考慮階梯式碳稅與碳交易替代效應的企業碳排放決策研究

張濟建 丁露露 孫立成

摘要

中國政府提出“到2030年單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%”的減排目標。碳減排目標的實現最終依賴于具有生產職能的企業，為有效促進企業碳減排，政府主導的碳規制強度也將日益增大，越來越多的企業將面臨碳稅與碳交易的復合型碳減排政策。基于此，本文在考慮階梯式碳稅與碳交易的替代效應的基礎上，構建了兩級的多目標規劃模型，重點針對稅率的階梯高度與碳交易價格對替代效應的影響、替代效應對企業碳排放量的影響及替代效應如何作用于企業的碳排放決策等問題展開研究，旨在提煉企業在碳稅與碳交易復合政策下的碳減排決策行為。研究發現：碳稅的階梯越高，其對碳交易產生的替代效應越小;階梯式碳稅對碳交易的替代效應越大，企業的實際碳排放量越小;碳排放權的交易價格越大，企業的實際碳排放量越小;階梯式碳稅對碳交易的替代效應在一定水平內會提高企業的利潤額，但超過臨界點后，替代效應的增大會導致企業的利潤不增反減，企業的利潤與替代效應之間呈倒U形。根據研究結論提出以下政策建議：碳交易作為主流的減排手段，對抑制碳排放具有一定的成效，但從實際情況來看，碳排放權的交易價格往往過低，不能有效地促進碳減排，而階梯式碳稅的加入恰好能彌補這一不足;階梯式碳稅對碳減排具有明顯的促進作用，應積極推廣，但也要兼顧減排主體的利益訴求;在碳稅政策實行之初，不宜制定過高的稅率起點，否則會增加政策實行的阻力;而在碳稅政策的推行過程中，應逐漸提高稅率，并制定適宜的碳稅階梯高度。總體來說，碳稅稅率應遵循低起點、遞進式提高的原則。

關鍵詞階梯式碳稅;碳交易;替代效應;碳排放決策

中圖分類號F272.3文獻標識碼A文章編號1002-2104（2019）11-0041-08DOI：10.12062/cpre.20190520

面對日益嚴重的碳排放問題，中國政府繼2009年哥本哈根會議之后，于2015年又提出了“到2030年單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降60%～65%”的減排目標。為實現這一目標，由政府主導的碳規制強度也日益增大，如：碳交易市場的試點（2011年）及全面啟動（2017年）、預期中碳稅的開征（2020年）等。

然而，從實踐來看，單一的碳減排政策往往難以達到預期的減排效果，需多重減排政策組合方有可能實現各地區乃至各產業部門的減排目標，如：瑞士政府針對水泥、玻璃、紙漿及造紙等高碳（高污染、高能耗、高排放）產業相關企業設定了減排目標，并規定，若這些企業排放量超過其減排目標就要在國內外市場購買配額，否則就要承擔碳稅;類似地，英國政府也引入了最低碳價機制，即當碳交易價格低于政府規定的最低值時，就要加征氣候變化稅來彌補差額。這種做法在保證了企業完成既定的碳減排目標的同時，也讓企業有了更加靈活的減排決策的選擇。

由于中國省際區域產業結構多以制造業為主，其中高碳產業又是多數地區的主導產業，具有比重高、低碳轉型難等特征。考慮到企業是眾多高碳產業低碳轉型的微觀減排主體，在未來日益增強的碳規制環境下，越來越多企業的碳減排決策將受到碳稅與碳交易復合碳減排政策的雙重影響。因此，在多重碳減排政策影響下，如何處理好碳減排與經濟發展之間的關系，進而進行科學的減排與發展決策便成為企業當前所面臨的重要問題。

1文獻綜述

現有學者圍繞碳稅和碳交易等相關問題展開了較為詳細的研究工作。就碳稅而言，包括芬蘭、丹麥、荷蘭等在內的已實行碳稅的國家一般對煤、汽油等化石能源按其含碳量為計稅依據;Reuven et al.[1]認為碳稅的優點在于它可以直觀、簡單的為企業提供價格信號，倒逼其轉型升級;顧高翔等[2]從國家/部門層面研究了全球性碳稅和碳稅收入分配模式對多國多部門的經濟發展和碳排放變化的影響;張宏偉等[3]立足碳稅開征風險角度，分別從經濟性風險、社會性風險和制度性風險等方面，闡述我國開征碳稅的潛在風險;丁勝等[4]預測了2014—2020年江蘇省林業產業總產值及CO2排放水平，建議預期碳稅征收可采用芬蘭的低稅模式;Conefrey et al.[5]發現稅率為20歐元/t時，二氧化碳排放量約下降2.5%;Dong et al.[6]基于CGE模型，綜合考量碳稅對中國30個省區的影響及省域差異，發現碳稅為120元/t時電力部門減排效果最佳;翁智雄[7]通過設定不同的稅率測算出2020年的碳減排效果，發現稅率越高，碳減排效果越好;王金南等[8]基于CGE開發的能源政策綜合評價模型—能源經濟模型針對低、中、高三種碳稅稅率對我國國民經濟、能源消費及碳減排的影響進行了情景模擬，提出宜在2012年按中等稅率（20元/t）征收碳稅，并認為稅率應呈階梯式上升;姚昕、劉希穎[9]采用動態DICE模型，研究發現我國最優碳稅額度隨時間推移而逐步上升，由2008年的7.31元/t上升至2020年的57.61元/ t，認為直接采取高碳稅稅率會面臨嚴重的政策風險及利益集團的抵制。

碳交易方面，排放權交易市場機制、配額分配方式及其作用、相關政策優化等一直是學術界重點關注的議題。范進和趙定濤等[10]認為消費排放權交易屬于帕累托次優解，據此提出了一個將消費者納入減排行動的減排機制;沈洪濤等[11]研究發現，碳排放權交易政策的實施能有效促使企業碳減排，對企業實施減排技術補貼政策后企業減排積極性得到提高;關于配額分配，Kypreos et al.[12]認為應根據歷史碳排放積累量來分配全球各國家的配額;Wang et al.[13]提出了一種基于DEA的優化模型設計中國的碳配額方法;葉飛和令狐大智[14]構建了高排企業和低排企業基于雙寡頭競爭市場的碳配額分配策略;李麗紅和楊博文[15]提出我國應加強府際橫向合作以實現區域性碳交易的規范化;張俊榮和王孜丹等[16]運用系統動力學研究了不同的碳交易機制設計對京津冀地區經濟和環境的影響;鄭祖婷等[17]構建了BP人工神經網絡模型預警深圳市碳交易價格波動風險。

較之單一政策的減排效果，復合型碳減排政策兼顧了碳交易與碳稅的優點，在保證減排目標實現的同時也緩和了碳減排壓力與經濟發展之間的矛盾[18-19]，日益引起學者的關注。如PIZERW A.[20]認為復合型減排政策有助于提高碳減排決策的彈性、提升社會整體福利，并且為企業提供了更多的選擇，因而更容易被企業接受;Mandell S.[21]應用擴展的Weitzman“價格與數量模型”，通過構建隨機模型從理論上證明，在一個特定的市場中，政府部門同時實施排放權限制與交易和碳稅兩種政策限制碳排放的經濟效率要高于單一政策;LEF et al.[22]綜合考慮碳交易與碳稅對不同行業的影響，發現同時實行碳交易與碳稅政策時，石油化工行業GDP損失較小;傅志華等[23]認為我國應統籌使用碳稅與碳交易，在進一步完善碳交易的基礎上征收碳稅;張博等[24]設計了一種碳稅與碳交易有機結合的混合碳減排機制，在保障減排效率的同時降低了企業的碳減排決策風險。孫亞男[25]認為碳稅與碳排放權交易的結合更符合中國國情，并以此為前提構建政府與企業碳減排決策的三階段博弈模型，研究碳交易機制下政府如何制定碳稅最大化社會總福利以及企業自身如何確定碳排放水平和產品價格以最大化自身經濟效益。

綜上可見，現有文獻既研究了單一的碳稅或碳交易下碳減排相關問題，也對碳稅和碳交易復合政策下的碳減排問題展開了較為詳細的研究工作。但現有文獻并未考慮碳稅和碳交易兩種減排政策的相互影響，也并未對碳稅和碳交易交互作用下減排主體碳減排相關決策問題展開詳細的研究工作。考慮到目前多數國家在實施碳稅時主要采用階梯式稅率，也即起征稅率較低，待市場機制日趨成熟后再逐步調整征收稅率。為此，本文重點研究階梯碳稅與碳交易的替代效應，并進一步研究替代效應影響下的微觀減排主體企業的碳減排決策問題。

2問題描述及基本假設

2.1問題描述

當企業面臨階梯式碳稅和碳交易復合減排政策且企業初始碳排放額難以滿足企業生產所需的碳排放量時，微觀減排主體企業往往有三種選擇：支付碳稅、購買碳排放權、部分支付碳稅部分購買碳排放。然而，在企業利潤最大化和碳排放量最小化雙重目標下，企業選擇何種方式滿足其生產要求，不僅會隨階梯碳稅稅率和碳交易價格的變化而變化，還會受碳稅與碳交易替代效應的影響。

因此，為明確階梯碳稅與碳交易替代效應、優化替代效應影響下微觀減排主體企業碳減排決策行為，本文通過構建以減排主體企業碳減排效率為第一目標、利潤最優為第二目標的多目標規劃模型，基于階梯碳稅與碳交易最優分攤比提煉二者間的替代效應，并在此基礎上，研究微觀減排主體企業最優減排行為、確定企業的最優生產量以達到企業的經濟效益最優。本文模型構建所需變量如表1所示。

2.2基本假設及定義

假設1：企業處在一個完全競爭的市場中，產品的價格P由全行業的總產量Q決定，每個企業都是價格的接受者，只能通過調整產量q來控制成本以達到企業利潤最大;

假設2：企業的產品成本C可拆分成兩個部分：不考慮環境因素的成本C1和為環境所支付的部分C2（環境成本除了由產量的增加而引起碳排放量總額的絕對增加以外，還受企業如何籌劃碳稅與碳排放權交易的影響）;則產品成本C=C1+C2，則不考慮環境因素的邊際成本為：

MC1（q）=a+b·q（其中a、b為大于零的待定參數）

則不考慮環境因素的成本：C1=∫q0MC1（q）dq

定義1：階梯式碳稅的稅率（圖1中體現為各區間的函數值）隨著碳排放量的增加而呈現階梯式增高，階梯式碳稅的階梯高度為相鄰稅率之間的差值Δf（ρ）=f（ρi+1）-f（ρi），碳稅：T（ρ）=∑f（ρi）·ρi（i=0，1，…，n）

考慮階梯式碳稅在函數圖像中表示為不連續的函數，為模型求解方便，這里將階梯式碳稅的區間取極限處理，從而碳稅的階梯式趨于遞進式，碳稅的稅率函數趨于連續的函數，從而有：

假設3：碳稅區間足夠小（limΔρ0），如圖2所示，碳稅：T（ρ）=∑i=ni=1Si=∫ρ0f（ρ）dρ。

定義2：企業將碳排放量的占比μ（0<μ<1）用于在碳交易市場中購買碳排放權，將占比為1-μ安排在碳稅上（其中1-μ表示碳稅對碳交易的替代效應的大小）。

由上可得：C2=（μ·ρ·σ+「μ·ω）+∫（1-μ）ρ0f（ρ）dρ

若ρ<0，則表示企業所需的碳排放量小于政府給其分配的碳配額，可將多余的碳配額出售獲利;

若ρ>0，則表示企業所需的碳排放量大于政府給其分配的碳配額，需額外支付;

特別地，這里僅討論碳配額不足的企業的排放決策，因為對于碳配額充足或多余的企業來說，此時只需要在滿足自身生產所需碳排放后出售剩余的碳排放權即可。

3模型構建及分析

3.1企業的碳排放模型構建

為使企業的碳排放效率最高，以企業的單位碳排放成本γ（μ）=C2·ρ-1表示碳排放效率，構建企業單位碳排放成本最小化函數：

Min[（μ·ρ·σ+「μ·ω+∫（1-μ）ρ0f（ρ）dρ）·ρ-1]（1）

3.2模型求解及分析

又因為碳稅的稅率函數的一階導數f′（σ）越大，μoσ會越大，即階梯越高，μo會越大，但隨著稅率的增大，2μoσ2會減小，即μo會下降增加的速度，進而可知，碳稅的階梯越高，階梯式碳稅對碳交易的替代效應越小，并且隨著稅率的增大，替代效應會減緩下降的速度。

這種逐漸提高稅率的征稅方式，已被不少征收碳稅的國家采用，如日本就以低起點稅率、差異化稅種、漸進式上調的特點征收碳稅，具體如圖3所示：（原油、石油產品稅率單位：日元/1 000 L;煤炭、烴類稅率：日元/t）。

進一步分析式（6）可得推論1。

推論1階梯式碳稅對碳交易的替代效應（1-μo）與碳交易單價σ呈正相關關系;

證明：因為碳稅稅率函數f（x）為單調遞增函數，故而有f（σ）σ>0，又因為μof（σ）<0，所以μoσ=μof（σ）·f（σ）σ<0，即購買碳排放權排放量占總排放量的最優比例μo與碳交易單價σ呈負相關關系，階梯式碳稅對碳交易的替代效應（1-μo）與碳交易單價σ呈正相關關系;

定理2購買碳排放權排放量占總排放量的最優比例μo越小，階梯式碳稅對碳交易的替代效應（1-μo）越大，企業的最優產量qo越小，企業的實際碳排放量ρ*越小;

證明：將ρ=θ·q-β代入（3）中得：

μo=1-（θ·q-β）-1·f-1（σ）

當兩級規劃同時達到最優時，產量q取

qo=b-1·（P-σ·θ-α），

則μo=1-（θ·qo-β）-1·f-1（σ）（7）

由式（5）可得：

qo（μo）=θ-1·[（1-μo）-1·f-1（σ）+β]（8）

此時企業的實際碳排放量：

ρ*（μo）=θ·qo=θ·θ-1·[（1-μo）-1·f-1（σ）+β]

即ρ*（μo）=（1-μo）-1·f-1（σ）+β，（1-μo≠0）（9）

分別將式（8）、（9）中的qo（μo）、ρ*（μo）對μo求一階導數，得到：

qo（μo）μo=f-1（σ）θ·（1-μo）2>0，（1-μo≠0）

ρ*（μo）μo=f-1（σ）（1-μo）2>0，（1-μo≠0）（10）

進一步分析式（10）可得推論2。

推論2碳交易價格σ越大，企業的最優產量qo越小，企業的實際排放量ρ*越小;

證明：因為μo（σ）σ<0，且根據式（10）有：

qo（σ）σ=qo（μo）μo·μo（σ）σ<0，（1-μo≠0）

ρ*（σ）σ=ρ*（μo）μo·μo（σ）σ<0，（1-μo≠0）（11）

分析定理1、定理2可得推論3。

推論3碳稅的階梯越高，階梯式碳稅對碳交易的替代效應越小，企業的最優產量qo越大，企業的實際碳排放量ρ*越大;

證明：根據式（10）有qo（μo）μo>0、ρ*（μo）μo>0，聯合式（6）有：

qo（μo）f（σ）=qo（μo）μo·μof（σ）<0，（1-μo≠0）

ρ*（σ）f（σ）=ρ*（μo）μo·μof（σ）<0，（1-μo≠0）（12）

證畢。

Π（q，μ）=P·q-∫qoMC1（q）dq-[（μ·ρ·σ

+「μ·ω）+∫（1-μ）ρ0f（ρ）dρ]（13）

對式（13）的Π（q，μ）中（1-μ）分別求一階導數、二階導數得：

Π（q，μ）（1-μ）=ρ·（σ-f（（1-μ）ρ）

2Π（q，μ）（1-μ）2=-ρ2·f′（（1-μ）ρ）<0（14）

因為式（14）中的一階導函數Π′μ=ρ·（f（（1-μ）ρ）-σ）的正負性是由（1-μ）、ρ、f（ρ）、σ共同決定的，故而可得到定理3。

定理3企業的最優利潤隨著碳稅和碳交易之間的替代效應的增加先增加后減小，呈倒U形。當0<（1-μ）<ρ-1·f-1（σ）時，f（（1-μ）ρ）-σ>0，Π′μ>0，企業的利潤隨替代效應的增加而增加;當ρ-1·f-1（σ）<（1-μ）<1時，f（（1-μ）ρ）-σ<0，Π′μ<0企業的利潤隨替代效應的增加而減少;當（1-μ）=ρ-1·f-1時，f（（1-μ）ρ）-σ=0，Π′μ=0，此時企業的利潤值達到最大。

4數值模擬

為進一步剖析上述結論的有效性及其經濟含義，本部分主要對結論進行數值模擬分析。在碳稅稅率函數的選擇上，依照定義1和假設2的稅率函數性質，本文選擇一種較為常見函數形式來表達稅率：f（x）=c1x2+c2x+c3;設定碳稅稅率在29～73元/t之間波動，進而確定遞進式碳稅的稅率函數f（ρ）的相關系數的取值。設定企業所獲得的碳配額為30 t，市場價格P為1 200元，交易費用為300元，企業所處的市場環境是碳排放權交易價格σ在[30，60]之間波動，具體的交易價格會隨市場的供需關系變動;且企業的邊際成本函數為MC1（q）=200+0.2q。

（1）階梯式碳稅的階梯越高，階梯式碳稅對碳交易的替代效應越小，如圖4所示。階梯式碳稅對碳交易的替代效應越小，表示階梯式碳稅的占比越小，即碳稅政策的實行阻力越大。這說明，碳稅的階梯不宜過高，否則會增加政策阻力，趙黎明、殷建立[26]運用二層規劃決策模型同樣得出稅率不宜過高的結論。但當碳稅的階梯達到某一臨界值后，替代效應的下降速度明顯開始減緩，逐漸趨于平穩，結果驗證了定理1（見圖5）。而碳排放權交易價格越大，階梯式碳稅對碳交易的替代效應會越大;這說明，碳交易價格越大，企業為購買碳排放權而付出的成本會越高，因此企業會更偏向于選擇碳稅。

（2）階梯式碳稅對碳交易的替代效應越大，即階梯式碳稅的占比越大，企業的產量和實際碳排放量越小，驗證了階梯式碳稅對促進碳減排的有效性，翁智雄[7]運用SICGE模型也得出了類似的結論：碳稅對中國的碳減排具有明顯的效果。但隨著替代效應的增大到某一臨界值后，企業的碳排放量趨于0，但產量也趨于0。碳稅的占比增大，雖可以降低碳排放量，但碳稅的占比不宜過高，否則會給企業帶來過高的負擔，挫傷企業的積極性。

（3）階梯式碳稅對碳交易的替代效應對企業的利潤的影響總體呈先上升后下降的趨勢（見圖6）。當0<（1-μ）<ρ-1·f-1（σ），企業的利潤Π隨替代效應μ的增加而增加;而替代效應達到臨界值（替代效應（1-μ）=ρ-1·f-1（σ））后，企業的利潤Π隨替代效應μ的增加而減少，整體呈倒U形。當替代效應（1-μ）取得臨界值ρ-1·f-1（σ）時，企業的利潤值達到最大，這也驗證了定理3。

5結論與建議

5.1研究結論

本文以微觀碳減排主體企業為研究對象，通過構建兩級多目標規劃模型，重點就階梯式碳稅與碳交易替代效應及其影響下企業碳減排決策相關問題展開了研究。

（1）階梯式碳稅的階梯越高，其對碳交易產生的替代效應就越小（碳稅占比越小）。而階梯式碳稅對碳交易的替代效應越大，企業的實際碳排放量就越小。這說明階梯式碳稅對企業的碳減排有明顯的促進作用，但階梯式碳稅的階梯不宜過高，否則會增加政策阻力。

（2）碳排放權交易價格越大，企業的實際碳排放量越小。碳排放交易制度對促進企業的碳減排有一定的成效，但就目前的實際情況來看，碳排放權交易價格往往過低，對促進碳減排的效果差強人意，而碳稅的加入恰好能彌補這一不足。如英國從2013年4月1日起引入最低碳價機制，規定如果EUETS的成交價格低于政府規定的最低碳價，則需要通過加征氣候變化稅碳價支持機制（Carbon Price Support）稅率來彌補差額。

（3）階梯式碳稅對碳交易的替代效應在一定水平內會提高企業的利潤額，但超過臨界點后，替代效應的增大會導致企業的利潤不增反減，替代效應的過高和過低都不利于企業的最優利潤目標的實現。

5.2政策建議

通過企業在階梯式碳稅與碳交易復合政策下的碳減排決策研究，本文提出以下政策建議：

（1）積極推進階梯式碳稅政策的開展及落實，碳交易政策雖然在一定程度上可以促進碳減排，但就目前實際情況來看，碳交易價格的過低直接造成了碳減排效果的大打折扣，而階梯式碳稅的加入恰好能彌補這一不足，因此，應積極發揮階梯式碳稅政策的作用，更好地促進碳減排。

（2）碳稅政策的加入雖然可以和碳交易政策相得益彰更好地發揮碳減排作用，但也要兼顧二者之間的相互作用并統籌考慮階梯式碳稅與碳交易政策對減排主體產生的替代效應，防止因二者的不兼容造成碳減排的政策效力降低。

（3）在推行碳稅政策的同時，也要兼顧企業的利益訴求，制定適宜的稅率水平及階梯高度，防止因過高或過低的替代效應造成企業的經濟利益受損，從而導致企業的減排積極性降低。在碳稅政策推行之初，不宜制定過高的稅率起點，否則會增加碳稅政策的實施阻力，進而影響政策效力。而在碳稅政策推行的過程中，應逐漸提高稅率的方式促進碳減排，制定適宜的碳稅階梯高度，不僅可以使政策順利推行，還能有效的抑制碳排放。如芬蘭的碳稅由最初的1.2歐元逐漸提高至20歐元。而荷蘭在碳稅實行之初就設定了一個較高的稅率水平，導致荷蘭遇到了較大的政策阻力。

（編輯：于杰）

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