《京都》15年后分阶段减排政策与绿色悖论问题19页精选文档.docx
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《京都》15年后分阶段减排政策与绿色悖论问题19页精选文档
《京都》15年后：
分阶段减排政策与“绿色悖论”问题
自1997年《联合国气候变化框架公约》京都议定书签订以来，全球变暖的气候问题并未如预期地得到有效缓解，正相反，地球环境正变得越来越暖，而且速度更胜以往，世界范围内的极端天气现象俯拾皆是，种种迹象表明现实的环境变化与《京都议定书》的设计初衷存在巨大落差，全球一致行动的减排政策在制度设计的层面上存在较大的隐藏缺陷。
“搭便车”是环境治理中的一个核心问题，如果不能使全体成员共同参与到减排的一致行动中来，这一问题就难以克服;同时，分阶段的减排政策，给予了碳泄漏和污染转移的空间，并导致承诺在未来期承担减排义务国家现期碳排放总量的基数快速变大，这并非是自利行为所产生的后果，更重要的原因是当那些存在有较大不确定性的环境政策，遇到了有规律的市场反映时，环境政策的效果就会扭曲。
比如，污染许可证政策，将会引起国际价格的变化，市场份额转变，行业重新定位，以及非条约参与者最终可能会比以前排放地更多。
“绿色悖论”表明雄心勃勃的气候政策，如对可再生能源补贴或预先宣布的碳税政策，也将引发化石燃料的所有者更为迅速的开采，并使得全球加速变暖[1]。
面对京都十五年后出现的新问题，更需要一个有效的全球环境治理机制，在市场的条件下解决有关竞争力和泄漏的担忧。
1国际低碳经济合作的新挑战
回顾1997年，37个工业化国家和欧盟承诺，将减少CO2和其他温室气体排放作为具有约束力的《京都议定书》目标的一部分，并率先承担起减排义务和履行其增补条款。
自此之后，就如何构建处理全球气候变化的治理机制，以及如何设计单一的全球碳交易市场作为其治理“工具”，就引起了广泛的讨论，虽然气候变化是一个全球的共同危机，但许多国家不愿意永远加入到一个有法律约束力的气候条约，它们可能会排放更多的CO2，但更为重要的是这将抵消其他国家积极减排与合作的效果[2]。
李程宇等：
《京都》15年后：
分阶段减排政策与“绿色悖论”问题
中国人口?
资源与环境2015年第1期
1.1《京都》以后的全球气候问题
《联合国气候变化框架公约的京都议定书》，是《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）的补充条款，于1997年12月在日本京都召开的联合国气候变化框架公约参加国三次会议上制定，相继由180多个国家签署了该条约，约占全世界碳排放总量的60%，该协议于2005年2月强制生效，并采取分阶段实习的规划。
从2005―2012年为其第一期阶段，发达国家承诺将其碳排放水平在1990年基础上缩减5.2%，从2012年开始进入分阶段减排政策的第二期，发展中国家也开始履行减排义务，该方案存在着一定的制度设计上的陷阱[3]。
当一吨温室气体被排放后，无论它是在世界上的哪个地方排放出的，由此所引起的气候变化对于全世界的每一个人都是一样的，因此，治理全球气候变化问题必须通过全球的一致行动来实现。
毋容置疑，《联合国气候变化框架公约》的某些政策设计存在较大的“搭便车”空间，发达国家和发展中国家之间不信任的裂痕正逐渐加深，在巴厘岛会议时形成了激烈交锋，即使是发达国家内部，对于减排目标也存在较大争议，欧盟提前兑现了《京都议定书》一期的减排承诺，而美国、加拿大、澳大利亚、日本等国则强烈认为强制减排不应只是发达国家的责任。
同时，《京都议定书》在签订之初就已埋下了巨大隐忧，在其附件一中只对发达国家的减排目标就行了规定，发展中国家并未被收录到这份名单之中，对于发展中国家的减排义务也未进行严格的量化测度，在某种程度上来说，成为了在其之后若干年全球碳排放总量激增，地球持续变暖，出现“绿色悖论”的直接原因。
在京都一期承诺计划执行的后期，已充满了发达国家和发展中国家之间的相互抱怨，发达国家指责发展中国家利用《京都议定书》未尽事宜的漏洞，加速本国的碳排放，使其在第二期减排阶段开始前就获得较高的碳排放基数，作为其在减排行动和碳交易市场中讨价还价的“资本”;而发展中国家也指责发达国家并没有承担起对于发展中国家向低碳绿色经济转型过程中提供资金与技术支持的责任，并推卸自身对于环境污染的历史责任和应尽的减排义务。
俄罗斯、加拿大、日本和新西兰相继宣布退出《京都议定书》的第二承诺期，莫斯科方面宣称，在不包括中国、美国和印度这三个全球最大的CO2排放国在内的情况下，实施全球减碳合作已经变得毫无意义。
《京都议定书》的后续执行，面临到名存实亡的危险。
图1全球二十年能源生产和CO2排放量
Fig.1Twodecadesworldwideenergyproduction
andCO2emissions
数据来源：
2013年《BP世界能源统计年鉴》
从图1中可以看出，在1997年《京都议定书》起草之前，全球的能源生产和碳排放在大致稳定的状态。
而从1997年之后，全球的能化石源产量有了明显地增长趋势，其中，天然气的产量以大致稳定的速度增长;石油的整体产量平稳，受全球性经济危机的影响，在2008和2009年略有下降;而煤炭的生产以2002为拐点，呈现出明显上升的趋势。
在1992-2012的二十年间，全球的温室气体排放增加了60%左右，尤其是在《京都议定书》正式开始执行的2005年左右，全球碳排放出现了明显的上升趋势。
由于《京都议定书》的设计缺陷，包括欧盟、美国、经济合作与发展组织（OECD）在内的发达经济体均以实现了对温室气体排放的有效控制，而不在《京都议定书》第一期减排义务范围内的发展中国家和非竞合组织的温室气体排放量则在2002年前后出现了明显的加速增长趋势。
那些未参与协定或者暂时不承担减排义务的国家，通常会制造出负面的环境外部性，进而使得全球环境治理与低碳经济合作正面临着巨大的信任危机。
1.2全球碳交易市场的发展状况
与早在1997年的情况不同，目前全球已经拥有了具备实际运行经验的碳交易市场。
在世界环境或排放权交易方面，无论在数量或市值方面，碳交易市场都是目前最大的一类。
这一变故引发了为什么京都模式已经不是唯一选择的有趣问题，更令人不解的是在主要排放国纷纷放弃减排承诺的同时，为什么越来越多的司法管辖区仍然继续奉行减排量的交易？
Richardetal.对现有的主要碳市场架构进行了总结：
截止到2012年，全球主要的大型碳交易市场兴建于五个区域，包括了从《京都议定书》下发展出来的清洁发展机制（TheCleanDevelopmentMechanism，CDM），欧盟排放交易系统（TheEuropeanUnion’sEmissionsTradingSystem，ETS），美国东北部的区域温室气体倡议区（TheRegionalGreenhouseGasInitiative，RGGI），新西兰、加利福尼亚、澳大利亚等地区排放交易系统，以及自愿行动市场等[4]。
局部区域的碳交易市场，比全球一致行动的框架受到更多的欢迎，也更容易不断发展扩大，而像新西兰这样的小国，其项目的设计思路即是要与其他市场相连接。
从全球碳交易的结果来看，碳排放的整体水平并没有明显下降，反倒呈现出整体上升的趋势。
即使是在早期已经建立了较为规范的碳交易市场之间，由于各自采用的标准不一，其交易数量不可能在统一的框架下衡量。
而且由于政策弹性的存在，使得温室气体在减排强度上也存在较大差异。
减缓气候恶化具有时效性的要求，而碳交易市场从建设到真正发挥作用，其周期过于漫长，不但不能杜绝污染转移，还存在有相当的寻租空间。
因此，相较于碳交易而言，碳税是更为立竿见影的低碳经济政策，对于解决当前的环境危机具有重要现实意义，欧洲的部分国家已率先垂范，并成为后起发展中国家解决经济与环境矛盾的优先选项。
2解读“绿色悖论”现象
不同于古典经济学讨论劳动分工与专业化对于矿藏和环境的影响，本文所讨论的“绿色悖论”，是针对最近十几年间，全球环境政策作用下的地球气候变化而言的。
近年来，已经有越来越多的研究开始关注，那些原是善意的气候政策所可能产生的意想不到的后果，这也成为了对于国际低碳经济合作新的挑战。
2.1“绿色悖论”概述
Sinn[5-6]最早提出，通过征收急剧上涨的碳税或者对可再生能源进行补贴，化石燃料生产商会被鼓励更快速地提取和销售他们的燃料，从而加剧了碳排放和全球变暖，这种违反直觉的结果，已经创造出了“绿色悖论”的概念。
但是，也有研究表明，如果化石燃料开采变得昂贵而且储量在减少（由于勘探活动的减少），那么从地球提取化石燃料的总量将被内生化，而且也不是所有存量都要被完全耗尽了。
随着时间的推移，化石燃料相较于其无碳替代物就会变得不那么有吸引力了。
届时，情况将会逆转，急剧上升的碳税时间表或者对可再生能源的补贴，将会对于保持更多化石燃料储备留在未开发的地壳中而言，是更加具有吸引力的，这将抵消并逆转气候政策对全球变暖的负面影响[7]。
在“绿色悖论”具体的产生机制方面，现有研究还没有一个明确的提法，本文认为国际碳减排设计的制度缺陷和国际碳交易市场的不规范，是导致当前“绿色悖论”现象的主要原因，在结合了前人研究的基础上[8-10]，将“绿色悖论”的形成机制归纳为以下四个方面：
首先，《京都议定书》的设计缺陷是产生绿色悖论现象的直接诱因，该协议是参加国在谈判过程中相互妥协的结果，没有对减排规划进行长期且全面的考量，在其最为重要的附件一中没有对发展中国家应该遵守的基准参考排放量和排放增速限制进行规定，导致了减排行动的努力轻易地被过度排放的外部性所抵消;其次，对于可再生资源方面，由于在未来可以预见不可再生化石能源的使用和消费成本越来越高，厂商将会转而谋求更多地使用化石能源的可再生资源替代品，当这种行为泛滥时，大量的可再生资源能源遭到破坏性开采，导致森林退化、水资源被掠夺和污染、湿地生态破坏等更为严重的生态问题;再次，对于可耗尽化石能源方面，碳税会使能源价格上升，刺激能源商更加快速地开采化石燃料，国际市场上的能源价格波动明显，化石燃料的使用量比以往更高，这个也是温室气体排放量上升的主要原因，FrederickvanderPloeg[11]认为，绿色R&D活动对于引进新能源的突破性的进展，也会导致现有的可耗尽化石燃料被以更快地速度消耗;最后，在贸易途径方面，分阶段减排的设计、国际碳交易市场以及清洁发展机制，使部分发达国家将本国的污染转移到发展中国家，或者通过大气外部性而使全球分享了环境污染的后果。
2.2对“绿色悖论”的两阶段描述
对于如何解释“绿色悖论”可能会被抵消或者逆转，Allen[12]建立了一个“绿色悖论”的最简模型：
只含有不可再生资源而没有潜在替代品的化石燃料市场的两期局部均衡模型。
根据Vander[11]的研究构造了
一个两阶段的“绿色悖论”框架。
设S是给定的化石燃料储量，
F1是在t期化石燃料提取量。
假设没有开采成本，若要用尽所有的化石燃料储量，则S=F1+F2。
在每一个时期对化石燃料的需求与价格弹性相等，为常数ε>0。
消费者面临的从价碳税等于τt，化石燃料在时间t的需求计划是F1=ψ[pt（1+τt）]-ε，ψ>0，pt是由化石燃料生产商获取的价格。
化石燃料需求计划的逆函数为pt=（ψ/F1）1/ε
/（1+τt）。
提取率在化石燃料储备完全耗尽的约束下，将选择最大化利润的折现值[11]：
MaxF1?
F2p1F1+p2F21+r=p1F1+p2（S-F1）1+r，
（1）
r表示外生利率，且r>0，假设化石燃料生产商在完全竞争的条件下，且全行业化石燃料价格是给定的。
最优过程需要依照Hotelling法则：
保持每单位化石燃料在地下的回报必须等于提取每单元化石燃料的回报，其出售并按照销售收益获取的收益率为：
p2-p1=rp1
（2）
利用
（2）和所有化石燃料完全耗尽的条件，解出提取率：
F1=11+（1+r）-ε[（1+τ2）/（1+τ1）-ε]S，
F2=11+（1+r）ε[（1+τ2）/（1+τ1）ε]S
（3）
如果市场预期一个上升的碳税τ2>τ1，（3）就暗示着更多的化石燃料将在今天被提取，而且明天将得到比“自由放任”政策下更少的石油产出，即F1>（1+r）-εF2。
预期到未来课征碳税的市场反应，意味着今天有相对比明天更多的碳排放。
这将会导致全球变暖的结果，即所谓的“绿色悖论”[5]。
方程（3）暗示一种积极且持续的从价碳税不会影响化石燃料消耗和碳排放的最佳路径。
在实践中，碳税是一个典型的具体税，因此，需求被给定为：
Ft=ψ（pt+τt）-ε，Hotelling法则
（2）依然有效，提取率可以从下式解出：
ψS-F11ε=（1+r）ψF11ε+[τ2-（1+r）τ1]，
F2=S-F1
（4）
由此可知，只有在特定碳税上升的速度快于市场利率时，才会出现一个在相对意义上，F1较低而F2相应较大的“绿色悖论”[5]。
3“绿色悖论”的均衡分析
要更深入地了解“绿色悖论”，需要同时检验其外部边际（有多少化石燃料储量被保存）和内部边际（有多少化石燃料在给定时间内从地壳中被迅速提取）。
为了分析这些问题，首先需要讨论一个两阶段的情形：
在离散时间内没有替代化石燃料的无限期模型，和在初始阶段化石燃料的生产由下一期内生决定，在最后化石燃料由无碳替代品价格替代而完全退出市场的连续时间模型。
3.1开采成本、化石燃料储量与无碳替代品
根据Ploeg的发现，假设化石燃料公司的存货是由其开采成本所决定的，G（S）F，其中G′0。
化石燃料将被一直使用，直到它们由于定价过高而无人问津，此时可再生能源的无碳时代就会开启。
化石燃料企业在完全竞争条件下运行时，将最大化未来利润的贴现值：
MaxFF∫∞0[pF-G（S）F]e-rtdt
（5）
受到累计化石燃料的提取不能超过原始储量的约束，
S?
=-F，F≥0，S（0）=S0，∫∞0F（t）dt≤S0
（6）
由最大值原理，列出如下一阶条件：
p≤G（S）+λ
F≥0c.s.，
λ?
=rλ+G′（S）F，
limt→∞e-rtλ（t）F（t）=0
（7）
其中λ表示储备的边际单位（“稀缺租金”）的值。
公式（7）指出，如果提取并出售化石燃料，则其边际收益必须等于开采成本加上稀缺租金。
如果边际收益低于这个值，开采化石燃料将变得无利可图。
化石燃料的价格包含了不断上涨的碳税，直到时间t=T>0，此时碳税已经高到了与可再生能源相比，化石燃料失去了竞争力。
鉴于最终稀缺租金必须是零，λ（T）=0，则有：
p（T）+τ（T）=G（S（T））+τ（T）=b
S（T）=G-1（b-τ（T））
（8）
因此，如果可再生能源b的成本降低或碳税提高，市场将保留下更多的化石燃料在地球的地壳中。
将（6）和（7）用于化石燃料时期，可以得到：
S?
=-F，S（0）=S0，S（T）=G-1（b-τ（T））
（9）
p?
=r[p-G（S）]，p（T）=b-τ（T）
（10）
F?
F=-εr1-
Fψ1ε{G（S）+τ-τ?
/r}，
F（T）=ψb-ε
（11）
其中，F=ψ（p+τ）-ε。
方程（10）指出，就地持有单位化石燃料的边际收益必须等于提取出一个单位化石燃料的边际回报。
化石燃料最终开采率，受到可再生能源b生产成本的影响，但不受特定碳税τ的影响，利用系统（9）-（11）可以解出化石燃料储量S的时间轨迹、损耗率F和化石燃料价格p、最后未开发的化石燃料储量、以及转换到 标度1：
E0=0.5TtC，S0=1TtC，E=2-0.5S，G（S）=1/S，
b=1.5，ε=0.85，ψ=1.
图2对可再生能源补贴产生的“绿色悖论”
Fig.2GreenParadoxgeneratedbysubsidiesfor
renewableenergy
无
碳时代的时间T。
在图2中给出了（9）和（11）的的相位图。
从原点到S=S0的横轴，给出了零化石燃料开采率和储备量不随时间变化的化石燃料的轨迹。
在这条轨迹的上方，化石燃料开采率将是正数而储备量将下降。
轨迹对应于那些F和S的组合，石化燃料的提取速率有恒定的向上斜率（图2中粗实线所示），因为当F趋近于零时，较高库存意味着每单位化石燃料较低的提取成本，以及较低的化石燃料价格和较高的提取率。
在这条轨迹的下方，化石燃料的提取率较低，因而价格较高，从而使矿物燃料的提取率正在随时间而下降;而在这条轨迹的上方，化石燃料提取率呈上升趋势。
3.2可再生能源补贴与“绿色悖论”
许多国家的政府都发现，增加碳税的政策没有吸引力，然而，对可再生能源补贴的政策成本却较低[13]。
由（9）注意到，可以使用补贴，将可再生能源的成本从b降低到b’，以提高未开采的化石燃料留存在地壳中的储量，即G-1（b′）>G-1（b）。
此时对应于较高的化石燃料使用的时间T。
在补贴发生前，经济沿着粗虚线的鞍路径向西南面方向行进;当补贴的消息跳出后，提取率瞬间上升并沿着细实线的鞍路径向西南方向新的稳定状态行进。
随着时间的推移，提取率下降，能源价格上涨，并且大气中化石燃料的存量上升。
由于可再生能源补贴导致较高的提取率和更多的化石燃料被留在原地，化石燃料阶段的持续时间必然缩短而可再生能源时代正在逐步在显现（T’<T）。
在化石燃料时期，相较较高的化石燃料提取率和较高的碳排放，是“绿色悖论”的本质。
但化石燃料阶段将会缩短，而且排放到大气中的碳总量将会逐渐减少。
大规模气候模型表明，全球峰值温度的变化主要取决于过去累积的碳排放量[14]。
一半的碳排放很快就返回到地球表面和海洋，另一半停留在大气中数百年或永远。
大气中碳的初始库存大约是0.5万亿t碳，当前化石燃料储量是3万亿t碳。
累计碳排放量是E（T）=0.5+0.5[S0-S（T）]万亿t碳。
有些气候科学家认为，大气中超过1万亿吨的碳时，将会导致不可接受的全球变暖的程度[12]。
3.3预期碳税与“绿色悖论”
2010年的总化石燃料的使用约为8.3亿t，全球GDP总值63万亿美元，化石燃料占GDP的6.2%，所以化石燃料的市场价格为62×63/8.3=470USd/tC，一个突发的市场价格0.7倍的永恒碳税，即330美元/t碳，将导致化石燃料的使用立即直线下降，而且化石燃料的消费价格相应提高[11];此后，化石燃料的使用和储备减少，直至达到新的均衡状态为止（参见图3细虚曲线，并与粗虚曲线的“自由放任”相比较），“绿色悖论”将不存在。
预期之外的永久碳税，具有预期的降低碳排放和减缓全球变暖的效果。
图3预期碳税引发的“绿色悖论”
Fig.3GreenParadoxcausedbyexpectedcarbontax
当以330美元/t碳为起点，持续增长的可预期碳税的影响，将刺激市场节约化石燃料，S（T）’=1.25>S（T）=0.7（参见（8））。
在右侧面板中，向上倾斜的F?
=0的轨迹受到增长的碳税影响，从粗实曲线变动到粗圆点曲线，但S?
=0的轨迹横轴的左边部分不受影响，鞍路径从粗虚曲线向下移动到细虚曲线。
当市场有消息称，未来的碳税将上涨时，化石能源提取率瞬间跃起而后下降，但通过比较实细曲线与粗虚曲线可知，在公告期间内的提取率仍然比在“自由放任”政策下要高（至少在初期），这就是“绿色悖论”效应。
4绿色福利与“绿色悖论”的逆转
在政府宣布更积极气候政策的情况下，关于“绿色悖论”的争论能被检验，继续使用本文第二部分中的模型，得出社会福利最大化的最优碳税，并证明第一最优碳税将不受到“绿色悖论”的影响，以及无碳税时对可再生能源补贴的第二个最好状况，更多细节和正式推导过程参见vanderPloegandWithagen[15]。
4.1最优碳税和化石能源蓄存量
用凹的效用函数U（F+R）来说明效用是如何取决于能源的利用（F+R），和一个凸函数D（E）用来描述由累积碳排放E导致的全球变暖损害，社会规划者据此来最大限地提高社会福利：
U=∫∞0[U（F+R）-G（S）F-bR-D（E0+0.5（S0-S））]e-ptdt，
U（F+R）=（F+R）1-1/ε-1ψ（1-1/ε）.
（12）
上式服从于化石燃料的消耗动态（6），其中ρ表示折现率。
社会最优的特征在于，在初始阶段只有化石燃料的使用，而在最终阶段只有可再生能源的使用。
因此，同时使用两种能源，在本设置中不是最优的。
在转变到无碳时代T的时候，稀缺租金是零，这使化石燃料的最后一个单元的社会成本，包括开采成本G（S（T））再加上社会碳成本0.5D’（E（T））/ρ（即边际全球变暖损害的现值），必须等于社会在两种能源之间成本选择是无差异时的可再生能源的成本，即：
G（S（T））+0.5D′（E0+0.5（S0-S（T）））/ρ=b
（13）
对于图4而言，虽然图形的性质具有一般性，但此处选用二次方损害来作为程式化的标度，其单位是：
美元/吨碳。
社会最优的石燃料蓄存量随后离开2TtC的位置，远高于在“自由放任”下0.7TtC的蓄存量。
图4可用于求解（13）中的化石燃料蓄存量。
由粗实线描绘的上升轨迹表示市场上的化石燃料相较于其无碳替代品所具有的成本优势，b-G（S（T））。
当储备被耗尽到一个较低的水平后，化石燃料的开采成本逐渐上升，并减弱了其市场竞争优势。
如果储备足够小，化石燃料的成本优势就会消失。
图中向下倾斜的细实线轨迹描绘了在化石燃
料时代过渡期内的社会碳成本，0.5D′（E+S0-S（T））/ρ。
标度2：
D（E）=0.01E2，r=1%.
图4社会最优的化石能源蓄存量
Fig.4Sociallyoptimalstockoffossilenergystorage
随着储量的消耗和更多的碳被排放到大气中，全球变暖的边际损害和社会碳成本将会增加。
这两条轨迹的交叉点给出了化石燃料的最优蓄存量。
斯特恩报告认为[15]，道德风险会使折现率非常低，因为没有理由去替未来着想，下一代人的福利小于当前这一代。
这意味着，在图4中表示社会碳成本的细实曲线轨迹需要向上移动到细虚曲线，以便能实现保留更多化石燃料蓄存量和减少碳排放的最理性状态。
此外，如果可再生能源更便宜（较低的b）和化石燃料提取变得更贵，就会有越来越多的化石燃料被留在原位，这两方面冲击对应于描述化石燃料竞争优势的粗实曲线轨迹向下移位。
4.2碳固定和可再生能源成本
如果碳捕获和储存是被允许的，可以证明封存的边际成本必将按照折现率的速度上升。
比如，0.3TtC是在化石燃料时代的结束的最优封存量，公式（13）变为1/S（T）+2-0.5S（T）-0.3=1.5，从而使S（T）=1.6TtC，E（T）=09和τ（T）=420美元/t碳。
因此，在碳封存和碳税的最佳组合中，累积碳排放量较低，而且全球变暖将有所缓解，尽管更少的化石燃料被蓄存在原地，而且碳税也比较低。
如果有可再生能源的技术进步，可以证明，如果存在局部储备枯竭，那么绿色福利将总会提升;但如果没有开采成本并将储备全耗尽，则绿色福利会被抑制[15]。
4.3第一最优状态和“自由放任”的结果
在社会最优状态下，保持单位化石燃料蓄存在地下的边际回报必须等于提取该单元的边际租金减去该单位的边际全球变暖损害，重写化石燃料的使用条件，则有：
F?
F=-εr1-Fψ1εG（S）+
D′（E0+0.5（S0-
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