基于演化仿真的碳排放政策復合機制設計

顧倩倩

(上海師范大學天華學院, 商學院, 上海 201815)

0 引言

我國碳排放權交易市場(以下簡稱“碳交易”)在促進企業低碳轉型方面取得了一定成效,但只能覆蓋到重點碳排放單位,在實施過程中暴露出了諸多問題[1]。由此可見,單一的碳交易政策無法長期有效地降低企業碳排放,吳力波等[2]的研究也表明,碳交易機制更適用于現階段的中國?！堵摵蠂鴼夂蜃兓蚣芄s》提出,基于市場機制的碳交易和碳稅是最重要的兩項碳減排措施[3],隨著未來我國減排力度增強,可考慮引入碳稅來彌補現有碳排放政策的不足。碳稅政策按照二氧化碳排放量向排放主體征稅,會覆蓋所有的碳排放源,且政府可直接調控稅率,靈活性較強。再者,碳稅可以直接依托現有稅收體系,管理和實施成本較低。在低碳發展效應方面,徐文成等[4]發現碳稅可以有效減少碳排放量,推動低碳經濟發展。

在應對全球氣候變化的背景下,碳交易與碳稅相結合的復合政策比單一政策的減排效果更優[5]。雖已有學者對復合碳政策開展了一些研究,但忽視了碳稅較強的負外部性和政策實施過程中政府的監管效用。企業在面對高額的碳排放成本時,可能會選擇違規排碳行為,因此,在復合碳排放機制設計時,要充分考慮政策強度對企業決策的影響,并輔以適當的政府監管作為保障。由此本文充分考慮企業對政策的耐受程度,創新性地提出碳交易為主、碳稅作為懲罰性補充手段的碳排放復合機制的設計思路,借助演化博弈理論,將政府作為監管主體納入博弈模型,探究有效政府監管下碳交易與碳稅的復合政策同企業低碳減排策略之間的互動關系,以期為我國碳排放政策的路徑優化提供理論借鑒。

1 研究假設與建模

地方政府與碳排放企業都是有限理性的個體,且具有策略選擇、學習和模仿的能力。在長期交互過程中,政府的策略集為{嚴格監管,寬松監管},企業的策略集為{低碳減排生產,傳統生產}。在時刻t,政府選擇嚴格監管策略的概率為y,企業選擇低碳減排策略的概率為x,0≤x,y≤1,且x,y均為時間t的函數。

政府建設復合碳機制的成本為C,無償分配給企業的碳排放配額為E,制定的碳稅稅率為t3。政府對企業行為的監管成本為αC1,其中α為監管概率,當α=1時,代表政府選擇的是嚴格監管策略。

當企業選擇低碳生產時,需投入技術研發等減排成本C2,獲得基本收益R。減排后,企業可將多余的碳配額ΔE1以價格p在碳市場出售,其中ΔE1=E-E1。此時,企業無需繳納碳稅,還可以享受所得稅優惠稅率t1。企業的低碳技術不僅可以改善環境,還會為政府帶來招商引資等經濟效益,記為Re。

當企業選擇傳統生產時,獲得額外收益r,但不能享受稅收優惠政策,只能按照正常稅率t2繳納所得稅,此時的碳排放量E2也會超過碳配額。如果企業自覺遵守碳政策,則需以價格p在碳市場購買ΔE2的排放額,其中ΔE2=E2-E;如果企業為節省成本,選擇偷排等違規行為,則設偷排概率為β,若被政府部門發現,需繳納罰款ΔE2t3,即為超配額碳量的碳稅稅金。

上述要素是政企之間的共同知識,其中0≤α、β≤1,雙方的收益矩陣如表1所示。

表1 政企演化博弈模型的收益矩陣

(1)

根據Malthusian復制動態方程的定義和求解方法[6],企業策略選擇的復制動態方程為

(2)

結合式(1)(2),H1(x,y)可整理為

H1(x,y)=x(1-x){(R+pΔE1)(1-t1)-(R+r)(1-t2)+[(1-β)p+αβt3]ΔE2-

(3)

C2+(1-α)βΔE2t3y}

同理,可得到政府策略選擇的復制動態方程H2(x,y):

H2(x,y)=y(1-y)(1-α)[(βΔE2t3-C1)-βΔE2t3x]

(4)

2 演化博弈系統的穩定性分析

由企業和政府的復制動態方程構成的方程組,即為演化博弈復制動態系統,它描述了這2個博弈主體策略演化的動態過程。

(5)

其中,

(6)

(7)

(8)

(9)

將5個均衡點分別代入矩陣A,可得到對應的Det(A)和tr(A),如表2所示。為簡化表述,令

表2 各均衡點對應的Det(A)和tr(A)的表達式

T1=(R+pΔE1)(1-t1)-(R+r)(1-t2)+

[(1-β)p+αβt3]ΔE2-C2

(10)

T2=(R+pΔE1)(1-t1)-(R+r)(1-t2)+

[(1-β)p+βt3]ΔE2-C2

(11)

S1=(1-α)(βΔE2t3-C1)

(12)

S2=-(1-α)C1

(13)

如果均衡點滿足Det(A)>0且tr(A)<0,則該點為系統的演化穩定點,其對應的策略則為演化穩定策略(ESS)[8]。經求解,均衡點(1,1)和(x0,y0)都不是系統的演化穩定點。接下來,對其余3個均衡點的局部穩定性進行分析。具體結果如下:

(1) 當T1>0,S1<0或S1>0時,(1,0)是系統的演化穩定點,表示在政府的寬松監管模式下,企業自主選擇低碳策略,這是政企合作博弈中最優的ESS,也是碳排放政策的期望調控目標,稱之為系統演化的“目標狀態”。從演化均衡條件可知,在政府寬松監管下,企業低碳轉型后的凈收益T1是影響政企策略選擇的實質性條件。

(2) 當T1<0、S1<0,T2<0或T2>0時,(0,0)是系統的演化穩定點,對應的ESS為(傳統生產,寬松監管)。

(3) 當T1<0、T2>0、S1>0時,系統不存在演化穩定點,政企雙方的演化路徑是圍繞中心點(x0,y0)的閉環軌道進行周期性震蕩。

(4) 當T2<0、S1>0時,(0,1)是系統的演化穩定點,表示在政府的嚴格監管模式下,企業漸進穩定于傳統生產策略,這是政企非合作博弈中最糟糕的一種穩定狀態,稱之為“政策失靈狀態”,這對政策成本造成嚴重浪費。

3 數值仿真實驗

為更直觀的展現碳交易與碳稅的復合政策對企業低碳減排行為的影響,本文參照張爽等[7]的仿真數據設置規則,依據分析結果中的演化均衡條件,利用MATLAB來開展政策效果模擬和敏感性分析,仿真結果如圖1～圖5所示,圖中曲線為政企系統策略選擇的演化路徑,橫坐標為企業選擇“低碳減排生產”策略的概率,縱坐標為政府選擇“嚴格監管”策略的概率。

圖1 不同力度碳交易政策下政企策略選擇的演化路徑

3.1 碳交易政策模擬

模型中與碳交易政策相關的參數包括碳價p、企業的碳交易量ΔE1、ΔE2,因此可采用控制變量法來模擬不同力度碳交易政策對系統演化結果的影響。以基準情形,即“政策失靈狀態”下系統的參數值為對照組,其中C1=1、C2=8、R=1、r=3、ΔE1=6、ΔE2=10、p=0.6、t1=0.3、t2=0.5、t3=0.5、α=0.6、β=0.5。此時,系統的演化穩定點為(0,1),即處于“政策失靈狀態”,仿真結果為圖1中的對照組曲線。維持其他參數值不變:① 在實驗組1中,降低3個參數的取值,設定p=0.3、ΔE1=3、ΔE2=5(見圖1),系統的演化穩定點仍為(0,1),該政策力度未能使系統向“目標狀態”演化,這說明當碳價降低、企業的碳交易量減小時,無法改善企業采用傳統技術的困境,此時碳交易政策的激勵作用非常有限;② 在實驗組2中,提高3個參數的取值,設定p=0.9、ΔE1=9、ΔE2=15(見圖1),此時系統的穩定點演化為(1,0),該政策力度可以引導企業開展低碳減排,使系統由“政策失靈狀態”轉化為“目標狀態”,這說明當碳價提高、企業的碳交易量增加時,可實現政策的預期調控目標。

碳價主要受碳市場供求關系的影響,碳交易量則受制于企業減排能力和產品市場競爭,均不屬于政府調控范疇。因此,當碳交易政策的激勵機制失靈時,需借助其他手段進行補救。有學者認為面對異常波動或長期低迷的碳價,政府依法、科學地調控碳價是非常必要的[9]。受其啟發,現對碳價p進行敏感性分析。以基準情形中p=0.6為參照,維持其他參數取值不變,單一提高或降低p的取值,來模擬系統雙方的演化趨勢(見圖2),其中p=0.3/0.9/1.2是設置的3個實驗值。從仿真結果可得,當p=0.3時,系統的演化穩定點為(0,1),與基準情形p=0.6一致,系統仍處于“政策失靈狀態”,但當p=0.9/1.2時,系統逐漸演化穩定于(1,0)點,即“目標狀態”,這說明提高碳價可以有效改善系統的演化困境,使系統漸進收斂于穩定點(1,0)。通過對比p=0.9和p=1.2的曲線還發現,碳價越高,系統向均衡點的演化速率越快。

圖2 不同碳定價機制下政企策略選擇的演化路徑

進一步分析發現,碳交易政策中存在一個碳價閾值(仿真數值下的閾值是0.8478),當碳價低于閾值時,政策強度不足以改變企業的策略選擇,政策不能發揮其預期作用;反之,企業會主動執行碳減排,即趨向于選擇低碳減排策略。該結論也與圖2的仿真結果一致。

碳價對碳交易政策的實施效果有重要影響,但碳價主要受市場機制調節,存在失靈可能,因此,碳交易政策無法穩定有效地激勵企業開展低碳減排。

3.2 碳稅政策模擬

本文設定的碳稅政策是具有懲罰性質的碳規制,政策效果主要受政府監管力度α和碳稅稅率t3的影響。下文通過數值仿真實驗對參數α進行敏感性分析,當參數值設定為C1=1、C2=8、R=1、r=3、ΔE1=6、ΔE2=10、p=0.6、t1=0.3、t2=0.5、t3=1.27、α=0.6、β=0.5時,系統的演化路徑為圖3中的α=0.6曲線。接著,以當前設定值為參照,維持其他參數值不變,提高或降低α的取值來模擬系統雙方的演化趨勢。從仿真結果可知,當α=0.3時,系統無漸進穩定點,政企雙方的策略選擇呈閉環運動狀態,但當α=0.9時,系統會漸進收斂于(1,0)點,穩定于“目標狀態”,且演化速率高于α=0.6。

圖3 不同政府監管力度下政企策略選擇的演化路徑

進一步分析發現,政府監管概率α存在一個閾值(仿真數值下的閾值是0.5953)。當監管概率小于閾值時,系統無演化穩定狀態;反之,系統會漸進穩定于“目標狀態”,這說明一定程度的政府監管是保證懲罰性碳稅政策效果的必要前提。該結論也與圖3中的仿真結果一致。

3.3 碳交易與碳稅的復合機制模擬

政府部門對虛報、瞞報、拒報溫室氣體排放報告行為的最高罰款只有3萬元,這對有限理性的高產值碳排放企業往往起不到應有的懲罰和警示作用。在利益驅使下,傳統生產型企業的偷排概率β很可能處于較高水平,即其選擇碳交易的概率(1-β)相對較小。也就是說,偷排概率能從側面反映碳交易政策的強度,而碳稅稅率可直接反應碳稅政策的強度,因此,可通過β與t3之間的相互關系來探究復合政策對企業低碳減排激勵的協同影響機制。

將基準情形中的參數值C1=1、C2=8、R=1、r=3、ΔE1=6、ΔE2=10、p=0.6、t1=0.3、t2=0.5、α=0.6、β=0.5代入能夠使系統達到“目標狀態”的演化穩定條件T1>0,可得使系統穩定于“目標狀態”的最低碳稅稅率t3=1.27,仿真結果如圖4中的對照組曲線。維持其他參數值不變,設定不同的β,可求得相應的最低碳稅稅率t3,3組實驗值及仿真結果如圖4所示。

圖4 不同力度的復合政策下政企策略選擇的演化路徑

從實驗數據可知,隨著企業偷排概率的增加,促使其選擇低碳減排策略的最低碳稅稅率呈下降趨勢。從政策效果來看,企業偷排概率的增加,弱化了碳交易政策的激勵力度,但圖中四條曲線的演化穩定點均為(1,0),說明碳稅的強化效應高于碳交易政策的減弱效應。換言之,當碳交易政策效果有限時,政府可借助懲罰性碳稅政策激勵企業減排。因此,碳交易與碳稅協同互補的復合政策能有效激勵企業低碳減排,助力實現“雙碳”目標。

3.4 所得稅優惠政策激勵效應模擬

經政府認定的高新技術企業,其所得稅稅率可降至15%[10],據此,本文在模型設定時,對低碳減排企業設置了所得稅優惠政策。同3.3節,將參數值C1=1、C2=8、R=1、r=3、ΔE1=6、ΔE2=10、p=0.6、t1=0.3、t2=0.5、t3=1.27、α=0.6、β=0.5作為基準設定,其仿真結果為圖5中的對照組曲線。維持其他參數值不變,設定不同的t1,可求得相應的最低碳稅稅率t3,3組實驗值及仿真結果如圖5所示。

圖5 不同所得稅優惠稅率與碳稅稅率組合下政企策略選擇的演化路徑

結果顯示,當政府對低碳減排企業設置所得稅優惠政策后,促使企業選擇低碳減排策略的最低碳稅稅率逐漸減小,但不影響系統雙方向目標穩定點(1,0)演化。這說明稅收優惠政策的正向激勵效應在一定程度上可以代替較高強度的碳稅懲罰效應。從政策效果來看,稅收優惠可直接提高企業收益,引導資源合理配置,有效激發企業減排活力,實現企業、環境的雙重紅利。

4 總結

本文提出了一種碳交易為主導、碳稅為輔助的復合政策機制,在政府的有效監管下可以長效地激勵企業低碳減排。研究結果及相關建議如下。

(1) 碳交易政策效果主要受碳價和企業碳交易量等因素的影響,而碳交易量又會直接影響碳價。因此,政府要進一步優化配額分配方式,使碳配額更加符合企業的實際需求,以利于形成合理的市場化碳價。此外,政府可嘗試建立碳價調控機制?；谑袌鲂枨蟮膭討B變化,對碳價進行適當的調控和干預,使市場碳價高于閾值而又不長期處于過高水平,以有效發揮政策的減排激勵作用。

(2) 碳稅政策效果受碳稅稅率直接影響,并受政府監管概率調控,且碳稅稅率與政府監管成本呈負相關。在實際中,政府可參考同等經濟發展水平的國家的碳稅稅率,在閾值以上范圍確定稅率,并以降低監管成本為目標,不斷創新監管方式以提高監管質效。

(3) 在實施碳交易與碳稅的復合政策時,要充分體現碳稅對碳交易政策的補充作用,只有當碳交易政策失靈,即企業有違規排碳行為時,才對其征收懲罰性碳稅,以倒逼企業進行低碳減排。

(4) 當政府對低碳減排企業設置所得稅優惠政策時,企業減排收益增加,碳交易政策效果得以強化。“雙碳”目標是我國經濟社會發展的中長期規劃,而企業低碳轉型的投資回報周期長,因此長期性的激勵政策非常有必要。政府應加快建設低碳技術標準,對通過標準認證的企業設置所得稅優惠稅率,以減輕稅負,激發企業減排動力。