我国碳排放交易市场的多主体仿真探讨

孔垂要，樊宏，尹荔松



我国碳排放交易市场的多主体仿真探讨

孔垂要1，樊宏1，尹荔松2

（1. 五邑大学 经济管理学院，广东 江门 529020；2. 五邑大学 分析测试中心，广东 江门 529020）

借鉴国外碳排放交易市场的经验并结合我国的具体国情，对构建我国碳排放交易市场的碳排放总量、交易主体、政策等进行了分析，提出采用多主体仿真方法构建我国碳汇市场. 对实际构建过程中的碳汇市场主体的界定、环境制约因素、相关机制的完善进行了探讨，以期为我国碳排放交易市场提供一种新的研究思路.

碳排放交易市场；多主体仿真；低碳经济；碳汇市场

随着温室效应与全球气候变暖问题的日益严重，如何降低大气中二氧化碳的浓度引起了全世界的重视. 1997年12月通过的《京都议定书》将市场机制作为解决温室气体减排问题的新路径，即将温室气体排放权作为一种商品，并对排放权进行交易. 由于二氧化碳是6种被要求减排温室气体中最大的一宗，故通常将温室气体排放权的交易称为“碳排放交易”.

我国政府日益意识到市场机制在低碳发展中的重要作用，并在“十二五”规划建议中明确提出“逐步建立起碳排放交易市场”.目前，我国尚未形成真正意义上的碳排放交易市场，研究工作也主要集中在碳排放总量预测[1-2]、相关分配机制[3-5]、价格及碳排放交易市场给各个主体带来的利益等方面，利用多主体仿真方法[6-7]研究我国碳排放交易市场的文献较少. 本文经分析确立碳排放交易市场可作为复杂系统，于是采用多主体仿真研究其运作机制、市场总量等问题，模拟碳排放交易市场主体交易者的行为以及其构成的整体现象，并在此基础上进一步验证我国碳排放交易市场的运作机制，对完善碳排放交易市场提出建议.

1 多主体仿真技术

1.1 多主体仿真的基本概念

1）主体与多主体系统

主体具有属于自身的资源，能够感知环境信息，并且可以根据内部的行为控制机制确定主体应采取的行动，在行动实施后，反过来对自身状态和环境状态产生影响.

多主体系统是由多个可以相互交互的主体所组成的系统，它具有4个特点：一是有限视角，即每个主体都面临不完全信息，或只具备有限能力；二是没有系统全局控制；三是数据分散；四是计算是异步的.

2）复杂适应系统理论

复杂系统是指由相互交互主体组成的网络，所有单个主体的活动使系统具备了动态、聚合行为.其中的主体是适应性的，即主体的行动被赋予一个值(例如性能值、效用、支付或者适合度等)，主体的行为目的是增加该值，这样的复杂系统被称为复杂适应系统. 复杂适应系统最主要的特性是聚合性，单个主体之间相互作用导致系统出现了聚合行为，这些行为在系统的任何一部分中都不会被找到，即所谓的凸现现象. 主体在持续不断的交互作用中，不断地学习或积累经验，从而改变自身的结构和行为方式. 整体演化或进化包括：新层次的产生，分化和多样性的出现，新的更大的主体出现等. 宏观系统在微观主体交互和进化的基础上，出现结构和性能上的突变.

3）基于多主体的计算机仿真

多主体建模的基本出发点是许多系统可以看作是由多个自治的主体构成的，主体之间的相互作用是系统宏观模式出现的根源，通过建立主体模型，可以更好地理解和解释这些系统. 用多主体思想建立的复杂系统模型往往用仿真技术求解，这样就形成了多主体仿真技术. 模型的建立不是“原型的重复”，而是按研究目的的实际需要和侧重，寻找一个便于进行系统研究的“替身”. 不同的人由于研究的目标不同，就会对某些方面做出不同的简化. 在原型系统及模型之间存在着“反馈”的关系，根据对原型系统规律的认识，可以建立模型，而建立模型进行实验的过程又可发现一些新的规律，由此预测未来或丰富对原型系统的认识.

1.2 多主体仿真技术建模的优势

多主体仿真方法与传统建模方法最主要的差别是，建立概念模型时是否采用多主体视角. 多主体仿真方法是“自底向上”的建模过程，系统中的微观个体作为出发点在一定程度上是“自组织”的，并通过相互作用涌现出整个系统的复杂性. 在研究复杂系统时，多主体仿真相对于传统方法的优势在于：

1）对复杂系统自然描述能力强，使结果更加接近实际；

2）模型包含有限理性，通过有限理性取代传统的完全理性来描述经济社会的主体行为决策；

3）具有灵活性，多主体仿真方法可以根据不同需求选择合适的应用软件；另外，仿真完成后可以调整实验参数，完成多次仿真，以此提高开发效率.

1.3 多主体仿真研究碳排放交易市场的适用性

复杂适应系统理论认为，系统的复杂性是系统中自主性主体适应环境引起的. 碳排放交易市场是一个包含大量主体的系统，参与市场运行的政府、企业和个人都无法真正掌控整个系统的所有信息，只能在一定的范围内接受和发送信息，并进一步改变行为. 包含大量具有主体资格的政府、企业、个人的碳排放交易系统，可当作一个复杂系统进行研究. 据此，采用多主体仿真研究碳排放交易市场是最优的. 目前，比较常见的多主体仿真软件平台有：圣塔菲研究所的Swarm，麻省理工大学媒体实验室的NetLogo，Sandia国家实验室的Aspen，芝加哥大学和Argonne国家实验室的Repast等. NetLogo作为一种跨平台的建模工具，特别适合对随时间演化的复杂系统建模，故本研究将采用NetLogo作为仿真建模平台.

2 碳排放交易市场多主体仿真模型的建立

2.1 碳排放交易市场机制的仿真设计

我国碳排放交易市场并没有完全建立，本文对欧盟现有的碳排放交易市场实际运作进行简化处理，以此作为我国未来碳排放交易市场的仿真运作机制. 假设我国未来某一时期碳排放将实行总量控制，对我国工业、交通运输业等领域免费分配排放额度，如果企业当年碳排放量超出分配的排放额度会受到相应的惩罚，如果企业当年碳排放量低于分配的排放额度，则可以将剩余的排放额度通过市场中介机构卖给其他企业，通过碳排放交易中介机构实现市场化的交易，达到减排目的. 机制结构见图1.

图1 碳排放交易市场机制结构

2.2 主体的选择

主体的基本特性包括感知性或反应性（根据环境的变化做出反应）、自治性（控制自己的行为）、面向目标性（主动发出一些动作要求）和针对环境性. 据此，设置了3种主体：政府、企业、碳排放交易中介机构. 企业主体分为工业行业中采掘业，制造业，电力、煤气及水电生产和供应业以及建筑业4个部类，服务业行业包括交通运输、仓储和邮政业. 这5类企业2009年的碳排放占我国化石燃料二氧化碳排放总量的91.2%.

2.3 主体行为机制设计

主体与主体之间通过一系列的规则进行交互以完成方针目标. 主体规则设计是多主体仿真最关键的步骤，通过归纳总结系统内在的逻辑关系，对现实主体的行为进行高度的抽象和概括得到主体规则设计. 在本次仿真中，盈利最大化规则是最基本的规则，可以具体为以下4个原则.

1）购买规则：当企业当年碳排放额度超过分配额度时就要通过中介机构购买.

2）储存规则：当企业当年碳排放额度小于分配额度时，剩余的碳排放量可以储存，累计为下一年度碳排放量.

3）销售规则：当企业当年碳排放额度小于分配额度时，剩余的碳排放量可以销售给中介机构.

4）科研投入规则：企业通过科研投入，提高生产效率、减少碳排放量.

2.4 仿真分析研究

当主体和主体行为机制确定之后，大量自主主体之间动态交互作用涌现出系统的宏观特性. 我们可以根据设定环境参数等观察参数对系统的影响效果，比如，改变碳排放总量控制模式、各企业碳排放分配模式、企业间相互作用模式等参数，观察其在仿真系统中对整个碳排放交易市场的影响，以便深入了解碳排放交易市场的运作.

3 研究展望

本文采用以复杂适应系统理论为基础的多主体仿真方法，从新的角度来研究我国碳排放交易市场，给出了简单的设计构想，并对碳排放交易市场的研究领域和理论体系进行探讨. 但是，本文中并没有建立完整的仿真模型，对整个碳排放交易市场宏观特性与微观主体之间的关系没有确切的研究成果，希望以后可以完成模型数据的收集，完善和改进仿真模型，建立我国碳排放交易市场多主体仿真模型，为相关部门规划、决策提供试验平台和参考，为我国碳排放交易市场的健康发展提供理论依据和决策支持.

[1] 朱江玲，岳超，王少鹏，等. 1850—2008年中国及世界主要国家的碳排放I[J]. 北京大学报:自然科学版，2010, 46(s4): 497-504.

[2] 朱勤，彭希哲，陆志明，等. 1980—2007年中国居民生活用能碳排放测算与分析[J]. 安全与环境学报，2010, 10(s2): 72-76.

[3] 陈文颖，吴宗鑫. 碳排放权分配与碳排放权交易[J]. 清华大学学报：自然科学版，1998, 38(12): 15-18.

[4] 陈文颖，吴宗鑫，何建坤. 全球未来碳排放权“两个趋同”的分配方法[J]. 清华大学学报：自然科学版，2005, 45(06): 850-853, 857.

[5] 王金南，曹东. 减排温室气体的经济手段：许可证交易和税收政策[J]. 中国环境科学，1998, 18(01): 16-20.

[6] 唐波，高建中. 基于复杂适应系统理论的我国碳汇市场多主体动态博弈仿真研究综述[C]// Proceedings of 2010 The 3rd International Conference on Computational Intelligence and Industrial Application, 2010，6:306-309

[7] 刘贞，张希良，张继红，等. 排污总量控制下的电力交易市场与排污权交易市场分析[J]. 电力系统保护与控制，2009, 11(16): 4-8.

An Exploration of the Multi-agent Simulation of China’s Carbon Emissions Trading Market

KONGChui-yao1, FANHong2, YINLi-song2

(1. School of Economics and Management, Wuyi University, Jiangmen 529020, China; 2. Analysis and Testing Center, Wuyi University, Jiangmen 529020, China)

In light of the experience of foreign carbon emissions trading market and China’s specific conditions, this paper makes an analysis of China’s total emissions volume, trading agents, and emissions policy, and suggests adopting a multi-agent simulation method to construct the country’s carbon trading market. It also explores the definition of the agents in the emissions trading market, the restricting environmental factors and the improvement of related policies and provides a new research approach to constructing China’s carbon emissions trading market.

carbon emissions trading market; multi-agent simulation; low carbon economy; carbon markets

1006-7302（2011）04-0073-04

N945.13；F74

A

2011-07-20

孔垂要（1986—），男，河南濮阳人，在读硕士生，研究方向为系统工程；樊宏，教授，硕士生导师，研究方向为管理科学与工程.