t2021年3月8日下午，南开大学经济学院云鹰读书会在南开大学第二主教学楼A504“国际经济与贸易科研训练：理论”课上顺利进行，本次读书会由2020级硕士生甘依可与2019级本科生马祝卿展示Meredith Fowlie的论文Incomplete Environmental Regulation, Imperfect Competition, and Emissions Leakage，由国经贸系王永进、杨嗣强、吕雪莹老师跟进并指导。

特别鸣谢

本次云鹰读书会由南开大学国际经济贸易系

系友苏武康博士赞助支持

01｜背景介绍

政治、管辖权、技术等原因使得工业污染的环境监管不完全，一些规则只适用于环境污染根源的一部分。对于处在污染行业的企业来说，受监管的企业生产者的成本要高于不受监管的企业，如果不受监管的生产可以很容易地取代受监管企业的生产，那么受监管生产者所实现的减排量可能会被不受监管生产者的排放量增加所抵消，甚至被消除。对国家、国家或区域一级的工业温室气体排放征税或限制排放的条例是环境监管的一个日益重要的例子，这种监管不可避免地是不完整的。

气候变化问题的全球性给区域倡议带来了挑战。特别是，排放“泄漏”已成为设计和执行区域气候政策的一个决定性问题。这里的泄漏是指不完全的环境监管所直接造成的不受监管的生产者的生产和相关排放增加。本文建立了一个不完全监管和不完全竞争的工业的排放泄漏分析框架。

本文主要研究的行业是不完全竞争行业。对不完全环境监管和排放泄漏的分析最好能反映不完全环境监管最常针对的行业的体制现实。受区域和市场监管限制的大部分排放通常来自被定性为不完全竞争的行业。

本文采用非相同寡头垄断者在现货市场和远期市场竞争的行业的局部均衡模型来分析排放泄漏。引入不完全的、基于市场的环境监管会影响生产者的相对边际经营成本。这对总产量、相对市场份额和行业排放都有影响。当每单位生产的排放率很高或当需求更具弹性时，排放泄漏更大。在模型及其假设的背景下，行业竞争力越强，排放泄漏越大。

加州在一系列关于电力市场竞争力程度的假设下进行了调查。模拟了三种情况下的平衡结果：第一个是二氧化碳排放不受管制的基准案例，第二个是对来自美国西部所有电力生产商的排放进行监管，第三个是只对加利福尼亚电力生产商的气体排放进行监管。模拟结果表明，在完全环境监管下，假定价格为每吨二氧化碳25美元，将实现减排9-11%。不完全的环境监管将实现完全监管下实现的减排量的35%。在假设一个完全竞争的批发电力市场的模拟中，这个数字下降到25%。

02｜相关文献

在这项工作之前，工业组织文献中的几篇论文分析了一个不完全竞争的行业的完整的、基于市场的环境监管。Wallace E.Oates和Diana L.Strassman的一篇早期论文考虑了将庇古税引入垄断行业的福利后果。他们的结论是，生产效率的损失很可能得到改善环境质量带来的福利收益的补偿。随后的论文调查了次优的庇古税(Dan Levin1985；R.David Simpson1995；Ngo Van Long和Antoine Soubeyran2005)以及完整的、有竞争力的许可证市场和寡头垄断的产品市场的相互作用(David A.Malueg1990；Mansur2007；Eftichios Sophocles Sartzetakis1997，2004)。无一例外，这些研究人员都假设所有生产者受环境监管。本文将这些文献扩展到越来越相关的不完全监管的案例。

03｜基础模型

作者研究在不完全的环境监管下，排放和排放泄漏是如何受到运营成本、排放率、监管参与要求和竞争力程度这些行业特征的影响的。作者假设N个战略公司之间的古诺不合作行为。

作者首先分析了一个一阶段博弈，在这个博弈中，不同生产技术的公司在现货市场上竞争。然后，作者考虑一个两阶段的博弈，其中企业在现货市场和远期市场竞争。

  作者提出的标准假设是，所有参与者都是风险中性的，所有远期合同都是有约束力和可观察的，所有价格都是有效仲裁的。作者假设一个内部解。因此，他的重点仅限于在所有工厂都在运行，而没有任何工厂受到能力限制（即满负荷生产)的情况下，环境监管的变化(以及由此产生的运营成本)对生产和污染水平的短期边际效应。

04｜一阶段博弈

05｜两阶段博弈

06｜一个简化的例子

07｜评估加州泄漏的可能性

前几节构建的理论框架提供了一些基本的直觉，说明了一个行业的可观察特征（如排放率、操作成本和行业结构）如何影响排放泄漏和总体福利。然而，这些理论模型过于抽象，无法直接应用于对特定政策的分析。在本节中，作者演示了如何修改理论框架，以便在关于公司行为的替代假设下，对结果进行更现实和详细的政策模拟。

2008年，政策制定者建议在加州范围内实施一项基于源头的总量控制和交易计划，以实现短期内的成本效益减排。还制定了一系列额外的政策干预措施，包括可再生投资组合标准和与州外生产者签订未来的长期合同标准，作为对清洁生产技术进行长期投资的首选办法。

理想情况下，加州将监管所有供应加州市场的电力供应，但是宪法和其他司法限制使这成为不可能。立法者预计，仅针对州内生产者的排放交易计划所带来的排放泄漏将是巨大的。

在许多方面，上一节中提出的理论框架特别适合于这一应用。过去的研究表明，在高峰时间行使市场权力对加州电力行业的结果产生了重大的影响；此外，对重组的批发电力市场的理论和实证分析表明，供应商的远期合约范围一直是重组电力市场均衡结果的一个重要决定因素；最后，用于生产电力市场的发电技术是非常异质的。这导致生产者之间运营成本、运营限制和排放率的显著差异。

来自加利福尼亚和周围的州（亚利桑那州，内华达州，新墨西哥州，俄勒冈州，犹他州，华盛顿）的详细的数据被用来参数化基于上一节构建的理论框架的三个数值模型：

一是面对竞争边缘的寡头垄断者的一个单阶段模型

二是两阶段模型，其中这些相同的寡头垄断者选择现货市场生产和远期合同头寸以最大化利润

三是所有生产者都是价格接受者的模型【即完全竞争】

审议了三种监管的设想方案：

(a)不监管温室气体排放（基准情形）；

(b)所有生产者必须购买许可证以抵消不受控制的排放（即完全基于市场的监管）；

(c)对加州发电的温室气体排放进行市场监管。

A.修改模型以反映加州电力市场的现实

使用了截至2005年1月的所有权信息。表1总结了在西部各州安装的发电所有权。拥有少于2000兆瓦(MW)的化石燃料的发电，被聚合成一个非战略性的、价格接受的边缘。在这些州运营的发电设施的所有权由341家公司共享。这11家战略公司拥有加州一半以上的发电能力。

进口和负载服务的义务

运营商被要求报告和分类横跨加州边境的计量电流。

CEC假设所有由加州公用事业公司拥有的电力都用于满足加州的需求，这些设施的生产被归类为企业进口，这些电力加上已知的长期合同构成了企业进口。进口总额减去企业进口归类为“国家”进口。

作者认为，非加州公用事业公司所有的州外发电必须在提供给加州之前满足本地负荷，在这些状态下发电是为了最小化成本。

负荷

所有控制的区域必须向联邦能源监管委员会（FERC）报告每小时的电力负荷，作为714(FERC-714)报告要求的一部分。

本文运用2004年加州及周边各州电力控制和规划地区报告的小时负荷（最新数据）进行模拟。

主要州际运输能力限制

传输阻塞限制了在几个小时内可以进口到加州的电量，这些制约因素对泄漏有影响，从邻近州进口到加州的传输限制由两个主要州际传输路径施加的容量限制粗略地表示。

发电能力限制

发电能力限制是在锅炉一级施加的。对热和核发电机组(表示MWt)的装机容量进行调整，以反映运行条件的季节性变化以及机组在任何给定时间内无法使用的可能性。热力机组容量降低，以反映夏季工况。

氢能、核能和可再生能源发电

加州系统总能源的很大一部分是利用大型水力、核能和可再生发电资产产生的。核发电在批发市场模拟中被视为必须运行和必须获取的资源。

假设氢能发电调度将不受引入温室气体排放上限和交易计划的影响。周围州的氢能发电如果不需要满足本地负荷义务，那么其只用于满足加州的需求。

边际运营成本

边际运营成本由三个组成部分组成：可变燃料成本、可变非燃料运营和维护成本和可变环境合规成本。燃料成本(以$/MWh计)是通过将一个单位所报告的热率乘以相应的燃料成本来计算的；可变环境合规成本是通过将单位报告的排放率（以磅/兆瓦为单位）乘以2004年平均污染许可价格来计算的。

二氧化碳排放率按锅炉水平估算。所有超过25兆瓦的热电发电机组必须连续向美国环境保护局监测和报告其每小时二氧化碳的总量排放、热输入以及蒸汽和电力。对于不报告每小时二氧化碳排放量的较小单位，假定在CEC(2005a)报告中估计的生产商的具体技术排放量。

许可价格

模拟假设许可价格为25$/吨C02。Richard S.J.Tol（2003年）报告说，每吨二氧化碳的损失为25$（尽管他认为，真正的损失不太可能超过每吨14$）。这一价值也代表了最大的经营碳市场(欧盟ETS)的观察价格。2007年，欧盟市场每吨二氧化碳的平均价格为24.30$。

C.对数据的初步认识

图4、图5和图6总结了加州、太平洋西北（华盛顿和俄勒冈州）和西南（亚利桑那州、内华达州、新墨西哥州和犹他州）。为了构造这些数字，每个区域内的发电机组按边际运营成本(即可变燃料成本、可变运营和维护成本以及适用情况下硫磺(S02)和氮氧化物(NOx)条例的可变成本)的升序排列。

每个图形顶部面板中的单调阶跃函数跟踪每个区域的总边际成本曲线。这些边际成本曲线后面的条形图表示对应于每个单位的排放率(以C02/MWh的LBS计量)。对于每个区域，还使用2004年每个区域的8,784个小时负荷数据来构造小时负荷的分布。这些分布显示在每个图形的下面板中。

比较这两个图有助于说明不同区域依赖进口的程度。在这三个地区中，加州的供应最紧张。当加州对州外进口的需求很高时，邻近各州的需求也很可能很高，因为加州的小时电需求与西南和西北的小时电需求呈正相关和显著相关（2004年小时负荷的相关系数分别为0.89和0.58）。

综上所述，图4，5和6以及区域负荷相关性表明，如果不受约束，最小的成本调度决定了，在高需求的小时内，加州的边际发电机很容易比州外边际发电机污染更多。

D.模拟结果

在所有三种政策情景下，在所有三组关于企业行为的假设下，模拟了加州和六个相邻州（亚利桑那州、内华达州、新墨西哥州、俄勒冈州、犹他州、华盛顿）的发电单元的小时发电量、小时进口量、小时批发电价和小时排放量。本节详细讨论这些结果。

基准案例

将2004年观察到的结果(没有C02监管)与使用假设没有C02排放监管的模型生成的模拟结果进行比较。表2有助于说明这种比较。

超过8784小时时，与两阶段模拟模型相关的平均批发电价在观察到的平均电价的1%以内。正如预期的那样，使用单阶段模型模拟的价格（即竞争比较小的现货市场的模型)高于观察价格(平均约3%）。假设一个完全竞争的批发电力交易市场的模拟预测平均批发电价比观察到的平均水平低3%。

表2最后三行总结了模拟和观察到的排放情况。与加州负荷相关的模拟排放量（即国内发电和进口的排放量）在估计排放量的1%以内。两阶段古诺模型在预测排放方面表现最好，最接近加州能源委员会的估计。在这些模拟中，边缘公司的平均排放率为1.08磅C02/kWh。战略公司经营的边际单位的平均排放率为0.91磅/kWh。由于边缘地区不成比例地由国家以外的生产者组成，而战略公司拥有的资产则不成比例地位于加州，这意味着完全管制下的减排量很可能超过不完全管制下的减排量。

所有这三个模拟模型都将总排放量（所有西部州的总和)预测得相当高(即12%）。模拟排放量与加州能源委员会或能源信息管理局估计的排放量之间的差异可能归因于几个因素：

首先，关于小单位和小时水力发电（特别是在加利福尼亚以外）排放的假设可能不能反映任何特定小时的现实，这些不准确可能导致对均衡价格和排放的不准确估计。

此外，模拟模型也没有考虑跨期运行约束，这可能导致发电机愿意在价格低于边际成本时运行，价格超过边际成本时无法满负荷运行。

最后，值得注意的是，环境影响评估和中央选举委员会报告的“观察到的”数字绝不是确切的措施。特别是，加州以外的排放量在某种程度上是粗略衡量的。

总之，观察到的价格和排放最符合假设的是两阶段模型。这些发现与过去对加州批发电力市场的实证研究一致。虽然市场权力的行使是一个可能的解释，但是对电力市场中的企业行为进行更严格的调查超出了这一分析的范围。本文为了对一系列可能的结果进行定性，使用三个模拟模型进行了反事实策略模拟。

反事实政策模拟

来自反事实政策模拟的结果跨小时累加，以估算一个日历年（2004年）的总排放量和生产成本。表3总结了使用单阶段古诺模型、两阶段古诺模型和所有生产者为价格接受者的模型生成的结果：

正如预期的那样，假设竞争较弱的电力市场的模型的批发电价上涨更大。

两阶段模型中，完全监管使总排放量减少8.5%，不完全监管实现了完全监管下35%的减排；完全竞争模型中，完全监管使排放量减少超过11%，不完全监管只达到完全管制下所实现的减排量的25%。

在不完全竞争的产品市场中，如果豁免的设备采用相对更有效（或成本较低）的生产技术，不完全的环境监管可能会降低先前存在的分配生产效率低下的情况。

图7可以证明此结论。

08｜结束语

本文建立了一个理论框架，分析在一个不完全的管制，不完全竞争的行业中排放泄漏和相关的福利影响。

局部均衡模型的理论分析得到了几个关键结果。

首先，行业结构可以在确定排放泄漏发生的程度方面发挥重要作用。行业竞争越激烈，不完全监管对行业排放的影响就越大（假设内部均衡）。

受管制设施和无管制设施的相对排放率也很重要，如果受管制的公司比不受管制的公司更清洁（不受管制的生产可以很容易地取代受管制的生产），工业排放量将超过在完全管制下本来会发生的排放量。相反，如果受监管的公司比不受监管的竞争对手更肮脏，完全管制的工业排放量可能超过不完全管制下的排放量。

不完全监管的净福利效应不仅取决于排放泄漏发生的程度，而且还取决于不完全监管对工业生产的总体影响，以及监管导致的异质生产者之间生产的重新分配。

将环境监管引入不完全竞争的市场有两个潜在的福利收益来源：一个是与减少排放有关，另一个是通过重新分配可能有利于更高效生产者的生产。

这些福利与产出减少所导致的福利成本以及加剧先前存在的分配效率低下的可能性进行了权衡。如果豁免生产者相对于其受监管的竞争对手效率更高（更低)，引入不完全的环境监管将减轻(加剧）先前存在的分配生产效率低下。

下期预告

时间：2021年3月15日下午 2:00-4:35

地点：南开大学第二主教学楼A504

论文：Environmental Preferences and Technological Choices: Is Market Competition Clean or Dirty?

敬请期待！

文稿：甘依可 马祝卿

编辑：王妮妮、高雨桐

审校：王永进