吳俊妮

（大連財(cái)經(jīng)學(xué)院 管理學(xué)院，遼寧 大連 116026）

從全球范圍來看，交通運(yùn)輸業(yè)在世界能源消費(fèi)和溫室氣體排放中所占比重均超過20%。港口作為水陸交通運(yùn)輸?shù)募Y(jié)點(diǎn)和樞紐，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和對(duì)外貿(mào)易的發(fā)展提供了基礎(chǔ)性支撐。同時(shí)，港口能耗和港區(qū)環(huán)境問題日益凸顯，節(jié)能減排工作逐漸受到重視。各國(guó)政府面對(duì)來自國(guó)際的節(jié)能減排壓力，采取相應(yīng)的措施，其中征收碳稅是較為常用的激勵(lì)政策工具。研究港口最優(yōu)碳排放稅稅率對(duì)港口減排有激勵(lì)作用，為港口運(yùn)營(yíng)提供借鑒，促進(jìn)港口可持續(xù)發(fā)展。

與本文相關(guān)的港口減排的研究主要有：Chang等[1]采用評(píng)估模型計(jì)算排放量，以驗(yàn)證減少港口地區(qū)污染物的策略的有效性，發(fā)現(xiàn)降低船舶速度的策略在降低燃料消耗和成本以及排放方面是有效的；趙雅倩等[2]將多目標(biāo)優(yōu)化應(yīng)用到港口節(jié)能減排的建設(shè)中，構(gòu)建了多目標(biāo)0-1規(guī)劃模型，得出江蘇某港口節(jié)能減排建設(shè)優(yōu)化方案并證明了模型的可行性；Wan等[3]建立了綠色港口發(fā)展量化評(píng)估模型，分析了全球綠色港口發(fā)展現(xiàn)狀，揭示了中國(guó)港口在綠色港口發(fā)展方面的優(yōu)勢(shì)和不足，為港口和其利益相關(guān)者提供有用的見解和指導(dǎo)；Schipper等[4]在績(jī)效指標(biāo)方面評(píng)估混合港口的可持續(xù)性，并探討與社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面有關(guān)的預(yù)期影響，以最大限度地減少與港口運(yùn)營(yíng)、成本和環(huán)境影響管理相關(guān)的長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)；Carpenter等[5]考察了瑞典耶夫勒港采用的方法，利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則創(chuàng)造新的土地，結(jié)果表明使用循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則可以成為確保港口未來的可行途徑；喬文怡等[6]以連云港為例，構(gòu)建了基于綠色理念的港城耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，側(cè)重分析環(huán)境污染、能源消費(fèi)等問題。這幾篇文獻(xiàn)為本文提供了研究基礎(chǔ)和有益的借鑒，但在上述關(guān)于港口節(jié)能減排的研究中，大多數(shù)學(xué)者的研究方向主要集中在節(jié)能減排評(píng)價(jià)、節(jié)能減排技術(shù)和節(jié)能減排機(jī)制等方面，而對(duì)碳稅這一減排政策涉及較少。

在減排的過程中，為降低溫室氣體的排放，政府會(huì)相應(yīng)采取一系列措施，對(duì)企業(yè)排放的過量二氧化碳收取碳稅就是其中之一。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在碳稅方面也有較多研究：Wang等[7]首先提出了征收排污稅的構(gòu)想；喬晗等[8]采用非合作博弈的方法，通過建立Stackelberg模型研究了航空碳稅博弈中雙方國(guó)家和航空公司的最優(yōu)選擇；Pal等[9]考慮了差異化的混合雙寡頭，表明當(dāng)私有化和污染稅相結(jié)合時(shí)，私有化情況的環(huán)境破壞將是非單調(diào)的，而私有化是否會(huì)改善環(huán)境取決于公眾對(duì)環(huán)境的關(guān)注；張麗等[10]從航運(yùn)企業(yè)的成本、船舶大小、船舶燃料技術(shù)和碳排放測(cè)定方法等方面，分析了歐盟的航海碳稅政策對(duì)我國(guó)航運(yùn)業(yè)的影響；Wang等[11]使用具有分散供應(yīng)鏈的三階段Stackelberg博弈模型和具有集中供應(yīng)鏈的兩階段Stackelberg博弈模型，來討論政府碳排放稅政策，結(jié)果表明集中供應(yīng)鏈比分散供應(yīng)鏈對(duì)企業(yè)和政府更有利；李友東等[12]采用兩階段博弈模型，研究了政府碳排放限額下的兩階段供應(yīng)鏈中碳交易機(jī)制對(duì)供應(yīng)鏈績(jī)效的影響，結(jié)果表明政府不同的碳排放限額會(huì)換取更多的環(huán)境改善；Chen等[13]基于靜態(tài)碳稅和補(bǔ)貼，構(gòu)建了政府與制造商之間的演化博弈模型，研究了不同約束下政府和制造商的演化穩(wěn)定策略；Song等[14]構(gòu)建了一個(gè)兩階段隨機(jī)模型，研究了限額與交易和碳稅法規(guī)下的物流能力擴(kuò)張問題，以及碳排放法規(guī)對(duì)產(chǎn)能擴(kuò)張的影響，結(jié)果表明碳稅對(duì)低稅率和高稅率的最優(yōu)產(chǎn)能擴(kuò)張決策有不同的影響；Cui等[15]構(gòu)建了博弈模型，將港口私有化與排污稅相結(jié)合，分析了政府對(duì)港口地區(qū)的船舶和港口業(yè)務(wù)進(jìn)行排放控制的情況，并且說明了最優(yōu)排放控制稅代表了政府保護(hù)環(huán)境免受污染的愿望。

總結(jié)發(fā)現(xiàn)，在碳稅減排政策的研究中，使用博弈方法最為多數(shù)，并且多用于港口與港口間的博弈，但考慮港口與政府間的博弈研究較少，且以往研究中，或是只考慮社會(huì)福利時(shí)的碳稅稅率問題，或是只研究競(jìng)合策略時(shí)的碳稅稅率，而本文是將所有條件結(jié)合在一起共同進(jìn)行研究，建立港口與港口及港口與政府之間的博弈模型，重點(diǎn)關(guān)注碳排放稅的征收對(duì)港口運(yùn)營(yíng)中收益情況的影響。

綜上所述，本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于將港口與碳排放稅相結(jié)合，以港口競(jìng)爭(zhēng)與合作兩種策略為背景，考慮社會(huì)福利的情況下，采用兩階段博弈的方法來確定港口的最優(yōu)稅率，如此，可有效提高社會(huì)福利，最終實(shí)現(xiàn)港口低碳可持續(xù)發(fā)展。

一、問題描述與模型建立

（一）問題描述

近年來，港口運(yùn)營(yíng)過程中的碳排放所造成的環(huán)境問題已引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。而港口企業(yè)與一般企業(yè)相比，規(guī)模較大，以市場(chǎng)為導(dǎo)向，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中重要的基礎(chǔ)性設(shè)施，港口行業(yè)的發(fā)展水平能夠反映一個(gè)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的繁榮程度。但港口在節(jié)能環(huán)保和安全監(jiān)管方面的問題日益暴露，形勢(shì)十分嚴(yán)峻。西方國(guó)家環(huán)境治理實(shí)踐證明，港口減排是建立綠色港口必不可少的重要環(huán)節(jié)，征收碳稅是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的重要政策手段，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境的有效經(jīng)濟(jì)措施。因此，采用征收碳稅政策是促進(jìn)港口綠色發(fā)展，提升安全管理水平，推進(jìn)平安港口、綠色港口建設(shè)的有效手段，應(yīng)被大力提倡。

本文通過借鑒和參考國(guó)際上的碳稅實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，以政府對(duì)港口擬實(shí)施碳稅征收政策為前提，考慮社會(huì)福利的情況下，構(gòu)造了一個(gè)兩階段動(dòng)態(tài)博弈模型：第一階段，政府先行動(dòng)，在考慮到港口對(duì)政府征稅反應(yīng)的情況下，政府根據(jù)設(shè)定的排放強(qiáng)度減排目標(biāo)，為港口設(shè)定排放稅，以達(dá)到社會(huì)經(jīng)濟(jì)福利最大化；第二階段，對(duì)港口競(jìng)爭(zhēng)與合作兩種經(jīng)營(yíng)策略進(jìn)行對(duì)比分析，設(shè)定政府的碳排放稅，港口選擇各自的強(qiáng)度下降幅度和單位服務(wù)價(jià)格以最大化港口的利潤(rùn)，采用逆向求解該兩階段博弈問題。在通過征收碳稅完成一定減排目標(biāo)的基礎(chǔ)上，分析稅率的變化對(duì)港口服務(wù)價(jià)格、需求量和碳排放降幅的影響，并對(duì)比分析港口在競(jìng)爭(zhēng)和合作兩種策略下政府最優(yōu)稅率的變化。

（二）模型的建立

在兩階段博弈模型中，政府與港口的博弈關(guān)系表現(xiàn)為：政府的目標(biāo)是通過環(huán)境規(guī)制減少港口二氧化碳排放量，滿足公眾對(duì)綠色港口的訴求，同時(shí)影響港口經(jīng)營(yíng)的利潤(rùn)，實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益最大化，從而制定使社會(huì)福利最大化的碳成本收費(fèi)比率；而港口是根據(jù)政府設(shè)定的碳稅稅率確定各自的減排活動(dòng)水平，實(shí)現(xiàn)自身效益最大化。

1.參數(shù)含義

2.模型建立

港口逆需求函數(shù)表達(dá)為：

本文中社會(huì)福利為各港口利潤(rùn)之和加上政府的碳稅收入減去港口碳排放對(duì)社會(huì)造成的環(huán)境損失，即。

二、模型求解

（一）港口競(jìng)爭(zhēng)策略

假設(shè)一個(gè)港口群中的兩個(gè)港口：港口1與港口2，兩個(gè)港口運(yùn)營(yíng)過程中采用競(jìng)爭(zhēng)策略。采用逆向求解該兩階段博弈問題。

第二階段：兩個(gè)港口的逆需求函數(shù)為

競(jìng)爭(zhēng)情況下，給定博弈第一階段政府設(shè)定的碳排放稅t，港口的目標(biāo)是追求各自利益最大化，則選擇需求量q最大的利潤(rùn)函數(shù)如下：

首先，根據(jù)利潤(rùn)最大化的目標(biāo)確定碳排放強(qiáng)度降幅，將式（2）兩邊對(duì)求導(dǎo)，即

港口確定碳降幅之后，以利潤(rùn)最大化為目標(biāo)確定需求量，進(jìn)而確定港口提供每單位服務(wù)的價(jià)格，將式（3）代入（2）中，兩邊對(duì)求導(dǎo)，即

將需求量函數(shù)代入式（1）中即為港口最佳服務(wù)價(jià)格。把式（4）對(duì)稅率求一階導(dǎo)得

結(jié)果小于0，說明在競(jìng)爭(zhēng)策略中，隨著碳稅稅率的升高，港口的需求量隨之減少，而港口的單位服務(wù)價(jià)格卻逐漸上升，這是由于港口的單位服務(wù)價(jià)格與需求量是呈反方向變動(dòng)的，當(dāng)稅率增加，港口的利潤(rùn)會(huì)相應(yīng)減少，為增加利潤(rùn)港口會(huì)逐漸提高服務(wù)價(jià)格，進(jìn)而導(dǎo)致需求量的減少。

第一階段：在給定第二階段港口選取最優(yōu)需求量和最佳碳排放強(qiáng)度降幅的基礎(chǔ)上政府設(shè)定碳排放稅t，使社會(huì)福利最大化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)，社會(huì)福利函數(shù)為

（二）港口合作策略

兩個(gè)港口采用合作經(jīng)營(yíng)策略。

第二階段：首先確定港口服務(wù)價(jià)格。合作情況下，港口單位服務(wù)價(jià)格只與港口需求量相關(guān)，并呈相反方向變動(dòng)，不存在相互競(jìng)爭(zhēng)情況，所以，逆需求函數(shù)如下：

合作后，港口目標(biāo)仍是追求利潤(rùn)最大化，利潤(rùn)函數(shù)為

把最佳需求量的函數(shù)表達(dá)式代入（5）中即為合作策略下港口可制定的最優(yōu)服務(wù)價(jià)格。

結(jié)果表明隨著碳稅稅率的升高，碳降幅逐漸增大，而港口需求量逐漸減少，這與港口競(jìng)爭(zhēng)策略下的結(jié)果一致。

第一階段：為政府制定單位碳排放的征收稅率，政府的目標(biāo)是社會(huì)福利最大化

由于式子的復(fù)雜性，在本節(jié)中不再詳細(xì)體現(xiàn)，將在下節(jié)算例分析中直接將各類參數(shù)代入，得到稅率的數(shù)值表達(dá)式以便作圖，并對(duì)比分析港口在競(jìng)爭(zhēng)與合作兩種策略下的最優(yōu)稅率的變化情況。

三、算例分析

圖1 對(duì)比分析兩種策略隨的變化曲線

圖2 競(jìng)爭(zhēng)時(shí)港口1需求量隨稅率變化曲線

圖3 競(jìng)爭(zhēng)時(shí)港口2需求量隨稅率變化曲線

圖4 港口合作時(shí)需求量隨稅率變化的曲線

結(jié)合圖1～4可知，兩種策略的港口需求量均隨碳稅稅率的增加而下降，即港口的單位服務(wù)價(jià)格隨碳稅稅率的增加而升高。當(dāng)碳稅稅率增加，港口必然會(huì)提高服務(wù)價(jià)格才會(huì)使港口運(yùn)營(yíng)平穩(wěn)發(fā)展，而價(jià)格升高必定會(huì)導(dǎo)致需求量的減少，需求量微小的變化證實(shí)了模型求解中所得結(jié)論。另一方面，由圖5可知，兩種策略的港口碳排放強(qiáng)度降幅均隨碳稅稅率的增加而上升，因?yàn)楦劭跒闇p少碳稅的繳納，會(huì)盡可能降低碳排放強(qiáng)度，這進(jìn)一步驗(yàn)證了模型求解中所得結(jié)論。

圖5 碳排放強(qiáng)度降幅隨稅率的變化曲線

圖6 對(duì)比分析兩種策略下最優(yōu)稅率隨變化曲線

四、結(jié)論

本文為研究碳稅稅率的征收對(duì)港口運(yùn)營(yíng)的影響，以及為確定最優(yōu)稅率的有效范圍，建立了兩階段動(dòng)態(tài)博弈模型，以政府對(duì)港口擬征收碳排放稅為前提，考慮了社會(huì)福利最大化，對(duì)比分析港口在競(jìng)爭(zhēng)與合作兩種背景下最優(yōu)稅率的變化情況，結(jié)果如下：

首先，當(dāng)碳稅稅率不確定時(shí)，隨著稅率的升高，港口為降低碳排放必定會(huì)增加減排成本，導(dǎo)致利潤(rùn)減少，出于自身利益考慮，港口單位服務(wù)價(jià)格隨之增加，由于需求量與價(jià)格呈相反方向變動(dòng)，則需求量也會(huì)相應(yīng)減少。

其次，收取碳稅的主要目的為降低港口的碳排放，而結(jié)果表明，隨著稅率的升高，港口為減少碳排放稅的繳納，會(huì)加大減排力度，導(dǎo)致碳排放強(qiáng)度降幅逐漸升高，有效地達(dá)到了政府的減排目的。

最后，研究了二氧化碳的單位價(jià)格與最優(yōu)稅率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二氧化碳的單位價(jià)格升高，意味著港口在運(yùn)營(yíng)過程中產(chǎn)生的二氧化碳對(duì)社會(huì)造成的外部經(jīng)濟(jì)增大。而政府為使社會(huì)福利最大化，會(huì)讓港口對(duì)社會(huì)造成的外部經(jīng)濟(jì)承擔(dān)更多的成本，表現(xiàn)為提高對(duì)港口征收碳稅的最優(yōu)稅率。所以最優(yōu)碳稅稅率會(huì)隨著二氧化碳單位價(jià)格的提高而逐漸增加，并且較競(jìng)爭(zhēng)策略而言，港口合作策略會(huì)排放出更多的二氧化碳。因此當(dāng)單位碳排放產(chǎn)生的社會(huì)成本較高時(shí)，政府以最優(yōu)稅率對(duì)港口征收碳排放稅可以有效提高社會(huì)福利，達(dá)到減排作用。