碳排放交易机制下碳排放量控制效率的经济解释

常 凯，王苏生，徐民成

(哈尔滨工业大学 深圳研究生院，广东 深圳 518055）

0 引言

当今温室气体诱发全球气候变化及生态环境恶化已引起全球各国政府高度关注。大量温室气体排放到大气中形成温室效应，直接造成空气污染严重、全球变暖、冰山融化、海平面上升、气候恶化，直接或间接给社会造成巨大的经济损失，因此温室气体排放具有较强的社会负外部性。全球各国政府正在积极探索适合本国国情的控制温室气体排放总量的模式与机制创新，最大限度地降低因气候剧烈变化和生态环境恶化所引起直接或间接的经济损失。

在中国快速工业化进程中，中国采用粗放型的经济发展模式，逐步形成过分依赖化石燃料为主高碳密集的能源体系和产业布局，形成高碳锁定效应。劳动密集型产业和高碳、高能耗的行业在中国产业结构中仍占有较大比例，单位GDP碳排放强度较高。随着中国经济高速发展，资源供求矛盾日益紧张，还有一些污染严重、高耗能、工艺落后的行业给中国生态环境和气候恶化带来巨大的挑战。因此从经济学角度揭示中国碳排放总量陷入技术锁定和制度锁定的复合制度体系，探索在碳排放交易机制下碳排放量控制的经济效率等问题是中国政府亟需解决的关键问题。

1 高碳锁定的经济效应

1.1 高碳锁定

“碳锁定”的概念最初由Unruh.G.C发表在2000年《能源政策》中“理解碳锁定”一文详细地提出：工业经济处在碳锁定的状态,尤其是锁定在碳密集的化石燃料能源系统,这是由技术和制度共同演进的过程中路径依赖的报酬递增所引起的[1]。在工业化进程中，稳定成熟的化石燃料技术体系和稳固的制度体系促使中国的工业、交通、建筑等产业长期锁定在化石燃料依赖型的能源技术体系，满足居民消费的商品和服务也锁定以高碳锁定的能源技术体系，交通系统也锁定在以化石燃料为基础的基础设施和汽车动力技术系统。

在现有制度体系上，以化石燃料为主的能源消费体系、工业体系及社会政治体系的法律和政策制度层面还处在主流地位，很难在短期内彻底打破稳固的技术和制度体系。政府、公共组织及私营企业、金融机构等经济组织仍较偏好投资传统的高碳锁定的技术体系，由于支持性的制度体系、较低的运作成本及明显的投资效益，高碳技术体系在市场竞争中仍具有强有力的竞争能力，因此现有的制度体系继续偏好于高碳锁定的技术和制度复合制度体系[2]。由于现代技术系统深深嵌入在制度结构之中,导致技术锁定与制度锁定的因素相互作用,加剧了技术锁定。工业经济处在高碳锁定的状态,尤其是锁定在碳密集的化石燃料能源系统,这是由技术和制度共同演进的过程中路径依赖的报酬递增所引起的。技术和制度相互联系、互相依存地存在于系统之中,一旦稳定的技术制度系统得以形成,就会要求保持稳定并抵制变化的发生[1]。由于受传统化石能源赋存的制约和高碳消费偏好的影响，再加上低碳技术受到规模经济、学习效率及推广使用预期等不确定性因素制约，因此中国的工业、建筑、交通以及终端能源消费系统在今后将继续锁定在高碳为基础的技术和制度体系中。

1.2 高碳锁定经济效应

碳排放和环境保护是一种公共利益诉求，具有公共物品的属性，大气中滞留大量碳排放量会诱使气候变暖和环境恶化，因此碳排放存在社会负外部性效应。在传统高碳锁定的技术和体制系统下，碳排放至大气中尚没有实施管制，因而企业排放温室气体不需要额外承担环境成本。假设某国家或地区只有两个部门，即高碳部门和低碳部门。这里高碳行业部门指以消耗化石燃料如煤炭、石油和天然气等含高碳密集的电力行业以及高能耗、高碳排放的产业，如交通、建筑以及钢铁、冶金、化工等行业；低碳行业指使用低碳或无碳技术的行业，如通过光合作用吸收CO2的森林、草地、农业，化石能源高效洁净利用和可再生能源（太阳能、风能、水电、核能、生物能及潮汐能等）以及使用碳捕获封存和IGCC等技术的燃煤发电厂等[3-4]。现假设在完全竞争市场情况下，高碳行业和低碳行业的单个厂商产出及行业总产出如图1所示[5]。

图1 高碳行业单个厂商产出与行业总产出示意图

在传统的经济体制和技术体系下，高碳行业内单个厂商因不需要承担额外的环境成本，企业实际边际成本（MCh）小于边际社会成本(MSCh=MCh+MEC)，厂商实际产出qh大于社会理想产出q*h，因此厂商释放出超额的碳排放量。从整个高碳行业看，高碳行业产品的实际市场价格因不需要承担环境成本而远小于产品的社会理想价格，高碳行业总产出Qh远大于社会理想产出Q*h。在传统的技术体系和经济体制下，相对于低碳技术产业，高碳行业厂商因存在规模经济、学习经济、适应性预期和网络经济效应，具有项目运作成本低、管理效率高、投资效益显著等较强的竞争优势[1]。以电力行业为例说明：我国煤炭资源较为丰富，传统燃煤发电技术早已进入大批量商业化运作阶段，火力发电规模经济和学习经济的效益非常明显，加上完善的火电输送网络配套及基础设施，因此火力发电具有运作成本低、效率高、投资效益快等明显的市场竞争优势。低碳燃煤发电技术(如碳捕获封存技术(CCS)和整合煤气化联合循环技术(IGCC))和可再生能源发电技术（水电、风电、核电及太阳能发电等）尚处在研究开发阶段，尚未进入商业化运作，且项目运作难以形成规模经济效应和学习效率，缺乏相应的输电配送网络设施，因此新兴的可再生能源发电和低碳燃煤发电的技术在电力市场中缺乏一定的竞争能力。

2 碳交易机制下碳排放控制效率

温室气体排放和环境保护是一种公共利益诉求，具有公共物品的属性，存在外部性效应。大气中滞留大量碳排放量会诱使气候变暖和环境恶化，因此碳排放量会产生负的社会外部性。在碳排放交易机制下，企业通过碳排放权补偿或转让交换，将碳排放权通过碳市场交易机制迫使企业将负的外部性成本转为内部化。根据科斯定理，碳排放控制过程中将碳排放权赋予特定的产权，引入市场机制激活碳排放控制的市场效率，将碳排放控制外部性内在化，利用市场机制和激励机制激励个体企业共同实施碳排放控制的实质性行动。碳排放交易机制是国际上公认的高效率和低成本的碳排放控制机制，碳排放价格信号是一种最有效的市场信号，将政府管制与市场机制有机结合起来，借助市场机制和经济规律实现碳排放控制目标。

设碳交易市场各参与主体的信息是完全对称的，即政府、买方、卖方、交易场所及中介机构等各交易主体之间信息是完全对称的，产品要素市场及碳交易市场都是完全竞争市场,企业提供的产品都近似看成同质的。高碳部门有i个企业，i∈ [1、2……、M],企业产量为qi，产品价格为pi，碳排放量为ei，且ei随qi增加而递增，即单位产品碳排放率；第i个高碳企业生产成本是即C(qi,ei)=qiC(1,ri),且满足高碳部门企业的总产量碳排放量为

低碳部门有j个企业,j∈[1、2、……、N],其产量为qj,产品价格为pj，碳排放量为ej,并且ej随qj增加而递增，即单位产品碳排放率rj=ej/qj。低碳部门企业的总产量，碳排放总量为由于假设整个社会只有两个部门，即高碳部门和低碳部门碳排放总量

现政府采用碳排放上限设定与总量控制方法控制碳排放总量，设在规定期限内政府实现目标碳减排率为α，那么政府对碳排放控制的目标总量为α×E。政府根据两个部门总产量和碳排放总量计算单位产量所排放的碳排放率：

政府根据β给高碳和低碳部门的i和j企业分别设定碳排放基线标准为×rj×qj。高碳部门企业实际碳排放总量即企业实际碳排放总量超过政府设定的碳排放量基线标准，通常有两种途径实现碳排放量达标，一是履行期限届满时，企业直接从碳排放市场购买缺口的碳排放配额；二是在履行期限内积极使用低碳技术降低碳排放量。由于低碳技术存在学习效应，单位碳排放成本随低碳技术应用逐步熟练，其单位碳排放成本是呈现下降趋势[7]。当单位碳排放成本高于碳排放价格时，企业追求利润最大化就会直接从市场上购买短缺的碳排放量，以实现碳减排量目标，否则企业将会受到政府严厉的经济惩罚以及信誉损失等各项经济损失。低碳部门企业实际碳排放总量ej＜，企业可以将剩余的碳排放量经政府认证碳排放配额出售给有碳减排需求的企业，以获取额外的经济收益。那么两个部门企业利润分别为：

高碳部门企业利润

低碳部门企业利润

方程(2)说明政府实施碳排放量管制后，高碳企业因碳排放总量超过政府设定碳排放标准，当单位碳排放成本高于碳交易价格时，企业购买短缺的碳排放量，因此高碳企业因增加额外的环境成本而降低企业的经济利润。由于企业购买碳排放权将碳排放的社会外在性成本有效地转为内在性成本，使企业的边际成本MC=C(1,ri)+min(cei,P)×ri×(1-β)，与碳排放管制政策前相比，其边际成本增加额外的环境成本。如图2所示：政府实施碳排放管制政策后，高碳企业由于额外单位环境成本使边际成本曲线从MCi1平行向上移动至MCi2，由得知pi=C(1,ri)-min(cei,P）×ri×（1-β)时，若实现利润最大化，此时企业将最优产量从qi1降低到qi2[7]。方程（3）说明低碳部门企业由于碳排放量低于政府设定碳排放标准，企业可以将剩余的碳排放配额拿到碳交易市场出售以获得额外的经济收益，可以弥补较高的生产成本缺陷。如图3所示，低碳企业边际成本曲线MC=C(1,rj)-P×rj×(1-β),与碳排放管制政策前相比，其边际成本曲线减少P×rj×(1-β)，即边际成本曲线从碳排放管制前的MCj1向下平移至MCj2[8]。有得知pj=C(1,rj)-P×rj×(1-β)，若实现利润最大化，此时低碳企业的最优产量从qj1增加至qj2。

图2 高碳企业

图3 低碳企业

下面分析在实施碳交易机制后高碳和低碳部门的碳排放总量的变化。如图4所示：高碳部门企业因碳排放总量ei超过政府设定的碳排放基准量因此高碳企业是碳排放交易市场的需求方，高碳部门从碳交易市场中购买的碳排放总需求量为当碳市场交易价格低于企业的单位碳排放成本时，即P≤cei,企业追求利润最大化就会从碳交易市场购买缺口的碳排放量。但当碳市场交易价格高于企业实施碳排放技术的单位碳排放成本时，即P＞cei时，企业积极推广使用低碳技术，努力降低碳排放总量[9]。通过碳排放交易，企业被迫进行低碳技术革新，以实现政府设定碳排放量目标。由于高碳企业持续不断地缩减碳排放量，高碳行业释放碳排放总量减少。

如图5所示：低碳企业实际碳排放总量远ej低于政府设定的基准碳排放量，低碳部门企业是碳排放交易市场的供给方，低碳部门出售碳排放权配额总量为-ej)，且碳排放供求总量趋于平衡，即-ej)。低碳企业因转让剩余碳排放配额获得额外经济收益，不仅有更多动力和资金从事低碳技术的革新与推广应用，扩大产能以减少碳排放总量。因即碳交易市场碳排放配额交易的供求总量趋于平衡，从而政府实现将碳排放总量控制在碳排放目标总量水平上。通过碳排放交易，高碳部门企业因承担额外的环境成本，驱动企业不断开发和推广使用低碳技术，以便降低碳排放总量；低碳部门企业因转让剩余碳排放配额而获得额外环境收益，驱动企业投入更多资金和精力从事低碳技术的推广应用，提供更多的碳排放权配额。

图4 高碳企业

图5 低碳企业

3 总结

在中国工业化进程中，中国工业、建筑、交通及终端能源消费均锁定在高碳密集的化石燃料能源系统,这是由技术和制度共同演进的过程中路径依赖的报酬递增所引起的。由于受传统化石能源赋存的制约和高碳消费偏好的影响，在传统的技术体系和经济体制下，高碳行业厂商因存在规模经济、学习经济、适应性预期和网络经济效应，具有运作成本低、经营风险低、管理效率高、投资收益高等市场竞争优势。由于低碳技术受到规模经济、学习效率及推广使用预期等不确定性因素制约，因此中国工业、建筑、交通以及终端能源消费将继续锁定在高碳为基础的技术和制度体系。

根据科斯定理，碳排放控制过程中将碳排放权赋予特定的产权，将碳排放控制外部性内在化。在碳排放交易机制下，政府引入市场机制激活碳排放控制的市场效率，将政府管制与市场机制有机结合起来，推动社会资金从高碳部门向低碳部门流动，提高资源配置效率，从而实现高效率和低成本的碳排放控制模式。在碳排放交易机制下，高碳企业因承担额外的环境成本，驱动企业不断开发和推广使用低碳技术，尽可能降低环境成本；同时高碳企业因承担环境成本导致最优产出下降，因此高碳行业降低碳排放总量。低碳部门企业因转让剩余碳排放配额而获得额外环境收益，促使社会资金流向低碳行业，驱动企业投入更多的资金和精力推广使用低碳技术；低碳企业因获得环境收益导致最优产出增加，提高社会资源配置效率，向高碳企业提供更多的碳排放配额。

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