四方主体参与碳减排的演化博弈研究

崔 宁,周 宇,赵晓亮

四方主体参与碳减排的演化博弈研究

崔 宁1*,周 宇2,赵晓亮3

(1.辽宁工程技术大学公共管理与法学院,辽宁 阜新 123000；2.辽宁工程技术大学工商管理学院,辽宁 葫芦岛 125105；3.辽宁工程技术大学环境科学与工程学院,辽宁 阜新 123000)

聚焦于多主体共同参与的企业减排治理模式,构建中央政府-地方政府-企业-环境NGO的四方演化博弈模型,分析各个均衡点的稳定性,并用Matlab软件进行数据仿真,模拟不同参数变化下对四方博弈主体的策略选择影响.结果表明,该博弈系统16个纯策略均衡点中存在5个条件稳定点.博弈主体的策略选择取决于该策略下的相对净收益,相对净收益越大,相关主体越倾向于选择该策略.增大中央政府对地方政府的转移支付,提高对地方政府不落实的惩罚都能够促进地方政府积极演化,使系统更快地演化至稳定状态.提高企业的减排补助短期内有助于低碳经济的发展,但不是长期治理模式,过高的减排补助会使地方政府消极演化,最终博弈系统达不到理想的稳定状态.另外提高对于环境NGO的披露奖励也能制约企业进行积极演化,有助于系统更快演化到理想的稳定状态.最后,针对中央政府、地方政府、企业和环境NGO分别提出相应建议.

低碳经济；企业碳减排；四方主体；演化博弈

实现碳达峰和碳中和的目标,作为能源消耗与经济发展主体的企业至关重要,企业的生产行为是实现减排目标的关键.但企业有着追逐利益最大化的天性,缺乏约束下的企业无法拒绝高排放生产带来的巨大利益.现实中政府的政策干预却无法真正让企业实现减排生产,因此环境NGO应运而生.其作为独立的第三方机构,是以保护生态环境为特定目标而组织建立起来的社会团体.对于提高公民环境意识、协助政府环境政策落实及监管企业环境行为前碳达峰相关领域细化目标.而实现碳达峰和碳中和的目标,作为能源消耗与经济发展主体的企业至实施有非常重要的现实意义[1-2].不同于企业以经济利益为目标,也不同于政府以公共利益为目标.环境NGO可以为低碳经济发展和环境保护工作发挥重要的作用[3-4].

落实碳减排政策,实现“双碳”目标,需要多方参与,不同学者基于不同角度和不同方法给出了不同的研究结果,取得了一定进展.(1)参与主体方面,包括零售商和制造商组成的两级供应链的碳排放[5]、考虑供应商与制造商博弈落实碳减排[6]、政府参与企业碳减排[7]、制造商-零售商-政府的三方演化博弈的均衡[8]、央地政府及企业的三方协同合作治理优化以及公众参与的府际间治理的四方博弈的减排策略等[9-10],对碳减排问题提供对策和参考.(2)研究角度方面,包含考虑政府补贴政策及消费者的低碳偏好[11]、基于政府补贴的激励机制、市场势力[12]、基于动机-行为-绩效的分析[13]、考虑政府的宏观调控、基于限额与交易监管[14]、考虑主体双方成本分担[15]、公众监督的角度等[16],提供了多维度的研究方向.(3)研究方法方面,主要采用了文献研究法与DEMATLE-ISM相结合的方法[17]、stackberg博弈模型[18]、微分对策理论[19]、系统动力学[20]等,演化博弈理论作为演化经济学的重要分析手段,也被学者们广泛用于企业低碳减排研究.为碳减排问题的研究丰富了理论方法.

综上所述,国内外学者在企业低碳减排领域的研究成果为本文的研究提供了一定的理论基础,但仍存在一些局限性:首先,虽然学者们有就碳排放多方主体策略演化博弈分析,但鲜少有文献将环境NGO这一非政府组织纳入博弈主体的考虑.2020年国务院印发的《关于构建现代环境治理体系的指导意见》就指出要健全环境治理全民行动体系,要强化社会监督,发挥各类社会团体作用[21].这给环境NGO积极参与生态文明建设提供了保障和要求.相较于公众这一博弈参与方,环境NGO对于企业的碳减排行为具有更加科学专业的大气污染评估机制且能够独立地承担相应的法律责任,可以更好地协助政府构建更加规范的全过程环境质量管理体系.其次,大多数学者研究聚焦于两方或三方主体间的相互影响,但现实中的碳减排研究是复杂的多方利益主体的相互规制,简单地考虑两方或三方主体间的博弈研究尚不够深入.因此,本文通过构建央地政府、企业及第三方环境NGO组织的四方演化博弈模型,对其不同情形下的演化稳定性进行分析,研究低碳经济下,决策主体之间的影响机制,希望能为我国低碳经济发展提供一定的理论依据.

1 中央-地方-企业-环境NGO四方演化博弈模型假设及建立

1.1 问题描述与基本假设

区别于传统博弈理论中参与方完全理性的特质,演化博弈假定博弈方都为有限理性,参与方必须经历一个适应性的调整过程以达到最优策略[22-23].在碳排放治理过程中,追求公共利益的政府、追求经济利益的企业和追求环境利益的环境NGO作为有限理性参与方通过观察和比较各参与方收益而动态地改变策略.因此,演化博弈论适用于研究企业碳排放治理问题.

中央政府通过制定企业碳排放标准等相关政策下达地方政府落实以期对当地空气情况进行治理,并对地方政府与企业落实情况进行监管,根据空气质量改善效果进行适当的奖励以处罚.但由于中央政府管理能力有限,使得存在为了当地经济发展,考虑到落实政策所需的人力、物力、财力等,地方政府选择放松企业碳排放量标准或帮助企业隐瞒真实碳排放量的情况且企业会因低碳技术的研发与低碳设备的购买需投入大量资金,本着成本最小化原则,选择超量碳排放,从而造成环境污染.而环境NGO作为独立的社会团体,有着大量的社会环境管理实践,能够发现环境管理中更深层次的问题,因此环境NGO可以协助中央政府对地方政府和企业的政策落实的监管工作,从而对两级政府的效用水平及企业的利润产生影响[16].中央政府、地方政府、企业和环境NGO在上述的碳排放规制过程中相互影响,相互作用.综上所述背景提出基本假设如下:

假设1:在该项研究中,博弈主体为中央政府、地方政府、企业和环境NGO四方且博弈方均具有有限理性.

假设3:地方政府的策略选择为{落实,不落实}.地方政府的落实成本为2,当因企业达标排放使大气环境得到改善时,地方政府可以获得收益1,地方政府占全国环境收益的比例为(0<<1).当企业超量排放空气环境恶化,地方政府需承担相应的环境处理费用.若此时地方政府积极落实中央政府标准,则对企业进行处罚1,若地方政府选择不落实的策略,则会收到来自中央政府的处罚2.

假设4:企业的选择为{达标排放,超量排放}.企业选择达标排放时,成本为3,可获得2的收益且地方政府会给予企业1的减排补贴.企业选择超量排放,成本为4,可获得的收益为3.若中央政府选择不严格监管,地方政府不落实而企业超量排放行为被环境NGO披露出来时,中央政府会因公信力受损造成3的损失,并追加对地方政府的罚款4(3>4),同时企业会因商誉等损失5.

1.2 博弈模型的建立

根据假设参数设定, 将四方主体策略选择排列组合之后的各种博弈组合的收益矩阵.如表1所示.

表1 中央-地方-企业-环境NGO行为策略组合收益矩阵

2 四方博弈主体的策略稳定性分析

2.1 中央政府策略稳定性分析

命题1表明:在企业低碳减排治理工作中,若地方政府积极落实中央政府政策,对企业超量排放行为进行严厉打击,调动企业减排积极性,中央政府将倾向于选择不严格监管.若地方政府对中央政府治理工作不进行落实,而是任由企业超量排碳,中央政府选择不严格监管就会导致公信力受损,则此时中央政府将向严格监管转变.

根据命题1,中央政府对地方政府及企业的监管策略选择的相位图见图1.

图1 中央政府稳定策略的演化图

经计算可得:

推论1:当中央政府严格监管成本和给予环境NGO的协助资助下降,而对地方政府不落实罚款增加时,中央政府将选择严格监管.当地方政府不落实,企业达标排放时,中央政府将选择不严格监管.

2.2 地方政府策略稳定性分析

地方政府选择“落实”的期望收益为E1,则:

命题2表示:当企业在利益驱使下选择了超标排放,此时对地方政府而言的最优策略是积极落实.若地方政府选择不落实,虽然在短期内能获得一定的经济增长,但要面临来自中央政府的罚款,自身损失和奖励环境NGO损失,对地方政府来说得不偿失.

根据命题2,地方政府策略选择的相位图见图2.

图2 地方政府稳定策略的演化图

推论2:当地方政府落实策略的成本降低,中央政府下发的转移支付以及对企业超量排放行为的罚款增加时,地方政府选择落实中央政府政策的概率将会提高.

2.3 企业策略稳定性分析

命题3表示:当环境NGO作为第三方协助中央政府对企业碳减排治理的工作时,企业若超标排放,将面临地方政府的罚款,自身的声誉损失和给予环境NGO的协助奖励,这时本着逐利的天性,企业将由超标排放转向达标排放.

根据命题3,企业的策略选择的相位图见图3.

图3 企业稳定策略的演化图

推论3:当企业达标排放所需成本与超标排放带来的短期收益上升时,企业倾向于超标排放,但随着空气质量的愈加恶劣,超标排放的成本和达标排放带来的长期收益增加时,企业将由超标排放转为达标排放.

2.4 环境NGO策略稳定性分析

命题4表示:当企业选择了超标排放时,若环境NGO协助中央政府进行监管,除了获得来自中央政府的资助还可获得来自地方政府或者企业的协助奖励,收入十分可观.若环境NGO不协助中央政府监管,会给自身带去声誉损失,得不偿失.

根据命题4,环境NGO策略选择的相位图见图4.

图4 环境NGO稳定策略的演化图

推论4:环境NGO的协助意愿与中央政府和企业的策略选择相关,当协助成本或者不协助带来的损失上升时,环境NGO的协助意愿将降低.若提高协助资助和奖励的话,环境NGO将由不协助转向协助.

3 策略组合稳定性分析

根据以上四方博弈主体的复制动态方程.可以得到该复制动态系统的Jacobian矩阵如下:

将复制动态方程的16个纯策略均衡点依次带入到该雅可比矩阵,依次计算出各均衡点下的特征值并判断特征值正负性,进而更好地分析各均衡点的稳定性及稳定性条件(表2).

表2 四方博弈各纯策略均衡点稳定性分析

注:×代表该特征值的符号不确定.ESS表示该点为系统的演化稳定点.

4 数据仿真实验

4.1 系统仿真初始设置

图5 (0,1,1,1)四方博弈主体初始决策演化

4.2 参数变化的影响

图6 R1=0.5和R1=30下的四方决策演化

图7 P=3和P=30下的四方决策演化

图8 R2=1和R2=30下的四方决策演化

4.2.52变化的影响 改变中央政府对地方政府不落实的罚款,将政府罚款2分别降低至1和提高至30,两种情况下的四方演化路径图如图10所示,两种情况下系统最终都演化至了(0,1,1,1)的理想稳定状态.与图5相比,地方政府在2增大时到达稳定点的时间减少,在2减小时时间则明显增长了.而在2降低为1的情况下中央政府到达稳定的时间有所减少.企业在罚款增加时到达稳态的时间也比低罚款情况下要短,可能当中央政府监督力度加大,地方政府考虑到政绩考核会选择向积极方向演化,而企业在地方政府积极演化后,处于各方利益比较也选择了积极演化.可见来自中央政府的监督机制对地方政府和企业都具有一定的约束作用,达到了环境保护中的良性互动.地方政府与企业拥有的共同利益导致容易被当地的大型企业俘获,而中央政府的监管则是避免这一现象发生的关键因素,能够引导地方政府积极落实中央政策,达到有效治污[34].

图9 F1=2和F1=30下的四方决策演化

图10 F2=1和F2=30下的四方决策演化

图11 S1=5和S1=50下的四方决策演化

5 结论与建议

5.1 结论

5.1.1 在该四方演化博弈系统中共存在16个纯策略均衡点,其中有10个均衡点无法达到稳定,5个均衡点在一定的条件下可以成为稳定点.

5.1.2 5个条件稳定点代表在该博弈系统中四方利益相关体可能的均衡策略,当某一策略下收入大于支出,即该策略下相对净收益为正数时,相关的博弈方则会倾向于选择该策略.

5.1.3 该四方博弈系统存在最理想的博弈稳定点为(0,1,1,1),也就是中央政府不严格监管,地方政府和企业自发选择落实和达标排放策略,环境NGO也积极向协助方向演化,形成三方互相制约的良好形式.

5.1.4 对中央政府而言,增大对于地方政府的转移支付,增大对地方政府不落实的罚款能加快策略演化时间,使系统可以更快地向理想状态演化.同时促进地方政府的积极演化,从而提高企业达标排放的积极性.提高对企业的减排补助,能促进企业积极演化,但对地方政府策略选择产生了巨大影响.从短期看可以使各方稳步向理想状态演化,但长期来看并不能让系统演化理想.因此对企业的减排补贴不应过高,若金额过高,反而不利于提高环境质量.提高环境NGO的协助奖励,可以使企业和环境NGO的策略更快地向积极方向演化,有助于系统演化至理想状态.但中央政府对环境NGO的资助金额要适量,过高的资助不利于中央政府进行监管工作.

5.2 建议

5.2.1 监管力度适当 中央政府应适度监管,监管力度太低不利于地方政府积极落实工作,而监管力度太高又会使中央政府监管成本加大,加重中央政府的监管工作.完善对地方政府的激励与惩罚机制,在预算充足情况下提高对地方政府环保减排的专项转移支付,调动地方政府落实积极性,但同时也要加大对于地方政府不落实的各种惩罚.另外对环境NGO的适当资助同时对于没有好好履行职责的环境NGO也要进行处罚.

5.2.2 激励与惩罚并存 地方政府应加强对企业超标排放的惩罚力度,同时在合理范围内给予企业一定的减排补助.可以采取技术支持,政策支持等方式激励企业进行达标排放,例如尽力推动企业与当地高校合作进行绿色创新技术的研发,实现“产学研”相融合,提高科研转化成本,推动企业减排发展.

5.2.3 加强多方合作 企业应积极发展与低碳服务提供商之间的合作.低碳服务提供商不仅能帮助企业降低生产碳排放量,还能为企业节约资源而达到碳减排的目标,因此低碳服务提供商的发展是大势所趋,其与企业之间的合作关系也会越来越紧密.

5.2.4 发挥环境NGO作用 于环境NGO而言,协助成本过高是影响其策略选择的一项重要因素.目前,我国大多数环境NGO存在筹资困难、运转艰难的问题,为提高环境NGO参与环境治理的积极性,政府应大力支持环境NGO的发展,提高其社会认可度,使环境NGO能够更好地接收社会捐赠.此外,环境NGO也可以发挥群众的力量,积极推动公共监督机制,利用互联网优势,设立举报平台,督促企业低减排成产,从而减少自身的成本.

本文基于演化博弈理论研究了四方主体参与的企业碳减排影响机制,但实际中不同类型的企业在碳减排过程中可能存在更多的协同主体.未来将会考虑增加博弈参与方,并引入随机干扰系统以研究多方协同治理碳减排的路径和影响,从而更加深入地研究分析企业碳减排问题,为演化博弈的多主体提供策略参考.

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Research on the evolutionary game of carbon emission reduction involving four entities.

CUI Ning1*, ZHOU Yu2, ZHAO Xiao-liang3

(1.College of Public Administration and Law, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China；2.College of Business Administration, Liaoning Technical University, Huludao 125105, China；3.College of Environmental Science and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China)., 2023,43(12)：6788～6802

This study focused on the collaborative emission reduction governance model that involved multiple entities, wherein an evolutionary game model was constructed among the central government, local government, enterprises, and environmental NGOs. The stability of each equilibrium point was meticulously analyzed, and data simulation was conducted using Matlab software to explore the influence of varying parameters on the strategic choices of the four game participants. The findings revealed that out of the 16pure strategy equilibrium points in the game system, five were conditionally stable. The choice of strategy by the game participants was found to be dependent on the relative net benefit of that strategy, with a greater relative net benefit increasing the likelihood of the strategy being chosen by the relevant participants. It was observed that enhancing the central government's transfer payments to local governments and escalating penalties for non-implementation by local governments could stimulate their active evolution, enabling the system to transition to a stable state more swiftly. While it was noted that increasing enterprises' emission reduction subsidies could foster the growth of a low-carbon economy in the short term, it was not seen as a sustainable governance model. Excessive emission reduction subsidies were found to potentially trigger passive evolution of local governments, preventing the game system from achieving the ideal stable state. Furthermore, it was discovered that augmenting disclosure rewards for environmental NGOs could also induce enterprises to evolve proactively, facilitating the system's faster evolution to the desired stable state. In conclusion, the study proposed respective suggestions for the central government, local governments, enterprises, and environmental NGOs, thereby offering theoretical insights for the advancement of China's low-carbon economy.

low carbon economy；enterprise carbon emission reduction；four parties；evolutionary game

X32

A

1000-6923(2023)12-6788-15

崔 宁,周 宇,赵晓亮.四方主体参与碳减排的演化博弈研究 [J]. 中国环境科学, 2023,43(12):6788-6802.

Cui N, Zhou Y, Zhao X L.Research on the Evolutionary Game of Carbon Emission Reduction Involving Four Entities [J]. China Environmental Science, 2023,43(12):6788-6802.

2023-04-11

国家重点研发计划项目(2019YFC180380103);2023年度辽宁省高校基本科研项目(JYTMS20230828)

* 责任作者, 副教授, yulin_2@163.com

崔 宁(1980-),女,辽宁营口人,副教授,博士,主要从事工业工程与管理、社会经济管理等方面的研究.发表论文20余篇.yulin_2 @163.com.