配額免費分配法下市場結構對碳交易市場運行效率的影響

胡東濱+汪靜+陳曉紅

摘要 在產品市場和碳交易市場均為完全競爭的市場結構中，碳交易機制是一種有效的環境政策，但在現實環境下，產品市場和碳交易市場往往都是不完全競爭的。本文采用復雜適應系統仿真的方法，構建基于SWARM的碳交易市場仿真模型，建立碳排放權交易市場仿真系統，研究產品市場和碳交易市場結構對碳交易市場的運行效率的綜合影響，同時為了降低產品市場壟斷企業對碳交易市場運行效率的影響，本文通過增加碳交易市場配額缺口和增加參與交易的中小控排企業數量兩種方式，探尋如何在產品市場不完全競爭的環境中設計合適碳交易機制。研究發現：①產品市場壟斷會導致碳交易市場流動性不穩定，出現波動聚集等現象。②在產品市場處于相同結構時，碳交易市場壟斷會導致成交量和成交額減少，流動性降低。③不同市場結構對碳交易市場的價格波動沒有顯著影響。④產品市場的市場結構會影響碳交易市場運行的有效性，完全競爭的產品市場下，碳交易市場的收益波動符合隨機游走，而壟斷力會改變這一特征。⑤市場流動性隨著碳配額缺口的擴大發生顯著變化，成交量和成交額隨之顯著增加，在產品市場壟斷的市場結構中，通過加緊配額供給，可以增加碳交易市場的流動性，改變碳交易市場低迷的交易狀況。⑥鼓勵小企業參與市場交易對碳交易市場的流動性沒有產生顯著影響，但會在一定程度上降低壟斷企業在碳交易市場上的支配力，從而改善碳交易市場的有效性。

關鍵詞 碳排放權交易；市場結構；運行效率；仿真模型

中圖分類號 F205 文獻標識碼 A 文章編號 1002-2104（2017）02-0052-08

doi：10.3969/j.issn.1002-2104.2017.02.009

隨著全球環境問題日益加劇，節能減排和可持續發展已成為國際社會的共識[1]。中國作為全球最大的溫室氣體排放國，面臨著國內環境和國際政治的雙重壓力。針對這一問題，我國自2013年開展多個城市碳交易市場試點工作，取得了初步成果。我國碳交易市場在穩步發展的同時，面臨市場流動性不高，排污數據核查標準不統一，配額發放偏松，地方政府不支持等諸多問題。與國外成熟的碳交易市場相比，我國七個試點城市碳交易并不活躍，價格呈現走低的趨勢，碳交易市場運行效率不高的現實問題會降低企業節能減排的效果。研究不同市場結構對碳交易市場運行的影響以及如何提高不完全競爭市場下碳交易市場運行效率具有重要的現實意義。多數學者認為，基于科斯定理產權理論，賦予排放權經濟價值的碳排放權交易[2]，是當前十分有效的環境管理政策之一[3]。在產品市場和碳交易市場都處于完全競爭的環境中，企業的交易成本為0，無論初始的資源配置如何，碳排放權的價格總是等于企業的邊際治理成本，而企業總的治理成本也是最低的[4]。但在現實環境下，產品市場和碳交易市場往往都是不完全競爭的。具有壟斷力的企業會使得市場價格偏離均衡，科斯定理成立的前提也被扭曲，導致市場效率受到影響，社會財富可能會由于排放權市場交易的資源配置而減少[5]。基于此，本文采用復雜適應系統仿真的方法，構建基于SWARM的碳交易市場仿真模型，建立碳排放權交易市場仿真系統，研究產品市場和碳交易市場結構對碳交易市場的運行效率的綜合影響，同時為了降低產品市場壟斷企業對碳交易市場運行效率的影響，本文通過增加碳交易市場配額缺口和增加參與交易的中小控排企業數量兩種方式，探尋如何在產品市場不完全競爭的環境中設計合適碳交易機制，為提高我國碳交易市場運行效率和建立統一的全國碳交易市場提供建議。

1 文獻綜述

目前關于市場結構對碳交易市場影響的文章大多是從單個市場的壟斷出發，研究壟斷力對社會福利和市場效率的影響。

（1）產品市場壟斷對碳交易市場的影響。Sartzetakis[4]研究發現，在產品市場不完全競爭情況下，控排企業減排成本和生產效率不一致，可能會導致計劃分配排放權方式下的市場有效性優于利用市場機制分配排污權。陳德湖等[6]建立雙寡頭壟斷市場的博弈模型發現在產品市場壟斷時，管理者可以通過合適的配額分配方式降低福利損失率。Meunier[7]分析合并兩個不完全競爭的產品市場對碳交易市場的影響，結果表明合并兩個不完全競爭的市場可能出現“反生產”現象，減少社會福利，但可以通過補貼其中的一方來緩解合并帶來的低效率。Ahn[8]通過評估在具有壟斷力的電力市場中，各種配額分配政策的優劣，發現最有力的減排政策是采用拍賣法，同時還可以降低市場壟斷帶來的社會福利減少的影響。

（2）碳交易市場壟斷對碳交易市場的影響。碳交易市場的壟斷力來源于初始配額的分配不合理，在碳交易市場擁有大額排放權剩余或者需要購買大額排放權的企業都將成為市場的壟斷者[9]。Cason， et al.[10]通過研究壟斷企業是否可以在雙邊拍賣的配額交易市場行使壟斷力，發現單邊壟斷市場的價格和賣方利潤會高于雙邊壟斷市場，而效率低于雙邊壟斷市場，但是這一結果在統計學上并不顯著，同時單邊壟斷市場的價格、利潤和交易量通常非常接近完全競爭的市場均衡。Lange[11]通過仿真數值研究表明可以將排放權市場的壟斷力看做由于初始配額分配帶來的內生變量，從而探討企業如何更加有效地利用自身的壟斷力。Sauma[12]建立三階段模型分析基于均衡模型的初始排放權分配對壟斷企業的影響，結果表明初始配額會改變壟斷企業技術改造的投資金額，有前瞻性的配額分配會增加社會福利。

但是碳交易市場和產品市場是相互關聯的，一個同時具有兩個市場壟斷的企業可以同時且有效地操縱兩個市場[13]，Hatcher[14]建立模型研究在產量定額的市場中，一家可以在產品市場和排放權市場都具有壟斷力的企業的行為，研究結果表明，只要該企業初始配額不為0，企業都會保留超過自身需要排放量的配額，提高市場價格。研究市場結構對碳交易市場運行效率的影響時，同時考慮兩個市場是必要的。

真實的碳交易市場結構復雜，影響市場運行的因素繁多，難以對市場結構抽絲剝繭。近年來，一些具有影響力的政策已經開始用實驗方法進行測試或評估。實驗研究為學術爭論以及政策制定者和研究人員之間的分歧提供了重要的建議[15]。Taschini， et al.[16]在比較只存在排污企業的市場和同時存在排污企業和金融企業的市場的流動性和價格水平時，就采用了實驗室實驗的方式。碳交易市場的模擬實驗研究可以直觀地看到各個因素對碳交易運行的作用。

2 模型概述

本文研究基于復雜適應系統理論的Agent建模和仿真方法，以SWARM為仿真平臺，通過分析我國現有的碳交易試點市場包括政府、控排企業、交易所及金融機構等各個主體的屬性（見圖1），用數學模型描述碳交易市場的交易行為和策略，構建實時動態的碳交易市場仿真系統，模擬碳交易市場各個主體的行為。

其中政府主體主要負責確定減排目標、分配配額、判斷企業是否履約并進行超排處罰；碳排放企業主體有分析配額需求、參與市場交易、確定是否履約等行為；金融機構主體是非強制減排單位，主要是根據市場形勢的變化，采取相應的投資或投機行為；交易所負責制定市場交易規則，提供交易信息并維持市場正常運行。

3 情景設置和數據來源

不同市場結構下碳交易市場的運行是通過設定不同 的情景來確定，情景是通過對于控排企業的產量（Q）、碳排放量（AE）、總配額缺口（∑niSQi）的設置，主要分為如表1的8種情景：

情景1（cwtw）：產品市場完全競爭，碳交易市場完全競爭，企業數量n=400

情景2（cwtl）：產品市場完全競爭，碳交易市場不完全競爭，企業數量n=400

情景3（cltw）：產品市場不完全競爭，碳交易市場完全競爭，企業數量n=400

情景4（cltl）：產品市場不完全競爭，碳交易市場不完全競爭，企業數量n=400

情景5（cltw_xl）：相比情景3擴大配額缺口，企業數量n=400，配額缺口是311.15萬t

情景6（cltw_xxl）：相比情景3擴大配額缺口，企業數量n=400，配額缺口是601.61萬t

情景7（cltw_xc）：相比情景3擴大小企業數量，企業數量n=500

情景8（cltw_xxc）：相比情景3擴大小企業數量，企業數量n=600

本文仿真實驗控排企業的數據基于上海碳交易市場能源類的數據，初始配額分配方式采用基準法，其中控排企業的基準系數為6.34，交易時間2年，每年12月，每月23天。情景1、2、3、4包括400家控排企業，模擬不同市場結構對碳交易市場運行效率的影響；情景3、5、6包括400家控排企業，模擬在產品市場壟斷的條件下，擴大市場配額缺口對運行效率的影響；情景3、7、8在情景3的基礎上，擴大小企業（Mn）的數量，模擬在產品市場壟斷的條件下，增加小企業的數量對碳交易市場運行效率的影響。

4 仿真結果分析

運用文獻[17]的仿真模型，本文模擬上述各情景模式，得到在不同市場結構下碳交易市場的運行結果。碳交易市場的運行效率反應市場運行的好壞，核心是將市場交易者的潛在需求轉化為實際的能力，對碳交易市場功能的發揮和正常運行有著重要影響，本文主要從流動性、波動性、有效性三個方面衡量碳交易市場運行效率。

（1）流動性反應市場交易的“及時性”，是包含交易時間、交易成本、交易規模的多維概念，本文綜合市場的核心要素價格和成交量，選取流動性比率綜合指標中的非流動性指標（ILLIQ），Amihud[19]定義的非流動性指標ILLIQ為：

ILLIQ=|Rt|/VOLDt

其中Rt為當日交易的收益率，VOLDt為當日總成交額，ILLIQ越高，每日單位成交額變化所帶來的價格變動率越大，市場的流動性越差。同時本文結合成交量和成交額，利用Friedman檢驗不同情景模擬的市場流動性差異。

（2）波動性反應市場價格的動態變化，波動是市場的常態，但是過度的波動會提高整個金融市場的系統風險，增加投資人的交易成本和承擔的風險，使市場價格信號失真。本文基于價格變化幅度，采用收益序列作為基本指標衡量不同市場的波動性，收益序列Rt計算公式：

Rt=ln（fn）-ln（fn-1）

其中，fn為當日收盤價，而fn-1為前一日的收盤價，收益率的絕對值越大表明市場的波動性越大。本文在分析不同市場結構收益序列基本特征的基礎上，通過Friedman法檢驗不同參數實驗結果收益序列的分布差異。

（3）有效性反應市場信息傳遞的效率，有效市場有強式有效市場、半強式有效市場和弱式有效市場三種形式，其中最為基本的弱式有效市場定義為市場的價格充分反應了市場的歷史信息，即整個市場的價格是隨機游走的，不存在任何套利機會。本文采用游程檢驗的方法檢驗不同參數水平下收益序列仿真數據是否具有隨機性，如果游程檢驗的結果是拒絕假設，代表該序列具有相關性，不符合弱式有效市場的假設[20]。

4.1 不同市場結構對碳交易市場運行效率的影響

表2描述了情景1、2、3、4中不同市場結構非流動性指標。可以看出，在產品市場完全競爭的情況下，碳交易市場完全競爭比具有壟斷力的市場結構非流動性指標較低，說明完全競爭的碳交易市場流動性優于壟斷的市場。在產品市場和碳交易市場均存在壟斷力的情況下，出現均值較小，但是峰度和偏度都異常高的特殊情況，這是由于市場交易較少且集中，非流動性指標值出現明顯異常。

同時，觀察四種情景非流動性指標的峰度和偏度指標，可以發現完全競爭的產品市場普遍比壟斷的產品市場數值低。峰度和偏度偏離標準正態分布越多，非流動性指標分布表現出越明顯的尖峰肥尾特征，說明產品市場壟斷可能會導致碳交易市場流動性不穩定，出現波動聚集現象。

為了進一步檢驗各情景的差異，表3展示了不同市場結構成交量、成交額、非流動指標Friedman檢驗結果，結果均為拒絕假設，即不同市場結構下碳交易市場流動性發生顯著變化。其中，從成交量和成交額可以看出，在產品市場處于相同結構時，碳交易市場壟斷會導致成交量和成交額減少，流動性降低。碳交易市場壟斷力的存在是由于初始配額分配不均，使得某些企業存在大量配額剩余，且超過市場總的配額缺口，這種情況會導致市場其他企業缺少競爭力，影響整體市場的活躍程度。上述分析可以看出碳排放權的初始分配方式是否合理對于達到預期的減排目標，維持碳交易市場正常運行非常重要。

表4展示了不同市場結構收益序列的描述統計結果，可以看出各市場結構收益序列的均值均圍繞0上下波動。在產品市場和碳交易市場均存在壟斷力的情況下，出現了收益率異常極大值導致均值稍高，而其余各市場結構差異不大。同時情景1、2、3、4的Friedman檢驗結果的P值為0.957，即接受原假設，不同市場結構的分布沒有顯著差異。不同市場結構對碳交易市場的價格波動沒有顯著影響，不同市場結構會影響初始配額的分配，這一分配總量和結構的變化對整個市場的價格波動并不起作用，影響市場價格波動的主要因素是天氣、能源和經濟活動等[21-22]。

表5描述了各個市場結構收益序列游程檢驗的結果。產品市場完全競爭的市場結構中，碳交易市場收益序列的游程檢驗結果都是接受原假設，即收益序列符合隨機游走，該市場達到弱式有效市場的要求；而在產品市場具有壟斷力的市場結構情境中，情景3在1%的顯著水平上拒絕原假設，情景4在10%的顯著水平上拒絕原假設，即收益序列存在一定的自相關性，該情景下碳交易市場并未達到弱式有效市場的要求。這一結果表明產品市場的市場結構會影響碳交易市場運行的有效性，不同于碳交易市場的壟斷力來源于初始配額分配的不合理，產品市場的壟斷使得碳交易市場存在有大量配額的企業，這些企業極大地改變了初始配額的結構，從而影響了碳交易市場的有效性。

4.2 不同碳交易機制下產品市場壟斷對碳交易市場運行效率的影響

在真實的市場環境中，大多數產品市場往往是不完全競爭的。如上文研究，產品市場壟斷會降低碳交易市場的有效性，影響碳交易市場的運行效率，如何通過碳交易機制設計在一定程度上緩釋這一影響是我們關注的重點。本文在情景3的基礎上，增加碳交易市場的碳配額缺口（情景5、6），鼓勵中小企業參與碳交易（情景7、8），研究不同碳交易機制設計下產品市場壟斷對碳交易市場運行效率的影響。表6是兩組實驗不同指標的匯總結果。

從表6可以看出，在情景3的基礎上擴大配額缺口cltw_xl、cltw_xxl情景的市場結構下，非流動性指標均值降低，成交量和成交額均值顯著增加，市場流動性增強。而在情景3的基礎上增加小企業的數量的cltw_xc、cltw_xxc情景的市場結構中，非流動性指標均值、成交量均值和成交額均值都沒有出現明顯的差異。

為了進一步檢驗不同碳交易機制帶來的差異，表7描述了各項指標Friedman檢驗結果。對比cltw、cltw_xl、cltw_xxl三種情景，可以看出市場流動性隨著碳配額缺口的擴大發生顯著變化，成交量和成交額顯著增加。在產品市場壟斷的市場結構中，減少配額供給可以增加碳交易市場的流動性，改變碳交易市場低迷的交易狀況。近年來，全球最主要的碳交易體歐盟碳交易市場深陷困境，價格一路下跌，長期處于供大于求的狀態，其核心原因與市場初期碳配額的分配密切相關，碳配額分配過多導致市場嚴重過剩，配額確定后無法更改的機制弊端導致歐盟市場的飽和狀態難以緩解。同時，情景cltw、cltw_xl、cltw_xxl價格波動檢驗結果為接受原假設，同一市場結構下改變配額缺口，價格波動沒有出現明顯差異。

對比cltw、cltw_xc、cltw_xxc三種情景，可以看出非流行指標、成交量、成交額和價格波動的Friedman檢驗均為接受原假設，即增加參與市場交易的小企業數量，并沒有顯著改變市場的流動性和波動性。結合學者們已有研究，可以看出碳交易市場的流動性的改變更多的是通過調整碳交易市場的配額結構和配額數量，或者鼓勵金融機構參與碳交易，設計創新型交易產品，這些方式都可以在一定程度上緩解中國碳交易流動性難題[16]。

表8展示了不同碳交易機制設計下各情景收益序列的游程檢驗結果，在情景3的基礎上擴大配額缺口的cltw_xl、cltw_xxl情景中，cltw_xl在1%的顯著水平上拒絕原假設，cltw_xxl在10%的顯著水平上拒絕原假設，可以看出擴大配額缺口對碳交易市場的有效性沒有顯著影響。

在情景3的基礎上增加中小企業的數量cltw_xc、cltw_xx的情景中，cltw_xc在10%的顯著水平上拒絕原假設，而cltw_xxl則接受了原假設，表明在cltw_xxl市場結構下，收益序列符合隨機游走。這一結果表明增加碳交易市場中小企業的參與程度，可以緩解由于產品市場不完全競爭帶來的市場有效性的降低。結合上文研究，我們可以看出產品市場的壟斷力會導致碳交易市場運行效率的降低，鼓勵小企業參與市場交易可以在一定程度上降低壟斷企業的市場支配力，從而改善碳交易市場的有效性。

5 結 論

本文利用基于SWARM的碳交易仿真系統，模擬不同市場結構下碳交易市場各個主體的行為和每日交易過程，分析不同產品市場及碳交易市場結構對于碳交易市場運行效率的影響，得出：

（1）產品市場壟斷會導致碳交易市場流動性不穩定，出現波動聚集等現象。

（2）在產品市場處于相同結構時，碳交易市場壟斷會導致成交量和成交額減少，流動性降低。

（3）不同市場結構對碳交易市場的價格波動沒有顯

著影響。

（4）產品市場的市場結構會影響碳交易市場運行的有效性，完全競爭的產品市場下，碳交易市場的收益波動符合隨機游走，而壟斷力會改變這一特征。

（5）市場流動性隨著碳配額缺口的擴大發生顯著變化，成交量和成交額隨之顯著增加，在產品市場壟斷的市場結構中，通過加緊配額供給，可以增加碳交易市場的流動性，改變碳交易市場低迷的交易狀況。

（6）鼓勵小企業參與市場交易對碳交易市場的流動性沒有產生顯著影響，但會在一定程度上降低壟斷企業在碳交易市場上的支配力，從而改善碳交易市場的有效性。

以上研究有一定的政策啟示。在產品市場和碳交易市場均為完全競爭的市場結構中，碳交易是一種有效的環境政策，但現實中大部分市場往往為不完全競爭市場，市場壟斷力顯著影響碳交易市場的正常運行。一方面，碳交易市場的壟斷力來自于初始配額分配結構，為了提高碳交易市場的運行效率，必須采用合理的碳交易初始配額分配方式，避免出現碳配額大額剩余或者大額缺口的控排企業；另一方面，對于產品市場壟斷的市場結構，難以避免擁有大量初始配額企業的出現，降低碳配額供給，擴大碳交易市場的總體配額缺口可以在一定程度上改善碳交易市場的流動性；同時鼓勵中小企業參與碳交易市場，增加碳交易市場競爭企業的數量，可以緩解產品市場壟斷對碳交易市場有效性的影響。

本文在模擬不同市場結構的交易過程中，并未考慮真實市場能源價格、經濟活動、天氣變化等實時變化的因素，不同情景設計均模擬了市場結構的極端情況，與真實市場存在一定差異。此外，如何設計具體切實可行的配額分配機制，合理化碳交易市場配額的初始結構，降低碳交易市場企業的壟斷力，改善產品市場壟斷對碳交易市場的運行效率的影響，這些都是我們未來的研究方向。

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