国际碳减排博弈研究

国际碳减排博弈研究

黄馨1 李少睿2

（1 上海交通大学中美物流研究院 上海 200030） （2 西南财经大学工商管理学院 四川 成都 611130）

摘 要：本论文根据哥本哈根世界气候大会进程、《斯特恩报告》以及碳减排、碳交易等低碳相关背景，提

出了国际碳减排博弈模型，对发达国家与发展中国家就碳排放问题的具体立场按完全不合作、强制合作、理想合作三种合作模式进行模拟分析，分别得到了不同减排量下的发达国家、发展中国家收益以及全球系统收益，说明了碳减排必须由发达国家与发展中国家双方共同努力才能取得有效进展，并得出碳减排的达成不应以牺牲某一方的经济发展为代价，否则碳减排将缺乏内在动力与执行力等结论。同时以前三种合作模式为基础，进行碳减排的博弈合作模式探究,以发达国家向发展中国家提供资金技术等形式的旁支付作为全球共同减排的激励手段，求得碳减排旁支付理论值与斯坦克尔伯格均衡结果，并证明了该均衡结果对于博弈双方是共赢之选。

关键词：哥本哈根会议，碳减排，旁支付，博弈分析

A Game Theory Approach for International Carbon Emission Reduction

Huang Xin Li Shaorui2

1

（1 Sino-US Global Logistics Institute, Shanghai Jiao Tong Universtity, Shanghai, 200030） （2 School of Management, Southwestern University of Finance and Economics, Chengdu 611130）

Abstract: In this paper, we propose game theoretic models of international carbon emission reduction on the basis of

Copenhagen Conference (UN Climate Change Conference COP 15) process, Stern Review, and carbon emission reduction and trading backgrounds. We simulate and analyze three modes related to the specific positions of developed and developing countries on carbon emissions, including Absolutely-No-Cooperation Mode, Enforced-Cooperation Mode and Idealized-Cooperation Mode, then work out profits of developed and developing countries as well as system surplus under various amount of carbon emission reduction. From the study, we conclude that the carbon emission reduction can only be achieved under the solid cooperation by both sides of developed and developing countries, and this achievement shouldn't be the price of sacrificing either side's economic development, otherwise carbon emission reduction will be lack of inner motive force and executive ability. Moreover we continue Game-Cooperation Mode research based on the former modes, adding capital and technical side payment from developed countries toward developing countries as the motivator of global carbon emission reduction. Finally we obtain the theoretical marginal payment and a new equilibrium of carbon emission reduction by the Stackelberg game with the demonstration of the equilibrium as a “win-win” choice.

Keywords： Copenhagen Conference；Carbon Emission Reduction；Side Payment；Game Analysis

1引言

哥本哈根世界气候大会于2009年12月7日至12月18日在丹麦召开，其主要议题为商讨《京都议定书》一期承诺到期后的后续方案，也即2012年至2020年的全球减排协议。为求解发达国家对发展中国家减排问题的资助方案，本论文以哥本哈根世界气候大会为背景，以发达国家支持发展中国家减排行动的资金供给、技术供给为切入点，通过分析国际气候政治博弈立场，并参照相关文献做出模型假设，设定相对客观的新的模型与图像，提出发达国家应向发展中国家提供的减排供资数额计算方法，并证明发达国家向发展中国家提供资金技术支持对双方均有利可图。

基于不同的利益出发点，当前的国际气候政治博弈主要分为三股力量——欧盟、伞形集团、发展中国家。

1.1 欧盟

欧盟将自身视为应对气候变化的领导者，其在节能减排立法、政策、行动和技术等方面都出于领先地位。《联合国气候变化框架公约》以及《京都议定书》的制定通过，都与欧盟的积极推动有着密不可分的关系。欧盟强调美国应承担减排责任。但金融危机爆发后，欧盟的谈判态度偏向消极。哥本哈根会议中，欧盟宣布2010年至2012年间每年向发展中国家提供24亿欧元的援助基金。

1.2 伞形集团

伞形集团是一个区别于传统西方发达国家的阵营划分，特指当前地球气候变暖议题上，除去欧盟之外的其他发达国家，包括美国、日本、加拿大、澳大利亚、新西兰。其地理分布类似伞状，同时也象征地球环境“保护伞”。

美国、加拿大、澳大利亚和日本等伞形集团的气候政治立场相似，其远期目标明确，中期目标模糊，且中期目标与其长远目标并不匹配，承诺留有余地，而且以他国、尤其是新兴经济体国家的减排承诺为条件。其中最不积极的美国在奥巴马上台后态度有所转变，奥巴马政府已经将气候变化作为首要政策重点之一，清洁能源技术也有了巨大发展，然而美国迄今仍然拒绝接受《京都议定书》。哥本哈根会议上，美国能源部部长朱棣文提出美国将提供8500万美元在未来5年内帮助发展中国家尽快掌握可再生能源技术。日本首相鸠山由纪夫提出到2020年在1990年基础上减排25%，在哥本哈根大会上宣布在2010年至2012年出资约100亿美元。此外，在强大的国际压力下，美国国务卿希拉里提出美国将和其他国家一起到2020年为发展中国家应对气候变化每年筹集1000亿美元，但是以所有主要经济体减排行动的透明化为前提。 1.3 发展中国家集团

发展中国家集团内部存在诸多利益诉求不同的子集团。小岛国联盟关心的是海平面上升对家园的毁灭，最不发达国家集团和非洲集团偏重于应对气候变化的融资问题，石油输出国集团则关注全球减排行动对能源需求的影响，等等。利益的分歧使得发展中国家集团在很多时候难以取得一致共识，削弱了集团的整体力量。

来自中国、印度、巴西、南非和七十七国集团主席国苏丹的代表2009年11月底在北京发表声明，宣布与会各方就谈判中有关重大问题形成一致看法，坚持《京都议定书》应继续有效，要求发达国家承担第二承诺期减排指标。

2 模型构筑及分析

2.1 假设条件

本模型建立在以下假设之上：

本论文中讨论发达国家与发展中国家关于减排供资问题的双方博弈，为宏观模型。

假定双方的碳排量是双方根据政治经济状况由国家意志决定的外生变量。本论文中将双方排量界定为净排量，即经过碳交易、碳处理等环节过后的净排量[2][3][4]。整个模型将以双方的排量为自变量。

关于单位碳的排放收益，本文中将收益设定为排除了碳交易、碳处理等成本的平均收益，设定此函数为单调递增的凸函数。其斜率等于碳排量的边际收益，随着碳排放得越多，碳排放的边际收益递减 [5][6]。随着碳排放量的积累与增加，碳捕捉、碳处理的技术实现越来越困难、成本越来越高昂，使得单位碳排量的经济收益下降[2]。由于发达国家相关技术较为发达，假设发达国家排放单位碳能够获得的收益大于发展中国家。

关于单位碳的排放成本，本文中将成本设置为两部分：环境成本和碳关税。假定环境成本图像为斜率

很大的J型曲线1，碳关税为斜率较小的J型曲线，同时双方的环境成本曲线斜率均明显大于碳关税曲线斜率[7]，也即假定碳关税的征收并不能弥补碳密集产业对环境的污染和破坏。此外，由于现阶段CO2在大气中已经具有较大浓度（385ppm），且其在大气中的滞留期限较长，为5-200年，因而设定有CO2排放，就存在环境成本。

设维持地球碳循环平衡水平的人为排量峰值为定值M。IPCC报告主张将气温上升限制在比工业化时期高2℃的水平之内，全球排放量到2050年至少比2000年水平减少50%，温室气体浓度维持在450ppm。

2.2 符号说明

本论文的模型构建中涉及了以下各项决策变量及参数符号，其下标字母A、B分别用于指代发达国家阵营与发展中国家阵营的相应决策变量或参数。

决策变量：

q 经过碳交易、碳处理等环节之后的碳净排量，模型自变量 qA 发达国家的碳净排量 qB 发展中国家的碳净排量

参数设定：

p 经过碳交易、碳处理等环节之后的通过排放一单位碳获得的平均收益，单调递增凸函数。 pA 发达国家排放单位碳产生的平均收益 pB 发展中国家排放单位碳产生的平均收益 CG 全球环境成本函数，J型函数。

u 全球环境成本中由发达国家承担的比例；则发展中国家承担的环境成本比例为(1?u)。 CT 补偿性碳关税成本函数，由发达国家向发展中国家征收，J型函数。 2.3 成本与收益函数

由以上决策变量与参数表述发达国家与发展中国家的相关关系如下：

发达国家通过碳排放获得的收益为

?qA0pA(q)dq；发展中国家通过碳排放获得的收益为?qB0 pB(q)dq；

发达国家承担的环境成本为uCG(q)dq；发展中国家承担的环境成本为(1?u)CG(q)dq； 发达国家承担的补偿性碳关税成本为?CT(q)dq，由于发达国家对发展中国家征收碳关税，碳关税对于发达国家而言实质上是一项收益，因此发达国家的碳关税成本为负；发展中国家承担的补偿性碳关税成本为CT(q)dq。

同时，设定符号如下：

PAi 发达国家在模型第i种模式下的收益(i=1,2,3,4)

????PBi 发展中国家在模型第i种模式下的收益

Si 全球系统在第i种模式下的收益，为发达国家与发展中国家收益之和。

2.4 模型构筑

根据相关理论、背景知识以及哥本哈根世界气候大会实际情况，本文将发达国家与发展中国家关于碳减排问题的相对关系分为四种情景模式，分别为：均不减排、各自按照利己排量排放的完全不合作模式；发达国家占主导地位，按照利己排量排放，而要求发展中国家遵从某一排放上限的强制合作模式；双方均主动减排，总排量不超过碳平衡排量峰值的理想合作模式；以及以发展中国家收益不减少为基本前提，发 1

斯特恩报告.2006:5. 《斯特恩报告》是2006年秋由英国政府发表的关于全球变化的重要报告，由经济学家尼古拉斯·斯特恩（Nicholas Stern）主笔。《斯特恩报告》基于大量数据的理论分析，号召我们以今日较小的代价，来避免未来蒙受全球变暖的巨大成本。

根据《斯特恩报告》第295页“气温上升引起的气候变化的经济成本估计”图表数据，由碳排放引发气温上升等一系列气候变化的环境成本可以近似视为J型曲线。

达国家追求利益最大化的博弈合作模式。其中第四种模式，也即博弈合作模式的阐述以前三种情景模式为理论背景。

发达国家与发展中国家的四种碳减排合作关系如表1所示：

完全不合作模式 系统收益为负 强制合作模式 系统收益为零 理想合作模式 系统收益为正 博弈合作模式 系统收益为零 表1 碳减排合作模式示意表 基本假设 发达国家立场 双方均不减排，各自按照利己排量排放 发达国家不减排，对发展中国家强制减排 双方均主动减排，总排量不超过地球平衡峰值 发达国家以旁支付的形式激励发展中国家参与碳减排 平等，不减排，征收碳关税 主导，不减排 平等，主动减排， 提供技术支持 主导，提供资金技术支持，并占用发展中国家节约的碳排量实现利润最大化 发展中国家立场 平等，不减排， 上缴碳关税 从属，遵从某一排放上限 平等，主动减排， 接受技术支持 从属，接受资金技术支持从而进行碳减排 3.5.1 完全不合作模式

如若发达国家和发展中国家都不减排，各自按照利己排量（国内生产生活完全不受限制的排放量）排放，将导致极大的环境代价，整个系统收益为负。

假定发达国家占据主导地位，由于发展中国家完全不减排，设定发达国家向发展中国家对双方排放总量超过地球平衡水平M的部分征收补偿性碳关税（如图1所示）。设双方都以利己不减排的排放量之和为Q?qA?qB。则发达国家征收的补偿性碳关税数额为

?Q?M0CT(q)dq。

发达国家的收益为通过碳排放产生的经济收益，减去其承担的环境成本，再加上其向发展中国家征收的补偿性碳关税。其中，

发达国家通过碳排放产生的经济收益为

?qA0pA(q)dq，环境成本为u?CG(q)dq，

0Q发达国家向发展中国家征收的补偿性碳关税为

qAQQ?M?Q?M0CT(q)dq。

则完全不合作模式下，发达国家的总收益为：

PA1(q)??pA(q)dq?u?CG(q)dq??000CT(q)dq

同理，发展中国家的收益为通过碳排放产生的经济收益，减去其承担的环境成本，再减去其向发达国家支付的补偿性碳关税。其中，

发展中国家通过碳排放产生的经济收益为

?qB0pB(q)dq，环境成本为(1?u)?CG(q)dq，

0Q发展中国家向发达国家支付的补偿性碳关税为

qBQ?Q?M0CT(q)dq。

则完全不合作模式下，发展中国家的总收益为：

PB1(q)??pB(q)dq?(1?u)?CG(q)dq??00Q?M0CT(q)dq

Q3）根据以上推导，可得全球系统收益，即发达国家与发展中国家收益之和，为：

S1?PA1(q)?PB1(q)??pA(q)dq??pB(q)dq??CG(q)dq

000qAqB