基于政府補貼的企業最優減排技術選擇研究

李冬冬，楊晶玉

(1.西北工業大學人文與經濟學院，陜西 西安 710072；2.西安交通大學管理學院，陜西 西安 710049)

1 引言

改革開放以來，中國經濟發展取得了舉世矚目的成就。但同時，高速增長的經濟消耗了大量石化能源，造成了嚴重的環境污染。為了緩解環境壓力，近年來我國政府開始在全社會范圍內開展節能減排活動。節能減排最根本的途徑是依靠企業自主的減排技術創新。減排技術包括清潔工藝與末端治污技術兩類。事實上，清潔工藝與末端治理技術創新對企業治污的作用機制是不同的。清潔工藝采用先進的生產工藝和設備，包括使用有毒有害原料的替代品，實現廢物的循環利用，來提高原材料和能源的利用率及產品收益率，使得企業在生產過程中不產生或盡量少產生廢物。而末端治理是針對生產過程的末端產生的污染物進行開發并實施有效的治理技術降低污染物的排放。那么，不同治污技術下的企業減排績效有何差異？企業應選擇哪類治污技術？其選擇受哪些因素影響？此外，由于研發自身存在外部性，其他企業可以無成本使用已開發技術，容易造成創新投入的市場失靈，企業進行自主研發的積極性并不高。此時，需要政府對企業減排研發活動進行一定補貼，將研發的外部性內部化。如何選擇最優的研發補貼政策以促進企業減排研發，并使得經濟和環境協調協調發展？上述問題的回答將對我國建設環境友好型社會及經濟的可持續發展具有重要意義。

減排框架下政府最優的環境和技術政策選擇一直是國內外學者較為關注的一個問題。最優環境政策的選擇研究如國外學者Requate和Unold[1]，他們研究了不同環境政策工具對企業減排研發的激勵作用，結果顯示稅收政策比自由許可、拍賣許可在激勵企業方面更有效力。Milliman 和Prince[2]利用技術選擇模型考察了指令控制、排污稅、補貼、排污權免費分配和排污權拍賣等環境政策對企業技術擴散的激勵程度問題，研究表明排污權的拍賣分配和排污稅給予企業技術擴散以最高的激勵，其它的環境政策對企業技術擴散的激勵程度依次分別是補貼、排污權免費分配和指令控制。Clara和Jessica[3]進一步探討了在污染稅和許可交易污染許可等條件下政府的環境監管策略對企業減排技術激勵的影響，研究表明污染稅條件下，環境監管策略不會影響企業對新減排技術的采用程度，而在可交易污染許可下，企業對新減排技術的采用程度隨政府監管頻率的上升而上升。Testa等[4]比較了直接管制、經濟手段對企業減排研發的影響，研究指出相關的經濟手段(如收費和罰款)會抑制企業的減排技術創新活動，而直接管制能夠促進企業的減排研發。Desmarchelier等[5]利用代理人仿真模型研究了環境稅和信息披露對減排研發的影響，結果表明環境稅較信息披露更為有效。國內學者如許士春等[6]通過比較研究方法分析了污染稅、可交易污染許可、污染排放標準和減排補貼對企業技術更新的激勵效果，結果表明完全遵守的污染排放標準是最優的、其次是不完全遵守的污染排放標準、再次是污染稅和減排補貼、可交易污染許可效果最差。李劍和蘇秦[7]以零售商-生產商兩階段供應鏈為研究對象，考慮運輸過程，并將碳稅內部化在運輸成本中，建立包含減排投資在內的碳交易模型，通過對實施碳政策前后模型的比較分析，研究復合碳政策對供應鏈的影響機理。程發新和邵世玲[8]等在碳減排階段劃分的基礎上，對企業主動碳減排創新策略實施進行研究，引入碳排放交易制度及政府補貼激勵，構建了政策驅動下的企業主動碳減排成本收益模型和行業成本收益模型。黃帝等[9]在一個多周期決策模型中研究了配額-交易機制下企業的最優動態批量生產、碳排放權交易和減排投資聯合決策問題。李友東等[10]分析了兩種分成契約下供應鏈企業合作減排決策機制。

最優技術政策的選擇研究如國外學者Petrakis和Poyago-Theotoky[11]，他們首次在減排框架中比較了分析了研發補貼和合作研發兩種技術政策對社會福利的影響，結果表明合作政策下的社會福利大于補貼政策下的情形。Poyago-Theotoky[12]研究了內生排放稅下不同研發組織形式企業的研發水平、利潤和社會福利，結果表明當環境損害系數較小時，合作研發組織形式下的研發水平、利潤和社會福利高于非合作研發組織形式下的情形。Yakita和Hisayuki[13]建立一個包括技術溢出和產品差異化的博弈模型，研究了不同研發組織形式下企業的社會福利，他發現當產品的差異化程度較大時，企業選擇合作研發能夠獲得技術溢出的帶來的好處，因此社會福利水平更高。Ouchida和Daisaku[14]在Poyago-Theotoky[12]的基礎上進一步對比了研發競爭、研發卡塔爾及研發合資等三種技術合作形式，結果表明當環境損害足夠小并且研發成本的無效率程度較大時，研發合資形式在三種合作形式中是最優的。Ouchida和Daisaku[15]考慮了一個帶有排污補貼的Poyago-Theotoky[12]模型，結論表明在排污補貼模型中，研發卡特爾下的社會福利總是高于研發競爭下的情形。國內學者如孟衛軍[16]建立了一個關于政府和雙寡頭的三階段研發補貼博弈模型，在外生排放稅條件下，對企業減排研發分別實施補貼和鼓勵合作的技術政策，并對其效應進行了分析比較，結果表明，當排放稅較高時，合作研發下的研發水平和利潤大于補貼下的研發水平和利潤，當排放稅較低時，則相反。在排放稅很低或者很高的情況下，對減排研發進行補貼的社會福利總是比較高；而在稅率適中的情況下，合作研發條件下的社會福利比較高。宋之杰和孫其龍[17]以博弈論為理論基礎，構建了包含研發補貼與污染稅的企業研發模型，研究減排目標下企業的最優研發水平、最優研發補貼和最優污染稅收，結果表明，污染稅收有利于企業研發投入和產量的提高，研發補貼不會對企業的研發投入產生排擠效應。李壽德等[18]基于排污權視角，探討了不同研發合作模式下企業應采取的污染治理投資策略和產品策略，并評價了各種研發合作模式對社會福利的影響。賴蘋等[19]通過兩階段動態博弈模型的構建，探討了三種不同減排研發合作模式的選擇問題，得出全聯盟合作模式是企業最佳選擇的結論。上述國內外文獻比較了不同類型技術政策對企業減排研發、利潤和社會福利的影響，但忽略了技術組合政策的作用及其單一技術政策效果的比較。事實上，政策制定者在制定技術政策時，一般要考慮多種政策(如補貼與合作政策)的聯合使用。在某種特定情況下，多政策組合較單一政策能夠起到更好的效果。游達明和朱桂菊[20]構建了一個政府企業間的三階段博弈模型，探討了不同競合模式下，企業生態技術創新研發投入和最優的研發補貼。通過有補貼和無補貼情形模型下的對比分析，他們發現政府基于福利最大化視角實施減排研發補貼后，企業的最優研發投入、產量、利潤及社會福利水平都將大于無補貼政策情形，并且RJV卡特爾模式下對應的變量大于其它競合模式。

但是，上述兩類文獻還存在一定缺陷，即沒有將環境技術創新細分為清潔工藝和末端治理技術。清潔工藝與末端治理技術創新對企業治污的作用機制是不同的。清潔工藝采用先進的生產工藝和設備，使得在生產過程中不產生或盡量少產生廢物，降低了單位產量的污染排放量。末端治理技術針對生產過程的末端產生的污染物開發并實施有效的治理技術降低污染總量。不同治污技術產生的效益是不同的，因此，有必要將環境技術創新進一步細分為清潔工藝和末端治理技術來進行研究。

關于環境技術分類研究如Requate[21]考慮了兩種類型的環境技術創新，討論了排污稅及排污許可的創新激勵效果，結果表明不同市場環境下環境政策的效果不同。Frondel等[22]通過經驗研究分析了OECD國家對清潔工藝和末端治理技術的選擇，結果表明更多的國家傾向選擇清潔工藝治理技術。Triguero等[23]通過27個OECD國家中小企業的經驗研究發現，采用哪種治污技術取決于供給、需求及環境管制等多個方面的因素。Triguero等[24]進一步分析了小型企業和中型企業治污技術采用決策的差異，結果表明補貼對小型企業采用清潔工藝治污技術的決策起到關鍵作用，而環境管制對中型企業采用清潔工藝治污技術的決策作用較為關鍵。國內學者周華等[25]從完全競爭市場條件下的中小企業出發，將環境技術創新嚴格區分為清潔工藝和末端治理技術，對排放標準、排污費、排污許可證和補貼四種主要環境政策工具的創新激勵效果進行研究，結果表明企業可以在不同環境政策工具下，靈活選擇清潔技術或者末端治理技術兩種技術創新方式。但上述文獻大多從經驗研究角度進行，缺乏數理模型的分析。本文的貢獻在于，基于上述經驗研究文獻，構建三階段博弈模型，討論清潔工藝治污和末端治污模式下，政府最優的研發補貼政策及企業的減排研發績效，并進一步利用數值模擬方法分析了影響企業治污技術選擇的因素。文章余下部分安排如下：第二部分為模型的構建及求解；第三部分為不同治污模式下的減排研發績效比較；第四部分為本文的結論。

2 模型構建及求解

清潔工藝治污減排研發下企業i的利潤函數為：

(1)

末端治污減排研發下企業i的利潤函數為：

(2)

社會福利函數包括消費者剩余企業的利潤、政府的稅收收入及污染的損害，清潔工藝治污和末端治污下的社會福利函數分別為：

F=CS+π1+π2+t(e1+e2)-D-s(yi+yj)

(3)

F=CS+π1+π2+t(e1+e2)-D-s(wi+wj)

(4)

2.1 清潔工藝治污模式下企業減排研發、利潤及社會福利

第三階段，企業在生產階段進行古諾競爭，選擇產量最大化自身利潤。

(5)

由一階條件得最優產量為：

(6)

將式(6)代入到式(5)中，企業的利潤變為：

(7)

第二階段，企業選擇最優研發水平使得利潤最大化。根據式(7)，由一階條件得最優研發水平為：

(8)

由博弈的對稱性知：

(9)

(10)

第一階段，政府選擇補貼率最大化社會福利。社會福利函數的具體形式可寫成下式：

(11)

將式(9)和(10)帶入到(11)中，由一階條件得最優減排研發補貼率：

(12)

2.2 末端治污模式下企業減排研發、利潤及社會福利

第三階段，企業在生產階段進行古諾競爭，選擇產量最大化自身利潤。

(13)

由一階條件得最優產量為：

(14)

將式(14)代入到式(13)中，企業的利潤變為：

(15)

第二階段，企業選擇最優研發水平使得利潤最大化。根據式(15)，由一階條件得最優研發水平：

(16)

第一階段，政府選擇補貼率最大化社會福利。參

照孟衛軍[3]，社會福利函數的具體形式可寫成下式：

(17)

將式(15)和(16)帶入到(17)中，由一階條件得最優減排研發補貼率：

s**=

(18)

3 不同治污模式下的減排研發績效比較

3.1 無補貼政策下的不同治污模式減排研發績效比較

本節將分析無補貼政策下不同治污模式的企業減排研發績效。令s=0，并將其代入到式(7)、(9)、(10)、(11)、(14)、(15)、(16)、(17)中，可得無補貼政策下不同治污模式的產量、減排研發水平、利潤及社會福利，結果如表1所示。

表1 無補貼政策下不同治污模式的產量、減排研發水平、利潤及社會福利

從表1中可以看出，不同治污模式下的企業減排研發水平、利潤及社會福利受技術溢出水平影響。由于表達式的非線性，我們采用數值模擬方法分析技術溢出率對產量、減排研發水平、利潤及社會福利的影響，設基準參數為a=3,c=1,γ=2,t=1,b=0.5,d=2，β的取值范圍為(0,1)，結果如圖1所示。

從圖1中可以看出，無論溢出率取何值，末端治污模式下的企業利潤總是大于清潔工藝治污模式下的情形，清潔工藝治污模式下的社會福利水平高于末端治污模式下的福利水平。進一步比較可以看出，末端治污模式下，企業利潤是技術溢出率的增函

圖1 無補貼政策下，技術溢出率對企業減排研發水平、利潤及社會福利影響

數，而社會福利卻伴隨著技術溢出率的增加而下降。因此，無補貼政策下，企業利潤最高的治污模式不一定帶來最優的社會福利。也即，無補貼政策下，末端治污模式并不能取得經濟和環境的雙贏。為了能夠取得經濟和環境的雙贏，下文將考察補貼政策下不同治污模式減排研發績效。

3.2 補貼政策下的不同治污模式減排研發績效比較

本節將探討技術溢出率、排污稅及污染損害系數對企業產量、研發水平、利潤及社會福利的影響。首先設a=3,c=1,γ=2,t=1,b=0.5,d=2,β=0.5，然后根據研究因素的不同，依次取β∈(0,1)，t∈(0,1)，d∈(0,10)。根據式(9)-(12)及(14)-(17)，繪制補貼政策下，技術溢出率、排污稅及污染損害系數對最優補貼、企業利潤及社會福利的影響，結果如圖2、圖3、圖4所示。

3.2.1 技術溢出水平的影響

從圖2中可以看出，清潔工藝治污模式下的產量、研發水平、利潤及社會福利隨技術溢出率的增大而增大；末端治污模式下研發水平及社會福利隨技術溢出率的增大而減小，產量隨技術溢出率的增大而不變，利潤隨技術溢出率的增大而增大。無論溢出率取何值，清潔工藝治污模式下的產量、研發水平、利潤及社會福利均高于末端治污模式下的情形。實施補貼政策能夠激發企業進行減排研發的積極性，提高企業的研發水平、利潤和社會福利水平，從而實現了經濟和環境的雙贏。此時，無論基于利潤最大化還是福利最大化視角，企業最優的減排技術選擇都為清潔工藝治污技術。

3.2.2 排污稅的影響

從圖3中可以看出，清潔工藝治污模式中，隨著排污稅的增加，產量、研發水平及企業利潤不斷增加，而社會福利水平不斷下降。末端治污模式下，產量及研發水平隨排污稅增加不斷下降，利潤隨排污稅增加先下降后增加，社會福利水平隨排污稅的增加而下降。此外，對比不同治污模式下的各變量可以看出，清潔工藝治污模式下的產量、研發水平及企業利潤高于末端治污模式下的情形。當0

3.2.3 污染損害系數的影響

圖2 最優補貼政策下，技術溢出率對產量、研發水平、利潤及社會福利的影響

圖3 最優補貼政策下，排污稅對產量、研發水平、利潤及社會福利的影響

由圖4可知，清潔工藝治污模式下，當環境損害系數較小時，隨著環境損害系數增大，研發水平、利潤及福利水平都將變大；當環境損害系數較大時，隨著環境損害系數增大，企業的研發水平、利潤及社會福利水平隨之下降。上述結論表明，當環境污染損害在可接受的范圍內時，企業才被容許從事生產活動，并且通過減排技術研發降低污染，減少排污費用，增加利潤和社會福利水平，從而實現經濟和環境

圖4 最優補貼政策下，污染損害系數對產量、研發水平、利潤及社會福利的影響

的雙贏；而一旦污染損害超過臨界值，此時的研發補貼將為負，政府對企業的研發活動進行征稅，這將影響企業減排研發的積極性，企業排污將被征收高額的排污稅，導致利潤和福利水平下降。末端治污模式下，隨污染損害系數的增加，產量不變，研發水平下降，利潤上升，福利水平下降。對比不同治污模式下的各變量可以看出，當污染損害在一定范圍內時，清潔工藝治污模式下的產量、研發水平及社會福利水平將高于末端治污模式下的情形，而無論污染損害系數取何值，清潔工藝治污模式下的利潤總是大于末端治污模式下的情形。上述結論表明，當污染損害在一定范圍內時，無論基于利潤最大化還是福利最大化視角，企業的最優技術選擇為清潔工藝治污。

4 結語

通過構建三階段博弈模型，文章分別討論了清潔工藝治污和末端治污模式下，政府最優的研發補貼政策及企業的減排研發績效，并進一步利用數值模擬方法分析了最優補貼政策下，技術溢出率、污染損害程度及排污稅對企業治污技術選擇的影響。通過上述分析，我們得出如下幾個方面結論：

首先，無補貼政策下，無論溢出率取何值，末端治污模式下的企業利潤總是大于清潔工藝治污模式下的情形。不同治污模式下的社會福利水平受技術溢出率的影響。當技術溢出率較小時，末端治污模式下的社會福利水平大于清潔工藝治污模式下的情形；伴隨技術溢出水平的提高，清潔工藝治污模式下的社會福利水平不斷提高；當技術溢出率較大時，清潔工藝治污模式下的社會福利水平高于末端治污模式下的福利水平。無補貼政策下，任何一種治污模式下，都不能取得經濟和環境的雙贏。政府實施補貼政策后，能夠激發企業進行減排研發的積極性，提高企業的研發水平、利潤和社會福利水平，從而實現了經濟和環境的雙贏。

其次，補貼政策下，無論溢出率取何值，清潔工藝治污模式下的產量、研發水平、利潤及社會福利均高于末端治污模式下的情形。基于利潤最大化和政府福利最大視角，企業的最優技術選擇都為清潔工藝治污。

再次，補貼政策下，當污染損害在一定范圍內時，清潔工藝治污模式下的產量、研發水平及社會福利水平將高于末端治污模式下的情形，而無論污染損害系數取何值，清潔工藝治污模式下的利潤總是大于末端治污模式下的情形。當污染損害在一定范圍內時，無論基于利潤最大化還是福利最大化視角，企業的最優技術選擇為清潔工藝治污。

最后，補貼政策下，無論排污稅取何值，清潔工藝治污模式下的產量、研發水平及企業利潤高于末端治污模式下的情形。當排污稅較小時，清潔工藝治污模式下的福利水平大于末端治污模式下的情形；當排污稅較大時，清潔工藝治污模式下的福利水平下降較快，末端治污模式下的福利水平大于清潔工藝治污模式下的情形。基于利潤最大化和政府福利最大視角的減排技術選擇存在差異，為保證企業的減排技術選擇和政府的選擇一致，政府應設置一個合理的排污稅水平。