考虑社会福利的港口碳税税率研究

吴俊妮

（大连财经学院 管理学院，辽宁 大连 116026）

从全球范围来看，交通运输业在世界能源消费和温室气体排放中所占比重均超过20%。港口作为水陆交通运输的集结点和枢纽，为国家经济建设和对外贸易的发展提供了基础性支撑。同时，港口能耗和港区环境问题日益凸显，节能减排工作逐渐受到重视。各国政府面对来自国际的节能减排压力，采取相应的措施，其中征收碳税是较为常用的激励政策工具。研究港口最优碳排放税税率对港口减排有激励作用，为港口运营提供借鉴，促进港口可持续发展。

与本文相关的港口减排的研究主要有：Chang等[1]采用评估模型计算排放量，以验证减少港口地区污染物的策略的有效性，发现降低船舶速度的策略在降低燃料消耗和成本以及排放方面是有效的；赵雅倩等[2]将多目标优化应用到港口节能减排的建设中，构建了多目标0-1规划模型，得出江苏某港口节能减排建设优化方案并证明了模型的可行性；Wan等[3]建立了绿色港口发展量化评估模型，分析了全球绿色港口发展现状，揭示了中国港口在绿色港口发展方面的优势和不足，为港口和其利益相关者提供有用的见解和指导；Schipper等[4]在绩效指标方面评估混合港口的可持续性，并探讨与社会、经济和环境方面有关的预期影响，以最大限度地减少与港口运营、成本和环境影响管理相关的长期风险；Carpenter等[5]考察了瑞典耶夫勒港采用的方法，利用循环经济原则创造新的土地，结果表明使用循环经济原则可以成为确保港口未来的可行途径；乔文怡等[6]以连云港为例，构建了基于绿色理念的港城耦合系统动力学模型，侧重分析环境污染、能源消费等问题。这几篇文献为本文提供了研究基础和有益的借鉴，但在上述关于港口节能减排的研究中，大多数学者的研究方向主要集中在节能减排评价、节能减排技术和节能减排机制等方面，而对碳税这一减排政策涉及较少。

在减排的过程中，为降低温室气体的排放，政府会相应采取一系列措施，对企业排放的过量二氧化碳收取碳税就是其中之一。国内外学者在碳税方面也有较多研究：Wang等[7]首先提出了征收排污税的构想；乔晗等[8]采用非合作博弈的方法，通过建立Stackelberg模型研究了航空碳税博弈中双方国家和航空公司的最优选择；Pal等[9]考虑了差异化的混合双寡头，表明当私有化和污染税相结合时，私有化情况的环境破坏将是非单调的，而私有化是否会改善环境取决于公众对环境的关注；张丽等[10]从航运企业的成本、船舶大小、船舶燃料技术和碳排放测定方法等方面，分析了欧盟的航海碳税政策对我国航运业的影响；Wang等[11]使用具有分散供应链的三阶段Stackelberg博弈模型和具有集中供应链的两阶段Stackelberg博弈模型，来讨论政府碳排放税政策，结果表明集中供应链比分散供应链对企业和政府更有利；李友东等[12]采用两阶段博弈模型，研究了政府碳排放限额下的两阶段供应链中碳交易机制对供应链绩效的影响，结果表明政府不同的碳排放限额会换取更多的环境改善；Chen等[13]基于静态碳税和补贴，构建了政府与制造商之间的演化博弈模型，研究了不同约束下政府和制造商的演化稳定策略；Song等[14]构建了一个两阶段随机模型，研究了限额与交易和碳税法规下的物流能力扩张问题，以及碳排放法规对产能扩张的影响，结果表明碳税对低税率和高税率的最优产能扩张决策有不同的影响；Cui等[15]构建了博弈模型，将港口私有化与排污税相结合，分析了政府对港口地区的船舶和港口业务进行排放控制的情况，并且说明了最优排放控制税代表了政府保护环境免受污染的愿望。

总结发现，在碳税减排政策的研究中，使用博弈方法最为多数，并且多用于港口与港口间的博弈，但考虑港口与政府间的博弈研究较少，且以往研究中，或是只考虑社会福利时的碳税税率问题，或是只研究竞合策略时的碳税税率，而本文是将所有条件结合在一起共同进行研究，建立港口与港口及港口与政府之间的博弈模型，重点关注碳排放税的征收对港口运营中收益情况的影响。

综上所述，本文的创新点在于将港口与碳排放税相结合，以港口竞争与合作两种策略为背景，考虑社会福利的情况下，采用两阶段博弈的方法来确定港口的最优税率，如此，可有效提高社会福利，最终实现港口低碳可持续发展。

一、问题描述与模型建立

（一）问题描述

近年来，港口运营过程中的碳排放所造成的环境问题已引起社会各界的广泛关注。而港口企业与一般企业相比，规模较大，以市场为导向，是国民经济中重要的基础性设施，港口行业的发展水平能够反映一个地区经济的繁荣程度。但港口在节能环保和安全监管方面的问题日益暴露，形势十分严峻。西方国家环境治理实践证明，港口减排是建立绿色港口必不可少的重要环节，征收碳税是实现节能减排的重要政策手段，是保护生态环境的有效经济措施。因此，采用征收碳税政策是促进港口绿色发展，提升安全管理水平，推进平安港口、绿色港口建设的有效手段，应被大力提倡。

本文通过借鉴和参考国际上的碳税实施经验，以政府对港口拟实施碳税征收政策为前提，考虑社会福利的情况下，构造了一个两阶段动态博弈模型：第一阶段，政府先行动，在考虑到港口对政府征税反应的情况下，政府根据设定的排放强度减排目标，为港口设定排放税，以达到社会经济福利最大化；第二阶段，对港口竞争与合作两种经营策略进行对比分析，设定政府的碳排放税，港口选择各自的强度下降幅度和单位服务价格以最大化港口的利润，采用逆向求解该两阶段博弈问题。在通过征收碳税完成一定减排目标的基础上，分析税率的变化对港口服务价格、需求量和碳排放降幅的影响，并对比分析港口在竞争和合作两种策略下政府最优税率的变化。

（二）模型的建立

在两阶段博弈模型中，政府与港口的博弈关系表现为：政府的目标是通过环境规制减少港口二氧化碳排放量，满足公众对绿色港口的诉求，同时影响港口经营的利润，实现社会效益最大化，从而制定使社会福利最大化的碳成本收费比率；而港口是根据政府设定的碳税税率确定各自的减排活动水平，实现自身效益最大化。

1.参数含义

2.模型建立

港口逆需求函数表达为：

本文中社会福利为各港口利润之和加上政府的碳税收入减去港口碳排放对社会造成的环境损失，即。

二、模型求解

（一）港口竞争策略

假设一个港口群中的两个港口：港口1与港口2，两个港口运营过程中采用竞争策略。采用逆向求解该两阶段博弈问题。

第二阶段：两个港口的逆需求函数为

竞争情况下，给定博弈第一阶段政府设定的碳排放税t，港口的目标是追求各自利益最大化，则选择需求量q最大的利润函数如下：

首先，根据利润最大化的目标确定碳排放强度降幅，将式（2）两边对求导，即

港口确定碳降幅之后，以利润最大化为目标确定需求量，进而确定港口提供每单位服务的价格，将式（3）代入（2）中，两边对求导，即

将需求量函数代入式（1）中即为港口最佳服务价格。把式（4）对税率求一阶导得

结果小于0，说明在竞争策略中，随着碳税税率的升高，港口的需求量随之减少，而港口的单位服务价格却逐渐上升，这是由于港口的单位服务价格与需求量是呈反方向变动的，当税率增加，港口的利润会相应减少，为增加利润港口会逐渐提高服务价格，进而导致需求量的减少。

第一阶段：在给定第二阶段港口选取最优需求量和最佳碳排放强度降幅的基础上政府设定碳排放税t，使社会福利最大化的同时实现减排目标，社会福利函数为

（二）港口合作策略

两个港口采用合作经营策略。

第二阶段：首先确定港口服务价格。合作情况下，港口单位服务价格只与港口需求量相关，并呈相反方向变动，不存在相互竞争情况，所以，逆需求函数如下：

合作后，港口目标仍是追求利润最大化，利润函数为

把最佳需求量的函数表达式代入（5）中即为合作策略下港口可制定的最优服务价格。

结果表明随着碳税税率的升高，碳降幅逐渐增大，而港口需求量逐渐减少，这与港口竞争策略下的结果一致。

第一阶段：为政府制定单位碳排放的征收税率，政府的目标是社会福利最大化

由于式子的复杂性，在本节中不再详细体现，将在下节算例分析中直接将各类参数代入，得到税率的数值表达式以便作图，并对比分析港口在竞争与合作两种策略下的最优税率的变化情况。

三、算例分析

图1 对比分析两种策略随的变化曲线

图2 竞争时港口1需求量随税率变化曲线

图3 竞争时港口2需求量随税率变化曲线

图4 港口合作时需求量随税率变化的曲线

结合图1～4可知，两种策略的港口需求量均随碳税税率的增加而下降，即港口的单位服务价格随碳税税率的增加而升高。当碳税税率增加，港口必然会提高服务价格才会使港口运营平稳发展，而价格升高必定会导致需求量的减少，需求量微小的变化证实了模型求解中所得结论。另一方面，由图5可知，两种策略的港口碳排放强度降幅均随碳税税率的增加而上升，因为港口为减少碳税的缴纳，会尽可能降低碳排放强度，这进一步验证了模型求解中所得结论。

图5 碳排放强度降幅随税率的变化曲线

图6 对比分析两种策略下最优税率随变化曲线

四、结论

本文为研究碳税税率的征收对港口运营的影响，以及为确定最优税率的有效范围，建立了两阶段动态博弈模型，以政府对港口拟征收碳排放税为前提，考虑了社会福利最大化，对比分析港口在竞争与合作两种背景下最优税率的变化情况，结果如下：

首先，当碳税税率不确定时，随着税率的升高，港口为降低碳排放必定会增加减排成本，导致利润减少，出于自身利益考虑，港口单位服务价格随之增加，由于需求量与价格呈相反方向变动，则需求量也会相应减少。

其次，收取碳税的主要目的为降低港口的碳排放，而结果表明，随着税率的升高，港口为减少碳排放税的缴纳，会加大减排力度，导致碳排放强度降幅逐渐升高，有效地达到了政府的减排目的。

最后，研究了二氧化碳的单位价格与最优税率之间的关系，发现二氧化碳的单位价格升高，意味着港口在运营过程中产生的二氧化碳对社会造成的外部经济增大。而政府为使社会福利最大化，会让港口对社会造成的外部经济承担更多的成本，表现为提高对港口征收碳税的最优税率。所以最优碳税税率会随着二氧化碳单位价格的提高而逐渐增加，并且较竞争策略而言，港口合作策略会排放出更多的二氧化碳。因此当单位碳排放产生的社会成本较高时，政府以最优税率对港口征收碳排放税可以有效提高社会福利，达到减排作用。