碳交易机制对中国国民经济各部门产品价格及收益的影响研究

闫冰倩，乔 晗,2，汪寿阳,3

(1.中国科学院大学经济与管理学院，北京 100190；2.中国科学院大数据挖掘与知识管理重点实验室，北京 100190；3.中国科学院数学与系统科学研究院，北京 100190)



碳交易机制对中国国民经济各部门产品价格及收益的影响研究

闫冰倩1，乔 晗1,2，汪寿阳1,3

(1.中国科学院大学经济与管理学院，北京 100190；2.中国科学院大数据挖掘与知识管理重点实验室，北京 100190；3.中国科学院数学与系统科学研究院，北京 100190)

针对投入产出价格影响模型中的两个假设：不考虑从动部门产品价格变动后，主动部门产品价格的再次调整和不考虑消费者最终需求量变化对部门产出和产品价格的反馈作用，本文对投入产出价格模型做出了进一步发展和改进，构建了在碳交易机制下的全局价格传导模型，以此来分析碳交易机制对国民经济各部门产品价格、产出和利润的影响程度，识别碳交易政策实施过程中需要关注的部门，为决策制定提供依据，从而保证各部门的平稳发展。仿真研究结果表明，在政策实施中期内，一些部门如水的生产和供应业、开采辅助服务及其他采矿业、电力热力的生产与供应，表现出对政策的敏感，利润变化率相对较大。因此，在碳交易政策实施时，可对这些敏感行业进行补贴，以减少政策带来的不利影响。

投入产出价格影响模型，碳交易机制，价格变动，反馈作用

1 引言

随着经济的发展，我国二氧化碳排放量大幅增加。根据国际能源署(International Energy Agency, IEA)的统计数据，在碳排放总量上，中国于2007年超越美国，成为全球最大的碳排放国。面对国际合作减少碳排的压力，我国也积极承担起了减少碳排放的责任：“十二五”规划承诺到2020年将每单位GDP的碳排放相较于2005年，减少40-45%；并在北京、天津等7个城市开展碳排放权交易试点。经过4年的运行发展，试点成果显著。我国进一步计划于2017年启动全国碳排放交易体系[1]，全国碳交易市场的首批行业将覆盖石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力、航空等重点排放行业。这一政策的出台不仅会对这8个行业的生产成本产生影响，还会影响与其关联的其他行业的生产成本。

现有的评价碳减排政策影响的研究集中于考察政策实施后，经济体达到长期一般均衡时的状态[2-10]。这类分析的基本假定是生产要素可以充分流动，劳动力或者资本能够自由地从征税部门转移到非征税部门。而这种对政策的长期影响的分析并不能刻画企业在中短期内经历的成本和利润变化。在碳交易政策实施的中短期内，当参与碳交易的8个部门(主动部门)将产品价格提高后，其他生产部门(从动部门)并不能立即转变生产技术来降低主动部门的产品投入以减少成本上升。此时若从动部门保持产品价格不变，则碳交易引起的成本上升会降低利润；若从动部门通过提高产品价格来覆盖成本上涨，则会面临较低的销售，同时引发参与碳交易部门的碳排放变化和新一轮的价格变化。因此，在中短期内，碳交易政策可能会对我国经济各部门产生较大的负面影响。本文的意义正是在于运用改进后的投入产出价格影响模型来研究碳交易机制的实施对各部门的中短期影响，为保证各部门的平稳发展提出相应的政策建议。

目前，关于碳排放交易政策的影响研究多集中于运用模拟仿真模型来研究不同的碳交易机制对宏观经济和环境的影响。例如，Gurgel等[2]提出向前看(Forward-looking)的动态一般均衡模型，即假定参与者所做决定不仅是当期最优的而且是跨期最优的，并用该模型分析了美国气候政策对美国经济增长和社会福利的影响。Hermeling等[3]构建了一个可计算一般均衡模型(Computable General Equilibrium, CGE)来研究欧盟碳排放权交易市场对欧盟、美国和中国的GDP、碳排放以及部门产出的影响。近年来国内不少学者也运用CGE模型对征收碳税和碳交易政策的减排效果及其对我国经济的影响进行了分析[4-7]。张俊荣等[8]和汤铃等[9]分别运用系统动力学和多主体仿真(Multi-Agent)模型，衡量不同碳交易机制对我国经济和环境的影响。闫云凤[10]构建了世界诱导技术变化混合(WITCH)模型，评估了全球碳交易市场对我国经济-能源-气候系统的影响。

上述已有的研究着重考察了碳交易机制的长期影响，缺乏对其中短期影响的分析。考察碳交易机制的实施对经济各部门成本和利润的中短期影响，有助于企业的决策制定过程和识别政策实施过程中需要关注的部门。因此分析碳交易机制对经济各部门的中短期影响也尤为重要。而投入产出价格影响模型刻画了宏观经济各部门之间的相互联系，能够有效地分析政策实施后的中短期内，价格在国民经济各部门之间的传导。

投入产出价格影响模型由Leontief[11]首次提出，即所谓的“成本-价格结构”，该模型从成本角度考察价格的波及效应。之后，投入产出价格模型得到了长足的发展和广泛的应用。Hawkins[12]放松了价格传导不受工资和资本报酬影响的假设，建立了第一个动态投入产出价格模型；Johanson[13]提出考虑各部门不同的资本存续期的价格传导模型，而不仅仅只是考察成本驱动的价格模型，进一步提出技术可变时的动态模型。张红霞[14]放宽了传统价格影响模型中不受供求影响及政府调控的假设，建立了考虑供求因素和政府调控的价格传导模型；佟仁城[15]考察了价格在各部门之间传导时的价格粘性作用。韩一杰和刘秀丽[16]运用有时滞的投入产出价格影响模型测算了猪肉价格波动对其他部门产品价格及CPI的影响。

综上，现有的碳交易机制影响研究大多侧重于对整体经济长期影响的分析，缺乏对经济各部门中短期影响的分析。鉴于此，本文将在投入产出价格影响模型的基础上，考虑从动部门产品价格变动后，主动部门对产品价格的再次调整以及消费者需求量变化对部门产出的反馈作用，构建在碳交易机制下的全局价格传导模型，研究碳交易机制对经济各部门产品价格、产出和利润的影响程度，探讨碳交易机制在实施过程中需要关注的部门，为决策制定提供依据，从而保证各部门的平稳发展。

2 分析方法

投入产出价格影响模型能够全面体现国民经济各部门之间的生产联系，它在价格测算、传导影响分析和波及效应分析方面都具有优势，因此下文将运用投入产出价格影响模型来测算部分行业(石化等参与碳交易的8个行业)产品价格变动对其他产品价格变动的影响。具体地，本文将分析从动部门产品价格不变和产品价格可变两种情形下，碳交易政策对我国经济各部门产品价格和利润的影响。

2.1 (短期)从动部门产品价格未变的情况

这部分考察在短期(一个会计年度)内，从动部门产品价格不变情形下，碳交易政策对经济各部门的影响。我们对本部分内容做如下假设：

(1)为了维持预期收益，参与碳交易的石化等八个行业(以下我们称之为“主动部门”)将产品价格提高，来覆盖碳交易带来的成本上升。

(2)由于经济各部门之间的联系，当主动部门将碳交易成本通过价格提升传递给其他部门(即“从动部门”)，而从动部门尚未来得及调整价格。

(3)单位产出的劳动力报酬和资本报酬保持不变。

根据经典的投入产出模型[17]，部门j的总产出价值等于中间投入和初始投入价值的总和：

(1)

其中，下标i,j表示部门，pj是j部门产品的价格，xj是j部门的总产出，zij是部门i对部门j的中间投入，Dj,Wj，Taxj和Sj分别是部门j初始投入中固定资产折旧、劳动者报酬、生产税净额和营业盈余的价值。

上式左右两端同除以xj,得到:

(2)

其中，aij为中间投入系数，dj,wj,taxj和sj分别是部门j单位产出的固定资产折旧、劳动者报酬、生产税净额和营业盈余。其中taxj随产品价格的变化而变化，有taxj=tjpj,tj表示单位价值产品的生产税净额。(2)式用矩阵表示为:

p=ATp+d+w+tax+s

(3)

由于实物型投入产出表缺乏，我们在两边同除的xj为价值型投入产出表中的总产出，此时得到的价格模型假定各部门产品的价格均为1，而各部门的单位选取即是能使该部门一单位产出价格为1的单位。例如若石油行业实际价格为0.5万元/桶，则在我们分析的情境下，石油行业的单位是2桶，这样一来，保证石油行业的产品价格为1。

假定在碳交易机制下，国家将根据历史排放数据免费分配一定比例的排放许可给企业[18-19]，而剩余的碳排放权则需要在碳交易市场中购买。在不改变问题本质的条件下，对模型作如下假设：企业在会计年末购买碳排放权，国家根据企业当年的碳排放免费分配τ比例碳排放许可，剩余1-τ比例的排放许可需要在碳交易市场中购买。若碳交易价格为pc,部门j的二氧化碳排放为emij,则部门j因碳交易市场政策而导致的成本上升为:

ΔCOSTc=(1-τ)pcemij

(4)

(5)

解方程得到主动部门产品价格变化率为：

(6)

当参与碳交易的部门产品价格提高，而从动部门未对产品价格做出调整，消费者未改变消费数量情境下，部门j的利润变化为:

(7)

(8)

2.2 (中期)从动部门产品价格可变的情况

这部分考察在中期(2-5个会计年度)内从动部门产品价格做出调整的情形下，碳交易政策对经济各部门的影响。我们对本部分内容做如下假设：

(1)为了维持预期收益，参与碳交易的石化等八个行业(以下我们称之为“主动部门”)将产品价格提高，来覆盖碳交易带来的成本上升。

(2)由于经济各部门之间的联系，当主动部门将碳交易成本通过价格提升传递给其他部门(即“从动部门”)，而从动部门调整产品价格。

(3)单位产出的劳动力报酬和资本报酬保持不变。

假设n个部门中，前n-k个部门为从动部门，后k个部门为主动部门(本文中为参与碳交易的部门)，则根据经典的投入产出价格影响模型，有如下等式成立:

(9)

解方程可得当主动部门价格变化Δpk时，从动部门产品价格变化率为:

(10)

然而经典的投入产出价格影响模型主要有以下几点不足：(1)部门的增加值被假定保持不变，没有考虑产品价格变化导致生产税变动的情况；(2)未考察从动部门产品价格变动后，主动部门为保持预期收益而对产品价格的进一步调整；(3)未考虑在碳交易机制下，部门产品价格上升导致最终需求变化，进而导致主动部门总产出变化、碳交易成本变化，和价格新一轮调整。下文，我们将介绍在碳交易政策下，针对从动部门产品价格变动后，主动部门产品价格的再次调整和消费者最终需求量变化对部门产出和产品价格的反馈作用综合改进的投入产出价格影响模型。

(1)第0轮价格传导

(11)

上式减(1)式，两边同除以pjxj得到:

(12)

所有部门产品价格变化的等式可用矩阵形式表示为:

(13)

矩阵符号简写为:

(14)

(2)第1轮的价格传导

由于商品的价格升高，消费者的需求量会发生变化。假设i部门的价格需求弹性为ηi,根据定义有:

(15)

设产品价格变动前消费者的最终消费列向量为Q0,价格需求弹性列向量为η,则产品价格变化后，消费者最终需求列向量变动为:

ΔQ1=η。Δp00。Q0

(16)

其中，°表示Hadamard乘积运算符，表示两矩阵对应元素相乘。最终需求的变动导致总产出的变化为:

Δx1=(I-A)-1ΔQ1

(17)

此时部门j的列项平衡为

(18)

于是，总产出的变动导致的碳排放变动为:

emi1=emi°Δx1

(19)

其中，emi为仅包含后k个部门的碳排放系数列向量，前n-k个元素为0。对于纳入碳交易市场机制的k个部门，其购买碳支出变动为:

ΔCOST1=(1-τ)pcemi1

(20)

同式(6)的计算方法，可得到新一轮的主动部门产品价格变化率为:

(21)

(22)

(23)

式(23)用矩阵符号简写为:

(24)

其中，∘为Hadamard积，表示两矩阵对应元素相乘。

同样地，这一期各经济部门产品价格变化，导致消费者最终需求购买量变化，继而导致参与碳交易部门的总产出和碳交易支出变化，引发第2轮的价格变化，继而第3轮，第4轮，……，直到产品价格趋于稳定。相应的第2轮利润变化为:

(25)

第3轮利润变化为

图1 价格传导循环

(26)

第n轮利润变化为:

(27)

整个价格传导循环可以用图1来表示。在实际应用中，通过事先设定终点值(如两期价格变化小于10-5)，根据图2的迭代循环图，来模拟仿真碳交易政策对各部门的中期影响。

图2 迭代循环图

3 数据来源

本节使用2012年中国投入产出表[20]来考察碳交易机制对经济各部门产品价格、产出和利润的影响，这是目前能够得到的最新的投入产出表，包含了139部门的数据。

对于碳排放的计算，我们遵循联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)发布的计算准则和Peters等[21]，Guan Dabo等[22-23]中的估计步骤和参数估计，来计算各行业的碳排放。根据IPCC的计算法则，碳排放由五个因素的乘积得到：(1)对不同燃料种类的燃烧消耗[24]；(2)中国自身不同燃料种类的(低)热值[24]，即单位质量的燃料完全燃烧时所释放的热量；(3)不同燃料种类的排放因子[25]；(4)中国特有的氧化率，即碳被氧化的比例[26]；(5)二氧化碳分子重量比，即44/12=3.66，每吨碳可产生3.66吨二氧化碳。

特别地，2012年我国分行业能源消费数据从国家统计局公布的2013年中国能源统计年鉴中获得[24]。能源统计年鉴中给出了农业部门(1个)、工业部门(38个)、建筑业部门(1个)和服务业部门(3个)的分能源品种分行业的能源消费数据，为保持部门的一致性，我们将2012年中国139部门的投入产出表合并为43部门的表。

根据Peters等[21]的计算步骤，我们对能源的损失、运输工具的能源消费做出了相应的调整，同时将生产过程中的碳排放也计算进来，例如水泥生产过程中，所用的石灰等原材料会分解并产生工艺性碳排放。有研究表明(如CDIAC的估计)，生产过程中工艺性碳排放的数量不容小觑。故而，本文根据Peters等[21]的工艺性碳排放的计算方法，结合我国2012年的水泥、石灰等产生工艺性碳排放的行业的产量[20]，得到生产过程中的碳排放。

表1 参与碳交易的七个行业产品价格初始变化

4 仿真结果与分析

根据全国碳排放权交易覆盖行业及代码[1]，初步纳入我国碳交易市场机制的石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力行业分别对应43部门投入产出表中石油加工炼焦及核燃料加工业、基础化学原料和专用化学产品制造业、非金属制品业、黑色金属冶炼及压延加工业、有色金属冶炼及压延加工业、造纸和纸制品业、电力热力生产和供应业。值得注意的是，航空行业也被纳入了全国碳排放权交易覆盖行业，但由于43部门的投入产出表中对服务业的分类太粗，没有直接对应航空行业的部门，因此这部分的仿真研究假定参与碳交易体系的部门为除航空行业外其余7个行业。假设碳交易价格为100元/吨，而行业历史排放的50%免费分配，即仅有50%的碳排放需要购买(作为稳健性检验，作者通过设定不同的免费配额比例(30%和70%)，分析了不同免费配额比例对不同行业的影响，结果表明碳交易机制对不同部门的相对影响程度是一致的，是不随免费配额比例的变化而变化的。可联系作者来获得完整的计算结果。)。设各部门单位价值产品的生产税率均为17%，即tj=17%,根据式(6)，得到这七个行业的产品价格变化如表1所示。

4.1 部门利润变化

在短期内，当参与碳交易的部门产品价格提高，从动部门还没提高价格的情形下，根据式(8)得到碳交易政策对经济各部门利润的影响，见表2第二列。由于从动部门产品价格不变，碳交易产生的成本被完全反应在减少的利润中，因此这种情形可以看作是最坏的情形。从表中可以看出，开采辅助服务和其他采矿产品、水的生产和供应业这两个行业的利润率下降最大，均超过50%左右，而对建筑业和金属制品业的影响也较大，利润下降率均超过16%。碳交易政策在短期中对这几个行业的影响较大的原因在于其每单位产出的投入中，来自于参与碳交易部门的中间投入占比很高，例如对于金属制品业，该比例达到48%。因此当这些部门无法通过提高产品价格来覆盖成本的上涨，则利润出现大幅下降。此外，我们发现碳交易政策短期内对服务业和轻工业部门(食品加工；烟草制品；其他制造业；服务业等部门)的利润率影响最小，均不到1%。

图3 产品价格变动情况下部门价格变化

在中期内，参与碳交易部门的产品价格提高后，从动部门会对产品价格做出调整。主动部门为保持预期利润，会对价格进一步调整，诱发新一轮的价格传导(图2)。经过多次价格传导，经济体达到稳态。在本文中，我们设定的迭代目标值是10-5,即当价格变化小于10-5时，迭代结束。模拟仿真经三次迭代结束，根据式(26)得到利润变动结果，见表2第三列。

表2 短期v.s.中期：￥100/吨CO2价格对各部门利润的影响

注：a. 2012年投入产出表中农林牧渔业的营业盈余为0，因此无法计算该部门的利润变化率。

b.各行业的需求价格弹性通过查阅论文得到，见Ho等[27].

从表2第三列中可以看出，当产品价格可以变动的情形下，建筑业的利润损失几乎完全被补偿，开采辅助服务和其他采矿产品从短期72.15%的利润损失降为中期1.02%的损失，水的生产与供应业也从短期61.66%的利润损失降为中期1.06%的损失。也就是说一旦我们放松了价格传导的限制条件，该行业98%的成本提升能够被补偿。同样的模式也存在于金属制品业、专用设备制造业，非金属制品业、通用设备制造业以及非金属矿采选业。

图4 产品价格变动情况下部门产品变化

而成本难以被补偿的有：轻工业(纺织服装服饰制造业；鞋帽皮革羽绒及其制品业)、其他制造业和批发、零售及住宿餐饮业。原因在于轻工业部门的价格需求弹性较大，价格上升引起需求量大幅的减少，导致了利润下降。而对于服务业而言，属于产业链的下游，受其他部门产品价格变动的影响大，因而成本难以被补偿。值得注意的是，对于电力热力生产和供应业，来自于参与碳交易的其他五个部门的中间投入在其总的中间投入的占比很小，因此电力部门在短期中的利润变化率非常小(-0.18%)。而中期，电力部门由于价格大幅上涨导致的产出下降以及从动部门的产品价格变动，导致其利润变化率变达到-1.75%。

4.2 部门产品价格变化

图3展示了碳交易政策对各部门产品价格的中期影响，其结果基于式(24)和图2经3次迭代得到。由图可知，碳交易对电力热力生产和供应业部门的影响最大，因为电力部门对煤炭具有高度的依赖性，碳排放高，相应地购买碳排放权的支出大，导致价格变动最大。其余部门，除了参与碳交易的其他五个部门外，化学纤维制品、金属制品、电气机械和设备制造业的产品价格也都有明显涨幅。

4.3 部门产出变化

各部门的产出变动基于式(17)和图2经3次迭代得到，结果见图4。部门产出下降基本控制在1.4%以内。产出下降超过0.9%的部门有纺织服装服饰制造业、水的生产和供应业、石油和天然气开采业、有色金属矿采选业、开采辅助服务和其他采矿业以及电力热力的生产和供应业。

5 结语

碳交易政策会对国民经济各部门产生不同比例的影响，政策制定的两个关键要素是确定被政策影响最大的部门，和了解政策影响的范围和久期。本文构建的全局价格传导模型，是在投入产出价格影响模型的基础上，加入了从动部门产品价格变动后，主动部门对产品价格的再次调整以及消费者需求量变化对部门产出的反馈作用。该全局价格传导模型可以更准确地刻画政策实施一段时间内，部分部门产品价格变动对经济各部门产品价格、产出及利润的影响。

在短期中，从动部门没能够提高产品价格，因此碳交易政策的短期影响刻画了政策影响最坏的一种情况。我们观察到碳交易政策对水的生产和供应业；开采辅助服务和其他采矿产品；金属制品业这三个部门的利润影响最大。

而在中期中，从动部门的产品价格也提高，主动部门为覆盖成本损失，进一步提高价格。经过多次价格传导，经济重新达到稳态时，建筑行业的利润损失几乎变为零，而水的生产和供应业、非金属制品业、黑色金属冶炼、金属制品、专用设备以及开采辅助服务和其他开采业这六个部门的短期利润损失98%被覆盖；而成本难以被补偿的行业有电力热力的生产与供应、轻工业(纺织服装服饰制造业；饮料及酒精制造业；鞋帽皮革羽绒及其制品业)、其他制造品业和批发、零售、住宿餐饮。

通过研究结果显示，在产品价格可变的情形下，碳交易政策对我国国民经济各部门的负面影响不大，没有出现大范围的部门减产和利润大幅下降的情况。但少部分的部门表现出对碳交易政策的敏感性，表3列出了两种情形下，利润下降率最高的五个部门；有部分部门在产品价格不可变的情形利润变化率高达60%，如水的生产和供应业、开采辅助服务及其他采矿业，在产品价格可变的条件下，依然表现出竞争能力较弱的情形。因此在碳交易政策实施时，应该对这些部门关注，例如可对这些敏感行业进行补贴，或实行有差别的免费配额比例，以减少政策带来的不利影响。

表3 碳交易政策短中期需要“关注”的部门

本文提出了碳交易政策下的全局价格传导模型，考察了从动部门产品价格变动后，主动部门产品价格的再次调整和消费者最终需求量变化对部门产出和产品价格的反馈作用，该模型同样可适用于分析(对部分行业征收)碳税对各部门收益的影响，只需将模型中碳交易价格变为税率。然而模型是建立在一些假设条件之上的，例如假定生产商为追求预期收益而调整产品价格，并且不考虑消费者收入的变化对消费需求的影响。今后值得研究的方向是放松这些假设，建立一个更加普适的动态价格传导模型。

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The Short-term and Medium-term Impact of Carbon Trading Mechanism on Chinese Industries

YAN Bing-qian1, QIAO Hai1,2, WANG Shou-yang1,3

(1.School of Economics and Management,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China; 2.Key Laboratory of Big Data Mining and Knowlege Management,Chinese Academy of Sciecnces,Beijing 100190,China;3.Academy of Mathematics and System Sciences,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China)

Two assumptions of the traditional input-output price model are: not to consider the price adjustment of the initiative industries and not to consider the feedback effect of consumption final demand change on industry output. This paper makesa new development and an improvement on the traditional input-output price model by relaxing those two assumptions, and proposes the global price transmission model under the carbon emission trading mechanism, which can be used to analyze the short-term and medium-term impact of carbon emission trading mechanism on the production cost and price of national economic industries. This analysis can identify the industries to which more attention should be paid, in order to ensure the successful implementation of carbon trading policy. The simulation results show that, after the police implementation, some industries, such as production and supply of tap water, other minerals mining and dressing, production and supply of electric power, are sensitive to the policy and have relatively large profit percentage change.

Input-output price influence model; carbon emission trading (CET); price changes; feedback effect

2016-05-31；

2016-12-21

国家自然科学基金资助项目(71373262,71390330,71390331); 中国科学院大数据挖掘与知识管理重点实验室开放课题

乔晗(1978-)女，(汉族)，山东淄博人，中国科学院大学经济与管理学院，博士，副教授，研究方向:低碳经济、博弈论与商业模式.E-mail:qiaohan@ucas.ac.cn.

1003-207(2017)07-0001-10

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2017.07.001

F223;F224

A