教師成果分享:「Nash Data Envelopment Analysis for Energy and Environment」
發佈日期:2021-05-17 
瀏覽數:264
 2021-05-17 更新
典型的生產力分析研究, 經濟效率的估計是假設完全競爭市場下的外生性價格,以投入導向或產出導向來衡量生產效率。事實上,在不完全競爭市場(例如能源市場)公司或政府可能具有市場力量(market power)來影響市場價格(也就是內生性價格)。此次演講主要介紹碳交易(cap and trade)與排放權的配置(allocation of emission permit, AEP)。
碳交易(cap and trade)是一種市場導向的方法,提供經濟誘因來改善污染排放問題。邊際減排成本(marginal abatement cost)又稱作汙染物的影子價格,提供了環境政策對於二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物的指導方針,來改善氣候變遷、霧霾與酸雨。說明在討論不完全競爭市場下,考慮內生性的電力市場價格函數,尤其是在市場中每個參與者都有自己的期望最大化的利潤函數,為了同時一次性地求解多個數學規劃模型,我們將數學模型轉變為Karush–Kuhn–Tucker 條件式,並建構混合互補問題(mixed complementarity problem,MiCP)以求解納許均衡(Nash equilibrium),來描述所有市場參與者競爭後的均衡狀態。為了估計一個穩健的汙染排放邊際減排成本,我們將納許均衡估計落於隨機半母數數據包絡前緣(stochastic semi-nonparametric envelopment of data,StoNED)面上,是為生產函數的效率前緣。
在學理上來說,所提出方法解決了過去文獻中在估計邊際減排成本的四大議題:(1)邊際減排成本顯著地受到觀測值投影到效率前緣的方向;(2) 邊際減排成本以所有觀測值投影點的平均計算會受到離群值影響;(3) 邊際減排成本估計需要同時考量多個汙染物一併排放的情況;(4)數據包絡分析法(data envelopment analysis,DEA)估計生產函數常受到噪音影響而有偏誤。
另一方面,演講說明了排放權的配置,提供了有價值的指導方針,以支持污染物排放的環境管制政策,尤其是作為導致氣候變化主要因素的二氧化碳。先前文獻中的大多數研究發展了集中式(centralized)AEP模型,並著重於燃煤火力發電市場,這是空氣污染的主要來源之一。但是,電力市場通常非完全競爭市場,並且有部分市場逐漸放鬆管制邁向部分民營化,這促使了發展分散式(decentralized) AEP模型的動機。本研究提出了一個分散式的AEP模型,該模型建議將納許均衡作為具有內生價格的不完全競爭市場中的分配有效率基準點。

本研究以中國運行的燃煤電廠進行了實證研究,在邊際減排成本議題上驗證了隨機半母數數據包絡前緣估計的穩健性與價格的合理性,來協助碳交易市場改善。此外,在排放權的配置議題上,其結果說明分散式模型補足了集中式模型在文獻與實務上的不足;特別是,當考慮到價格和市場結構,所提出的分散模型有機會對於燃煤電廠在AEP政策後提高生產效率的潛力。
 

資料來源: 台大管院院行政辦公室
撰文者: 資訊管理學研究所 吳延東