排污權(quán)交易的網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制設(shè)計

王雅娟，殷志平

(武漢科技大學(xué)管理學(xué)院，湖北 武漢，430081)

排污權(quán)交易的網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制設(shè)計

王雅娟，殷志平

(武漢科技大學(xué)管理學(xué)院，湖北 武漢，430081)

在多個排污權(quán)交易者隨時到達(dá)拍賣平臺投標(biāo)并隨時離開拍賣平臺的前提下，采用網(wǎng)上雙邊拍賣模式對排污權(quán)交易進(jìn)行建模，并設(shè)計了一種公平、有效的拍賣機(jī)制。該機(jī)制不僅能在完全未知將來投標(biāo)序列的情況下立即對當(dāng)前投標(biāo)做出分配和支付的決策，而且滿足激勵相容性、個體理性、實(shí)時出清和弱預(yù)算平衡的要求，使得排污權(quán)從治理成本低的污染者流向治理成本高的污染者，從而降低了全社會的污染治理成本。最后通過一個排污權(quán)交易的算例描述了如何實(shí)現(xiàn)本文提出的網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制。

排污權(quán)交易；雙邊拍賣；拍賣機(jī)制；激勵相容性；污染治理

目前，排污權(quán)交易已成為我國環(huán)境保護(hù)的重要手段之一，其最大的作用是通過市場手段使排污權(quán)從治理成本低的污染者流向治理成本高的污染者，從而降低全社會的污染治理成本，提高企業(yè)治污減排的積極性[1-3]。然而在排污權(quán)交易中，排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方和受讓方為追求最大收益，均有隱藏其真實(shí)治污成本的動機(jī)，這使得排污權(quán)交易市場存在信息不對稱性。由于排污權(quán)交易的市場結(jié)構(gòu)是“多對多”的，即允許多個排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方和多個排污權(quán)受讓方參與，故可以借助雙邊拍賣的理論和方法設(shè)計一種排污權(quán)交易機(jī)制，以激勵排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方和受讓方披露其真實(shí)的治污成本，從而實(shí)現(xiàn)排污權(quán)的有效分配。Ledyard等[4]證明了雙邊拍賣機(jī)制能有效抑制排污權(quán)交易中市場勢力對競爭均衡的偏離；卜國琴[5]針對排污權(quán)交易市場，利用實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究方法得出雙邊拍賣較分散交易有更高的市場效率；王先甲等[6]針對排污權(quán)交易市場設(shè)計了一種具有激勵相容性的雙邊拍賣機(jī)制；周朝民等[7]研究了傭金約束條件下的排污權(quán)雙邊拍賣機(jī)制。然而，上述文獻(xiàn)均是基于離線雙邊拍賣理論與方法的研究，即政府在收到所有的投標(biāo)之后進(jìn)行分配和支付決策，故所有的排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方和受讓方都必須在交易中心等待一段時間直到所有投標(biāo)集齊，這將導(dǎo)致時間、機(jī)會等一系列成本的增加。

隨著互聯(lián)網(wǎng)和電子商務(wù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)上拍賣已經(jīng)成為一種重要的交易機(jī)制。網(wǎng)上雙邊拍賣除繼承離線雙邊拍賣的基本特點(diǎn)外，還具備了許多新特點(diǎn)，如投標(biāo)者分布于世界各地、投標(biāo)者可在拍賣周期內(nèi)的任意時間到達(dá)拍賣平臺投標(biāo)和離開拍賣平臺，同時，拍賣組織者接收到每個投標(biāo)后須立即針對該投標(biāo)者做出是否交易以及如何支付的決策[8]。因此，基于網(wǎng)上雙邊拍賣的排污權(quán)交易可消除時間和空間的限制，減少交易成本，擴(kuò)大市場交易份額，使排污權(quán)交易更加公平、公正和有效。目前，排污權(quán)交易的研究領(lǐng)域還未涉及網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制，且現(xiàn)有的網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制[9-11]也未考慮排污權(quán)交易的特點(diǎn)。

本文基于前人研究成果，擬設(shè)計一種適用于排污權(quán)交易的網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制。該機(jī)制不僅能在完全未知將來投標(biāo)序列的情況下立即對當(dāng)前投標(biāo)做出分配和支付的決策，而且保證了實(shí)時出清和弱預(yù)算平衡，從而為達(dá)成交易的排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方和受讓方在各自的離開時間分別獲得支付和排污權(quán)創(chuàng)造了條件。同時，該機(jī)制能吸引排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方和受讓方自愿參與，激勵他們報告真實(shí)的到達(dá)時間、單位治污成本及離開時間，實(shí)現(xiàn)了排污權(quán)公平、有效的配置。最后，通過一個算例驗(yàn)證本文提出的網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制的可操作性。

1 若干假設(shè)與分析

(1) 假設(shè)政府在有限、離散的時間周期Η={0,1,…,T}上采用密封價格拍賣的形式實(shí)施排污權(quán)交易?，F(xiàn)有m個排污權(quán)受讓方(以下簡稱買方)和n個排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方(以下簡稱賣方)參與，記買方集合和賣方集合分別為I和J，且每個賣方出售單位不可分排污權(quán)，每個買方申購單位不可分排污權(quán)。單位化的處理使得市場中被拍賣的排污權(quán)具有一致性，如假定1年排放10 t污染物為1個單位的排污權(quán)。

(2) 買方i(i∈I)的私人類型可表示為一個有序三元組θi=(ai,di,vi)∈Η×Η×[0,ω]，其中，ai和di分別為買方i進(jìn)入和離開網(wǎng)絡(luò)電子拍賣平臺的時間，vi為買方i的單位治污成本(以下簡稱單位成本)。賣方j(luò)(j∈J)的私人類型同樣可表示為一個有序三元組θj=(aj,dj,cj)∈Η×Η×[0,ω]，其中cj為賣方j(luò)的單位治污成本。政府規(guī)定的最長等待時間為Δ，故di≤ai+Δ，dj≤aj+Δ。

(4) 排污權(quán)交易的目標(biāo)是使排污權(quán)從治理成本低的污染者流向治理成本高的污染者，從而降低全社會的污染治理成本。在完全信息條件下，該目標(biāo)可通過如下優(yōu)化模型實(shí)現(xiàn)：

(1)

式中：rij為買方i與賣方j(luò)交易成功時所需承擔(dān)的交易成本；xij為二元選擇變量，其值為1時表示買方i與賣方j(luò)交易，其值為0時表示買方i未與賣方j(luò)交易。約束條件式(2)～式(4)保證任意買方或賣方至多交易單位排污權(quán)。

然而，在實(shí)際的排污權(quán)交易市場，買方和賣方均有可能謊報類型，上述模型并不能實(shí)現(xiàn)排污權(quán)交易的目標(biāo)。因此，本文在該模型的基礎(chǔ)上設(shè)計了一種滿足激勵相容性、個體理性、弱預(yù)算平衡和實(shí)時出清要求的網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制。其中，激勵相容性是指買賣雙方真實(shí)報告其類型是各自的最優(yōu)策略；個體理性是指買賣雙方參與拍賣機(jī)制的效用非負(fù)；弱預(yù)算平衡是指所有賣方獲得的支付之和不能超過所有買方轉(zhuǎn)移的支付之和；實(shí)時出清是指在任意時期所有買方獲得的排污權(quán)數(shù)量等于所有賣方出售的排污權(quán)數(shù)量，以避免空頭交易。

2 網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制

步驟(4) 更新t=t+1，若t∈Η，則重復(fù)步驟(2)到步驟(4)。

步驟(1) 初始化h=max{di-Δ,0}。

步驟(3) 更新h=h+1，若max{di-Δ,0}≤h

步驟(1) 初始化h=max{di-Δ,0}。

步驟(3) 更新h=h+1，若max{dj-Δ,0}≤h

3 網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制的特性

本節(jié)將證明網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制{xi,gi;yj,pj}在滿足激勵相容性、個體理性、弱預(yù)算平衡和實(shí)時出清的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)排污權(quán)交易的公平、公正和有效。

(1)激勵相容性

同理可知，網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制{xi,gi;yj,pj}對于賣方是滿足激勵相容性的。

(2)個體理性

(3)弱預(yù)算平衡

(4)實(shí)時出清

由網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制實(shí)施過程的步驟(3)可知，在任意的第t∈Η時期，共有k個買方和k個賣方達(dá)成交易，因此，在任意時期所有買方獲得的排污權(quán)數(shù)量等于所有賣方出售的排污權(quán)數(shù)量，網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制{xi,gi;yj,pj}滿足實(shí)時出清。

(5) 公平性

由于網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制{xi,gi;yj,pj}僅依賴于參與者的類型，且該機(jī)制滿足激勵相容性，可引導(dǎo)所有參與者真實(shí)報告他們的類型，避免了欺詐行為，從而使得所有參與者有同等的機(jī)會達(dá)成交易。同時，網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制{xi,gi;yj,pj}可消除時間和空間的限制，減少交易成本，且滿足個體理性，故可以吸引更多的企業(yè)自愿參與排污權(quán)交易。因此，網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制{xi,gi;yj,pj}體現(xiàn)了公平性。

(6)有效性

由網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制實(shí)施過程的步驟(3)可知，在任意的第t∈Η時期，前k個單位成本最高的買方與前k個單位成本最低的賣方達(dá)成交易，結(jié)合激勵相容性可知，網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制{xi,gi;yj,pj}實(shí)現(xiàn)了排污權(quán)從治理成本低的污染者流向治理成本高的污染者，降低了全社會的污染治理成本，提高了企業(yè)治污減排的積極主動性。

4 算例

假設(shè)時間周期Η={0,1,2,3}上有6個排污權(quán)受讓方和6個排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方參與SO2排污權(quán)交易，且每個排污權(quán)受讓方申購單位排污權(quán)，每個排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方出售單位排污權(quán)。單位排污權(quán)定義為一年內(nèi)向周圍空氣中排放10 t SO2的權(quán)力，最長等待時間Δ=2，單位治污成本的單位均為萬元。

假設(shè)排污權(quán)受讓方i的類型θi=(ai,di,vi)為：θ1=(0,1,3.3)、θ2=(0,1,3.4)、θ3=(0,2,5)、θ4=(1,2,4.2)、θ5=(1,2,3.2)、θ6=(1,3,3.3)；

假設(shè)排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方j(luò)的類型θj=(aj,dj,cj)為：θ1=(0,1,2.8)、θ2=(0,2,3.2)、θ3=(0,1,3.5)、θ4=(1,2,1.8)、θ5=(0,2,1.9)、θ6=(1,3,3)。

下面根據(jù)網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制的具體實(shí)施程序演示上述SO2排污權(quán)交易。

至此拍賣結(jié)束，排污權(quán)受讓方2獲得單位排污權(quán)，支付3.3萬元，排污權(quán)受讓方3獲得單位排污權(quán)，支付3.3萬元， 排污權(quán)受讓方4獲得單位排污權(quán)，支付3.4萬元；排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方1出售單位排污權(quán)，獲得3.2萬元，排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方4出售單位排污權(quán)，獲得2.8萬元，排污權(quán)轉(zhuǎn)讓方5出售單位排污權(quán)，獲得3.2萬元；政府獲得0.8萬元用來支付交易成本。

5 結(jié)語

本文針對由多個排污權(quán)受讓方和轉(zhuǎn)讓方組成的排污權(quán)交易市場，設(shè)計了一種網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制。和現(xiàn)有基于雙邊拍賣的排污權(quán)交易機(jī)制相比，其具有如下特點(diǎn)：①允許排污權(quán)受讓方和轉(zhuǎn)讓方在拍賣周期內(nèi)的任意時間到達(dá)網(wǎng)絡(luò)電子拍賣平臺進(jìn)行投標(biāo)或者離開網(wǎng)絡(luò)電子拍賣平臺，同時，在收到每個投標(biāo)后可立即針對該投標(biāo)做出分配和支付的決策，故消除了時間和空間的限制，減少了交易成本，擴(kuò)大了市場交易份額，有助于實(shí)現(xiàn)排污權(quán)交易的公平、公正和有效；② 滿足了激勵相容性和個體理性，保證了實(shí)時出清和弱預(yù)算平衡，使排污權(quán)從治理成本低的污染者流向治理成本高的污染者，從而降低了全社會的污染治理成本，提高了企業(yè)治污減排的積極性。通過一個算例表明該機(jī)制可操作性強(qiáng)，具有較高的應(yīng)用價值。

[1] 馬中,Dudek D,吳健,等.論總量控制與排污權(quán)交易[J].中國環(huán)境科學(xué),2002,22(1):89-92.

[2] 葉維麗,吳悅穎,張曉楠.“十二五”污染物總量控制下的排污權(quán)交易[J].環(huán)境經(jīng)濟(jì),2012(8)：36-38.

[3] 劉文琨,肖偉華,黃介生,等.水污染物總量控制研究進(jìn)展及問題分析[J].中國農(nóng)村水利水電,2011 (8):9-12.

[4] Ledyard J O,Szakaly-Moore K.Designing organizations for trading pollution rights[J].Journal of Economic Behavior and Organization, 1994,25(2):167-196.

[5] 卜國琴.排污權(quán)交易市場機(jī)制設(shè)計的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國工業(yè)經(jīng)濟(jì), 2010(3):118-128.

[6] 王先甲,黃彬彬,胡振鵬，等.排污權(quán)交易市場中具有激勵相容性的雙邊拍賣機(jī)制[J].中國環(huán)境科學(xué), 2010,30(6):845-851.

[7] 周朝民,李壽德.傭金約束條件下排污權(quán)雙邊叫價拍賣機(jī)制設(shè)計[J].上海管理科學(xué), 2012,34(3):104-106.

[8] Lavi R,Nisan N.Competitive analysis of incentive compatible on-line auctions[J].Theoretical Computer Science,2004,310(1-3):159-180.

[9] 殷紅,王先甲.網(wǎng)上雙邊拍賣機(jī)制設(shè)計及其實(shí)現(xiàn)[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐, 2004(10):110-116.

[10]Blum A, Sandholm T, Zinkevich M. Online algorithms for market clearing[J]. Journal of the ACM, 2006, 53(5): 845-879.

[11]Bredin J,Parkes D C,Duong Q. Chain: a dynamic double auction framework for matching patient agent[J]. Journal of Artificial Intelligence Research,2007,30:133-179.

[責(zé)任編輯 尚 晶]

Design of online double auction mechanism for emission trading

WangYajuan,YinZhiping

(College of Management, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081,China)

This paper models the emission trading as an online double auction under the condition that emission traders arrive at and depart from the auction platform dynamically, and proposes a fair and efficient auction mechanism. This mechanism can not only make allocation and payment decisions about current biddings immediately without the knowledge of future bidding sequences but also satisfy the requirement of incentive compatibility, individual rationality, real-time clearing and weak budget balance. So it drives emission permits from polluters of low treatment cost to those of high treatment cost, thus reduces the pollution treatment cost of the whole society. Finally, an example of emission trading shows how to realize the proposed online double auction mechanism.

emission trading；double auction；auction mechanism；incentive compatibility；pollution treatment

2014-10-29

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71071119)；湖北省教育廳人文社會科學(xué)研究項(xiàng)目(14G114);武漢科技大學(xué)青年科技骨干培養(yǎng)計劃項(xiàng)目(2014xz024).

王雅娟(1983-)，女，武漢科技大學(xué)講師，博士.E-mail:16174208@qq.com

F724.59;F224

A

1674-3644(2015)02-0152-05