基于前景理论的个人碳账户推进机制演化研究

杨城锟,李 林

(上海理工大学 管理学院,上海 200093)

随着我国“双碳”目标的提出,越来越多的目光聚焦到了家庭碳排放上。已有研究显示,我国家庭生活消费所造成的二氧化碳等温室气体排放,已经占到了我国温室气体排放总量的52%[1]。因此,从消费端降低碳排放量已经成为我国碳减排工作的重中之重,加快公众消费习惯的转变已经成为减缓全球变暖问题的必然选择。基于这一背景,我国多家银行纷纷推出 “个人碳账户”[2],比如平安银行的“低碳家园”、建设银行的“碳账本”、中信银行的“中信碳账户”等。

个人碳账户的推广过程中主要涉及的相关利益者有政府、金融机构和消费者,三方在不完全信息条件下会进行非对称博弈,并且决策者会受到感知偏差的影响。鉴于这一认识,笔者试图引进前景理论,利用演化博弈模型,探究出“个人碳账户”模式下政府、金融机构和消费者三方之间的利益关系,为我国“个人碳账户”发展与推进提供理论依据。

1 文献综述

作为碳减排的重要手段,从消费层面控制温室气体排放得到学术界的广泛关注。周海燕[3]以居民消费碳排放为研究对象,构建了一套包含居民消费直接碳排放和间接碳排放的综合评价指标体系。郭蕾等[4]针对消费端碳排放问题,提出加快推广“碳普惠”试点以激励公众践行低碳生活行为的建议。目前,随着“碳普惠”概念的普及和推广,国内外学者逐渐开始关注个人碳交易市场。LIU[5]通过问卷调查得出公众对个人碳交易多持积极态度,并利用多元回归模型验证了个人碳交易意愿与政府政策、居民环境意识和动机正相关,与个人碳交易壁垒负相关。ZHANG 等[6]从中国基本国情出发,构建了一个包含碳配额获取、低碳行为抵消机制、交易伙伴选择和价值保值模式4个属性的个人碳交易体系。刘琦铀等[7]结合“互联网+”技术,探讨了绿色生态视域下我国个人碳交易市场机制及其实施路径。事实上,目前个人碳交易仍属于小众投资范畴,由于带有投资性质,导致碳交易对参与人群有所限制,很难普及到普通消费者。因此,有部分学者对个人碳账户展开了研究。ZHAO等[8]提出建立新型的公私合作的个人碳账户(PPP-PCAs)。吕靖烨等[9]以“蚂蚁森林”为例,应用演化博弈的方法,说明了在个人碳账户的建设过程中政府起到关键引导和支持作用,同时也需要各方协同努力。吴嘉莹等[10]基于大数据时代背景,以“蚂蚁金服”为例,提出未来个人碳账户的必要性。MARTIN等[11]提出建立具有平等的人均碳额度的个人碳账户,通过对大量文献的整合,证明了家庭碳排放量高于平均水平主要是生活方式差异引起的,与收入无关。还有学者对国内外的个人碳账户实践进行了比较,如李诚鑫等[12]指出我国个人碳账户现阶段存在宣传激励不足、市场参与率低、缺乏资金支持等问题。

演化博弈能够用来分析复杂社会经济问题中不同群体之间的相互作用机制,目前已有大量学者将其应用于环境治理、碳减排、政府决策等诸多研究领域。徐新扬等[13]在考虑外部环境不确定性的条件下,构建了地方政府、物流企业和制造商的三方演化博弈模型,提出了政府和企业协同减排的可行方案。GENG等[14]从演化博弈的角度研究了企业减排问题,验证了碳税政策有利于更多的制造商使用低碳生产技术。林晶晶等[15]构建了政府、回收商和消费者三者之间的演化博弈模型,解释了政府的补贴奖励在促进回收率方面的积极作用。

综上所述,国内外对个人碳账户的研究不多,且少有文献考虑到博弈主体的风险偏好、感知偏差对群体决策的影响[16]。鉴于此,笔者在博弈主体有限理性的假设条件下,引入前景理论,结合演化博弈模型及Matlab数据仿真分析方法,通过构建政府、金融机构和消费者的三方非对称动态演化博弈模型,分析“双碳”背景下消费者低碳消费行为的演化稳定策略,以及各主体策略达到理想均衡状态的稳定条件,并进一步探讨博弈主体初始意愿及关键参数对策略演化路径的影响,以期从政府、金融机构和消费者的角度,提出促进个人碳账户发展的最佳路径,为我国低碳经济发展添砖加瓦。

2 博弈模型构建及分析

2.1 模型假设及构建

三方博弈主体分别为:政府、金融机构和消费者。在我国“双碳”背景下,政府提出要加强顶层设计,建立完善的碳普惠运作机制,从消费端推动“碳达峰”与“碳中和”,因此政府需要决定是否实施相应的激励策略,通过补贴的形式对消费者的低碳行为和开设个人碳账户的金融机构进行奖励,由此可以得出政府的策略空间为(实施,不实施)。对于金融机构而言,其可以选择开设个人碳账户与政府达成合作,也可以选择不开设个人碳账户仅维持原有业务,所以金融机构的策略空间为(开设,不开设)。消费者也有两种决策,一是保持原有的消费习惯,以性价比为标准进行消费,二是低碳消费,即消费者在购买、使用和处置产品时会将其材质、功耗和碳排量也纳入考虑范畴,因此消费者的决策空间为(低碳消费,高碳消费)。

假设1由于个人碳账户机制还不成熟,在推广过程中存在诸多不确定性,如公众对个人碳账户的态度变化的不确定性、金融机构长期收益的不确定性、政府政策改变带来的公信力风险等。在不确定性面前,主体是根据其对自身决策价值的感知收益来进行判断的,因此引入前景理论模型,用价值函数v(Δxi)和权重函数π(pi)来表示博弈主体的感知收益V,三者关系可表示为:

V=∑v(Δxi)π(pi)

(1)

(2)

(3)

式中:Δxi=xi-x0,为第i种决策发生时所产生的收益与参照点收益的差值;pi为决策群体做出第i种决策的客观概率;α和β分别为收益与损失价值函数的边际递减程度,值越大表示群体对收益和损失的敏感度更高;λ为损失规避程度,通常情况下决策者对损失更为敏感,因此设定λ>1。将博弈三方主体策略选择组合为(不实施,不开设,高碳消费)时所获得的收益作为参照点,即感知收益参照点都为0。

假设2政府选择实施激励措施的概率为x∈[0,1],不采取措施的概率为1-x。当政府实施激励措施时,首先需要付出管理成本C1,其次若消费者进行高碳消费,政府需要支付环境补救成本C2。当消费者践行低碳消费理念时,无论政府做何决策都会获得资源节约、技术进步、环境改善等带来的社会效益R1,并且在中我国“以人为本”的核心价值观下,存在着数学关系R1>C1+C2。

假设3金融机构开设个人碳账户的概率为y∈[0,1],不开设个人碳账户的概率为1-y。当金融机构选择开设个人碳账户时,可以获得政府的资金补贴S1,以及由客户忠诚度提升和对潜在用户吸引力增强等所带来的未来收益R2,同时金融机构需要支付业务运营成本C3。

假设4消费者践行低碳消费行为的概率为z∈[0,1],选择高碳消费的概率为1-z。若消费者选择低碳消费,则需要承担低碳成本C4,同时可以获得绿色生活带来的身心健康收益R3,和、政府的福利补贴S2和以及个人碳账户提供的低碳收益R4。当消费者选择高碳消费时,则需要支付碳税T。由于目前我国国民的环保意识都普遍较低,因此假设C4>R3。

根据前景理论可知,当决策者的收益或损失确定时就不具有感知偏差,此时可以直接用实际价值来表示。在博弈模型中,政府的管理成本及对金融机构和消费者的补贴只与政府自身有关,为确定性支出;消费者的低碳成本和缴纳的碳税也具有确定性;金融机构开设个人碳账户的成本可由自身控制,也为确定性支出。综上,参数C1、C3、C4、S1、S2、T不具有感知偏差,而R1、R2、R3、R4、C2具有感知特征,需用感知收益函数代替。因此基于上述假设和参数设置,可以得到政府、金融机构和消费者三方博弈主体的收益矩阵,如表1所示。

表1 三方博弈收益支付矩阵

2.2 演化路径分析

由表1可得政府、金融机构和消费者三方的复制动态微分方程,设政府实施或不实施激励措施的收益及平均期望收益分别为(Ug1,Ug2,Ug),则有:

Ug1=yz[V(R1)-C1-S1-S2]+

y(1-z)[V(R1)+T-C1-S1-V(C2)]+

z(1-y)[V(R1)-C1-S2]+

(1-y-z+yz)[V(R1)+T-C1-V(C2)]

(4)

Ug2=yzV(R1)+z(1-y)V(R1)

(5)

Ug=xUg1+(1-x)Ug2

(6)

则政府策略选择的复制动态方程和一阶导数分别为:

T-V(C2)-C1-yS1+zV(C2)-zT-

zS2-zV(R1)]

(7)

F′(x)=(1-2x)[V(R1)+T-V(C2)-

C1-yS1+zV(C2)-zT-zS2-zV(R1)]

(8)

同理,设金融机构开设或不开设个人碳账户的收益及平均期望收益分别为(Uf1,Uf2,Uf),则有:

Uf1=xz[V(R2)-C3+S1]+x(1-z)(S1-C3)+

z(1-x)(V(R2)-C3)-(1-x-z+xz)C3

(9)

Uf2=0

(10)

Uf=yUf1+(1-y)Uf2

(11)

则金融机构策略选择的复制动态方程和一阶导数分别为:

y(1-y)[xS1+zV(R2)-C3]

(12)

F′(y)=(1-2y)[xS1+zV(R2)-C3]

(13)

同理,设消费者低碳或高碳消费的收益及平均期望收益为(Uc1,Uc2,Uc),则有:

Uc1=xy[V(R3)+V(R4)+S2-C4]+

x(1-y)[V(R3)+S2-C4]+y(1-x)[V(R3)+

V(R4)-C4]+(1-x-y+xy)[V(R3)-C4]

(14)

Uc2=xy[V(R3)-T]+x(1-y)[V(R3)-T]

(15)

Uc=zUc1+(1-z)Uc2

(16)

则消费者策略选择的复制动态方程和一阶导数分别为:

z(1-z)[xS2+yV(R4)+V(R3)-

C4-xV(R3)+xT]

(17)

F′(z)=(1-2z)[xS2+yV(R4)+

V(R3)-C4-xV(R3)+xT]

(18)

2.3 均衡点稳定性分析

然而,并不是所有的均衡点都是演化均衡策略(evolutionarily stable strategy,ESS),因此选择雅可比矩阵和李雅普诺夫第一法则来判断上述均衡点的稳定性。由于均衡点E9～E12的雅可比矩阵特征值存在正实部且不是严格的纳什均衡解,故在此不再做详细分析,其余均衡点稳定性分析具体如下。

由式(7)、式(12)和式(17)可得雅可比矩阵为:

其中,A11=(1-2x)[V(R1)+T-V(C2)-C1-yS1+zV(C2)-zT-zS2-zV(R1)],A12=-(x-x2)S1,A13=(x-x2)[V(C2)-T-S2-V(R1)],A21=(y-y2)S1,A22=(1-2y)[xS1+zV(R2)-C3],A23=(y-y2)V(R2),A31=(z-z2)[S2-V(R3)+T],A32=(z-z2)V(R4),A33=(1-2z)·[xS2+yV(R4)+V(R3)-C4-xV(R3)+xT]。将8个均衡点代入雅可比矩阵得到特征根,如表2所示。

表2 均衡点稳定性分析

由表2可知,当C3-V(R2)<0且C4-V(R3)-V(R4)<0时,至少存在一个稳定均衡点E4(0,1,1),这时即使政府不实施碳减排激励措施,金融机构也会主动开设个人碳账户,因为此时金融机构的业务成本小于其能够获得的未来收益,同样对于消费者而言,即使没有政府的福利补贴,也会自觉选择低碳消费,因为此时消费者从金融机构处获得的低碳收益与自身身心健康收益之和大于低碳成本。当S1-C3<0-且S2-C4+T<0时,至少存在一个稳定均衡点E5(1,0,0),这表明若金融机构的业务成本大于政府所给予机构的补贴,同时消费者的低碳成本也高于碳税和政府发放的补贴之和,金融机构提供个人碳账户的概率降为0,消费者践行低碳消费的概率也会随之降为0,而此时政府选择实施激励措施并不会达到碳减排的目的,这无疑会导致政府资源配置的低效和社会总福利的下降。

3 数值实验及分析

在上述理论分析的基础上,为了验证模型的可靠性并进一步分析各因素对博弈系统的具体影响机制,运用Matlab软件对博弈系统中参与主体的策略演化进行数值仿真分析。由于我国个人碳账户正处于起步阶段,较难收集相关数据,因此选择参考相似性质的“蚂蚁森林”进行参数赋值。根据蚂蚁集团2021可持续发展报告和文献[10],对部分参数进行改进,使得参数赋值满足前文条件。演化系统相关数值设定为:C1=1,C2=2,C3=1.6,C4=2,R1=4,R2=3.5,R3=0.5,R4=2.5,S1=1,S2=1,T=0.66。

3.1 初始意愿敏感性分析

通过均衡点稳定性分析,可知博弈系统存在两个均衡点,因此设定政府与金融机构的初始策略为(0.3,0.3)和(0.5,0.5),消费者的初始策略不变,设为0.2。两种情况下得到的系统演化路径如图1所示。由图1可知,当x=0.3,y=0.3时,博弈路径向(1,0,0)演化;当x=0.5,y=0.5时,博弈路径向(0,1,1)演化。结果表明,当政府和金融机构的初始策略概率都较低时,消费者的低碳消费意愿会逐渐降为0,同时由于个人碳账户不能给金融机构带去可观的收益,机构也快速放弃这个项目,反观政府虽然在逐渐加大激励力度,却迟迟看不到成效。当政府和金融机构的初始策略都较高时,三方主体演化路径起初都呈上升趋势,随着消费者和金融机构的策略概率分别达到0.35和0.42,政府开始降低激励力度,最终演化结果是即使政府不再实施碳减排激励措施,此时消费者和金融机构仍能够达到稳定状态,消费者坚持低碳消费习惯,并从金融机构处获得收益,同时金融机构又能从其他业务中获得利益,两者互相促进,达到了碳减排的效果。

图1 初始策略对演化路径的影响

3.2 关键参数敏感性分析

为探讨关键因素对消费者及金融机构的策略演化路径的影响,考虑到我国政府对“双碳”目标的重视,消费者低碳消费意识较低及个人碳账户还不成熟,对三方博弈主体初始策略概率设定为:政府实施激励措施的概率x=0.7;金融机构开设个人碳账户的概率y=0.4;消费者选择低碳消费的概率z=0.2。

3.2.1 政府补贴力度对消费者及金融机构策略选择的影响

在其他参数确定的条件下,通过改变S1和S2的取值,分析政府直接补贴对消费者和金融机构演化路径的影响,结果如图2和图3所示。

图2 政府补贴对消费者策略选择的影响

图3 政府补贴对金融机构策略选择的影响

由图2可知,当S2=0,即政府不对消费者的低碳消费行为进行补贴时,消费者低碳消费的概率从0.2快速降为0;当S2=0.5时,消费者选择低碳消费的概率不会趋向于0或1,即不会收敛到稳定状态;当S2>0.5时,消费者选择低碳消费的概率会收敛于1,且政府对消费者的补贴S2越大,收敛速度越快。

由图3可知,当S1=0,即政府不对金融机构进行补贴时,金融机构开设个人碳账户的概率从0.4逐渐降到0;当S1=0.5时,经过长时间的博弈演化,金融机构选择开设个人碳账户的概率最终还是收敛到了1;当S1>0.5时,金融机构选择开设个人碳账户的概率快速收敛于1,且政府对金融机构的补贴S1越大,收敛速度越快。

对比图2和图3可知,虽然政府补贴对消费者和金融机构的策略选择都有促进作用,但当补贴处于低水平时,两者对补贴敏感性的差异显而易见,简言之,相比金融机构,消费者对补贴水平要求更高。

3.2.2 低碳成本及个人碳账户收益对消费者策略选择的影响

在其他参数确定的条件下,通过改变C4和R4的取值,分析低碳成本及个人碳账户低碳收益对消费者策略选择的影响,结果如图4和图5所示。

图4 低碳成本对消费者策略选择的影响

图5 个人碳账户收益对消费者策略选择的影响

由图4可知,当C4=3.0时,消费者低碳消费的概率从0.2快速降为0;当C4=2.5时,消费者选择低碳消费的概率仍然趋向于0,但是下降速度较为缓慢;当C4<2.5时,消费者选择低碳消费的概率会收敛于1,且低碳消费C4越小,收敛速度越快。

同样地,由图5可知,当R4=1.25时,消费者选择低碳消费的概率不会趋向于0或1,即无法收敛到稳定状态;当R4<1.25时,消费者低碳消费的概率从0.2快速降为0;当R4>1.25时,消费者选择低碳消费的概率快速收敛于1,且消费者从个人碳账户中获得的低碳收益R4越大,收敛速度越快。

结合图4和图5可知,对于消费者来说,在做出决策之前会不断衡量成本与收益之间的关系,只有当成本和收益都达到消费者的心理预期,这个群体才会主动选择去养成低碳消费的习惯。

4 结论

(1)针对我国金融机构个人碳账户还处于探索期这一问题,构建了以政府、金融机构和消费者为主体的三方演化博弈模型,运用复制动态方程理论对模型的均衡点及稳定性进行了分析,借助Matlab软件进行数值仿真实验,验证了模型的可靠性,并进一步探讨了博弈主体初始意愿及关键参数对策略演化路径的影响。

(2)研究结果表明:只有当政府和金融机构的初始意愿足够高时,博弈系统才会向即使无政府参与,个人碳账户仍能持续运行的这一理想状态演化。在博弈模型中,政府对消费者和金融机构的补贴对于个人碳账户前期的发展与推进至关重要,同时,消费者的低碳消费成本及从金融机构处获得的低碳收益也是影响三方主体在博弈过程中能否达到理想均衡状态的关键因素。

(3)在有限理性条件下探究出个人碳账户推行过程中政府、机构和消费者三者之间的决策演变规律,但由于研究仅针对三方主体,尚存在一定的局限性,事实上参与到个人碳账户中的还有其他诸多主体,比如碳排放第三方检测机构等,同时这些主体的策略空间可能还存在多个选择。因此今后的研究可以考虑将主体更加细化,在定义策略空间时挖掘更多策略选择。