歐盟碳交易系統網路分析：效率、偏見與政策建議

前言

歐盟碳排放交易系統的初衷就是利用不同地區、不同產業、不同企業在減少溫室氣體的作為上有不同的成本結構，藉由交易市場推動能夠更有效率地達到溫室氣體減量目的。

歐盟 ETS 當前表現

歐盟排放交易體系 (EU ETS) 於 2005 年啟動，透過排放配額交易，促進具成本效益的溫室氣體減排。從理論上看，當實體的減排成本不同時，允許配額交易可以帶來效益。EUAs (歐盟排放配額) 的價格應作為與邊際減排成本比較的參考值，較大的邊際成本差異意味著更大的貿易獲利機會。

然而，研究觀察到的貿易模式顯示可能存在潛在的無效率和結構性限制。

• 強烈的境內偏好 (Home-country bias)：觀察到的貿易模式主要發生在同一國家內的實體之間。這種模式甚至在系統的近期階段仍然持續。由於 EUA 是非實體化的合約，沒有運輸成本，這種偏好是一種不尋常的偏見。這種偏見源於克服搜尋成本的需求，但它在不同實體之間有所不同，這意味著邊際減排成本並未在交易對手之間均等化。這可能損害 EU ETS 的正確運作。境內偏好持續存在，即使在更多實體參與的第三階段也是如此。這可能表明交易和搜尋成本正在阻礙配額在不同國家之間的適當和有效分配。雖然地理距離會影響貿易，但屬於同一國家更為重要，即使距離較遠，實體也強烈偏好與同一個國家的對手交易。這種貿易行為可能會限制政策制定者強制執行歐洲級市場的努力，因為國家行政邊界似乎嚴重影響著 EUA 貿易關係的形成。
• 部門偏好 (Sectoral bias)：除了境內偏好外，分析也發現了部門偏好的證據。位於具有相似主要經濟活動的 NUTS-3 (統計區域單位) 省份之間的貿易更為頻繁。這可能也是由於資訊成本所解釋，這些成本有助於在已經存在業務或生產關係的實體之間尋找交易對手。
• 文化因素的角色：研究發現，實體傾向於聚集成貿易社群，這些社群除了反映國家和部門特定的貿易模式外，還受到文化因素的影響。文化相似性在塑造社群結構中扮演重要角色，共享相似文化價值的省份更有可能形成緊密的貿易關係。地理、商業和文化上的鄰近性促進了 EU ETS 內貿易活動的增加。

這些發現的影響深遠。它們表明 EU ETS 貿易市場可能並未實現其預期的效率，因為這些偏好可能導致配額分配不理想，從而可能降低政策的成本效益。持續的國家和部門區隔可能會阻礙在歐洲層面建立一個真正統一的碳市場。如果企業沒有完全暴露在更廣泛的歐洲市場中，它們關於減排的決策可能不是基於整個系統中最有效的歐洲範圍內的機會。研究結果強調，政策制定者需要考慮能減少這些貿易偏見的措施，並促進更整合、更有效率的歐盟碳市場。這可能包括降低跨境交易成本和加強國家與部門之間資訊共享的措施。

研究方法

1. 網路建構與表徵 (Network Construction and Representation)：
2. 1. 研究將 EU ETS 的交易網路建構成一個有向圖 (directed graph)。
   2. 圖中的節點 (nodes) 代表歐盟統計地區單位命名法 (NUTS-3) 的省份。NUTS-3 是歐洲最詳細的行政區劃單位層級之一，這樣做可以在安裝設施層級的細緻度與省份層級可用的社會經濟維度之間取得平衡。
   3. 圖中的連結 (edges) 代表 NUTS-3 省份之間的 EUA (歐盟排放配額) 交易量。連結是有權重的 (weighted)，權重即為交易量。
   4. 研究使用了來自歐洲聯盟交易記錄 (EUTL) 的內部和外部交易數據 (交易代碼類型 10-0、3-21 和 3-0)，排除了與行政目的相關的流量 (例如分配、繳銷、取消配額)。為了強調與環境方面相關的關係，僅考慮了 EU ETS 受管制實體之間的雙邊交易，這些實體對應於營運商持有帳戶 (OHA) 和前營運商持有帳戶 (FOHA)。這些帳戶與安裝設施連結，研究根據安裝設施的位置將其分配到 NUTS-3 區域，並將同一 NUTS-3 單位的實體信息進行彙總。
2. 重力模型估計 (Gravity Model Estimation)：
3. 1. 這是一種廣泛應用於貿易網路研究的計量經濟學技術。
   2. 研究利用重力模型來研究地理距離和同質性 (如同一國家和同一部門) 對於 EUA 貿易連結形成的影響。
   3. 模型中包含了多個變數，例如兩個 NUTS-3 單位之間的地理距離、代表其規模的變數 (GDP、面積、人口)、排放量和分配到的配額。
   4. 關鍵是引入了兩個虛擬變數 (dummy variables)：一個是國家虛擬變數 (country dummy)，如果兩個 NUTS-3 省份位於同一國家，則取值為一；另一個是部門虛擬變數 (sector dummy)，如果兩個省份共享同一個主導經濟部門 (根據排放量最高的部門確定)，則取值為一。這些虛擬變數用於檢驗是否存在境內偏好 (home-country bias) 和部門偏好 (sectoral bias)。
   5. 模型是針對 2005-2020 年期間的每一年單獨估計的，使用了Poisson Pseudo-Maximum Likelihood (PPML) 方法來處理零值流量、非線性和異方差性等問題。 研究通過比較包含不同變數的嵌套重力模型 (nested gravity models) 的離差 (deviance) (一種衡量模型擬合優度的指標) 來評估模型的表現。較低的離差值表示模型對數據的擬合更好。
3. 網路社群偵測 (Network Community Detection)：
4. 1. 研究使用基於模組度最大化 (modularity maximization) 的方法來識別 EU ETS 貿易網路中的社群結構。社群是指網路中連接密度較高的節點群體，代表著緊密的貿易關係。
   2. 傳統的模組度方法 (如 Newman-Girvan 方法) 依賴於基於網路鄰接矩陣信息的零模型 (null model)，但在需要納入額外約束時效果會減弱。
   3. 為了克服這一限制，研究利用最優傳輸理論 (Optimal Transport, OT) 來構建一個進階的零模型 (advanced null model)。這個 OT 零模型將重力模型識別出的偏差 (國家和部門偏好) 作為額外約束納入到模組度最大化問題中。這種方法被稱為 OT-重力模組度 (OT-gravity modularity)。
   4. OT 框架中的「成本」概念被用於表示不同節點之間交易的統計可能性或難易程度，而不是貨幣流動。重力模型中識別出的偏好 (例如不同國家之間的交易可能性較低) 被表示為 OT 模型中較高的「成本」。 通過與這個考慮了偏差的零模型進行比較，研究可以發現即使在考慮了國家和部門等因素後仍然存在的社群結構。
4. 文化因素分析 (Analysis of Cultural Factors)：
5. 1. 研究進一步探索了除了國家和部門偏好之外，是否還有其他因素影響社群結構。
   2. 使用了 Hofstede 的文化維度框架來量化文化差異。將國家層級的文化維度值賦予該國的 NUTS-3 省份。
   3. 計算了 NUTS-3 省份之間的兩兩文化距離。
   4. 分析了社群內部和社群之間的文化距離，發現社群內部的文化距離普遍低於社群之間的文化距離，表明文化相似性在塑造社群結構中起作用。
   5. 此外，研究將文化距離作為一個額外的解釋變數納入重力模型中重新估計。結果顯示，包含文化距離的模型對數據的擬合更好，且文化距離的係數普遍為負 (儘管幅度小於國家和部門虛擬變數)，表明文化相似性促進了交易活動。
5. 穩健性分析 (Robustness Analyses)：研究進行了多項穩健性檢查，以驗證主要發現的可靠性：
6. 1. 納入涉及受管制實體自願開設的帳戶 (PHA 和 TA) 的交易。
   2. 在重力模型中加入國家和部門作為分類控制變數。
   3. 使用面板數據框架 (panel data framework)，並採用包含高維固定效應 (HDFE) 的 Poisson Pseudo-Maximum Likelihood (PPML) 模型進行估計。
6. 資訊理論度量 (Information Theoretic Measures)：使用標準化資訊 (normalized mutual information, NMI) 來比較不同方法 (Newman-Girvan 與 OT-重力) 產生的社群劃分與基於國家或部門的劃分的相似程度。這有助於評估 OT-重力方法在多大程度上成功地「過濾」掉了國家和部門的偏差。並使用 Jaccard 指數來衡量社群成員隨時間的穩定性。

結論與政策建議

研究發現，EU ETS 的交易模式存在顯著的境內偏好 (home-country bias) 和部門偏好 (sectoral bias)，即使在系統的後期階段也是如此。此外，分析也顯示文化因素在塑造貿易社群中扮演了重要角色。這些偏好和由地理、商業和文化鄰近性形成的社群結構，意味著實體傾向於與同一國家、相似部門或文化上相近的對手進行交易。

研究者認為，這些觀察到的貿易模式可能對 EU ETS 的有效運作產生了影響。具體來說：

• 潛在的無效率：這些偏好可能導致排放配額的分配並非最理想。
• 阻礙市場整合：持續存在的國家和部門區隔可能會阻礙在歐洲層面建立一個真正統一的碳市場。
• 減排決策受限：如果企業沒有充分接觸到更廣泛的歐洲市場，它們關於減排的決策可能不是基於整個系統中最有效的歐洲範圍內的機會。這可能限制了 EU ETS 以最低成本實現減排目標的能力。

因此，研究成果強調政策制定者需要考慮採取措施來減少這些貿易偏見，並促進一個更整合、更有效率的歐盟碳市場。

具體建議的措施可能包括：

• 降低跨境交易成本：這可以鼓勵實體與其他國家的對手進行更多交易，從而減少境內偏好帶來的摩擦。
• 加強國家與部門之間的資訊共享：改善資訊流動可以降低搜尋交易對手的成本，特別是在不同國家或部門之間，從而促進更廣泛的貿易關係。

研究也間接提到，從理論上看，碳稅作為另一種政策工具，可以避免與限額與交易系統相關的交易成本（如尋找交易對手和處理市場摩擦）。然而，鑑於歐盟在制度和政策上對限額與交易框架的承諾，向碳稅的轉變被認為不太可能。這突顯了在現有 EU ETS 框架內解決交易摩擦的必要性。

總結來說，基於對 EU ETS 交易網路結構和偏好的深入分析，研究的主要政策建議是通過降低跨境交易成本和促進資訊共享等方式，減少境內和部門貿易偏見，以推動建立一個更整合、更有效率的歐盟碳市場，從而提升 EU ETS 作為成本效益環境政策工具的表現。

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