国际碳减排利益格局:合作及其博弈机制分析

余光英 祁春节

(11华中农业大学经济管理学院,湖北武汉430070;21武汉科技大学城市学院经济与管理学部,湖北武汉430080)

国际碳减排利益格局:合作及其博弈机制分析

余光英1,2祁春节1

(11华中农业大学经济管理学院,湖北武汉430070;21武汉科技大学城市学院经济与管理学部,湖北武汉430080)

由于人类经济活动的大规模膨胀,温室气体的排放超出了地球生态系统对二氧化碳的自净能力的限度,从而引起地球温度上升,温度上升过快对人类社会经济的发展是一场大灾乱。本文通过非合作博弈分析可知,各国单独减排二氧化碳达不到预期的水平,因为各国存在对公共物品搭便车的动机;而京都议定书协议可以看作为一个合作博弈,这种合作博弈可以完成多于各国独自联盟时的减排量。根据京都议定书参与国缔约国的不同政治经济状况将该成员国分为四类:欧盟、美国、中国、其他国家,然后判断这四类成员博弈结果。用合作博弈的解的概念判断该合作目前不存在优超,但现行的博弈是不稳定的博弈。沃克机制是解决公共物品的一种有效机制,可以尝试沃克机制的分配方式来实现集体理性和个体理性的统一,达到联盟预定的碳减排目标,缓解全球气候变暖问题。关键词 《京都议定书》;碳减排;利益分配;合作;博弈机制

在过去的100年当中,人类排放出大量的温室气体,使大气中CO2浓度在20世纪初不足50 ppm,上升到目前大约400 ppm的水平。但是,地球生态系统二氧化碳的自净能力每年只有30亿t,全世界每年约剩下200多亿t二氧化碳残留在大气层中[1]。二氧化碳的浓度超过一定的限度会引起大气温度上升。国际气候变化专家2003年估计,到2100年地球气温会上升2℃-3℃。然而形势并不如此乐观,2007年联合国IPCC在《第四次评估报告中》指出2050年底之前全球气温可能将上升4℃。2009年英国气象局哈德利中心报告称:若温室气体排放趋势继续,20世纪50年代中期以前全球气温可能会升高4℃,有些地区可能会升得更高。气温升高会对农业、水资源、海平面升高、自然生态系统等产生负面影响,2009年联合国环境规划署(UNEP)的报告称,亚洲高山冰川以现在的融化速度,或将最终威胁到世界20%-25%人口的供水、灌溉及水力发电。

为了人类免受气候变暖的威胁,1997年在日本京都召开《联合国气候变化框架公约》第3次缔约方大会,149个国家和地区的代表通过了旨在限制温室气体排放量的《京都议定书》。2005年《京都议定书》正式生效,这是人类历史上首次以法规的形式限制温室气体排放。根据《京都议定书》共同但有区别的责任”原则:发达国家率先承担具体减排任务,发展中国家在第一阶段没有具体的减排责任[2]。

1 国际碳减排研究进展

随着《京都议定书》的发展,关于碳减排的文献也不断增多。有一些文献关注碳减排必要性,认为气候变化对于人类来说是一个长期挑战,二氧化碳减排式是应对全球气候变化的措施之一[3]。有一些关注减排的技术性,研究了二氧化碳捕获和封存技术(CCS)的原理和分类、技术现状以及未来的发展动态[4]。有一些关注碳减排的制度安排,如欧洲清洁空气和水资源保护组织(CONCAWE)关于欧盟炼油厂的二氧化碳减排趋势和减排方案等等[5]。还有一些关注碳减排的途径,认为森林是一种巨大的碳库,可以充分利用森林碳汇来达到减排目的[6]。

虽然各个国家均认为碳减排很重要,但是落实《京都议定书》具体减排任务却举步维艰。后京都时代的国际碳排放格局好像摇摆不定。崔大鹏(2003)从国际合作成败的博弈机理、影响要素和转化条件等入手,认为气候合作属于一种国际合作,在此基础上分析了有关《京都议定书》的国际谈判的进程与合作的困境,分析出国际合作的博弈机理、影响要素和转化条件等完全适用于气候谈判与合作[7]。杨红强把环境视为生产要素,运用H-O理论分析得出:各国之间环境要素禀赋的不同决定了各个国家在碳减排博弈过程的成本不同,环境保护通过成本控制对国际碳排放贸易产生影响,有利于经济可持续发展[2]。李海涛从美国的减排政策和中国的立场来分析后京都时代主要CO2排放利益集团之间的博弈,用枪手对决博弈模型来分析说明如果在后京都时代美国参加排放,那么国际社会的主要矛头将指向中国[8]。吕学都认为美国在联合国气候变化谈判之外分别发起的各种合作,形成的相应协定是游离在联合国气候变化框架公约之外的。虽然这些合作机制简单易行,决策效率较高,但其涵盖范围有限,所确定的义务不具有法律约束力,只是对气候变化框架公约和京都议定书的补充和推动[9]。陈洪波等指出温室气体排放空间是全球公共资源,每个国家个体理性选择的结果往往导致“公地悲剧”。《京都议定书》是各国在温室气体减排领域博弈的结果,它在一定程度上缓解“公地悲剧”问题,但要真正解决“公地悲剧”,还需要更有效的机制激励各国更广泛地参与温室气体减排合作[10]。

2 国际碳排放的特性及非合作的无效率

211 公共物品特性

大气中二氧化碳等温室气体的排放空间是公共物品。所谓公共物品是在边际成本为零时为他人所用的物品或服务。公共物品有两个显著的标志以区别于私人物品:消费的非竞争性和收益的非排他性。如果是私人物品,当某个人消费了他,别人就不能再消费了,这是消费的竞争性;当某一购买者支付了价格取得了该产品的所有权,就排斥了其他人通过该产品获得收益的权利,这是收益的排他性。公共物品则相反。非竞争性和非排他性兼而有之为纯公共物品,只具其一是准公共物品。碳排放空间具有消费的非竞争性,即一国排放了,并不妨碍其他国家继续排放。同时,因为全球大气无法在技术上进行隔绝,无法把不付费排放的国家排除在外,具有收益的非排他性。

2.2 非合作博弈无效率[11]

碳排放空间是一种公共产品,各国单打独干,即非合作减排,会导致碳排放过多,引起“公地的悲哀”。非合作博弈模型如下:假设全球有n个参与国同意碳减排或者意识到要进行碳减排,每个参与国自愿提供碳减排量,碳减排量越多,意味着空气的质量越好,全球受益。但是这种减排量能否达到不会受到惩罚。

设第i个参与国的减排量为qi,总供给为 Q=假定参与国 i的效用函数为Ui(ei,Q),ei是各参与国的GDP,视为各国的私人产品。

meaix,Q)。约束条件是 piQ+PEiei=Mi,其中 Mi是越算约束,pi为减排量中各国所承担的单位成本,PEi为GDP增长的成本(贡献)。

式(1)意味着各个国家达到经济增长与环境协调的最大效用时每个国家参与碳减排的边际效用与GDP的边际效用之比等于相应的成本之比,即一单位的成本无论用于减排还是用于GDP的增长,带来的效用都是一样的。

一般情况下,(1)和(3)不相等。即从全球角度而言的帕累托最优的减排量大于从各国自利最大化出发的减排量。单个国家没有动力提供足够的减排量,因为非合作博弈强调的是个体理性、个人选择的最优,其结果可能是无效率的。

3 合作博弈模型构建

合作博弈是指参与者之间能达成一个具有强制性协议的博弈,强调集体理性。《京都议定书》是设定强制性减排目标的第一份国际协议,其参与国与缔约国之间的博弈是一种合作博弈。对于合作博弈有两个重要的问题需要解决:一是合作(联盟)是怎样形成的,二是合作中的成员如何分配他们可以得到的利益。

311 联盟的形成

虽然目前已有170多个国家签定了《京都议定书》,为了分析的简单可以将其分为四类成员的联盟。

一类是欧盟等承诺具体减排任务的国家。欧盟及其成员国于2002年正式批准了《京都议定书》。欧盟等率先采取气候变化行动,明确表示不给发展中国家设定减排义务,并且积极推进与发展中国家在低碳技术方面的交流与合作。2007年3月,欧盟各成员国领导人一致同意,单方面承诺到2020年将欧盟温室气体排放量在1990年基础上至少减少20%。

一类是美国。美国1998年在《京都议定书》签字,2001年退出,世界主要工业发达国家中只有美国没有签署《京都议定书》。但2002美国推出温室气体减排方案和自己的减排计划,不过该计划比《京都议定书》的任务要小得多。截至2004年,主要工业发达国家的温室气体排放量在1990年的基础上平均减少了3.3%,但美国的排放量却相比上升了15.8%。美国众议院于2009年通过的《限量及交易法案》和《清洁能源安全法案》,均授权美国政府可以对包括中国在内的不实施碳减排限额国家的进口产品征收碳关税。同时在联合国第四次气候变化国际谈判会议上美国威胁要放弃京都议定书目标,并敦促其他发达国家同其一道,设定一个旨在促进所有国家共同减排的新框架条约。可见,美国想搭国际减排的便车,或者说不想让其他国家搭便车,主要是发展中国家,但又想在碳减排中担任领导角色。

另一类是中国。2002年中国向联合国交存了《京都议定书》的核准书。中国在第一期承诺中没有减排任务,只是参与清洁能源发展机制(CDM)。一方面中国受益于该机制,中国在CDM的卖方市场中具有较强竞争力,比如在理想状态下,仅通过CDM这一渠道,2010年当年的投资流量就可达到52亿-174亿美元[12]。另一方面中国压力巨大。中国的能源消费结构中煤炭占比高出世界平均水平两倍多。由于煤炭在几大类能源中碳排放系数最高,达到0.75,使得我国单位能源消耗的二氧化碳排放量明显偏大。2006年,中国综合能源效率为1 076美元/t标煤,只有日本、法国、德国和英国的1/7到1/5,略高于美国的1/4,甚至比印度低四成[13]。虽然现在中国不承担具体的减排量,以美国为首的一些国家强烈要求中国承诺具体减排任务,压力巨大。

还有一类是其他参与《京都议定书》但没有具体减排任务的国家,比如77国集团。77国集团是发展中国家的代表,强调“共同但有区别的原则”,并坚持在后京都谈判中不接受进一步的承诺,强调发达国家应对发展中国家起表率作用。

312 联盟的利益分配

碳减排是与经济利益挂钩的,无论是美国退出《京都议定书》,还是澳大利亚退出再进入,都是利益博弈的结果。因此,碳减排对于各国而言不单纯是环境问题,更是经济问题,还有政治地位的较量,在此以环境收益和经济收益状况再加上政治地位的收益为碳减排的利益分配。用向量=(x1,x2,x3,x4)表示实施减排的利益分配,其中x1表示欧盟等的分配,x2表示美国的分配,x3表示中国的分配,x4表示联盟内其他国家的分配。

另外,用 U(I)表示参与者的总和收益,U(i)表示单个参与者(即不与任何人联盟,不参与《京都议定书》)时的收益,参与人的收益取决于环境质量中的效用,还取决于由于参加碳减排给各国带来的收入效用,以及各国在碳减排的过程中的政治影响力的效用,参与人在减排中的收益就是这些效用之和,i=1,2,3,4。

4 合作博弈模型分析

4.1 合作博弈的解

合作博弈求解的目的是希望得到博弈的“理性”最终分配。理性的分配是指:对联盟来说,整体收益大于其每个参与人单独博弈时候的收益之和;另外,对于联盟内部而言,应存在着具有帕累托改进性质的分配规则,即每个加入联盟的参与人获得的收益比不加入联盟时多。如果对 n个参与者而言,存在一个向量 x=(x1,x2,……,xi)满足:①∑xi=U(I);②xi≥U(i)。其中,U(I)表示 i个参与人的总和收益,U(i)表示单个参与人独自联盟时候的收益,则合作博弈中的分配是理性的[11]。

可用优超法来定义合作博弈的解。优超的定义:设 x和y为n人合作博弈(I,U)的两个分配,S

由于在四类成员中,只有欧盟等有具体减排任务的国家负担重。如果欧盟不承担具体的减排任务,假设这时的利益分配为 y1,相对于有具体减排任务时候 x1而言,环境效用下降了,政治效用下降了,经济效用可能增加,但增加的幅度一般不会超过环境效用与政治效用的下降之和。因为这些国家经济很发达,对环境以及政治地位的偏好强于发展中国家,何况这些国家 GDP的增长速度已经不高,所以总体而言 y1

另一类利益分配的格局是美国承担分配给他的具体减排任务,假设这时美国的利益分配为 y2。相对于没有承诺具体减排任务而言,此时全球的环境效用提高了,对于美国也如此。另外,美国国际政治形象改善了。至于经济状况,一般情况下,在承担具体减排任务后经济发展会受到影响,假如美国的经济因此受到影响,但只要这种影响的效用小与政治和环境效用的提高,那么总体效用仍然是上升的,这种利益分配优超了现在的分配格局。而事实上,至少在2009年为止美国将经济利益看得非常高,所以他拒绝具体的减排任务,故有 y2

另外,如果现在中国参加具体的减排任务,对于中国的发展影响将是非常大的,所以不满足优超条件。其他的发展中国家也是如此。因此,可以断定,现在这种博弈的分配是当时情况下的一种均衡分配。

412 稳定集

稳定集要求联盟具有内部稳定和外部稳定。内部稳定性指联盟内部成员的分配不能某一个成员的分配优于另一个成员,否则,这种分配会造成联盟内部的不稳定。条件外部稳定性指加入联盟的成员的分配应高于不加入联盟的成员的分配,否则,参与人就没有加入联盟的积极性。稳定集定义:对于 n个合作博弈(I,U),分配集 W

对于《京度议定书》协议,存在内部不稳定。x=(x1,x2,x3,x4)为现有分配。同样是发达国家,美国没有签订具体的减排任务,而欧盟等则有具体任务。长期如此,美国是众矢之的,美国成为了全球环受破坏的罪魁祸首,美国的国际形象会相当糟,而欧盟等政治地位会上升,欧盟也不会让美国长期搭便车。因此,存在一种新的利益分配优于现在的分配状况,即美国承担具体的减排任务。假如此时的利益分配为 y=(y1,y2,y3,y4),其中 y1表示欧盟的分配,y2表示美国的分配,y3表示中国的分配,y4表示联盟内其他国家的分配。由于美国承担具体减排任务后,对全球的整个社会经济环境有利,则会有 yi

4.3 本质性联盟

本质性联盟是指如果联盟的收益总和大于没有联盟时收益总和,即如果 U(I)>i∑∈IU(i),U(i)表示参与人 i组成的联盟的收益,则称此合作博弈是本质的,存在有净收益的联盟。否则如果U(i)=i∑∈I(i),则称该合作博弈是非本质的。《京都议定书》协议这种环保联盟是一种本质性联盟,因为无论哪个国家或者团体单独减排,提供的减排量是不能满足控制二氧化碳排放量以抑制全球变暖的需求的,因为碳减排是一种公共物品,每个国家均有搭便车的动机。但是二氧化碳的排放量不加以控制,引起地球温度过快的上升会导致一些灾难性的后果,只有联盟,只有承诺才能完成具体的指标,因为在《京都议定书》的承诺是要负责任的。因此合作的效用比不合作要强。

4.4 沃克机制

环境联盟是一种本质联盟能给世界各国带来更多的利益。但现有的机制是不稳定的,沃克机制可为理性分配提供一种方式,既满足集体理性也满足各国的个体理性。

如果每个参与国给出一个信息 mi∈k,mi是i国根据其GDP以及能源消耗情况以及其他条件给出的一个实数,比如减排量。所有国家给定信息组合为 m≡(m1,m2,……,mn)

5 结论及对策含义

碳排放空间是一种公共物品,从碳减排的国际博弈来看,单独减排不能达到需要的减排量,即非合作博弈不会提供缓解气候变暖的碳减排量,会导致过度排放,而出现“公地悲哀”。因此,需要一种合作方式来解决这一全球问题。

现今的《京都议定书》的参与国与缔约国之间的博弈是一种合作博弈,在这种合作博弈中,由欧盟、美国、中国、其他国家等形成的联盟中的现行利益分配不会被优超,但是该利益分配是不稳定的。同时《京都议定书》协议联盟是一种本质联盟,意味着组成联盟比不联盟要好。

上述结论意味着这样的环境联盟需要继续存在,但是这种利益分配格局需要继续调整。沃克机制可以解决联盟内部的利益分配问题,实现个体理性与集体理性的统一。因此,按照沃克机制实施联盟内部的利益调整,是一种解决不稳定性的方式。但是沃克机制的实施需要各个国家反复不断的调整减排量,直到达到全球减排的目标为止,这个过程可能是一个漫长的谈判过程,交易费用很高。

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The Benefit Pattern in the International Carbon Em ission Reduction:Cooperation and Game Mechanism

YU Guang2ying1,2QIChun2jie1
(11College of EconomicsManagement,Huazhong Agricultural University,Wuhan Hubei 430070,China;2.Depertmentof Economics and Management,City College,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan Hubei430080,China)

With the large2scale expansion of human economic activities,greenhouse gas emissions are beyond the limits of self2purification capacity of planet’s ecosystems to the carbon dioxide,and then the earth’s temperature rises.If the temperature rises too fast,itwill be a major disaster chaos for human socio2economic development.Non2cooperative game can’t reach the expected level,because each country has themotive of free rider to public goods;“Kyoto Protocol”agreement as a cooperative gamemechanism can complete the goal of reducingmore carbon emissions.Themembers in the“Kyoto Protocol”are divided into four categories:the European Union,the United States,China,and other countries.According to theirpolitical and economic situations,the article then judge the game resultsof thesemembers.The result shows that the current game solution is unstable.Walkermechanism is an effectivemechanism to solve public goods.Walkermechanism can achieve both collective rationality and individual rationality of unity to finish the intended emission reduction targets.

Kyoto Protocol;carbon emission reduction;benefit distribution;cooperation;gamemechanism

X196

A

1002-2104(2010)05-0017-05

10.3969/j.issn.1002-2104.2010.05.004

2010-02-18

余光英,博士,讲师,主要研究方向为农业经济管理。

(编辑:刘文政)