论文部分内容阅读
摘 要：为研究碳配额拍卖下的企业环保创新行为，建立了生产商处于领导地位的Stackelberg博弈模型，分别求得了生产商在总配额较大和较小两种情形下最优产量、定价、环保创新水平以及利润，并分析了消费者环保意识对生产商环保创新水平的影响.研究发现，当政府制定的总排放配额较小时，厂商的环保创新达到最高水平；当政府制定的总排放配额较大时，对于清洁型生产商，其环保创新仍为最高水平.此外，当消费者环保意识不断增强时，轻度污染生产商的环保创新水平会不断提高，而重度污染生产商的环保创新水平会不断降低。
关键词：碳排放 配额 份额拍卖 环保意识 环保创新
一、 引言
近年来，全球气候变暖已对人类生存和发展构成了严峻挑战，越来越多的国家开始采取措施应对气候变化，如国际社会在1997年通过了《京都议定书》，为了实现《京都议定书》确立的二氧化碳减少排放的目标，欧盟于2005年建立了气候政策体系——欧盟排放交易体系（EU ETS）.进入2013年，欧盟排放交易体系将开始第三个阶段（2013—2020年）.与前两个阶段免费分配配额不同，在第三阶段，拍卖将成为政府分配配额的主要方式，如在欧盟电力行业所有的排放配额都需要通过拍卖途径获得。
实证数据表明，消费者在购买产品时会考虑产品的环保程度并且这类人群的数量正在不断增加.如在美国有67%的消费者认为购买环保产品是很重要的，并且有51%的消费者愿意为环保产品支付更高的价格。在欧洲，2008年有75%的欧洲人愿意购买较贵的环保产品，相比之下这一数据在2005年只有31%。消费者的环保意识已成为影响其支付意愿的重要因素，消费者的环保意识越强，其对环保产品愿意支付的价格也就越高。因此，在研究企业的碳排放和碳减排行为时，消费者的环保意识是一个不可忽略的因素。
鉴于此，在政府拍卖碳排放配额以及消费者具有环保意识的情况下，研究企业的环保创新水平以及消费者环保意识对企业碳排放的影响就是一个具有现实意义的问题。
以下四个方面的文献与本文的研究密切相关.一是关于排污权的拍卖，Goulder等认为排污权的拍卖方式不但是对市场价格扭曲的纠正，并且拍卖方式的成本有效性大于其他分配方式；Subramanian将统一价格份额拍卖应用到政府排污许可证的分配，讨论了企业如何权衡生产和减排以应对欧盟出台的ETS；赵来军等分析了存在污染跨界纠纷时的排污权交易调控模型；顾孟迪等分析了排污权私人价值拍卖机制中参与拍卖的费用、佣金比率和绝对风险规避度等对风险规避型竞拍者出价策略的影响问题。二是关于碳排放，Rong通过多周期随机优化模型研究了热电联产企业的碳排放交易计划；Harris等基于仓库数量和货运车辆利用率，评价了传统基于成本的优化方法对碳排放与物流总成本的影响；Hua等从库存的角度研究了碳交易、碳价格和碳排放限额对企业订货决策、碳排放和总成本的影响。
在已有的与碳减排相關的环保创新研究中，大多是在政府免费分配配额或是没有考虑配额分配的前提下进行的，文献[5]虽然在讨论企业的应对策略时考虑了拍卖分配方式，但是它并没有考虑消费者的环保意识对产品需求和环保创新的影响.在上述现实背景和文献的基础上，本文将统一价格密封份额拍卖应用到政府分配配额中，同时考虑了消费者的环保意识，研究了企业的最优环保创新水平，进而讨论了消费者环保意识对企业环保创新的影响。
二、模型说明
考虑n个完全相同的生产商，它们是各自局部市场的垄断者，如美国酸雨计划中的电力公司，因此厂商在产品市场上不参与竞争.厂商每生产一单位产品的生产成本为c，碳排放量为e0，厂商可以采取减排策略如生产技术的创新，更新污染处理技术等降低单位产品的碳排放量，记为厂商实施减排策略后的单位碳排放量，e越小表示厂商的单位减排量越多，其环保创新水平越高，当时，表示厂商经过最大努力所能使单位碳排放达到的最低极限，即此时厂商的环保创新水平最高.厂商的减排成本函数为η，其中η为减排成本系数。政府确定的总排放配额T通过统一价格密封份额拍卖的形式向个生产商拍卖出售.厂商都不具有信息优势且依据配额的边际收入独立的向政府提交竞标方案S（λ）（“价格-数量”的组合），政府累计厂商的需求，再根据配额的总需求等于总供给确定配额的出清价格λ，进而有每个厂商的碳排放配额S.如果有多余的配额，厂商可以为未来储存或是在碳交易市场中卖出，因此假设多余配额的价值为u.垄断厂商的产品定价为p.为保证分析有意义，假设e在区间取任一值时，厂商的需求均大于零。
假设每个垄断商的需求函数为
其中：a为潜在市场需求，b为价格敏感系数，k为消费者的环保意识，表示对厂商碳排放的敏感系数.
进而有厂商的最优化问题
（2）
博弈顺序：第一阶段厂商决定单位产品的碳排放量e，第二阶段厂商向政府提交最优竞标方案S（λ），第三阶段零售商决定零售价零售价格p.由于单位产品的碳排放量涉及到各种固定投入（购买设备和技术），因此最先决策.根据博弈顺序，采用逆向求解法求解厂商各个阶段的最优解。
三、模型求解
给定e，S（λ），求解第三阶段最优化问题.依据式（2）建立拉格朗日函数
（3）
其库恩—塔克条件为
分θ>0和θ=0两种情况讨论可得定理1.
定理1当时，，当，.
说明厂商的配额较小，即政府确定的总配额较小，反之表示政府总配额较大情形.为分析方便，以下以上述两种情况讨论.
符号说明：上标带有*的表示总配额较小情形的最优解，上标带有∧的表示总配额较大情形的最优解.
1.政府总配额较小情形。由定理1，此时.将最优零售价代入式（2）化简可得生产商的利润
（6）
令表示厂商增加一单位配额带来收人，则满足（配额的边际利润=配额的边际收入—配额的边际成本）.进而可得配额的边际收入 （7） 其中：
廠商依据边际收入投标，在统一价格密封份额拍卖机制下，可得任一配额价格λ下厂商的配额需求S（λ），进而可得拍卖机制下均衡的配额价格λ*和厂商的配额数量S*。
定理3说明，（1）在政府制定的总配额较小时，厂商的单位碳排放量降到最低极限，即此时厂商的环保创新水平最高；（2）厂商最优产量表明政府分配的配额全部用于生产而没有多余，即此时政府制定的总配额对厂商构成约束，厂商只有通过提高环保创新水平才能增加产量.（3）厂商最优零售商价是消费者环保意识k的减函数，当消费者环保意识不断增强时，厂商的碳排放使得消费者不愿意购买厂商的产品，因此厂商需要降低价格以吸引消费者；（4） ，说明厂商的利润是总配额的增函数，是消费者环保意识的减函数.原因在于，当总配额增加时，厂商可以在拍卖中获得更多的排放许可，使得厂商可以生产更多的产品，从而利润会增加；当消费者环保意识不断增强时，厂商的零售商价会不断降低，因此其利润会不断减少。
命题1 当政府制定的总配额较小使得厂商将分配的配额全部用于生产时，厂商的环保创新达到最高水平。
2.政府总配额较大情形。由定理1，此时，将最优零售价代入式（2）化简可得生产商的利润
式（10）表示增加一单位配额的收入正好等于多于配额的价值，说明除去使用的碳排放配额厂商还有多余的配额，即此时政府制定的总配额过大不能对厂商起到约束的作用。
定理4阐述了第二阶段拍卖机制的均衡结果。
四、结语
本文以欧盟排放交易体系在第三阶段以拍卖方式分配碳排放配额为背景，研究了企业与碳减排相关的环保创新问题，分析了消费者环保意识对企业环保创新水平的影响。
研究发现，当政府环保规制严紧、制定较小排放配额时，厂商的环保创新达到最高水平；当政府环保规制宽松、制定较大的排放配额时，对于清洁型生产商，其环保创新仍为最高水平.此外，当消费者环保意识不断增强时，轻度污染生产商的环保创新水平会不断提高，而重度污染生产商的环保创新水平会不断降低。
研究结论说明，一方面严紧的环保规制一定能使厂商达到最高的环保创新水平，另一方面，宽松的环保规制并不一定完全失效，它也能使清洁型生产商达到最高的环保创新水平.研究结论还说明，政府可以引导轻度污染产业的消费者提高环保意识，从而提高这类产业的环保创新水平，但是需注意，消费者环保意识的提高有时却是有害的，它会使重度污染产业的环保创新水平降低。
本文讨论的生产商均是产品市场的垄断者，并没有考虑厂商之间的产品竞争情况，因此，考虑厂商之间价格和环保创新水平竞争将是下一步研究的方向。
参考文献：
[1]Bemporad R， Baranowski M. Conscious Consumers Are Changing the Rules of Marketing. Are You Ready？ Highlights from the BBMG Conscious Consumer Report[R]，2007.
[2]European Commission. Europeans’Attitudes Towards the Issue of Sustainable Consumption and Production[J]. Flash Eurobarometer， 2009，256.
[3]Chitra K. In search of the green consumers： A perceptual study[J]. Journal of Services Research，2007， 7（1）：173-191.
[4]Goulder L， Williams P I. The cost-effectiveness of alternative instruments for environmental protection in a second-best setting [J].Journal of Public Economics，1999， 72 （3）： 329-360.
[5]Subramanian R， Gupta S，Talbot B.Compliance Strategies under Permits for Emissions [J].Production and Operations Management， 2007，6（16）：763-779.
[6]赵来军，朱道立.流域跨界污染纠纷排污权交易调控模型研究[J].系统工程学报， 2005，20（4）： 398-403.
[7]顾孟迪，李寿德，汪帆.排污权私人价值拍卖机制中风险规避型竞拍者的出价策略[J].系统管理学报，2009，18（2）：203-205.
[8]Rong A， Lahdelma R. CO2 emissions trading planning in combined heat and power production via multi-period stochastic optimization [J]. European Journal of Operational Research， 2007， 176（3）： 1874–1895.
[9]Harris I， Naim M， Palmer A， et al. Assessing the impact of cost optimization based on infrastructure modeling on CO2 emissions [J]. International Journal of Production Economics， 2011， 131： 313-321.
[10]Hua G， Cheng T， Wang S. Managing carbon footprints in inventory management [J]. International Journal of Production Economics， 2011，132： 175-185.
关键词：碳排放 配额 份额拍卖 环保意识 环保创新
一、 引言
近年来，全球气候变暖已对人类生存和发展构成了严峻挑战，越来越多的国家开始采取措施应对气候变化，如国际社会在1997年通过了《京都议定书》，为了实现《京都议定书》确立的二氧化碳减少排放的目标，欧盟于2005年建立了气候政策体系——欧盟排放交易体系（EU ETS）.进入2013年，欧盟排放交易体系将开始第三个阶段（2013—2020年）.与前两个阶段免费分配配额不同，在第三阶段，拍卖将成为政府分配配额的主要方式，如在欧盟电力行业所有的排放配额都需要通过拍卖途径获得。
实证数据表明，消费者在购买产品时会考虑产品的环保程度并且这类人群的数量正在不断增加.如在美国有67%的消费者认为购买环保产品是很重要的，并且有51%的消费者愿意为环保产品支付更高的价格。在欧洲，2008年有75%的欧洲人愿意购买较贵的环保产品，相比之下这一数据在2005年只有31%。消费者的环保意识已成为影响其支付意愿的重要因素，消费者的环保意识越强，其对环保产品愿意支付的价格也就越高。因此，在研究企业的碳排放和碳减排行为时，消费者的环保意识是一个不可忽略的因素。
鉴于此，在政府拍卖碳排放配额以及消费者具有环保意识的情况下，研究企业的环保创新水平以及消费者环保意识对企业碳排放的影响就是一个具有现实意义的问题。
以下四个方面的文献与本文的研究密切相关.一是关于排污权的拍卖，Goulder等认为排污权的拍卖方式不但是对市场价格扭曲的纠正，并且拍卖方式的成本有效性大于其他分配方式；Subramanian将统一价格份额拍卖应用到政府排污许可证的分配，讨论了企业如何权衡生产和减排以应对欧盟出台的ETS；赵来军等分析了存在污染跨界纠纷时的排污权交易调控模型；顾孟迪等分析了排污权私人价值拍卖机制中参与拍卖的费用、佣金比率和绝对风险规避度等对风险规避型竞拍者出价策略的影响问题。二是关于碳排放，Rong通过多周期随机优化模型研究了热电联产企业的碳排放交易计划；Harris等基于仓库数量和货运车辆利用率，评价了传统基于成本的优化方法对碳排放与物流总成本的影响；Hua等从库存的角度研究了碳交易、碳价格和碳排放限额对企业订货决策、碳排放和总成本的影响。
在已有的与碳减排相關的环保创新研究中，大多是在政府免费分配配额或是没有考虑配额分配的前提下进行的，文献[5]虽然在讨论企业的应对策略时考虑了拍卖分配方式，但是它并没有考虑消费者的环保意识对产品需求和环保创新的影响.在上述现实背景和文献的基础上，本文将统一价格密封份额拍卖应用到政府分配配额中，同时考虑了消费者的环保意识，研究了企业的最优环保创新水平，进而讨论了消费者环保意识对企业环保创新的影响。
二、模型说明
考虑n个完全相同的生产商，它们是各自局部市场的垄断者，如美国酸雨计划中的电力公司，因此厂商在产品市场上不参与竞争.厂商每生产一单位产品的生产成本为c，碳排放量为e0，厂商可以采取减排策略如生产技术的创新，更新污染处理技术等降低单位产品的碳排放量，记为厂商实施减排策略后的单位碳排放量，e越小表示厂商的单位减排量越多，其环保创新水平越高，当时，表示厂商经过最大努力所能使单位碳排放达到的最低极限，即此时厂商的环保创新水平最高.厂商的减排成本函数为η，其中η为减排成本系数。政府确定的总排放配额T通过统一价格密封份额拍卖的形式向个生产商拍卖出售.厂商都不具有信息优势且依据配额的边际收入独立的向政府提交竞标方案S（λ）（“价格-数量”的组合），政府累计厂商的需求，再根据配额的总需求等于总供给确定配额的出清价格λ，进而有每个厂商的碳排放配额S.如果有多余的配额，厂商可以为未来储存或是在碳交易市场中卖出，因此假设多余配额的价值为u.垄断厂商的产品定价为p.为保证分析有意义，假设e在区间取任一值时，厂商的需求均大于零。
假设每个垄断商的需求函数为
其中：a为潜在市场需求，b为价格敏感系数，k为消费者的环保意识，表示对厂商碳排放的敏感系数.
进而有厂商的最优化问题
（2）
博弈顺序：第一阶段厂商决定单位产品的碳排放量e，第二阶段厂商向政府提交最优竞标方案S（λ），第三阶段零售商决定零售价零售价格p.由于单位产品的碳排放量涉及到各种固定投入（购买设备和技术），因此最先决策.根据博弈顺序，采用逆向求解法求解厂商各个阶段的最优解。
三、模型求解
给定e，S（λ），求解第三阶段最优化问题.依据式（2）建立拉格朗日函数
（3）
其库恩—塔克条件为
分θ>0和θ=0两种情况讨论可得定理1.
定理1当时，，当，.
说明厂商的配额较小，即政府确定的总配额较小，反之表示政府总配额较大情形.为分析方便，以下以上述两种情况讨论.
符号说明：上标带有*的表示总配额较小情形的最优解，上标带有∧的表示总配额较大情形的最优解.
1.政府总配额较小情形。由定理1，此时.将最优零售价代入式（2）化简可得生产商的利润
（6）
令表示厂商增加一单位配额带来收人，则满足（配额的边际利润=配额的边际收入—配额的边际成本）.进而可得配额的边际收入 （7） 其中：
廠商依据边际收入投标，在统一价格密封份额拍卖机制下，可得任一配额价格λ下厂商的配额需求S（λ），进而可得拍卖机制下均衡的配额价格λ*和厂商的配额数量S*。
定理3说明，（1）在政府制定的总配额较小时，厂商的单位碳排放量降到最低极限，即此时厂商的环保创新水平最高；（2）厂商最优产量表明政府分配的配额全部用于生产而没有多余，即此时政府制定的总配额对厂商构成约束，厂商只有通过提高环保创新水平才能增加产量.（3）厂商最优零售商价是消费者环保意识k的减函数，当消费者环保意识不断增强时，厂商的碳排放使得消费者不愿意购买厂商的产品，因此厂商需要降低价格以吸引消费者；（4） ，说明厂商的利润是总配额的增函数，是消费者环保意识的减函数.原因在于，当总配额增加时，厂商可以在拍卖中获得更多的排放许可，使得厂商可以生产更多的产品，从而利润会增加；当消费者环保意识不断增强时，厂商的零售商价会不断降低，因此其利润会不断减少。
命题1 当政府制定的总配额较小使得厂商将分配的配额全部用于生产时，厂商的环保创新达到最高水平。
2.政府总配额较大情形。由定理1，此时，将最优零售价代入式（2）化简可得生产商的利润
式（10）表示增加一单位配额的收入正好等于多于配额的价值，说明除去使用的碳排放配额厂商还有多余的配额，即此时政府制定的总配额过大不能对厂商起到约束的作用。
定理4阐述了第二阶段拍卖机制的均衡结果。
四、结语
本文以欧盟排放交易体系在第三阶段以拍卖方式分配碳排放配额为背景，研究了企业与碳减排相关的环保创新问题，分析了消费者环保意识对企业环保创新水平的影响。
研究发现，当政府环保规制严紧、制定较小排放配额时，厂商的环保创新达到最高水平；当政府环保规制宽松、制定较大的排放配额时，对于清洁型生产商，其环保创新仍为最高水平.此外，当消费者环保意识不断增强时，轻度污染生产商的环保创新水平会不断提高，而重度污染生产商的环保创新水平会不断降低。
研究结论说明，一方面严紧的环保规制一定能使厂商达到最高的环保创新水平，另一方面，宽松的环保规制并不一定完全失效，它也能使清洁型生产商达到最高的环保创新水平.研究结论还说明，政府可以引导轻度污染产业的消费者提高环保意识，从而提高这类产业的环保创新水平，但是需注意，消费者环保意识的提高有时却是有害的，它会使重度污染产业的环保创新水平降低。
本文讨论的生产商均是产品市场的垄断者，并没有考虑厂商之间的产品竞争情况，因此，考虑厂商之间价格和环保创新水平竞争将是下一步研究的方向。
参考文献：
[1]Bemporad R， Baranowski M. Conscious Consumers Are Changing the Rules of Marketing. Are You Ready？ Highlights from the BBMG Conscious Consumer Report[R]，2007.
[2]European Commission. Europeans’Attitudes Towards the Issue of Sustainable Consumption and Production[J]. Flash Eurobarometer， 2009，256.
[3]Chitra K. In search of the green consumers： A perceptual study[J]. Journal of Services Research，2007， 7（1）：173-191.
[4]Goulder L， Williams P I. The cost-effectiveness of alternative instruments for environmental protection in a second-best setting [J].Journal of Public Economics，1999， 72 （3）： 329-360.
[5]Subramanian R， Gupta S，Talbot B.Compliance Strategies under Permits for Emissions [J].Production and Operations Management， 2007，6（16）：763-779.
[6]赵来军，朱道立.流域跨界污染纠纷排污权交易调控模型研究[J].系统工程学报， 2005，20（4）： 398-403.
[7]顾孟迪，李寿德，汪帆.排污权私人价值拍卖机制中风险规避型竞拍者的出价策略[J].系统管理学报，2009，18（2）：203-205.
[8]Rong A， Lahdelma R. CO2 emissions trading planning in combined heat and power production via multi-period stochastic optimization [J]. European Journal of Operational Research， 2007， 176（3）： 1874–1895.
[9]Harris I， Naim M， Palmer A， et al. Assessing the impact of cost optimization based on infrastructure modeling on CO2 emissions [J]. International Journal of Production Economics， 2011， 131： 313-321.
[10]Hua G， Cheng T， Wang S. Managing carbon footprints in inventory management [J]. International Journal of Production Economics， 2011，132： 175-185.