碳排放交易體系下航空公司應對策略

張思敏 李琪

[摘要]研究航空公司在碳交易機制中的最優策略，首先建立了兩階段優化模型，考慮寡頭壟斷競爭和企業未來的減排潛力，依據免費碳排放配額的不同分配方式進行階段劃分，并通過逆推法研究航空公司如何在市場競爭的情況下調整減排策略實現最優化。結果表明，通過協調產能及減排策略，航空公司可以在應對競爭的情況下實現成本最小化。

[關鍵詞]碳排放交易體系;碳排放配額;兩階段模型;博弈分析;策略選擇;航空公司

[中圖分類號]F224.0;F560.8[文獻標識碼]A[文章編號]1005-152X（2021）12-0030-10

Airline Coping Strategies under Carbon Emissions Trading System

ZHANG Simin1，2，LI Qi3，4

（1. Lingnan College，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275;

2. School of Economics & Management，Zhuhai City Polytechnic，Zhuhai 519090;

3. School of Management，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275;

4. Zhuhai Huafa Investment Holding Group Co.，Ltd.，Zhuhai 519000，China）

Abstract：In this paper，to study the optimal strategy of an airline under the carbon trading mechanism，we first established a two-stage optimization model，next considering the factors of oligopolistic competition and future emission reduction potential，divided the free carbon emission allowances according to the different allocation methods，and by backward reasoning，studied how the airline could adjust its emission reduction strategy to achieve optimization in the context of market competition. The result showed that by coordinating production capacity and emission reduction strategy，the airline could minimize costs while managing competition.

Keywords：carbon emission trading system;carbon emission allowances;two- stage model;game analysis;strategy choice;airline company

0引言

碳排放所引起溫室效應在全世界范圍內持續受到廣泛關注。1997年聯合國氣候變化框架公約（UN- FCCC）簽署了第一個應對氣候變化的全球協議《京都議定書》。2005年歐盟委員會正式啟動歐盟碳排放交易體系（EU ETS），將其應用到部分工業領域，如能源、礦產、造紙等行業，以督促成員國履行京都議定書的承諾。2015年近200個締約方達成第二份具有法律效應的氣候協議《巴黎協定》。2018年卡托維茲氣候大會對落實《巴黎協定》、加大全球應對氣候變化的行動力度做出了進一步安排。我國也一直是氣候變化多邊進程的積極參與者，對碳排放控制十分重視，中國國家主席習近平在2020年9月22日召開的聯合國大會上表示：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，爭取在2060年前實現碳中和?！?/p>

自《京都議定書》起，碳資產有了交易價值，碳排放交易市場在世界各國廣泛建立。其中，歐盟的碳排放交易體制最為完善。隨著全球碳交易市場的發展，我國也逐步建立了碳交易機制，并大力發展碳交易市場。我國碳交易自2011年開展試點以來，試點省市已經發展為7個，已經歷五期履約，覆蓋企業共計3 443家，涉及行業包括石化、化工、建材、鋼鐵、有色、造紙、電力（包括企業自備電廠）、航空等，目前的控排主體覆蓋面廣、碳配額線上交易已達到一定規模，交易價格趨于穩定，履約率不斷提升。在試點基礎上，碳交易體系不斷推進完善，廣州期貨交易所可能會將碳排放權期貨作為首個正式推出的產品，生態環境部公布《碳排放權交易管理辦法（試行）》自2021年2月1日起將在全國范圍內施行，新《辦法》將除二氧化碳以外其他溫室氣體納入交易范圍，從地域和標的兩個角度擴大了碳市場交易量，我國的碳交易體系將進入一個新的發展階段。

我國即將在全國范圍內進入碳市場交易的第一個履約周期，全國碳市場也即將上線，如何在碳交易機制下合理制定減排目標對于企業來說是一個巨大的挑戰。碳排放減排成本很高，如果選擇減排力度過大，將會大大影響企業的利潤，甚至威脅企業的生存。航空服務業一直是參與碳交易試點的重點行業，雖然目前第一批納入碳履約的主體是電力公司，不過航空業和鋼鐵、建材、有色金屬等八個行業將在第二批納入，另外國際航空業也在2021年起納入歐盟碳交易體系。搭乘飛機是單位距離碳排放最高的交通方式，航空公司在控制碳排放中承擔重要責任，且航空業也是將被納入全國碳交易體系的第一個非制造業類行業，鑒于此，本文以航空公司為例來探討碳交易機制下企業策略，意圖研究在碳交易機制下航空公司碳排放的最優策略，以期為降低控排企業提供策略參考。

事實上，航空行業也一直積極推進減排計劃。2009年國際民航組織制定了三個雄心勃勃的全球性目標來應對氣候變化影響。其一，從2009年到2020 年，將航空飛行器的年均燃油效率提高1.5%。其二，通過了碳中和增長目標，即將二氧化碳凈排放量穩定在2020年的水平。其三，到2050年將航空業的二氧化碳凈排放量減少到2005年的一半。所以，以航空公司為例研究企業減排策略問題具有很強的現實意義，研究成果可以為航空行業完成減排目標提供策略建議。

1文獻綜述

國內外學者從不同層面對企業低碳發展現狀、有效開展低碳生產及在碳交易機制下的發展策略和模式進行了探索和研究。

一些學者研究了低碳政策和碳交易機制下企業的應對策略。如聶佳佳，等[1]對零售商負責回收的閉環供應鏈進行了研究，發現如果再制造的減排程度較大時，考慮約束后的產品零售價格和批發價格比考慮約束前更低，零售商的回收比例將會更大;如果政府制定的碳排放獎懲系數比較大時，有約束下制造商和零售商的利潤值都將高于無約束下的利潤值。Wang和Du[2]分析了在不同情形下政府補貼對燃煤電廠碳價投資的影響，結果表明在處理不確定性時，碳價投資采用實物期權方法優于傳統的凈現值方法。張得志，等[3]通過分析快遞行業中物流拓撲網絡的基本特點，對比分析各種不同模式下干線運輸方式各自的優缺點，構建基于低碳經濟視角的多模式快遞物流網絡優化決策模型，并用遺傳算法進行數據分析的方式進行了驗證。李伯棠和趙剛[4]為了解決不確定環境下低碳再制造企業網絡設計的問題，在政府征收企業碳稅的情況下，綜合考慮再制造產品需求和廢舊產品質量的不確定性，采用魯棒優化方法，建立了再制造企業網絡魯棒混合線性規劃模型。李創和高震[5]則從我國制造業物流角度著手，分析制造業如何從粗放型的高碳模式向精細化的低碳模式轉化，對策集中在行業技術更新、人才隊伍建設、制造企業整體低碳物流意識方面。陳玉，等[6]通過構建純交易、純減排投資、混合投資三種博弈模型，研究供應鏈企業的減排策略問題，結果表明合理的碳交易價格能夠提高企業的減排積極性。

部分學者也從航空公司的角度出發進行研究。如Derigs和ming[7]分析航空公司可以通過調整飛行網絡和航班安排進行利潤優化，使碳排量減少時成本增加帶來零或極少的邊際影響，并且只要對航班安排進行微調就可以將這種影響控制在極小范圍內。Miyoshi[8]通過對比非洲航空公司和其他航空公司受碳交易政策的影響來研究公平性問題，結果表明航空公司間在公平性上存在差異，并且這種差異是有效的。但這些研究是從航空個體的角度出發進行分析，忽略了航空公司本身所處的競爭環境，其所采取的應對策略可能帶來的效果會受其他公司所采取策略的影響。

通過上述對現有研究成果的梳理發現，低碳研究已受到了國內外學者的重視并得到豐富的研究，企業層面的應用研究也在逐漸深入。上述研究成果對本研究具有一定的借鑒意義，但關于企業在市場競爭背景下如何通過博弈實現自身利益最大化的研究較少。本文將在前人研究基礎上，對企業應對碳交易的策略進行進一步分析。首先參考已有的碳交易模式建立兩階段碳交易策略優化模型，并結合碳損益方程進行優化分析，尋找競爭環境下企業所采取策略間的關系，以此來獲得均衡解。本文以具有代表性的航空公司為例，結果顯示，航空公司在尋求利潤最大化的過程中會形成一個均衡解，使雙方損失最小化。并且研究結果進一步表明，航空公司選擇利潤最大化的最優策略時，減排政策是低效的。

2模型構建

碳排放交易政策可以分為許可交易碳排放權合作政策（由參與方共同決定碳排放配額水平且允許在市場上進行碳排放權交易）和碳排放配額許可交易政策（由政策制定方單邊決定碳排放配額，同樣允許在市場上進行碳排放權交易）。本文目的是研究企業如何在碳交易機制下選擇最優碳排放控制策略，根據前人研究和實際情況，本文構建兩階段碳交易模型。第一階段，依據企業的歷史排放量各企業將獲得一定比例的碳排放配額，該配額在第一階段逐年遞減;第二階段依據行業排放水平給各個行業內的企業分配免費碳排放配額，同樣該免費碳排放配額逐年遞減。事件時間軸如圖1所示。

歷史期（t=0）：這個階段指的是碳排放交易政策正式實施前的準備階段，或者說是還沒有碳排放交易政策的歷史時期。在這個階段還未對碳排放量進行收費，但是企業需要由相關的排放監測機構來測定其歷史的排放數據，以為下一階段碳排放配額的分配做準備。

第一階段（t=1）：這是碳排放交易體系執行期中的過渡期。碳排放開始收費，免費碳排放配額將根據企業在歷史時期的排放量按比例分配給各個航空公司。為了促進企業減排，這個免費碳排放配額并不是一成不變的，而是按一定比例逐年遞減。在這個階段將對行業整體排放水平進行檢測，以掌握各個行業的整體排放水平，并在第一階段末測算行業平均排放水平作為行業基準數據。

第二階段（t=2）：這是碳排放交易體系的正式執行階段。在這個階段企業同樣可以得到一定的免費碳排放配額，該免費碳排放配額將根據第一階段末測算得到的行業基準排放數據進行行業分配后再分配給各行業內的企業。同樣，免費碳排放配額也不是一成不變的，同樣會按照一定比例逐年遞減。

本模型中，行業競爭模式為寡頭壟斷，行業內的寡頭公司出售同質商品，也就是說除了少數寡頭之外沒有其他公司在這類產品市場中和這兩家公司競爭，或者在該行業內的其他小公司規模過小，不足以

和寡頭進行競爭。行業市場價格受市場總產量影響，行業內的寡頭公司可以通過調整各自的產量來影響市場價格。航空業是一個比較典型的寡頭行業，因此本文的模型以航空業為例構建十分契合，其分析過程和結論可以推廣到其他類似的行業。為了模型分析的簡潔，本文假設行業內寡頭的數量為兩個。在碳交易政策實施后，這兩家寡頭公司在減排期內需要有足夠的配額用于覆蓋前一年所產生的碳排放量，如果配額不足他們可以在市場上購買;如果配額超出碳排放量，企業可以選擇將配額在碳交易市場上進行出售或將自己的配額儲存起來用來抵扣未來的排放量。

2.1模型假設

在建立模型之前，先給出本模型的假設條件：

假設1：產品價格和產量之間為線性關系。在本例中即為航空產品的價格與企業所供給的運輸產能之間為線性關系?？珊唵蔚囟x反需求函數為：P=a-γQ，其中γ是量綱化系數，其實際值可根據航空公司真實數據統計得到。

假設2：企業主要生產一類產品。在本例中將航空公司的航線抽象為同類產品并在產能的角度將它們加總為一種產品供給。通過將產品進行大類抽象，這條假設可以很容易地推廣到其他行業。

假設3：市場被兩家航空公司壟斷，分別表示為公司1和公司2。這個假設看起來非常強，但因為航空業對資金、技術、人力的極高要求，其門檻非常高，在大多數國家航空業都是被少數幾家公司所壟斷，例如，中國的航空市場實際上都是由兩三家主要的航空公司把持著的，如南方航空、東方航空與中國國航等。在大多數資金型、技術型行業，由于有較高的壁壘，行業在進入成熟階段后都會趨向為寡頭壟斷行業，例如能源、信息技術、礦產、航運等，因此，本條假設也非常容易推廣到其他行業。

假設4：不存在拍賣的情況。因為在均衡情況下，拍賣價格會與競爭價格趨同，因此在此模型中不考慮拍賣。

假設5：當碳排放配額不足時公司將從市場上購買配額。當配額較多時會在市場上進行出售。而處于均衡狀態時，市場上拍賣價格與競爭價格趨同，沒有儲存配額的必要，因此這也不是一條強假設。

2.2模型構建

接下來分階段建立模型。先看歷史期，這一階段是碳排放交易政策實施前的準備階段，本身并不屬于碳排放交易體系時期，但是由于這一階段企業的碳排

再假定，規模較大的航空公司其排放效率較高，反之較低。因為根據ICAO對不同航空公司機型的能耗效率測定來看，較大型的如A380等飛機在載荷因子相等的條件下其單位乘客英里的油耗效率要小于A320之類的小飛機。而大型航空公司擁有更多的長途航班，配備更多的大型民航用機，因此，假設規模較大的航空公司排放效率較大是符合實際情況的。

階段的年運營量為q₁和q₂，每單位運營量的碳排放額為α₁和α₂（后面簡稱為單位碳排放量）。因此第一階段末可以得到行業的基準排放效率為：

在假設1中假設航空產品價格和航班數量之間關系為線性供給函數，由此設定各階段航空服務的市場價格分別為：

兩個階段市場上單位碳排放配額的售價分別為：Z₁，Z₂。該價格為均衡價格，根據假設4不需要考慮拍賣的情況，所有沒有拍賣價格。

根據前面的設定，可以得到兩家公司在第一階段的利潤函數。公司1第一階段第i年的利潤π_1i（i取值為1到n）為：

同理可以得到公司2在第一階段第i年的利潤（i取值為1到n）為：

在第二階段，企業通過技術升級、使用清潔能源等方式提高單位碳排放效率，減少碳排放總量，公司1和公司2減排的成本分別為θ₁和θ₂。從而可以得到兩家公司第二階段的利潤模型。

公司1第二階段第i年的利潤函數（i的取值為n+1到無窮大）為：

公司2第二階段第i年的利潤函數（i的取值為n+1到無窮大）為：

對于航空公司來說，多余的碳排放配額可以出售，不足的碳排放配額需要購買，這意味著配額也是一種利潤的表現形式，因此航空公司除了希望傳統的生產利潤最大化之外，同時也要最大化剩余免費碳配額，這里用碳排放損益方程來表達，碳排放損益等于第一階段碳配額的盈余加上第二階段總排放配額的價值。兩家公司可以通過各自調整第一階段單位排放比率來使其最大化。

公司1的碳排放損益模型為：

公司2的碳排放損益模型為：

2.3模型分析

這是一個兩階段博弈模型，可以通過從后向前逆推的方式進行分析求解。先由第二階段的博弈過程得出兩個公司在第一階段每年的最佳貨運量;然后由第一階段博弈過程得出兩個公司在第二階段每年的最佳貨運量;最后將上兩步的結果帶入碳排放損益方程，得出兩家公司在第一階段各自的最佳單位排放比。

先看第二階段博弈過程，通過聯立第二階段的兩個利潤方程得出兩個公司在第一階段每年的最佳貨運量：

整理方程得到：

對方程（14）和方程（15）分別進行一階求導：

聯立方程（16）和方程（17）求解得到：

接下來由第一階段的利潤方程（20）和方程（21）得出兩個公司在第二階段每年的最佳貨運量：

對方程（20）和方程（21）求一階導得：

聯立方程（22）和方程（23）解得：

將上兩步的年營運量結果（24）和（25）代入碳排放損益方程，得出兩家公司在第一階段各自的最佳單位碳排放比。因為碳排放損益方程的第一項中并不含有α₁和α2，求一階導的時候就會變成0，因此為了方程的簡潔，這里去掉第一項。方程變為：

公司1的碳排放損益：

公司2的碳排放損益：

將方程（24）和方程（25）代入碳損益方程（26）和方程（27），并進行整理得：

同理可得：

其中：

對方程（28）求一階導FOC得：

對方程（29）求一階導FOC得：

其中：

方程（30）對α₁求一階導得：

方程（30）對α₂求一階導得：

3數值分析

為了進一步研究碳交易體系下企業的均衡狀態，論證有效的應對措施，接下來本文將選用企業碳排放數據進行數值分析。本文選用我國航空業的數據樣本，目前我國航空業基本形成寡頭競爭的局面，比較符合前文模型設定中競爭格局假設。采用的數據集包括且不限于：共6年的月度旅客人數、共6年的月平均票價、航空煤油價格、機隊信息、飛機配置策略、排放統計數據、年度業績報告和社會責任報告等。根據采集到的航空公司的飛機類型和每種型號飛機每乘客公里的二氧化碳排放量數據計算得到航空公司的單位碳排放量為：

α=（3.157kg/人·m）×（7 500/1.609 3m/次）×（1/1000t/kg）= 14.731t/人·次

模型中的所有參數取值見表1。

為了更好地分析公司各自兩階段決策之間的關系以及兩家公司決策之間的相互影響，這里引進減排潛力變量w，w是一個百分比值，等于第二階段的

將參數值代入方程組（27）、（28），并繪制α₁、α₂、w₂之間關系的3D效果圖如圖2，從圖2中可以看到弧線的轉折，表示隨著公司2未來減排潛能w₂的減小，α₁隨著α₂的增加先增加再減小。

為了更清晰說明這三者之間關系所表達的含義，這里以α₁為橫軸，α₂為縱軸，w₂分別取值0.25，0.5，0.75，1，繪制出如下四張平面圖，如圖3-圖6所示。

從這四張圖中很明顯可以看出在w₂=0.5和w₂=0.75之間存在一個轉折，也就是說存在某一個w₂的值，使無論α₂取什么值，α₁都有一個固定值。這里令轉折點w₂取值為w₂^*，該α₁的值為α₁^*，如圖7所示。

當公司2未來的潛力較大時（大于w₂^*），相當于公司2在第一期未進行較大力度的減排，而是將減排重點放在第二階段，此時公司1選擇較大的排放量（大于α₁^*，同樣將減排重點放在第二階段），且公司1 第一階段單位排放量α₁隨著公司2第一階段單位排放量α₂的增加而增加。也就是說公司1同樣跟隨公司2將減排重點放在第二階段，但此次公司1采用的從前面的分析中可以看出公司1在選擇減排重點時將會和公司2采用相同策略，如果公司2將減排重點放在第一階段，則公司1將減排重點放在第一階段;如果公司2將減排重點放在第二階段，則公司1 也將減排重點延后到第二階段，兩家公司在長期戰略選擇上有著趨同跟隨行為。

通過以上分析給出如下命題及結論。

命題1：航空公司在碳排放量長期戰略選擇上有趨同行為。

當航空公司2的減排潛力比較小的時候（也就是w₂的值大于w₂^*，圖7中凹函數部分，虛線左邊的部分），航空公司2主要在第一階段進行減排。在這種情況下，航空公司1的單位碳排放量小于α₁^*，這意味著航空公司1在第一階段也進行減排。相反，圖7中凸函數部分，w₂的值比較大，航空公司2將其大部分減排潛力放在第二階段，航空公司1也會采取相同行動。

命題2：如果航空公司2將減排重點放在第一階段，航空公司1會采取對抗策略。

航空公司2在第一階段進行減排，這意味著其第二階段進行繼續減排的潛力比較弱，w₂值比較大。在圖7中表現為凹函數。航空公司1的單位排放量是遞減函數，也就是航空公司1的單位排放量越大，航空公司2的單位排放量越小。航空公司采取對抗策略。

從直觀上來說，就如前面討論的那樣，兩家公司會在同期進行減排行為。航空公司2在第一階段進行減排迫使航空公司1同樣在第一階段進行減排，這會損害航空公司1的長遠利益。因此航空公司1在減排過程中采取消極對抗策略，對方減排多己方就減排少，以此來破壞對方調節行業排放基準值的目的。

命題3：如果航空公司2將減排重點放在第二階段，則航空公司1會采取合作策略。

航空公司2在第二階段進行減排，第二階段的減排潛力比較大，w₂值比較小。圖7中表現為凸函數的部分。航空公司2的單位碳排放量越大，航空公司1的單位碳排放量也相應越大。航空公司1采取合作策略。

直觀上講，航空公司2在第二階段進行減排對航空公司1來說是有利的。因此，航空公司1愿意采取合作策略共同降低行業排放基準值。

結論1：均衡解：兩家公司都將減排重點放在第二階段，第一階段會按現有最大排放量進行排放。

根據上面三條命題，如果航空公司1選擇將減排重點放在第一階段，則航空公司2采取對抗策略影響航空公司1策略的效果，為了利益最大化，航空公司1 選擇將減排重點放在第二階段，同理，航空公司2也將減排重點放在第二階段。當兩家公司都將減排重點放在第二階段后，為了使碳損益方程最大化，兩家公司都將第一階段的單位排放量最大化，此時兩家航空公司達到均衡解。

結論2：兩階段碳交易政策在第一階段是無效的，第二階段是有效但是低效的。

4結語

中國提出要在2030年前實現二氧化碳排放達到峰值、到2060年實現碳中和目標，中國企業面臨巨大的減排壓力?！短寂欧艡嘟灰坠芾磙k法（試行）》將適用范圍擴展至全國，意味著全國范圍碳市場的第一個履約周期在2021年2月1日正式啟動。本文以國內競爭環境下航空公司為例，探討企業如何在碳交易體系中面對同行競爭和碳稅雙重壓力的情況下進行策略選擇，以減少碳排放約束帶來的損失。從文中的結果來看，企業的最優策略是存在的，航空公司可以通過減排重點的選擇以及單位碳排放量的設置，使競爭市場上的公司共同實現利益最大化。

但是同時要注意的是，這個最優策略對于減排企業來說是利益最大化，但對于制定碳稅的管理者卻是利益受損的，而且也違背了設置碳交易體系的初衷：為了人類環境減少碳排放量。減排企業在利益的驅使下，沒有主動意愿采取最快速的減排方式，從中可以看出在制定碳交易政策時需要增加補充條款驅使行業中的帶頭者進行減排，并帶動行業中的其他企業跟隨進行減排，從而真正實現碳減排的目的。

因此，本文不僅僅是給予航空公司在碳交易體系下進行策略選擇的參考，同時也是對現有碳交易體系合理性的思考。減排是大勢所趨，將來會有越來越多的國家地區開始構建完善碳交易體系，希望本文的結論對該體系的完善有一定參考價值。

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