利變化圖（固定企業數量）

中國企業的獲利規模能夠上升到一個較高的水平，并收斂于一個相對穩定的狀態，這說明當前的CDM項目合作機制對中國是有利的。美國企業所獲利潤越來越少，卻不并為0（具體的仿真數據見表3），也就是說，美國企業通過CDM交易始終可以節省一部分減排成本而獲取利潤，因此美國企業總會有動力尋求CDM的項目合作，這可以保證CDM交易機制的持續性。不過需要警惕的是由于美國所獲利潤越來越小，其參與CDM交易的興趣會逐漸減弱。

情形2 考慮新建企業交易

一般而言，現實中的企業規模在擴大到一定程度之后，就會增資建設新廠。換句話說，反映在此處，就是指參與CDM合作交易的企業數量會變化，因此接下來把新建因素納入到仿真模型中再考察。在考慮新建因素時，假設企業擴大到原有規模的兩倍時一分為二，以兩個新的規模相等的企業姿態參與CDM市場交易。為使模型盡量與現實世界吻合，設定在交易尚未進行時，美國企業的總規模保持在一個較高的水平上，中國企業總規模在一個較低的水平上。

如圖5所示，在經過1 400秒的仿真交易后，中國企業的利潤從0上升到1 500 000附近，與情形1：固定企業數量情形下相比，不僅總規模要大出很多，而且上升的態勢也不一樣。該條件下的中國企業盈利也沒有呈現收斂的現象。

圖5 中國企業獲利變化圖（考慮新建因素）

圖6 中美兩國企業規模變化圖（考慮新建因素）

如圖6所示，在經過1 400秒的仿真交易后，中國企業的總規模已經超過了美國企業總規模。在整個的1 400秒的交易過程中，參與CDM交易的中國企業的利潤規模和企業數量呈近似指數曲線的形態上升，而美國企業的總規模僅表現為微升。

五、結論

從本文的模擬結果來看，有以下結論。（1）CDM項目合作是一個復雜系統，利用基于復雜適應系統理論的仿真工具可以很好的模擬交易，并得出可信的分析結果。（2）隨著CDM交易的進行，發展中國家所獲利益急速上升，而發達國家節約的成本卻越來越小。（3）如果雙方利用所獲利益安排擴張計劃，增資建廠，那么發展中國家的企業數量和總規模的增長都將快于發達國家，并最終超過發達國家。

模擬交易的結果整體上顯示，當前的CDM交易機制對發達國家和發展中國家都是有利的，對發展中國家而言其長期利益趨升，對發達國家而言其長期利益不容樂觀。這一模擬結果剛好從經濟學的角度解釋為何CDM剛啟動時各國表示興趣盎然，但隨著時間的推進，美國強硬退出《京都議定書》并反對設置全國性碳排放總量的限制目標，也解釋了為何最近歐洲國家也開始對CDM交易持消極態度等等類似的現象。

面對這樣的現實，未來如想讓清潔發展機制健康穩定地持續下去，則需要改變當前的交易規則，重新分配利益，例如可以稍向發達國家傾斜。更進一步地說，在此情景下企業自己則需要審慎評估CDM項目的盈利前景。

當然，本文建立的仿真模型仍有一定的改進空間。比如，考慮現實中企業間存在著博弈與談判，CDM 的交易未必是順利的，更精確地描述企業的行為規則，在企業搜尋信息成本、存活周期以及企業所處的制度環境上再做深一步的研究，將會使仿真模型更貼近現實，從而使仿真結果更令人信服。這是本文下一步的工作內容。

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