預測環境政策的邊際減排成本——一個新的方法

原文信息：

Meng, Kyle C. 2017. "Using a Free Permit Rule to Forecast the Marginal Abatement Cost of Proposed Climate Policy." American Economic Review, 107(3): 748-84.

引言

選擇是人類生活中最常見的問題，而選擇對於政策制定者來說更為艱難。當他們面對可能產生未知但大範圍影響的政策時，如何決議是否通過該項政策提議呢？

如同理性經濟個體的選擇行為，當政策制定者決議是否通過一項政策時，預測這項政策可能產生的成本和收益是決定因素。本期推送的文章為政策的成本-收益分析提供了分析框架。利用美國一項2009年至2010可能通過但最終未能實施的環境政策法案——Waxman-Markey法案，構建RD模型和邊界分析模型進行經驗分析，得出了該項環境政策可能產生的邊際減排成本。該方法能夠實施的原因在於Waxman-Markey氣候法案所具有的3個特徵：Waxman-Markey氣候法案的核心是排污許可權額交易體系，在該體系下，污染許可證的均衡價格會等於該項政策實施產生的邊際減排成本；其次，Waxman-Markey法案提出了一個前所未有的免費許可證分配規則——污染排放強度高於5%的企業可獲得免費的排污許可證，反之則需購買，使得其可以使用斷點回歸估計該項政策對污染排放強度在5%兩側的企業的股票收益產生的影響；最後，Waxman-Markey法案在預測市場上的可用性使得可以通過股票收益變動來獲取該政策產生的市場預期影響。在本文的分析框架下，Waxman-Markey法案下市場預期2015年的邊際減排成本的上下邊界分別為$5和$19每噸co2，這比通過CGE模型分析得到的結果要更窄，並且具有更小的平均值。

本文的主要貢獻在於首次提出了一個不同於可計算一般均衡模型（CGE models）的邊際減排成本預測模型，而可計算一般均衡模型難以測算環境政策可能觸發的技術改進對邊際減排成本的影響；並首次利用預測市場中的價格來進行預測環境政策的邊際減排成本。

背景

Waxman-Markey法案是限額排放交易體系下的一個環境政策法案，該項法案規定那些最近能源排放強度高於5%且貿易強度高於15%的製造業部門的企業可以獲得免費的排污許可證，而其他則需自行購買。從2012年到2025年，免費的排污許可證會根據該企業的產出和該企業所在行業的能源排放強度來逐年發放，並於2026年至2035年逐步淘汰該項政策。Waxman-Markey法案在2009年6月26日通過了美國眾議院表決，且在不久之後美國參議院又通過了一項與該項法案互補的限額交易法案，但是該法案最終未能通過2010年6月22日美國眾議院的決議，未能實施。Waxman-Markey法案中對5%限額左右的企業採取不同的許可證發放措施以及將實施卻最終未能實施的事實為邊際減排成本分析提供了很好的自然實驗。本文通過構建RD模型捕獲了公司股票收益在5%能源強度附近的變動（jump），並利用預測市場價格將這種變動映射入結構參數得到許可證的價格也就是Waxman-Markey法案的邊際減排成本。

具體來說，本文基本的建模思路基於以下幾個假設：首先，在標準理論假設下，環境政策的邊際減排成本應該等於限量排放交易體系下污染排放許可證的均衡價格；其次，由於Waxman-Markey法案提出讓部分符合條件的企業可以擁有免費的污染排放許可證而不符合條件的企業需自行購買排放許可證，這無疑會影響不同公司的股票收益。通過斷點回歸就可以得到免費獲得排放許可證的企業和未免費獲得排放許可證的企業股票收益率的差異，而這與排放許可證的價格以及邊際減排成本相關。最後，由於Waxman-Markey法案並未正式實施，因而只能通過估算市場對法案可能實施而做出的反應來估算其對股票收益率的影響，而市場對法案可能實施的信念可以通過預測市場上許可證的價格變動來測算。當市場上認為法案可能實施時，預測市場上的契約價格將增高；反之，契約價格則會降低，這將間接得出法案可能實施的概率。根據這三個假設和特徵就可以預測一項未實施的政策可能帶來的邊際減排成本了。

再次解釋本文中預測市場在分析環境政策邊際減排成本中的作用。2009年5月1日到2010年12月31日， the online trading exchange Intrade發起了一項針對美國限額交易系統前景的契約，該項契約的內容為針對污染排放交易的限額交易政策將會在2010年12月31日午夜之前通過並付諸實施。圖1反映了該契約簽訂後在市場上的價格，而這也反映了市場對於該契約將被實施的信念，縱軸中$0.5表明市場參與者認為該項契約在2010年底之前有50%的可能將被付諸實施。因此，當一項政策並未確定實施時，市場對於政策實施可能性的預期可以通過預測市場價格觀察到，從而解決未實施的環境政策邊際減排成本的預測問題。通過利用預測市場價格和公司股票收益變動一起就可以從市場的角度測算得出這項政策實施後可能對企業產生的邊際減排成本。

圖1

主要內容

根據以上建模的思路，本文首先在政策不確定的情況下構建了構建一個簡化的RD模型，利用Waxman-Markey法案的相關數據進行實證並進行穩健性檢驗，得出了該項政策下擁有免費排污許可證和沒有免費排污許可證的公司股票收益的差異；在此基礎上，本文構建了一個結構模型將RDD中的參數映射到Waxman-Markey法案的編輯減排成本上，並將其與CGE模型的估價值進行對比。

公司的股票收益和限額排放交易契約的市場價格都是可獲取並且在沒有免費污染排放許可證制度的情況下都依時序連續的，因此將t時點上j部門i企業的股票收益定義為，t時點上限額交易預測市場上的價格定義為。對於市場上的典型交易者，P是市場上在任意時點可能實施的全部政策，W是在包含在預測市場中2010年底通過實施的限額交易政策的子集，剩下的非限額交易預測市場中的政策就定義為O，它包括非環境政策以及在2010年第通過實施的限額交易政策。因此，，和分別為預測市場中限額交易政策條件下的企業市值以及除預測市場中限額交易政策外其他政策條件下的企業價值，這兩項之和記為公司i在時間t 企業價值。

（1）

（2）

其中，可以將理解為污染限額交易政策相對其他政策對公司價值影響的差異百分比，進一步可將其理解為污染限額交易政策對企業的影響。將（1）和（2）取對數後相減可以得到經濟企業i的股票收益為。其中當很小時，：

（3）

再利用斷點回歸，將污染限額交易政策對企業價值產生的影響分解為排污許可證制度對企業價值產生的平均影響，以及企業、時間變化對其產生的其它影響。

（4）

其中，為一個指示變數，當時，相當於在j部門的i企業的能源強度要高於5；而當時相當於屬於j部門的i企業的能源強度要低於5，因此β衡量了限額交易政策對獲得免費污染排放許可證的企業和未獲得免費污染排放許可證的企業的不同影響。將（4）式代入（3）則可以得到：

（5）

可以看到公式（5）中有和的交乘項，因而RDD的識別需要滿足以下兩個連續性假設：

假設1：在處是連續的，即如果沒有免費的排污許可證制度限額交易政策的影響在能源排放強度0.05處應該是連續的，其中為能源排放強度。假設2：在處應該是連續的，即在除限額交易政策外的其它政策下，股票收益在能源強度0.05處應該是連續的。在這兩個假設下，對β的無偏估計為：

（6）

數據及實證結果

本文根據CRSP2009年5月1日到2010年12月30日的數據構建一個每兩天為一期的製造部門企業股票收益的面板數據集，並在截面層面將樣本限制在限額交易政策下貿易強度高於15%的企業。由於Wolfers 和Zitzewitz(2006)提出在一定的效用方程下，當預測市場價格低於$0.2或者高於$0.8時會產生冷門偏好誤差，因此將時間序列尺度上的樣本限制在預測價格為$0.2-$0.8之間。

由於方程（5）是在5%周邊一定帶寬處進行估計，因此在此帶寬內的企業的股票收益也會隨著能源強度而變動，因此本文借鑒Hahn，Todd，Van der Klaauw(2001)的辦法考慮一個多元回歸來模擬方程（5），如下：

（7）

其中，,它能使閾值兩邊的函數參數不同。是一系列控制變數，總共考慮了六套控制變數。在用面板數據進行參數估計前，文章首先用時間序列數據和橫截面數據對β進了估計，採用兩步法估計。在時間序列數據進行估算的時候，將對方程（7）的估計換成對方程（8）和（9）進行兩步估計來完成，

（8）

（9）

其中為在時間t時5%閾值兩邊的企業的股票收益差，它是未經過限額交易政策影響調整的。

圖2

可以看到圖2中，在2007-2009這個時間段基本接近0，而2009年6月之後開始出現一個急劇的上升，2010年末又回到0。而方程（9）在樣本期間對β的估計值為0.07。然後本文又對橫截面的角度進行估計，同樣得到β的估計值為0.07，因而可知在這兩個模型下，在5%的閾值上的確存在一個0.07的中斷，為面板數據分析提供了基礎。由於面板數據比時間序列數據以及橫截面數據具有更好的樣本變異，表1為加入不同控制變數而形成的對β的估計：

表1

面板估計中的估計帶寬為2%-4%，因此其對β的估計也在7%-9%之間。之後，文章對回歸結果進行了穩健性檢驗。首先，選取4%、6%以及7%作為閾值後發現對β的估計僅在5%處存在統計上顯著的不連續。其次，由於預測市場屬於交易清淡的市場可能使回歸結果產生偏差，但由於不可能完全消除由於交易清淡對回歸結果造成的影響，於是對經典測量誤差、可乘性偏差和可乘性偏差進行檢驗發現，在方程（7）中加入企業固定效應解決了可加性偏差的問題，並且在假定測量誤差存在的情況下，方程（7）加入和交乘項比不加入有更低的衰減偏誤，通過檢驗方程（12）如下：

（12）

其中就是顯示預測市場中可能出現的扭曲是否影響到了斷點回歸的結果，同樣其在統計上是不顯著的。

在得到了由公式（7）中β衡量的污染限量交易政策對閾值兩側企業的股票價格影響的差異後，文章進一步通過構建一個結構參數將β映射到Waxman-Markey法案下的邊際減排成本，從而得到關於環境政策減排成本的預測結果。

根據標準的理論假設，任何時期限額交易政策下排污許可證的均衡價格應該等於那個時期滿足總限額要求的全部邊際減排成本，並且允許排污許可證自由借貸和交易的制度使得許可證的價格會隨利率變化，因此必須要知道排污許可證在最初的價格才能知道其隨時間的變化路徑以及全部的邊際減排成本，因此文章用表示Waxman-Markey法案下排污許可證的最初的價格。作者提出一個限額交易管制的標準模型，在該模型中環境政策整個周期的總排放量是固定的，。根據Rubin（1996），產出和許可證市場是完全競爭的，免費排污許可證一整套的方式分配，在這種情況下，對於任一預測市場中的限額交易政策，j部門的企業i在交易期間的最佳價值是：

（13）

是整個環境政策周期中企業i所有的全部排污免費許可證，F表示可以別分配免費排污許可證的企業。是測算環境政策邊際減排成本的目標參數，但是由於，可能包含除WaxmanMarkey之外的其它政策，同時也與時間t相關，因為參數的估計結果並不等於Waxman-Markey法案下邊際排污成本。為了得到，文章提出了三個假設：

對於接受了免費許可證的企業來說，假設3使得方程（2）中的限額交易政策影響可以被解釋為Waxman-Markey法案帶來的影響，運用（13）得到：

（14）

其中方程中的第一項捕捉了Waxman-Markey法案下積累的免費排污許可證的貼現值。在中，反映了2009年到2010年每天面臨的總衝擊，而這可能影響未來的邊際減排成本，為了得到t不變的許可證的價格，文章進一步提出每日的總衝擊不會系統性地影響the Waxman-Markey的許可證初始價格也不會影響沒有該法案時的公司價值。即假設4：

在這4個假設下，就可以將β映射到Waxman-Markey法案下的排污許可證的初期價格上了：

（15）

（16）

（17）

重新整理（17），便得到衡量Waxman-Markey法案邊際減排成本的目標參數：

（18）

其中，N和T分別為是接受免費排污許可證的企業的數量以及估計樣本中的交易天數。

是在Waxman-Markey法案實施的條件下企業i在整個政策實施周期分到的免費排污許可證的總數量，而它並不是可以直接觀察到的，因此本文採用邊界分析對其進行估計，使用最近污染排放趨勢。採取Horowitz 和 Manski (2000)提出的最好和最壞的情況作為邊界分析的邏輯基礎，作者考察了製造業部門2006-2010年污染排放的歷史數據並獲取了該期間最低和最高的減排率，並將這兩種排放率中的任一一個運用到受處理的企業並得到了2012到2025這些企業的污染排放路徑，也就得到了所需要的積累的排放許可。最終結果是，當使用減排表現最差的部門的減排率便得到一個低的邊際減排成本$4.88，而使用減排表現最好的部門的減排率便得到一個高的邊際減排成本$18.65。

在得出標準模型下的邊際減排成本的邊界後，文章放寬之前分析的前提假設，探討可能存在的對標準的偏差。

首先，改變原標準假設中限額交易模型關於無限制地借貸排污許可證的假設，因為在Waxman-Markey法案中雖然不限制許可證的借貸但是公司借入排污許可證需要每年支付0.08的成本。由於要知道許可證的借貸限制是否存在就必須知道準確的預測借貸政策實施期間對許可證的需求，而這是難以實現的。因此，本文繼續使用邊際分析法考慮如果借貸許可證在實施期間不被限制則許可證的價格只會隨利率變動，而如果政策期間借貸許可證被限制，則許可證的價格至少會以利率以上的比率增長。因此，假設借貸許可證的限制會在政策期間的任一時期產生一個價格上限，當政策期間的每個時期都有借入許可證的限制的話，則方程（15）可以重新寫為：

（19）

從（19）式可以看出，給定β，如果限制許可證的借貸，排污許可證的初始價格會提高。具體來說，在限制許可證借貸的條件下，2015年的邊際減排費用的上下界限分別為$8.41和$24.99每噸co2。

其次，在標準模型假設中，免費的排污許可證是一次性發放的而實際上在Waxman-Markey法案下，排污許可證的發放是根據企業每年的產情況確定的，當這一假設條件放寬，每年企業i所獲得的排污許可證應該為：

（20）

這表明企業每年獲得排污許可與其產量是成正比的，因此β所衡量的也不僅僅是免費排污許可證帶來的股票收益的變動，還包括企業自身的產出增加的影響。

結論

總的來說，本文提供了預測一個可能實施的環境政策的市場期望邊際減排成本的經驗研究方法。在本文的分析框架下，Waxman-Markey法案下市場預期2015年的邊際減排成本的上下邊界分別為$5和$19每噸co2，這比通過CGE模型分析得到的結果要更窄，並且具有更小的平均值。

Abstract

This paper develops a method for forecasting the marginal abatement cost (MAC) of climate policy using three features of the failed Waxman-Markey bill. First, the MAC is revealed by the price of traded permits. Second, the permit price is estimated using a regression discontinuity design (RDD) comparing stock returns of firms on either side of the policy s free permit cutoff rule. Third, because Waxman-Markey was never implemented, I extend the RDD approach to incorporate prediction market prices which normalize estimates by policy realization probabilities. A final bounding analysis recovers a MAC range of $5 to $19 per ton CO2e.

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本期小編：李兆辰

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