考虑碳交易风险的空调制造企业节能技术采纳时机研究

邹非凡 丁志刚 晚春东 刘海林

(绍兴文理学院 经济与管理学院，浙江 绍兴 312000)

社会化大生产所排放的温室气体导致全球气候显著异常，对人类自身生存和可持续发展构成了严峻挑战.为此，联合国政府间谈判委员会(IPCC)就气候问题签订的《联合国气候变化框架公约》和《京都议定书》规定相关国家的碳排放控制目标，搭建碳交易制度框架，同时欧盟、美国、日本等发达国家和地区建立区域性碳交易市场.我国作为碳排放量最多的国家已在2011年正式启动碳交易试点，利用市场机制激励高排放部门采纳减排技术，破解资源环境恶化的难题.碳交易机制本质上是政府为推动低成本减排而创造出的市场机制，基本原理是政府为纳入监管体系的对象(企业)分配初始碳排放权额度；若初始碳排放权配额不足，企业可通过采纳节能技术减少排放，或者在碳交易市场中买入碳排放权以达到控制目标；若采纳节能技术后的排放量低于初始配额，则可在碳交易市场中出售多余的碳排放额度[1].随着碳交易市场的建立以及消费者环保意识的增强[2]，采纳节能减排技术已成为企业提升竞争力的有效途径之一.

近年来，随着我国居民消费水平的提升，家庭空调占有率不断提高.一方面，巨大的能源消耗量使得电力供应承受压力；另一方面，温室气体排放量激增，不利于我国发展低碳经济.空调系统的能耗有冷热源能耗和电能耗两方面.空调产品的节能技术主要有新兴环保能源的利用、蓄冷空调、热回收技术、替代制冷剂、蒸发冷却节能技术等[3].考虑碳交易市场的建立和消费者环保意识的增强，空调制造企业采纳节能技术不仅可以获得产品市场的溢价收益，而且还可以获得碳交易市场的收益.IPCC指出，解决环境问题必须依靠技术创新与推广，技术的作用远远超过其他手段[4].技术采纳一般被视为技术扩散的微观基础[5]，因此，空调制造企业采纳节能技术对于我国发展低碳经济具有重要意义.

1 碳交易研究现状

目前，二氧化碳捕获与埋存技术(CCS技术)、高效能源利用技术以及可再生能源技术等低碳技术的采纳决策问题得到了广泛的关注与研究[6].Zhou等[7]以中国CCS技术投资为例，研究减排政策对投资的影响，发现碳税和碳交易市场两类气候政策均会带来较大的影响，碳交易市场中碳价的波动水平对投资收益的影响更大.Zhang等[8]在碳交易政策背景下，考虑碳价和CCS技术成本不确定的影响，构建了CCS技术投资价值决策模型，并给出最优投资时机表达式，发现碳价的不稳定性和成本不确定性会推迟电力企业进行技术投资.Oda和Keigo[9]研究发现，只有在碳价足够高的情况下，电力企业进行CCS技术投资在经济上才是可行的.Dal-Mas等[10]提出多级混合整数线性规划模型框架，帮助决策者和潜在投资者评估以生物为原料的乙醇供应链的经济表现和风险，并验证有效性.Fuss等[11]研究了新能源技术投资组合的不确定影响，并利用方案数据库进行替代风险分析.Strand等[12]在未来能源和气候成本不确定条件下，研究了能源基础设施的投资.Akbari等[13]在相关条件不确定情况下，对分布式能源系统投资进行了探究.上述研究均发现,由于低碳技术投资受政策和市场不确定性的影响，企业往往会推迟采纳低碳技术的时间.

学者们在研究不确定条件下投资时机决策问题时，将实物期权理论广泛应用其中，并取得了丰硕的成果.与诸如净现值法、回收期法、内部收益率法等传统投资理论相比，当投资活动具有不可逆性、不确定性等特征时，实物期权理论更具适用性.Myer[14]和Ross[15]率先指出，企业未来投资机会可以被看成是一种实物期权，由此开启了对实物期权评估方法与理论的深入研究.McDonald和Siegel[16]提出，利用连续时间模型研究不确定性对投资时机决策的影响，在此模型基础上，对企业投资时机问题的研究得到进一步拓展.Dixit和Pindyck[17]研究了不确定条件下单个企业的投资时机问题，并建立不同竞争和政策环境下的决策模型.张京伟等[18]引入Bass模型，描述了新技术产品整个生命周期的需求量变化，在此基础上建立最优投资时机模型.鲁皓等[19]认为，一般产品均有显著的生命周期，传统连续时间模型与技术更新速度的假设不符，需要在实物期权模型中引入投资时限变量，从多角度研究对投资时机的影响.王宗耀等[20]引入碳交易价格与减排成本等变量参数，得出CCS技术最优投资时机的策略.

综上所述，企业采纳低碳节能技术问题随着碳交易政策的实施逐渐受到关注.然而，我国碳交易市场还不够完善，碳交易价格受到众多因素影响波动剧烈.空调制造企业采纳节能技术面临收益不确定风险，应科学评估采纳节能技术的时机.目前已有学者就不确定条件下投资时机决策问题，运用实物期权理论开展了大量研究工作，但相关文献较少同时考虑企业投资活动在碳交易市场与产品市场的价值.本文将综合考虑碳排放权交易价格波动、节能产品溢价等因素，深入探讨碳交易市场不确定条件下空调企业节能技术采纳时机决策问题.

2 空调制造企业节能技术采纳时机分析

2.1 条件假设与符号说明

在碳交易政策下，被纳入交易体系的企业，其碳排放权主要有三个来源：政府初始配额、购买获得以及减排获得.对空调制造企业来说，除通过购买方式达到碳排放限制额度外，企业还可以通过投资采纳节能技术，提升空调的节能效率，从而减少空调在日常运行中的能源消耗；将节能空调所减少的能源消耗核算成碳排放量，并申请认证为企业的碳减排额.空调制造企业采纳节能技术后，其在碳交易市场和产品市场将有两种商品可供出售，分别是碳排放配额和节能空调产品.空调制造企业需要在碳交易市场不确定风险下，综合考虑节能空调产品的销售情况，合理决策节能技术采纳的时机.为便于定量分析，给出以下假设：

2.1.1 采纳节能技术前，每台空调一年的总耗电量为η，耗电量转化为碳排放量的转化系数为τ(即消耗每度电可转化成的碳排放量，根据IPCC第四次评估报告，测算出的能源消耗量乘以该类能源的碳排放系数，即可核算得到碳排放量)，采纳节能技术后空调使用的节能率为μ，则每台空调一年的碳减排量为μητ.空调制造企业生产一台空调的碳排放量为e0，保持不变.

2.1.2 碳排放权交易价格受多种因素影响而波动变化.假设t时刻的碳排放权价格p(t)服从几何布朗运动:

dp(t)=αp(t)dt+σp(t)dw(t).

(1)

其中，漂移系数α为期望增长率，且满足0≤α

2.1.3 消费者对节能空调存在选择偏好，采纳节能空调技术后销售量有一定程度上升，且销售增加量与空调产品节能率μ成正比，与空调节能产品溢价率Δp成反比，则节能空调的销售量:

Q=D0+λD0(μ/Δp)=(1+λμ/Δp)D0.

其中:D0表示基本需求量；λ表示消费者对节能空调产品的偏好程度系数.

2.1.4 政府以无偿形式分配给企业的初始碳排放配额为Zg，企业采纳节能空调制造技术所要投资的成本为C.最早可在t=0时刻进行投资，且采纳节能空调技术后可立即获得该年度的碳排放量配额为Em=μητQ.生产空调的碳排放总额为E(Q)=e0Q.假设政府分配的初始额度与减排获得的碳排放配额超过企业的碳排放总量，空调制造企业可在碳交易市场中出售多余额度，可卖出的碳排放权总额为:

Et=Zg+Em-E(Q)=Zg+μητQ-e0Q.

2.2 技术采纳时机模型

2.2.1 模型构建

由以上假设可得，在某一时刻t采纳节能技术后，空调制造企业在碳市场中可用于交易的碳排放权额度为Et=Zg+Em-E(Q)=Zg+μητQ-e0Q，在产品市场获得的溢价收益可表示为ΔpQ.则空调制造企业期望总收益净现值(NPV)可表示为：

(2)

2.2.2 最优采纳时机分析

在执行投资之前，空调制造企业持有投资期权，等待期间不产生低碳交易收益.空调制造企业的投资策略，将会根据低碳节能投资的期权价值最大化原则选择投资时机，因此，该问题就是一个最优停止时机问题.假设在某一时刻的碳排放权交易价格初次达到最优投资门槛，空调制造企业就停止等待，执行投资行动，可使低碳节能技术投资的预期收益最大.

为推导出空调制造企业采纳节能技术的最佳时机，对式(2)进行分析.设定pt为时刻t的碳交易价格，根据伊藤积分可得，在某一时刻t采纳节能技术，空调制造企业的总收益为：

(3)

设V为企业采纳节能技术后的期权价值函数,则：

V(p(s))=

(4)

连续等待时间段的贝尔曼方程：

rVds=E(dV)，

(5)

由伊藤引理展开dV可得：

(6)

根据式(5)和式(6)，可推导出看涨期权价值函数V满足微分方程：

(7)

式(7)的通解为：

V(p(t))=Ap(t)β.

(8)

且β满足二次方程：

则有

(9)

根据Karatzas与Shreve的有关结论，得到

(10)

pT即为最优门槛，令

(11)

可得到

(12)

综上所述，pT是上述模型的最优门槛碳价，由此可以确定在碳交易风险下空调制造企业节能技术最优采纳时机为：

T=inf{t≥0|p(t)>pT}.

(13)

综上分析，当且仅当碳交易价格大于临界值pT时，空调制造企业选择投资采纳节能技术；反之则推迟投资，继续等待.

3 算例分析

为进一步探究最优采纳时机与碳排放权交易市场以及产品市场之间的关系，下面将通过参数赋值，利用Matlab软件进行仿真测算.参数设值如表1所示.

表1 参数设值

参 数数 值无风险利率r0 03漂移系数α0 01生产空调产品的碳排放量e0/(kg·台-1)20需求量基数D0/台100000政府以无偿形式分配的碳配额Zg/kg10000空调节能产品溢价额Δp/(元·台-1)100每台空调一年的总耗电量η/(kW·h)1000耗电量转化为碳排放量的转化系数τ/(kg·(kW·h)-1)0 785采纳节能空调制造技术成本C/元30000000

例1：由推导出的最优采纳时机(采纳节能技术的碳价门槛)门槛碳价表达式(12)可知，碳价波动在一定程度上影响空调制造企业节能技术采纳决策.为考察采纳时机与碳交易价格波动率的相关性，令采纳节能技术后空调的节能率μ=0.3，消费者对节能空调产品的偏好程度系数λ=0.5，仿真结果如图1所示.

由图1可以发现,采纳节能技术的碳价门槛与碳价波动率呈正向关，即碳价波动率越高(碳交易市场风险越高)时，采纳节能技术的门槛碳价越高，也就是空调制造企业会因碳交易收益不稳定性的增强而延缓采纳节能技术.

例2：为考察采纳节能技术的门槛碳价与空调产品节能率的相关性，令消费者对节能空调产品的偏好程度系数λ=0.5，碳交易价格波动率σ=0.3，仿真结果如图2所示.

图1 采纳时机与碳交易风险水平的关系

图2 采纳时机与空调产品节能率的关系

由图2可见，采纳节能技术的门槛碳价与空调产品节能率呈负相关：空调产品节能率越高，采纳节能技术的门槛碳价越低，即企业采纳的空调节能效果越好，空调企业可以获得更多收益，从而促使空调制造企业尽早采纳节能技术.

例3：为探讨采纳节能技术的门槛碳价与消费者对节能空调偏好程度的相关关系，令采纳节能技术后空调产品的节能率μ=0.3，碳交易价格波动率σ=0.3，仿真结果如图3所示.

由图3容易看出,采纳节能技术的门槛碳价与市场对节能产品的需求量呈负相关，即消费者对节能空调偏好程度越高，采纳节能技术的门槛碳价越低.具体表现为空调企业会根据产品市场节能空调需求量高低，而选择是否提前采纳节能技术.市场对节能产品需求量越高，会促使空调制造企业提前采纳节能技术；反之，则会使空调制造企业推迟采纳节能技术.

图3 采纳时机与消费者对节能空调偏好程度的关系

4 启示与建议

随着碳配额与交易政策的实施以及低碳节能消费需求的日益增长，空调制造企业需要生产更加节能环保的产品.采纳节能技术是空调产品转向低碳化、节能化的必经之路.而碳交易市场风险较高，空调制造企业需要综合考虑多方面影响因素，合理选择节能技术的采纳时机.本文引入碳价格波动、节能产品溢价、消费者对节能空调产品的偏好等参数，构建具备碳交易市场和产品市场特征的实物期权模型，探究各参数的变化对空调企业节能减排技术采纳时机产生的影响.研究发现，空调制造企业采纳节能技术的门槛碳价与碳价波动率呈正相关，而与空调技术节能率以及消费者对节能空调产品偏好程度呈负相关.综合上述结论，空调制造企业为应对碳交易风险，在尽快采纳节能技术时，需要做好以下几点：

第一，构建碳交易市场风险评估与管理机制.密切关注碳交易市场中的价格走势，科学评估碳价波动对企业带来的风险，合理选择采纳节能技术的时机.碳价波动率过高不利于企业采纳节能技术与提升产品性能.企业应建立低碳发展的长期规划和碳交易市场应对机制，妥善安排碳交易行为，以利于企业可持续发展.

第二，加大节能技术研发投入并鼓励企业采纳节能技术.节能技术的普及率与节能效率是企业采纳节能技术的重要影响因素.节能技术的效率越高，企业在前期技术研发中需要投入更高的成本.而企业前期的高研发投入，会促使企业加快采纳节能技术.因此，企业应综合考虑节能技术效率、采纳成本以及企业偿付能力，采纳符合实际经营情况的节能技术.

第三，加强对节能空调产品的营销宣传.消费者对节能产品的认知是模糊不清的，企业需要做好市场战略布局，加强对消费者节能知识的普及和环保责任的引导.消费者对节能空调产品偏好程度的提升反过来也会促使企业调整自身的产品结构，生产更加节能环保的产品，实现低碳发展.

总之，空调制造企业应充分研究当前碳交易市场政策、节能技术发展水平、消费者低碳节能偏好等，统筹规划低碳发展战略，寻求企业社会责任与利益最大化的平衡.

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