基于非合作博弈高污染行业绿色低碳转型分析

赵梦梨,苗成林,2

(1.安徽理工大学 经济与管理学院,安徽 淮南 232001;2.山东工商学院 工商管理学院,山东 烟台 264003)

大力推进黄河流域高质量发展是十八届五中全会提出的重要战略部署,聚焦制约黄河流域高质量发展的重大议题,核心在于兼顾黄河生态保护与经济价值的体现。黄河流域的保护和发展不仅仅是一个地区的责任,作为国家生态安全的重要屏障之一,更是处于国家经济社会发展的重要经济地带,地理位置险要。为此,保护和发展黄河流域成为目前主趋势之一。黄河流域水土流失存在最严重的两个问题:一是水资源匮乏,二是水资源污染。经过查阅黄河流域保护和发展相关文献得知,很多学者把关注点放在水资源的利用上[1],而研究水资源污染源的问题却较少。

水资源污染严重的原因分别是生活用水和工业污染。为实现黄河流域的生态保护和高质量发展,仅仅解决水资源污染问题是不够的,要彻底解决黄河流域的困境必须从源头抓起,改善水污染问题。由于黄河流域分为上中下游3个层次,而湟水地处黄河上游的最大支流,它产生的问题不仅威胁着周围省份,更是直接关系到整个黄河流域系统的可持续发展及环境污染问题。

湟水是黄河流域的污染源之一,由于此地工业结构偏重偏粗,能源高耗型和资源依赖型企业占比高,因此,要想改善水污染问题,进行重污染行业向绿色低碳行业转型刻不容缓。与此同时,也将帮助我国提高国家自主贡献力度,并采取更加有力的政策和措施,使二氧化碳排放力争于2030年达到峰值,2060年实现碳中和。

2021年6月,***总书记在青海考察工作时强调[2],保护好青海省生态环境是“国之大者”,青海在生态文明方面的战略位置非常重要,因此,要把青海生态文明建设好、生态资源保护好,全面贯彻新发展理念,保持战略定力,加快推动绿色低碳发展,持续改善环境质量,提升生态系统质量和稳定性,提高资源利用效率。黄河流域整体上经济发展水平呈现黄河下游>中游>上游,而作为黄河流域上游的最大支流——湟水流域的青海省[3],该地区目前的整体国民经济发展总水平主要依靠第一和第二产业的拉动,第三产业的带动占国民经济发展的比重相对较低,总体来说第二产业增加值远高于其他产业。

表1 2016—2022年三大产业增长情况

文中数据主要来源于2016—2022年《青海统计年鉴》以及EPS数据库、各市国民经济和社会发展统计公报。

要实现生态、经济两手抓,如果仅仅依靠企业的自觉性是远远不够的,在行业转型过程中,政府的影响占很大部分,从青海省政府的角度来看,要达到“十四五”时期的减排目标,应该追求更高的社会经济和环境效益[4]。对于企业而言,最大的目标就是实现利益最大化。从高污染行业转型绿色低碳减排无疑会提高生产技术成本,短时间内会减少经济效益,从理性角度出发,双方为了实现各自利益最大化,都不会做出太大改变,此时双方会产生冲突,那么如何解决环境和经济的矛盾,使得从事高污染行业的企业转型到低碳行业,从而实现湟水流域的环境保护与经济并行发展的目标是亟需解决的问题。

1 国内外行业绿色转型研究现状

目前,国内外一些学者对黄河流域生态保护和高质量发展问题提出了不同的意见,大部分学者研究的重点在区域性经济[5]、城镇差异化[6]等,另外,由于黄河流域近些年水土流失严重,水资源短缺,不少学者更关注水资源协同发展[7]、农业用水利用率[8]的问题。自***总书记提出保护黄河[9]这一战略后,一些学者也开始研究黄河流域高质量发展的着力点[10]及产业体系的构建[11]。现有文献研究中,很多学者为实现黄河流域高质量发展提出很多推进策略,例如产业体系结构转型、中心城市路径研究[12]、低碳经济转型评估[13]等,但是根据近几年黄河流域生态保护指标数值显示[14],生态保护指数增长迅速,高质量发展指数负增长,黄河流域经济发展依旧缓慢。但总体来说,在黄河流域生态保护和高质量发展过程中,已经不断地取得成果,但对于如何进行“高污染行业转型”的研究还比较少。文中依据原有的研究,首次将高污染行业转型与政府的促进相联系,从政府角度出发,发展省政府独特优势,开展绿色低碳转型产业示范,加快碳排放的“双控”转变。

为达到碳中和的目标,国外一些大型能源化工企业重新思考行业转型的路径,例如Google宣布2020年消除提供消费类硬件的碳排放,并在2022年之前在其每种产品中都包括再生塑料[15];雪佛龙准备专注新能源的开发建设,和微软等企业共同探究绿色可再生气体发电的技术[16];另外,壳牌公司积极和其他企业合作达成“绿氢”生产的项目,计划2030年能够实现生产燃氢卡车的愿望[17]。

我国自建国以来,政策由“以经济发展为主要目的”向现在“低碳可持续发展道路”不断转变[18],从目前形势来看,未来将以提高清洁能源使用率来代替化石能源的使用,减碳减排是当前企业倡导的主基调,为达到我国关于碳排放的目标,企业应重视产业耗能和新能源两方面的结合,在行业转型过程中,考虑我国资源和政策,充分利用产业智能化、技术数字化的方式实现发展[19]。

2 研究方法与模型构建

2.1 研究方法

在青海省政府和高污染行业的企业利益发生冲突时,可以认为他们是在进行一场博弈,都在寻找利益最优解,因此,从博弈论[20]的角度,建立青海省政府促进高污染重金属产业转型与地方企业积极转型的博弈模型[21]。为研究相关理论,参考王芹鹏等[22]供应链企业碳减排投资策略选择与行为演化研究、王文举等[23]碳税规制下地方政府与企业减排行为分析以及张立杰等[24]低碳经济背景下中国企业碳交易博弈模型初探,其结合了碳定价机制中价格型工具(如碳税)和数量型工具(如碳交易市场)两种机制间的比较与选择,运用演化博弈理论以及纳什均衡理论,分析青海省政府促进行业转型与地方企业主动转型的博弈行为。从客观角度出发,本着为大众服务的宗旨,以创造绿色环境、提高当地经济发展为目标,选择纳什均衡策略,促进高污染行业转型为绿色低碳行业[25]。

2.2 从纳什均衡点分析政府和企业之间的博弈

博弈双方对收益与损失的偏好是否明确是双方达到纳什均衡点的关键因素。但在现实中,这种偏好往往存在信息不对称,并且双方都有夸大损失、淡化收益的动机。文中假设地方政府和高污染行业企业转型的过程中具备独立性与客观性的特征,这时各方的博弈属于非合作博弈,即博弈各方都从理性视角选取各自收益最佳的战略,此时地方政府和高污染行业企业的非合作博弈均衡就是一种纳什平衡。

表2 政府与企业博弈的策略矩阵

2.3 模型构建

从青海省政府的角度考虑企业的低碳化转型,政府在政策的驱动下要达到两个目标,分别是保护环境、绿色低碳和经济发展并存。要达到保护环境,必须杜绝高污染企业,而对于企业来说,高污染企业带来的利润大于低碳企业时,必定会倾向高污染企业,企业和政府双方的博弈属于非合作博弈,最终达到一个纳什均衡。

假定忽略策略环境其他人的选择方式,仅仅考虑政府和企业的行为,从而找到双方利益最大化的纳什均衡点,据此建立博弈模型。

依据相关政策,为政府提供一个促进企业从高污染行业转行到绿色低碳行业的激励手段,即低碳补贴政策。假定对于企业来说,企业利润为q,企业从事高污染行业时,设超出省内企业碳排放量标准的碳排放总值为n,碳税率为t1,所以碳税的费用为T1=n×t1。企业从高污染行业转型为绿色低碳行业时,碳排放量为m,碳税为t2,碳税费用为T2=m×t2(t1>t2)。地方政府为鼓励企业进行低碳化转型,给予低碳企业每平方碳补贴率为a,即低碳补贴A=m×a。企业低碳排放技术成本为c1。对于地方政府而言,企业经营纳税率为t3,税收T3=t3×q,碳税为T1=n×t1。对企业而言,政府对企业转型的投入成本为c2,获得的政府影响力收益为W。模型参数说明如表3所示。

表3 模型参数说明

假设地方政府和高污染行业企业都存在完全信息的状态下,那么地方政府和企业的相关收益如表4所示。

表4 收益

构建复制动态方程,把地方政府采用促进低碳化转型策略概率设为X,则不促进转型策略概率为1-X;将企业采用绿色低碳转型策略概率设为Y,则采用高污染企业的策略概率为1-Y。

地方政府促进的期望

U1=Y(t3×q+m×t2+w-m×a-c2)+

(1-Y)(t3×q+n×t1-c2).

(1)

不促进的期望

U2=Y(t3×q+w)+(1-Y)(t3×q).

(2)

平均期望

(3)

地方政府的复制动态方程为

(1-X)U2]=X(1-X)(U1-U2).

(4)

把U1和U2代入方程,整理可得

n×t1)+n×t1-c2].

(5)

企业低碳化的期望

U3=X(q-m×t2-c1+m×a)+

(1-X)(q-c1).

(6)

高污染的期望

U4=X(q-n×t1)+(1-X)q.

(7)

平均期望

(8)

企业的复制动态方程为

(1-Y)U4]=Y(1-Y)(U3-U4).

(9)

把U3和U4代入方程,整理可得

t1-m×t2)-c1].

(10)

结合地方政府和企业的复制动态方程,可以得到博弈复制动态系统

(11)

求解此方程组,得到5个均衡点,分别是(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)、(x*,y*)。其中,(x*,y*)中x*=c1/(m×a+n×t1-m×t2),y*=(c2-n×t1)/(w+m×t2-m×a-n×t1)。根据地方政府和企业的复制动态方程得到的5个均衡点,不一定都是稳定存在的,下面以雅克比矩阵为媒介分析此方程的稳定性。

J=

矩阵J的行列式(交叉相乘相减)

detJ=(1-2X)[Y(w+m×t2-m×a-

n×t1)+n×t1-c2](1-2Y)[X(m×a+

n×t1-m×t2)-c1]-X(1-X)(w+

m×t2-m×a-n×t1)Y(1-Y)(m×a+

n×t1-m×t2).

矩阵J的迹为(交叉相加)

trJ=(1-2X)[Y(w+m×t2-m×a-

n×t1)+n×t1-c2]+(1-2Y)[X(m×a+

n×t1-m×t2)-c1].

根据雅克比矩阵相关定义,当detJ>0、trJ<0时才是稳定点,这个点就是系统的稳定策略。detJ<0的均衡点是鞍点,剩余的均衡点是不稳定点。

下面分别求出5个均衡点的雅克比矩阵的detJ和trJ,如表5所示。

表5 公式对应

根据地方政府和企业双方的不同取值范围,即n×t1-c2,m×a+n×t1-m×t2-c1的大小。

1)当n×t1-c2<0,m×a+n×t1-m×t2-c1<0时,系统4个均衡点 (0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)中,只有均衡点(0,0)满足detJ>0且trJ<0,是模型中的ESS。当地方政府对高污染行业转型的监督收费大于企业从事高污染所缴纳的碳税,而高污染行业如果转型为低碳行业所需要的技术成本加上低碳行业碳税大于低碳补贴和高污染碳税时,演化稳定策略当地政府不支持,企业不积极转变。

2)当n×t1-c2<0,m×a+n×t1-m×t2-c1>0时,系统4个均衡点(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1) 满足detJ>0且trJ<0的有(0,0)、(0,1),是系统的演化稳定策略ESS。当地方政府对企业转型的投入监督费用低于企业高污染的碳税费用,低碳补贴和高污染碳税费用大于低碳技术成本加上低碳税费用时,两个均衡策略中可能选择的策略一个是地方政府不投入监督费用,高污染行业企业不愿意进行转型;另一个策略是选择高污染行业企业愿意主动进行转型,地方政府不投入监督费用。

在这两种策略结果发生时,演化博弈的选择一般来自原始策略:一种是高污染产业通常不希望实现转型;另一种战略选择是高污染产业公司希望主动实现转型,但地方财政并不支持或监督收费。当2个战略结果同时出现时,演化博弈的战略选择通常来源于原始决策。在原始策略中有两种情况,地方政府政策偏向于不愿意投入或增加监督费用和偏向于积极推动转型,这时演化博弈有2种可能的均衡结果:一种可能的均衡结果是地方政策不够积极,企业不能积极转变;另一种可能的均衡结果是中小企业在地方政策积极鼓励下实现转变。

3)当n×t1-c2>0,m×a+n×t1-m×t2-c1<0时,系统4个均衡点(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1)中均衡点(1,0)满足detJ>0且trJ<0,是系统的演化稳定策略ESS。当地方政府对企业转型的促进监督费用低于企业高污染的碳税费用,低碳技术成本加上低碳税费用大于低碳补贴和高污染碳税费用时,无论高污染企业是否愿意积极转变,地方政府推动的转型收益高于企业不推动的转型收益,所以地方政策选择积极推进。无论地方政府是否支持转型,高污染行业的利润高于低碳行业的利润,那么企业必定不会选择低碳化转型。因而此时博弈均衡状态为地方政府积极鼓励,但相关企业不愿意转变。

4)当n×t1-c2>0,m×a+n×t1-m×t2-c1>0时,系统4个均衡点(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1) 中均衡点(1,1)满足detJ>0且trJ<0,是系统的演化稳定策略ESS。当地方政府对企业转型的促进监督费用低于企业高污染的碳税费用,低碳技术成本加上低碳税费用低于低碳补贴和高污染碳税费用时,无论高污染企业是否愿意积极转变,地方政府推动的转型收益高于企业不推动的转型收益,所以地方政策选择积极推进。无论地方政府是否支持转型,高污染企业转型后的利润都高于未转型的企业,企业必然会选择主动转变。此时博弈的均衡结果为地方政府积极鼓励,企业主动配合转型工作。

3 数值仿真分析

为进一步研究青海省地方政府与相关企业的演化博弈关系,采用Matlab软件对以上博弈分析进行数值仿真。

1)通过博弈分析,由地方政府和企业双方的不同取值范围、设定的条件分析可知,当n×t1-c2<0,m×a+n×t1-m×t2-c1<0时,系统4个均衡点(0,0)、(0,1)、(1,0)、(1,1) 中,当均衡点(0,0)满足detJ>0和trJ<0时,满足稳定策略点条件,逐步向均衡点(0,0)演化。设定满足n×t1-c2<0,m×a+n×t1-m×t2-c1<0的参考值n=100、t1=0.1、t2=0.05、c1=40、c2=20、m=40、a=0.3、w=60进行仿真,得到如图1、图2所示的演化结果。

图1 初始值X=0.2,Y=0.8时向(0,0)的变化趋势

当初始状态为X=0.2,Y=0.8时,如图1所示,随着时间的变化,地方政府主动促进高污染行业转型的概率X从初始概率 0.2到0,企业绿色转型的概率Y从初始概率0.8逐渐平稳下降到 0,进而形成系统均衡点(0,0),即地方政府不主动促进,行业企业不进行绿色转型。此时的原因可能是企业进行低碳化转型所需要支付的技术成本过高,碳补贴费用较低,企业不转型所需要缴纳的碳排放费用低于技术成本,所以在持续的演化博弈过程中从企业的角度出发,实现本身利益最大化的策略就是不进行转型。

当初始状态为X=0.8,Y=0.2时,如图2所示,随着时间的变化,在这种演化和博弈的过程中,地方政府为主动推进企业高排放污染的产业绿色转型的概率X会从其初始概率 0.8到0,企业绿色转型的概率Y从初始概率0.2到0,从地方政府视角出发,为进一步节约和促进地方企业绿色转型的成本,会开始逐步趋向类似于政府不管不问的状态。在这个情形下,演化博弈的均衡结论是地方政府不促进,企业不进行低碳化转型。

由图3可得出,设定参考值的情况下,无论X和Y如何取值,初始值为任何状态时,系统都会逐渐向点(0,0)进行演化,此时(0,0)代表的就是地方政府不主动促进,高污染企业不进行转型。

图3 策略双方不同初始值向(0,0)的动态演化

2)设定满足n×t1-c2<0,m×a+n×t1-m×t2-c1>0的参考值n=100、t1=0.25、t2=0.1、c1=40、c2=40、m=40、a=0.6、w=60时,进行数值仿真,得到如图4、图5的演化结果。

图4 初始值X=0.9,Y=0.2时向(1,1)的变化趋势

图5 初始值X=0.3,Y=0.8时向(0,0)的变化趋势

由图4和图5可得出,设定参考值的情况下,假设初始状态为X= 0.9,Y= 0.2,仿真结果显示,地方政府促进转型概率X从初始概率 0.9逐渐平稳上升到 1,企业转型的概率Y从初始概率0.2逐渐平稳上升到1,进而形成系统均衡点 (1,1),此时,地方政府主动促进,企业愿意进行低碳化转型。

假设初始状态为X= 0.3,Y= 0.8,仿真结果显示,地方政府促进转型概率X从初始概率0.3逐渐平稳下降到0,企业转型的概率Y从初始概率0.8到0,进而形成系统均衡点 (0,0),此时,地方政府不作为,企业不愿意进行低碳化转型。由此可以看到不同的初始状态得到的均衡策略不同,所以最终演化博弈有两个可能的均衡结果:一个可能的均衡结果是地方政府不主动促进,企业也愿意去转型;另一个可能的均衡结果是企业在地方政府的促进下转型为绿色企业。

3)设定满足n×t1-c2>0,m×a+n×t1-m×t2-c1<0的参考值n=100、t1=0.25、t2=0.05、c1=40、c2=20、m=40、a=0.3、w=60时,进行数值仿真。

当初始状态为X=0.2,Y=0.8时,如图6所示,随着演化时间的变化,地方主动促进企业转型的概率X从初始概率0.2快速到1,企业进行低碳化转型Y的初始概率0.8逐渐下降为0,最终达到系统均衡点(1,0),即地方政府主动促进行业转型,企业不愿意进行低碳化转型。此时,地方政府主动促进低碳化转型的监督费用较低,而向企业收取的碳排放费用较高,所以从政府的角度看,政府愿意主动促进行业转型。

当初始状态为X=0.8,Y=0.2时,如图6所示,随着演化时间的变化,地方政府主动促进企业转型的概率X从初始概率0.8到1,企业进行低碳化转型Y的初始概率0.8,从企业的角度看,碳排放费用高于碳补贴以及低碳技术成本,无法实现利益最大化,所以即使地方政府主动促进,企业也不进行转型。

由图6可得出,设定参考值的情况下,无论X和Y如何取值,初始值为任何状态时,系统都会逐渐趋向点(1,0),此时(1,0)代表的就是地方政府主动促进,高污染行业企业不进行转型。

4)设定满足n×t1-c2>0,m×a+n×t1-m×t2-c1>0的参考值n=100、t1=0.5、t2=0.05、c1=40、c2=20、m=40、a=0.3、w=60时,进行数值仿真,得到如图7和图8所示的演化结果。

图8 初始值X=0.8,Y=0.2时向(1,1)的变化趋势

当初始状态为X=0.2,Y=0.8或X=0.8,Y=0.2时,随着演化时间的变化,地方主动促进企业转型的概率X不管是从初始概率0.2还是0.8,最终都会上升到1,企业进行低碳化转型Y的初始概率0.8或0.2也上升到1,此时达到系统均衡点(1,1),即地方政府主动促进行业转型,企业愿意进行转型。因为此时博弈双方都达到利益最大化,企业不转型的碳排放费用大于转型后的技术成本以及转型补贴费用,政府的经济和环境收益都远高于不促进时,所以此时双方的策略为地方政府主动促进,企业进行绿色转型。

由图9可得出,设定参考值的情况下,无论X和Y如何取值,初始值为任何状态时,系统都会逐渐向点(1,1)进行演化,此时(0,0)代表的就是地方政府主动促进,高污染行业的企业进行绿色转型。

图9 策略双方不同初始值向(1,1)的动态演化

4 结论与建议

4.1 研究结论

1)碳排放的费用对企业转型有很重要的影响。其高低影响了企业低碳化转型的动力,碳排放费用高,绿色转型对企业就有一定的吸引力,间接帮助政府督促企业进行转型,另外,在企业转型为绿色低碳企业时,地方政府给予一定的经济补贴,对企业而言,也是促进转型的方式之一。

2)从地方政府的角度出发,一旦使企业转型成本较低,无论企业是否愿意进行低碳化转型,都会主动促进这一事件的发生,如果企业转型成功,地方政府会达到“十四五”时期的减排目标,得到国家政策补贴和环境效益,如果转型不成功,政府也会收到高额的碳排放费用以及较高的公信力。

3)从企业角度出发,如果从高污染企业转型到绿色低碳企业的技术成本高于碳排放费用的收益,那么无论企业是否被督促,都不会愿意转型,此时,地方政府可以从降低技术成本方面去考虑如何解决转型问题。

4.2 政策建议

1)国家的相关政策建议和法律规定决定地区的生态发展程度。黄河流域各省份应结合国家政策,因地制宜地立足于源头来推进高水平生态保护,重点实施高污染行业绿色低碳转型,从而做到经济与生态两手抓。

2)以青海省为例,湟水流域绿色发展水平有待继续提升,工业结构仍然偏重偏粗,能源高耗型和资源依赖型企业占比高,新增主要污染物总量指标与经济发展需求仍存在矛盾。为使黄河流域未来的发展达到预期目标,国家以及省级财政给予强有力的经济支持,加大“以奖促防”“以奖促治”资金支持力度。

3)通过以上研究发现,绿色低碳行业转型需要大量的技术支持,但中小企业无法承担高额的技术成本支出,此时,可以湟水流域支流为试点,鼓励投资者以加盟合作方式进行投资引流,通过放宽投资者经营期权限范围引进相关技术人才来促进黄河文化的生态环境保护与经济高质量发展。