植入森林碳汇的碳排放权交易机制研究

田 杰，邵腾伟，徐 玫

（重庆工商大学 财政金融学院，重庆 400067）

植入森林碳汇的碳排放权交易机制研究

田 杰，邵腾伟，徐 玫

（重庆工商大学 财政金融学院，重庆 400067）

严格控制CO2排放条件下，研究基于成本最小化或利润最大化目标的碳减排路径选择，超额排放的碳源企业在自主减排、碳源企业间排放权调剂和购买森林碳汇碳中和之间决策的作用机理。研究表明：通过市场化的机制设计，使减排成本较高的碳源企业承担起应有的减排责任和排放代价，减排成本较低的碳源企业和森林碳汇供给者获得应有的利益回报，从而达到森林生态效益价值补偿在市场机制中实现。这有利于约束碳源企业碳排放行为，激励森林碳汇碳中和行为，促进经济发展与生态文明的协同与耦合。

碳源；碳汇；森林碳汇；碳排放权交易

一、引 言

随着工业发展和人类活动的增加，大量化石能源的使用和森林砍伐，碳源强度长期大于碳汇强度，大气碳库CO2温室气体不断累积，全球气候变暖。当前国际气候制度的建立正努力将CO2为首的温室气体减排目标转化成为各国的法定义务。中国目前暂不需要承担减排义务，但中国历来是一个负责任的大国，在自身发展的同时也高度关注世界环境问题，积极地为全球温室气体减排承担起“共同但有区别的责任”。中国政府承诺到2020年全国单位GDP温室气体排放量比2005年下降40%～45%［1］。

CO2减排主要有三种技术途径：提高能源利用率和转换率，节约用能；采用燃料替代，大力发展低碳的化石燃料、核能、可再生能源和新能源；从化石能源的利用中分离和回收CO2并封存。目前这些技术还很不成熟。森林每生长出1m3的蓄积量，平均要吸收1．83吨CO2，释放出1．62吨 O2。单位面积森林吸收固定CO2的能力达到每公顷150．47吨。植树造林增加森林碳汇对碳源企业碳排放碳中和潜力大、成本低，它日益受到国际社会的广泛关注。哥本哈根世界气候大会上发达国家与发展中国家尽管对如何减少温室气体排放、应对气候变化分歧很大，但中国政府增加森林资源和森林碳汇，承诺到2020年中国森林面积要比2005年增加4 000万hm2，森林蓄积量增加13亿m3的提议得到世界各国一致认可。植树造林增加森林碳汇具有典型的外部经济性，现行政府主导的森林生态补偿常常面临着政府财政负担重与森林生态补偿不足的二难选择［2］。森林碳汇的提出，使森林价值以碳汇方式得以重估，综合考虑森林传统产出及森林吸收CO2、排放O2和空气负离子、保育土壤、涵养水源等方面的价值将成为可能。那么，植入森林碳汇的碳排放权交易机制是否显著提升了碳汇交易各个主体的收益？

20世纪初期，瑞典科学家Svante Arrhenius认为大量化石燃料的燃烧导致大气中CO2含量的增加，导致气候变化［3］45－47。之后众多学者围绕碳排放权交易机制进行了研究。VanEgteren等建立了一个不遵守排放规则的企业在污染权交易市场行为模型，发现遵守排放规则和最初污染权许可配置有关［4］。Andersson建立包含两个污染企业的两阶段模型，说明社会计划者能够依据两个企业交易污染排放权行为，设计出最优交易机制［5］。Lee提出不对称信息下通过适当激励促使每个国家采取最优排放方案，但是困难在于世界机构缺乏每个国家的污染生产函数信息［6］。Schmalensee总结了美国酸雨排放权交易市场的实证研究，认为排放权交易机制有利于SO2减排［7］。Harstad等认为，如果污染的社会成本高且政府频繁干预排放权交易市场，市场扭曲效应超过交易利得，非交易的排放权分配方式更优［8］。Coria等以圣地亚哥和智利公司层面数据为样本，研究实践中影响碳排放的因素和不发达国家运用碳排放交易的挑战和优势［9］。碳排放交易模型普遍忽视森林碳汇作用。Plantinga等发现早期的研究低估了碳吸收成本，造林仍是相对低成本减少CO2浓度的方法，但他没有把森林碳汇与碳排放权交易机制结合在一起进行分析［10］。

国内学者围绕碳排放权交易机制进行了相关研究，如唐跃军等构建理论模型对基于环境资本和负外部性的碳排放权交易给出经济学分析，讨论环境资本或碳排放权交易的必要性和有效性［11］。彭喜阳等在分析森林碳汇市场机制各要素的基础上，提出了建立中国森林碳汇市场体系的基本框架构想［12］。冯亮明等阐述森林进入碳排放权市场的背景，指出森林进行碳排放权交易必须要以4个假设为前提［13］。陈文颖、樊纲等基于不同视角对碳排放权分配方法进行了深入研究［14－15］。以上文献主要从宏观层面分析了碳排放权的交易机制，其后的文献主要关注了碳汇生产与碳汇贸易对区域经济增长的促进作用及碳强度影响因素［16－19］。把森林碳汇与碳排放权交易结合起来的研究还比较少，而且还没有文献从微观层面探讨森林碳汇对碳源企业碳排放碳中和的低成本优势。

本文从微观视角研究企业间的碳减排决策问题，把森林碳汇作为重要的减排手段植入到企业间碳排放权交易模型中，立足于区域既定排放控制之下的企业间碳排放权交易，从而拓展了现有碳排放交易机制模型，为碳排放权市场交易机制理论提供了微观基础。本研究认为，企业超额碳排放既可从低减排成本碳源企业调剂到排放权，也可以低成本购买森林碳汇抵减碳排放。通过发展森林碳汇，森林生态效益价值补偿通过市场机制得以实现，森林碳汇供给者获得应有的利益回报。

二、模型构建

（一）碳源企业按减排目标自主减排

设有n家碳排放控制企业，Qi为第i（i＝1，2，…，n）家企业的碳减排量，第i家企业减排的边际成本函数MCi为：

（二）碳源企业间碳排放权调剂

由于技术和工艺的不同，不同企业减排等量CO2的成本不同。在减排总量既定的前提下，减排成本较高的企业少减排，减排成本较低的企业多减排，成本较高的企业少减排的数量等于成本较低的企业多减排的数量（减排等量的CO2成本高于平均成本的，即可视为减排成本高），将出现帕累托改进。减排成本较高的企业为减排成本较低的企业多减排买单，只要交易价格介于两者边际成本之间，双方都会通过交易获益。将n家企业分减排成本较高的企业和减排成本较低的企业，设第1至第m家企业属于减排成本较高的企业，第m＋1至第n家企业属于减排成本较低企业。用Cg（g＝ （1，2，…，m））表示第g家排放成本较高的企业的减排成本；Qg表示第g家企业的减排数量；Tg表示第g家企业的目标排放控制量；qg表示第g家企业购入的碳排放量；pg表示第g家企业购入的碳排放价格；ag、bg是第g家企业边际成本函数中的参数。碳排放成本较高的企业为了实现成本最小化，可用式（6）计算成本：

用Md（d＝m＋1，m＋2，…，n）表示第d家减排成本较低企业碳排放权出售的获利；Qd表示第d家企业的减排数量；Td表示第d家企业的目标排放控制量；qd表示第d家企业出售的碳排量；pd表示第d家企业出售的碳排放的价格；ad、bd是第d家企业边际递减成本函数中的参数。碳排放成本较低的企业为了利润最大化，得到公式（7）：

在均衡情况下，减排成本较高的企业购买碳排放权的价格等于减排成本较低的企业出售碳排放权的价格，购买数量等于出售数量。从减排成本较高的企业来看，交易价格低于自身减排边际成本，通过交易降低了企业的减排成本。从减排成本较低的企业来看，出售价格高于自身减排的边际成本，出售碳排权使企业获利。交易价格和数量都会随着减排目标的增加而增加，直至减排成本较高企业的边际减排成本等于减排成本较低的企业边际减排成本（MCg＝MCd）。设达到均衡状态的交易价格和数量分别为p＊、q＊，于是计算公式为：

由式（8）可知，实施企业间碳排放权调剂以后，企业间通过相互调剂减排指标，自主减排成本较高的企业和自主减排成本较低的企业在模型中达到了最优，减排成本较高的企业通过碳排放权调剂降低了自身完成减排目标的减排成本支出，减排成本较低的企业通过让渡部分碳排放权获得了更大的经济收益。均衡状态下，设各企业减排的数量为Q（2）i、减排成本为TC（2）i、所有企业减排总成本为TC（2），于是计算公式为：

（三）植入森林碳汇的碳排放权交易

现将森林碳汇植入到企业碳排权交易之中。在严格的减排目标控制之下，减排成本较高的企业出于自身成本最小化考虑，将在自主减排、购买减排成本较低企业的超额减排和购买森林碳汇抵减碳排放之间决策。减排成本较低的企业出于自身收益最大化考虑，其出售减排的数量和金额不仅受减排成本较高的企业购买碳排放权的数量有关，还受森林碳汇提供的价格和数量有关。参照CDM清洁发展机制造林、再造林项目，植树造林增加森林碳汇的总成本表示为TCs、边际成本为MCs、森林碳汇减排量为Qs，则森林碳汇的成本函数为：

MCs是一个重要的市场信号。在目前技术减排还很不成熟的情况下，森林碳汇是成本较低的减排手段，即在向大气减少等量CO2时MCg＞MCd＞MCs，购买森林碳汇抵减企业碳排放将是减排成本较高碳源企业和减排成本较低碳源企业的最优决策，企业将在更低碳排放成本下发展，但植树造林增加森林碳汇受土地、气候的影响较大，不可能无限供给，随着企业抵减碳排放对森林碳汇的需求日益增加，森林碳汇价格必持续上涨。所以，植入森林碳汇以后，减排成本较高的企业将会以更低的价格购买到碳排放权，原本出售碳排权的部分减排成本较低的企业将会由出售碳排放权转为购买碳排放权。

设有k家企业，由原本出售碳排权的减排成本较低企业转为碳排放权购卖者，减排成本较高企业为了成本最小化，可用以下公式计算成本：

由式（15）可知，实施碳排放权交易以后，企业间通过相互调剂减排指标，高排放企业减排成本和低排放企业获利在模型中达到了最优。设此时各企业减排的数量为Q（3）i、减排的成本为TC（3）i、所有企业（包括森林碳汇）减排的总成本为TC（3），计算公式为：

（四）模型与中国碳排放权市场现状

目前，世界碳排放权交易主要通过两种方式：基于《京都议定书》框架下的项目减排（CDM减排）和基于碳排放权市场交易减排。迄今，中国碳减排权交易主要通过CDM减排进行，碳排放权交易市场刚刚起步，北京、天津和上海排放权交易所的碳排放权交易规则还在探索中。政策制定者和研究者普遍认为引入市场交易机制与依靠行政手段相比，市场交易机制分配碳排放权指标更有效率、更公正和成本更低。本文建立包括碳源企业、森林碳汇方的模型，从供需均衡角度为碳汇价格制定和协调碳源方和碳汇方利益提供了市场途径，可为建立健全中国碳排放权市场交易制度提供理论参考。

三、均衡分析

四、应用算例

图1 减排成本函数图

图2 碳源企业间碳排放权调剂后的减排成本图

图3 森林碳汇的减排成本函数图

表1 企业CO2减排成本函数表

下面以某8家火电企业样本的碳排放监控为例，检验模型的实际运用价值。根据这8家样本火电企业历年的碳排放数据，拟合了企业的碳减排成本函数，如表1所示。由于减排量直接与减排成本相关，因此设置企业按减排目标自主减排、减排企业间碳排放权调剂和植入森林碳汇的碳排放权交易三种情景。将Ti代入式（3）～（5）得各企业目标减排数量Qi（1）、成本TCi（1）、碳源企业减排总成本 TC（1）。由式（6）～（11）得P＊＝60千元出现均衡时，碳源企业出于成本最小化、利润最大化目标得各企业减排数量为Qi（2）、减排成本TCi（2）和减排总成本TC（2）。由式（15）～（18）得P＊＊＝50千元出现均衡时，碳源企业的 减 排 数 量Qi（3）、减 排 成 本TCi（3）、总 成 本TC（3）。TC（3）＝12 115千元，其中碳源企业自主减排成本9 115千元，购买森林碳汇支持3 000千元；森林碳汇获得经济补偿3 000千元，而造林成本为1 200千元，造林利润1 800千元（见表2）。由表2可知，TC（1）＞TC（2）、TC（1）＞TC（3）、TC（1）i≥TC（2）i、TC（1）i＞TC（3）i（i＝1，2，…，8），表明在减排总量控制下，企业按减排目标自主减排是劣策略，处于经济理性的企业必然选择碳排放企业间排放权调剂或用

表2 CO2减排目标及成本计算表

五、结论与政策建议

本研究通过将森林碳汇植入到碳排放权交易中，研究碳源企业出于成本最小化或利润最大化的碳排放路径选择。研究表明：通过市场化的机制设计，减排成本较高的企业向减排成本较低的企业或森林碳汇抵减碳排放。在碳排放企业间排放权调剂与用森林碳汇抵减碳排放权交易选择上，TC（2）i＞TC（3）i（i＝1，2，3，4）表明减排成本较高更倾向于用森林碳汇抵减自己超额碳排。TC（2）i＜TC（3）i（i＝5，6，7，8）表明减排成本较低的企业选择碳源企业间的排放权调剂比选择森林碳汇抵减碳排权交易对自己更有利，但由于森林碳汇的成本和生态优势且TC（3）＜TC（2），这表明用森林碳汇抵减碳排放比碳源企业间的排放权调剂更节约社会成本，它是一种帕累托改进，大大增进了社会福利。森林碳汇部门购买碳排放权，减排成本较低的碳源企业出售部分自己超额减排量，森林碳汇供给者向碳源企业出售森林碳汇，使减排成本较高的企业承担起应有的减排责任和排放代价，减排成本较低的企业和森林碳汇供给者获得利益激励，森林生态价值补偿在市场机制中实现，有利于约束企业行为，激励森林碳汇行为，其结果是企业减排单位CO2的成本支出更低。

本文政策含义为：发展森林碳汇交易不仅使减排成本较高的碳源企业承担起应有的减排责任和排放代价，而且通过森林碳汇带来较高的经济收益，还能够引导资金回流农村，带动贫困地区农民致富。因此，政府应该大力推动森林碳汇项目，通过发展造林增加森林碳汇，让碳排放企业为植树造林买单，这不仅有利于拓展中国林业的投融资渠道，还能引导城市和发达地区的资金回流农村，促进农民就业和增收。

［1］ 国务院发展研究中心课题组．全球温室气体减排：理论框架与解决方案［J］．经济研究，2009（3）．

［2］ 陈根长．林业发展的历史性转变与碳交换机制的建立［J］．林业经济问题，2005（1）．

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［6］ Lee S H．An Optional Permit System for Global Pollution Control［J］．Economics Letters，1996，50（1）．

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［19］孙欣，张可蒙，宋马林．中国碳强度影响因素长期均衡与动态分析［J］．统计与信息论坛，2013（12）．

Trading Mechanism on Carbon Dioxide Emission Right Trading with Forest Carbon Sink Embed

TIAN Jie，SHAO Teng-wei，XU Mei
（Public Finance and Finance School，Chongqing Technology and Business University，Chongqing 400067，China）

Under the control of amount to carbon dioxide emissions，the enterprises must make decision among the emission reduction by oneself，emission reduction by other enterprises and the purchase forest carbon sink to reduce emission，based on the target of the minimization of cost or maximization of profit of Carbon abatement．The study shows that due to the mechanism of commercialization，enterprise whose cost of emission reduction is high should be responsible and take charge of their emissions；enterprise whose cost of emission reduction is low and the supplier of forest carbon sink should obtain enough return from the enterprises whose cost of emission reduction is high；the forestry ecological efficiency value is compensated in the market mechanism．All these can restrain the enterprises＇emission and stimulate the action of planting trees，which is helpful for increasing economic development and ecological civilization in the same step and can guarantee the development is scientific．

carbon source；carbon sink；forest carbon sink；carbon dioxide emission right trading

X192

A

1007－3116（2014）07－0088－07

2014－01－21；修复日期：2014－03－21

重庆工商大学青年基金项目《中国保险排除的经济福利效应及干预措施》（1351008）

田 杰，男，湖北枣阳人，管理学博士，讲师，博士后，研究方向：农村金融；

邵腾伟，男，重庆人，管理学博士，副教授，研究方向：农村金融；

徐 玫，女，四川雅安人，副教授，研究方向：农村金融。

（责任编辑：李 勤）