馬嘯原 李兵 姚興振

[摘要]近些年來，低碳的理念逐漸深入人心，碳交易市場也越來越受到各方的關(guān)注，一方面，是因為碳交易市場對減少溫室氣體的排放有一定促進(jìn)作用；另一方面，碳交易市場又能為一些企業(yè)創(chuàng)造一定利潤。本文以碳排放權(quán)交易市場作為研究對象，根據(jù)市場中不同排放強度企業(yè)的策略，建立了碳交易博弈模型，并運用Swarm仿真平臺，對碳交易市場的運行進(jìn)行模擬。對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，進(jìn)而探索碳排放權(quán)交易市場的變化趨勢和運行規(guī)律，并根據(jù)所得結(jié)論提出了相應(yīng)的建議。

[關(guān)鍵詞]碳交易；Swarm；博弈仿真

[中圖分類號]F205[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1005-6432（2014）12-0126-03

1引言

隨著世界經(jīng)濟規(guī)模的日益膨脹，對化石能源的需求急劇攀升，溫室氣體排放直接導(dǎo)致的溫室效應(yīng)和氣候變化不斷危及人類生存的空間。為此，已有諸多途徑來抑制溫室氣體的排放量，促進(jìn)低碳經(jīng)濟的發(fā)展，推動技術(shù)創(chuàng)新。在可持續(xù)發(fā)展、包容性增長方針的指導(dǎo)下，低碳經(jīng)濟在我國整體經(jīng)濟格局中的重要性日益凸顯。

在低碳經(jīng)濟的大背景下，碳排放權(quán)逐漸成為了一種資源，是企業(yè)的利潤源泉。作為世界第一大溫室氣體排放國，利用碳排放權(quán)交易充分調(diào)動企業(yè)的減排積極性，提高減排的效率，對我國而言意義重大。我國的碳交易近年來在規(guī)模上發(fā)展迅猛，未來也有巨大的發(fā)展?jié)摿?，但仍存在著不少問題，如制度體系不完善、法規(guī)政策不健全等。對企業(yè)而言，很難在碳交易中取得主動權(quán)，這不僅限制了其在碳交易中實現(xiàn)利益的最大化，也在一定程度上影響了企業(yè)參與的積極性。

周宏春（2009）系統(tǒng)介紹了國外碳交易市場的形成條件，包括法律基礎(chǔ)、交易規(guī)則以及進(jìn)入市場交易的基本條件等，提出了我國利用碳交易市場降低碳減排成本、走上能源利用效率高和碳生產(chǎn)率不斷提高的低碳發(fā)展道路的建議。范舒（2010）運用博弈模型，從非合作博弈和合作博弈兩方面，探究了碳排放相關(guān)方的對抗與合作關(guān)系。本文擬就高排放強度企業(yè)和低排放強度企業(yè)在碳交易中的博弈入手，利用Swarm仿真平臺，對博弈行為進(jìn)行系統(tǒng)仿真，根據(jù)仿真結(jié)果，探究碳交易市場的變化趨勢。

2碳交易的相關(guān)概念

21基本原理

碳交易是為了減少溫室氣體排放引入的市場機制，將排放權(quán)視為一種商品，利用市場實現(xiàn)減排資源的優(yōu)化配置，使實際減排工作由減排成本最低的企業(yè)完成。目前，我國的碳交易主要是基于《京都議定書》規(guī)定的清潔發(fā)展機制（CDM）項目。清潔發(fā)展機制中的一個重要環(huán)節(jié)就是核證減排量的使用，企業(yè)通過核證減排量來完成其減排指標(biāo)。同時，核證減排量也可以在市場上進(jìn)行交易。

碳交易的進(jìn)行首先要由政府部門根據(jù)該地區(qū)的環(huán)境容量，推算出溫室氣體的最大允許排放量，并在初始階段分配給市場的各個參與者。進(jìn)而，碳排放權(quán)逐漸成為一種稀缺資源，在流通交易中形成價格。排放強度高的企業(yè)需要在市場中購買核證減排量，從而保證其排放量不超標(biāo)。

22碳排放權(quán)的初始分配

針對碳排放權(quán)的初始分配，目前主要有兩種觀點：從公平的角度出發(fā)，建議以人口指標(biāo)來分配碳排放權(quán)，即認(rèn)為每個人都享有相同的公共權(quán)利；從效率的角度出發(fā)，則以GDP指標(biāo)來分配碳排放權(quán)，即認(rèn)為每單位溫室氣體的排放都應(yīng)帶來相應(yīng)的產(chǎn)出。

在本文中，以單位GDP排放量作為分配碳排放權(quán)的依據(jù)，對該機制下碳交易的博弈進(jìn)行仿真分析。若ED為該地區(qū)溫室氣體最大允許排放量，GD為地區(qū)GDP總值，Gi為第i家企業(yè)產(chǎn)生的GDP，則第i家企業(yè)分得的碳排放限額為Ei=EDGi/GD。

3碳交易博弈模型

31碳交易博弈基本假設(shè)

本文中討論的碳排放權(quán)交易發(fā)生在碳交易二級市場之中，假設(shè)所有市場參與者的目的都是實現(xiàn)自身利益的最大化，碳排放權(quán)的價格也由市場供求決定。因此，碳交易價格的形成主要受宏觀經(jīng)濟環(huán)境、減排成本、外界政策和交易成本等因素影響。

假設(shè)碳交易市場的參與者可按照排放強度分為高排放企業(yè)和低排放企業(yè)，高排放企業(yè)在日常生產(chǎn)中的排放量超出其碳排放限額較多，面臨著較大的減排壓力，需要進(jìn)行大幅度減排或購買碳排放量；低排放企業(yè)的碳排放量超出排放限額較少，甚至低于其排放限額，減排壓力不大，甚至有剩余的排放量可供出售。

假設(shè)不同企業(yè)會根據(jù)自己的利潤函數(shù)采取行動，其行動也是不分先后的，即碳交易博弈為靜態(tài)博弈。

32模型的建立

將企業(yè)i正常生產(chǎn)排放的溫室氣體量記為Pi，若Pi-Ei>0，則說明企業(yè)i的碳排放量超出限額，為高排放企業(yè)，在碳交易市場中主要為買方；若Pi-Ei<0，則說明企業(yè)i的碳排放量低于限額，為低排放企業(yè)，在碳交易市場中主要為賣方。設(shè)企業(yè)i在碳排放交易中的需求量為Di，則Di>0說明企業(yè)i有出售相應(yīng)排放量的意愿，Di<0時表示企業(yè)i有購入相應(yīng)碳排放量的需求。設(shè)企業(yè)總數(shù)為n，對整個市場，若ni=1 Di>0，則表示供過于求，若ni=1 Di<0，則意味著供不應(yīng)求。由此可以推算，在碳交易需求量為Di的情況下，企業(yè)i的實際減排量為Pi-Ei+Di，則企業(yè)i減排成本函數(shù)為Ci=ki（Pi-Ei+Di）2， 其中成本系數(shù)ki與企業(yè)減排技術(shù)水平有關(guān)。企業(yè)的減排成本包括企業(yè)為提高單位排放量的產(chǎn)出而投入的技術(shù)成本以及為排放達(dá)標(biāo)而減少產(chǎn)量的損失兩個方面?？紤]到企業(yè)在碳交易市場上的所得，若單位碳排放量的成交價格為x，則企業(yè)i在碳交易行為中的實際利潤Mi為：

Mi=xDi-ki（Pi-Ei+Di）2（1）

企業(yè)在碳交易行為中獲得的利潤由兩個方面構(gòu)成：在交易中的所得和減排付出的成本，企業(yè)的決策需要統(tǒng)籌考慮這兩個方面的因素。將利潤作為目標(biāo)函數(shù)，參數(shù)中x，Di均隨時間t變化，每家企業(yè)都以利潤最大化為最優(yōu)決策，則t時刻企業(yè)i的策略可表示為：

maxMi（t）=x（t）Di（t）-ki[Pi-Ei+Di（t）]2（2）

對該地區(qū)總體的碳交易市場而言，在完全競爭市場的條件下，碳排放權(quán)的價格可由逆需求函數(shù)表示：

x（t+1）={a-b×[DB+ni=1 Di（t）]}×σ（t）

DB=ED（3）

上式中的a，b為逆需求函數(shù)中的參數(shù)，其中b反映價格對需求的敏感性。逆需求函數(shù)中的需求由基礎(chǔ)性需求和可變需求兩部分組成，其中DB為基礎(chǔ)性需求，即在所有企業(yè)可變交易需求供求平衡時的總排放需求，與該地區(qū)總排放限額ED相等，可變需求則為整個市場全部企業(yè)交易需求量的總和?？紤]到實際市場交易中宏觀經(jīng)濟形勢和外界政策等因素對價格的影響，在供求博弈形成的價格基礎(chǔ)上增加波動因子σ，從而形成下一時刻碳排放權(quán)的價格。

4模型仿真及結(jié)果分析

根據(jù)上述模型，運用Swarm仿真平臺，對不同排放強度的企業(yè)在碳交易市場中重復(fù)博弈的過程進(jìn)行仿真。令企業(yè)總數(shù)n=100，地區(qū)溫室氣體排放總配額量為500萬噸，即ED=500，逆需求函數(shù)中參數(shù)a=3500，b=0007236，初始價格為80元/噸，可得到如下仿真結(jié)果。

對博弈的演化過程進(jìn)行20次迭代，仿真結(jié)果如圖1～圖3所示。由圖1可以看出，碳排放權(quán)的價格隨時間圍繞初始價格上下波動，波動范圍在50～115元/噸。圖2、圖3反映了不同排放強度的企業(yè)在碳交易行為中的平均預(yù)期年利潤隨時間的走勢，其中高排放企業(yè)的利潤與碳排放權(quán)的價格基本呈負(fù)相關(guān)，低排放企業(yè)的利潤與碳排放權(quán)的價格基本呈正相關(guān)，并且兩類企業(yè)對價格的反應(yīng)都存在延遲。

圖1碳排放權(quán)價格隨時間變化趨勢（20次迭代）

圖2高排放企業(yè)平均預(yù)期年利潤隨時間變化趨勢（20次迭代）

圖3低排放企業(yè)平均預(yù)期年利潤隨時間變化趨勢（20次迭代）

對博弈的演化過程進(jìn)行500次迭代，仿真結(jié)果如圖4～圖6所示。由圖4可知，碳排放權(quán)的價格長時間在45～130元/噸的范圍內(nèi)波動。根據(jù)圖5、圖6所示，高排放企業(yè)在碳交易行為中的平均預(yù)期年利潤在-65萬～-25萬元的范圍內(nèi)波動，而低排放企業(yè)的利潤則在15萬～55萬元波動，兩類企業(yè)的利潤與碳排放權(quán)價格的相關(guān)性沒有改變。

圖4碳排放權(quán)價格隨時間變化趨勢（500次迭代）

圖5高排放企業(yè)平均預(yù)期年利潤隨時間變化趨勢（500次迭代）

圖6低排放企業(yè)平均預(yù)期年利潤隨時間變化趨勢（500次迭代）5結(jié)論及建議

本文中，將企業(yè)按照不同的排放強度進(jìn)行分類，根據(jù)企業(yè)各自的策略，建立碳交易博弈模型?；赟warm仿真平臺，對博弈行為進(jìn)行仿真分析，得到了碳排放權(quán)的價格和企業(yè)預(yù)期利潤的變化趨勢及相關(guān)性。在完全競爭市場的條件下，碳排放權(quán)的價格基本反映了其內(nèi)在價值，市場呈現(xiàn)出的規(guī)律符合預(yù)期，市場機制的存在促進(jìn)了減排資源的優(yōu)化配置。

目前，我國碳交易市場的發(fā)展方興未艾，未來也有十分光明的前景。對碳交易市場而言，需要進(jìn)一步完善市場機制，提高市場運行的透明度，吸引更多的企業(yè)參與到碳交易活動中，通過市場實現(xiàn)對更大范圍資源的優(yōu)化配置。對企業(yè)而言，需要進(jìn)一步樹立節(jié)能減排的發(fā)展觀念，努力提高減排的技術(shù)水平，降低自身的減排成本，才能真正在碳排放權(quán)的博弈中取得主動權(quán)。

參考文獻(xiàn)：

[1]于天飛，沈文星，黃喜碳排放權(quán)交易的市場分析[J].林業(yè)經(jīng)濟，2008（5）.

[2]周宏春世界碳交易市場的發(fā)展與啟示[J].中國軟科學(xué)，2009（12）.

[3]范舒關(guān)于碳排放的博弈論分析[J].現(xiàn)代物業(yè)（中旬刊），2010（7）.

[4]張立杰，苗苗低碳經(jīng)濟背景下中國企業(yè)碳交易博弈模型初探[J].企業(yè)經(jīng)濟，2012（2）.

[5]聶力我國碳排放權(quán)交易博弈分析[D].北京：首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)，2013

[6]弗蘭西斯·路納，本尼迪克特·史蒂芬森Swarm中的經(jīng)濟仿真：基于智能體建模與面向?qū)ο笤O(shè)計[M].北京：社會科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2004

[7]劉貞，程勇軍Swarm for Java仿真及編程實現(xiàn)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009

[基金項目]首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)研究生科技創(chuàng)新資助項目。

[作者簡介]馬嘯原（1989—），男，北京人，首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)信息學(xué)院碩士研究生。研究方向：管理工程方法與技術(shù)；李兵（1990—），男，北京人，首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)信息學(xué)院碩士研究生；姚興振（1988—），男，河北秦皇島人，首都經(jīng)濟貿(mào)易大學(xué)信息學(xué)院碩士研究生。