文摘

到2060年实现碳中和的愿景下,迫在眉睫的是介绍适合城市道路交通的碳减排政策。本文建立了一个三层神经网络模型来预测碳排放从私人汽车基于城市私家车轨迹数据,模拟并分析了碳排放从私人汽车,旅行成本、个人收入、政府收入四个政策视角下,评估和比较四个政策视角下的减排效果。接下来,本文对政府收入从碳税政策组合和的角度比较两次大宗商品的个人消费效用和三家商品组合,以及四个政策视角下的总社会福利。结果表明,政策组合具有更好的实现对碳减排的影响,个人收入,和旅行成本。单一碳税政策的实施效果更好的政府收入。单一碳交易政策的实施效果更好的社会效益。此外,随着碳税率的增加,消费者效用会下降。最后,本文提出了具体政策的实施建议基于上述仿真分析。

1。介绍

缓解全球变暖,控制温升,并找到有效的低碳转型政策一直是人们的关注的焦点。早在1997年,《京都议定书》提出了以市场机制为减少温室气体排放的新路径,形成了碳排放与二氧化碳作为一种商品进行交易。目前,世界上30多个国家已经推出了碳交易、碳排放税,或减少碳排放的政策组合。道路运输是全球碳排放的增长最快的来源,目前迫切需要适当的碳减排政策。根据2019年国际能源机构统计,道路运输占了84.1%的二氧化碳排放量从交通部门1]。道路交通是中国碳排放的主要来源,构成巨大的挑战,实现碳中和在中国和碳峰。如何合理减少碳排放从私人汽车在中国,引入适当的减排政策具有重要意义。因此,基于城市私家车轨迹数据,本文对私家车的减排效果在碳交易政策下,碳税政策,并通过MATLAB仿真政策组合。

目前,碳税的有效性研究主要分为两个方面。一个是碳税是有效的和额外的对减少碳排放的影响。a Baranzini发现,碳税的实施可以获得隐藏的好处,和它的负面影响可以通过设计和财政收入(税收补偿2]。根据谭等人与没有碳税政策相比,碳税减少碳排放和增加企业利润和社会福利在一定程度上(3]。谢等人得出的结论是,碳税政策的实施可以有效地减少当地工业的碳排放强度,但它会造成一定损失的国内生产总值(4]。另一方面,碳税政策并不重要,对减少碳排放产生负面影响。m·博尔顿等人表明,没有明确证据表明,碳税将减少碳排放,而其他政策工具将作用在减少全球变暖5]。o·卡斯等人提出,实施碳排放税将导致一个恶性循环的家庭将承担成本和无法抵消股息。根据(6),碳税政策会导致碳排放的减少,但潜在的效用和负面影响是无法控制的,所以我们需要一个适当的和适当的碳减排计划。大量的碳交易的有效性的研究已经证明了碳交易的减排和经济效应(7- - - - - -9]。至于碳交易的影响因素效用,l·s·杨等人提出,碳交易的价格会显著影响碳交易的工具,和碳价格越高,影响越大的碳交易(10]。玉等人提出的能量结构、技术创新、产业结构影响的有效性的三个主要路径减少碳排放(11]。方舟子等人认为,碳排放权的初始分配方法会显著影响碳交易的有效性(12]。

目前,碳交易政策的有效性已被广泛认可。至于比较研究碳交易政策的实施效果和碳税政策,多数学者认为,碳交易政策和碳税政策有不同的应用范围和效果。y胡锦涛等人发现,之间没有cross-strengthening影响碳交易政策和碳税政策;碳税的减排效果是更重要的在发展中国家,碳排放交易的减排效果并不是发展中国家和发达国家之间的不同13]。赵等人发现,当社会减排任务的数量很小,碳交易政策优于碳税政策;当减排任务很重,碳税政策比碳交易政策(14]。玉等人发现,在短期内实施碳税政策和实施碳交易政策长期来看会更好的减排效应(15]。然而,一些学者持有不同的观点。Yonah等人认为,碳税的实施并不需要复杂的监管和可以立即释放的碳价格信号;然而,碳交易政策的实施周期长,以及碳价格的调整是缓慢的16]。Harwatt等人表明,个人碳交易政策可能会产生更大的减排与碳税政策(17]。此外,一些学者表明,与单一的实现碳减排政策,低碳政策组合可以产生更好的减排效果。顾等人表明,低碳政策组合相结合的技术转让和研发改进可以达到2°C的减排目标(18]。Galinato模拟税收和补贴的政策组合,表明综合税收和补贴政策可以增加社会福利(19]。赵等人相比,碳减排与经济之间的差异影响的政策组合与一个单一的政策,表明低碳政策组合方面的综合价格灵活性和覆盖范围(20.]。实现低碳转型的政策组合可以有一个很好的减排效果和社会效益。

与越来越多的碳排放减排任务、单减少碳排放政策再也不能满足现有的需求,和政策组合的减排效应的研究已成为一个热点话题。施等人发现,相比之下,一个减排政策的实施,碳交易和碳税的政策组合不仅可以实现减排目标,但也使分散排放来源承担减排义务(21]。通过均衡模型的实证分析,李等人得出的结论是,政策组合可以加强对能源消费与碳排放交易政策的影响和碳税政策22]。波顿等人提出环境政策组合,可能会进一步提高碳减排的效率(5]。政策组合通常可以平衡多方利益,实现单个策略相比有明显优势。目前,很少有研究定量分析碳交易的减排效果,碳税政策组合。因此,本文基于城市私家车轨迹数据,评估和比较了碳减排效应从没有政策的角度来看,单一的碳交易的角度来看,单一的碳税的角度来看,和政策组合的角度提供一些想法的实现碳减排政策对私人汽车。本文的其余部分组织如下。部分2建立了预测模型和消费者效用模型。部分3评估和分析政策执行的效果。部分4比较了政策实施的有效性。部分5提出相应的结论和建议。

2。材料和方法

2.1。模型选择

本文选择10000城市私家车轨迹数据集进行回归预测。开车驾驶距离,开车时间,燃油消耗的私人汽车作为回归学习的预测变量(23]。此外,碳排放是作为目标变量。本文使用预留方法验证数据集和cotrain线性回归模型:回归树,支持向量机,高斯过程回归模型,树集成神经网络和其他15个算法(24]。本文选择的最终模型算法通过比较RMSE验证集。我们发现RMSE下三层神经网络算法是最小的通过比较RMSE在十岁以下算法,因此本文建立了一个三层神经网络模型来预测私人汽车的碳排放。每个算法的RMSE表所示1。

2.2。三层神经网络模型

本文以行驶里程、行驶时间、驾驶燃油消耗预测变量和碳排放目标变量基于城市私家车轨迹数据。一个三层神经网络模型来预测私人汽车的碳排放(25]。

对训练数据集的处理,本文采用MapMinmax函数进行归一化。其表达式如下:

三个完全连接层,每一层的尺寸是10,ReLU激活函数,及其输出如下: 在哪里是输出层的价值吗 , 是kth的重量 - - - - - -th层,是k层特征值- - - - - -1,偏差。

预测结果的输出后,均方根误差(RMSE),平均绝对误差(MAE)和均方误差(MSE)用于错误评估判断的准确性。本文计算的实际碳排放量私家车采用IPCC自下而上的计算方法。它的方程如下: 在哪里是总二氧化碳排放,是第i个能源低热值的默认值,是能量的第i个默认值的有效的公司₂排放因子,E_我是 - - - - - -能源的消费的能量。

2.3。消费者效用模型从多个视角的政策

从碳排放交易的角度,本文对燃料消耗、碳排放,三种商品和其他商品。根据商品效用函数由道格拉斯函数,提出消费者效用取决于偏好燃料消耗的程度,碳排放和其他大宗商品。在收入一定的情况下,消费者愿意承担有限的燃料消耗和碳排放。给定一定数量的碳排放,政府免费分配,消费者将不得不在碳交易市场上购买如果他们超过免费配额。从碳排放交易的角度来看,消费者的效用函数和收入约束如下: 在哪里 消费者的总效用函数和吗 , ,和代表了燃料消耗、碳排放和其他大宗商品的数量。和表明消费者偏好的程度对燃油消耗和碳排放,分别;是其他产品的消费者的偏好程度。此外,消费者收入;是燃料价格;碳价格;其他大宗商品价格;是免费的配额的碳排放。从上面的,可以得出的结论是,消费者效用最大化是一个极值问题在收入约束。构造拉格朗日函数如下:

结合上面的道格拉斯函数和拉格朗日函数,可以获得如下:驻点

代入方程(7)- (9)(4)。从碳排放交易的角度来看,消费者的效用函数如下:

从碳排放交易的角度来看,当消费者的驾驶排放超过免费配额,额外的碳排放交易费用相当于燃油价格的增加。随着旅游的成本增加,消费者将寻找替代开车,地铁和公交车,和贸易等保存的碳排放中获益。根据需求价格弹性的方程,它就能显示如下:

在上面的公式中,是消费者的燃料消耗旅游成本增加后,是生的燃料消耗,价格变化,原始的价格是燃料。是消费者的个人收入得到参与碳交易。

本文从碳税的角度来看,作为燃料消耗和其他商品两种商品。根据道格拉斯提出的商品效用函数,消费者效用取决于程度的对燃油消耗和其他商品的偏好。与给定的收入,是有限度的消费者愿意支付多少燃料和税收。从碳排放税的角度来看,消费者的效用函数和收入约束如下:

在模型(13),代表消费者的偏好程度从碳税的角度来看,燃料消耗t代表了税率。通过构造拉格朗日函数,消费者的效用函数如下:

从碳排放税的角度来看,碳税政策的实施相当于燃油价格的兴起和旅行费用的增加,和消费者将改变交通方式,减少燃料消耗。此外,税收可以用来增加政府收入,促进经济发展;这是如下: 在哪里是政府收入。

从政策的角度来看,政府征收碳税对消费者使用的燃料。在碳交易阶段,消费者可以交易或使用免费的碳排放配额,他们需要购买碳排放之外的免费碳排放配额。根据道格拉斯函数和收入预算、消费者效用函数和收入约束如下:

在上面的公式中,和代表消费者的偏好程度的燃料消耗和碳排放政策组合的角度来看,分别;消费者的偏好程度对其他商品从政策组合的角度。消费者的效用函数如下:

从政策的角度来看,燃料消耗需要纳税,和个人需要支付多余的二氧化碳排放。税收可以增加政府收入,碳交易可以增加个人收入,和政策组合可以增加碳排放成本和引导消费者绿色出行。从没有政策的角度来看,消费者效用函数取决于燃料消耗和其他商品的偏好程度,和运输的预算是固定的。消费者效用函数和收入约束如下:

在上面的公式中,代表消费者的偏好程度的燃料消耗的角度没有政策。碳排放是不受限制的角度没有政策。

3所示。结果与讨论

3.1。回归分析的影响,拟合效果

本文使用预留方法来验证数据集。从图可以看出1,火车的回归预测算法预测反应伴随着真实的反应,和几乎所有点位于线。在图2,所有点的残差集都在±0.05。此外,回归算法的三层神经网络,RMSE = 0.00916, MSE = 0.000084,美= 0.00781,指标越小,算法的预测效果越好。因此,本文中的三层神经网络回归算法训练具有良好的预测效果。

三层神经网络预测模型的拟合效果建立摘要如下。在图3,训练样本R= 0.99898;验证样本R= 0.9993;测试样品R= 0.99904;所有的样品R= 0.99904。越接近R1,拟合效果越好。的R四个样本集大于0.998;拟合效果很好。此外,从图可以看出4三层神经网络的总误差范围,范围从-0.03416(最左边的本)到0.04034(最右边的箱子)。这个误差范围分为20箱,每箱的宽度只有0.004,和误差大小小于0.05。预测效果很好。

RMSE、美和MSE的三层神经网络预测模型是0.00945,0.00802,和0.000089,分别;RMSE、美和MSE的回归模型是0.00916,0.00781和0.000084。RMSE误差为0.00029,MSE误差是0.000005,梅误差是0.00021。两个模型之间的误差非常小。因此,本文建立的三层神经网络模型具有良好的预测效果。

根据上面的三层神经网络模型建立中,本文选择另一个10000块的数据没有被训练在模型中进行深度学习。在获得私人汽车的碳排放的预测价值,加上政府设定的减排,有限的碳排放将均匀分布的城市私人汽车消费者免费的。模拟计算后,碳排放总量从10000年私家车估计为31187.26千克(政府在本文设定的减排是100%),和每一个私人汽车消费者可以自由碳排放3.12公斤。

3.2。评估政策的实施效果

本文分别选择三组仿真数据的过度排放,排放,排放和平衡,计算和比较了碳排放,旅行费用,个人收入和政府收入的私人汽车消费碳排放税的角度看,碳交易,和政策组合,评估政策执行的有效性。过量排放代表消费的碳排放超过了免费配额(3.12公斤)。等于发射代表消费者的碳排放等于免费配额。平衡发射代表消费的碳排放比免费的配额。政府收入指的是碳税收集、计算(16)。个人收入是指收入消费者收到碳交易,计算(12)。旅行成本是指成本由消费者承担开车,计算(11)。

从表可以看出2过量排放的前提下,碳排放的角度没有政策是5.07公斤,比其他三个视角下的碳排放,这表明减排政策的实施是有效的。碳税税率为20%时,减排效果从政策组合的角度来看是最好的。政府收入来自碳税是最高的角度来看,和旅游消费者的成本从政策组合的角度是最低的。碳交易的视角下的个人收入和政策组合都是负面的。当碳税税率为40%和60%,个人所得税从政策组合的角度来看是最好的。

从表可以看出3平等排放的前提下,消费者不需要开展碳交易,实现统一的碳交易政策是无效的。的碳排放的角度没有政策是3.12公斤,这是高于碳排放从碳税的角度和政策组合。碳税政策的实施是有效的。此外,碳排放,旅行费用,政府收入从碳税和政策组合的角度是一致的。上升的碳排放税,碳排放和旅行费用从碳税的角度和政策组合是减少,政府收入增加,个人收入的政策组合的角度正在增加。

在表4发射的平衡的前提下,从不同的角度减少碳排放减排政策的实施后,实现减排的政策是有效的。碳税税率为20%时,减排效果最佳的从政策组合的角度。旅游消费成本从政策组合的角度是最低的,并且从某种角度来说,消费者的个人收入的政策组合是最高的。至于政府收入、政府收入从碳税的角度是最高的。碳税税率为40%和60%时,上述政策的实施效果是一样的。

总体而言,碳排放和旅游成本从政策组合的角度比其他三个视角。然而,随着碳税的增加率,政府收入和个人收入之间存在差异。因此,我们画人物5和6直接比较不同的部分4;此外,基于政策的实施效果的评估和消费者效用模型,本文还比较消费者效用和社会效益在不同减排政策部分4。

4所示。比较了政策实施的有效性

4.1。比较之间的油耗减排政策和政策

碳交易政策能否有效降低排放可以判断根据消费者从两个角度的燃料消耗。燃料消耗的碳交易的角度如下: 在哪里是燃料消耗从碳交易的角度;的燃料消耗的角度没有政策如下:

在上面的公式中,是燃料消耗的角度没有政策。从碳排放交易的角度,过量碳排放将支付更多的交易费用,和消费者的偏好燃料消费将减少。 ,但 ;在这一点上, 和不能判断碳交易是否有效。当 ,碳交易政策是有效的。碳税政策能否有效降低排放的燃料消耗也取决于消费者从两个角度。燃料消耗的碳税的角度如下: 在哪里是燃料消耗从碳税的角度。通过引入碳税,使用燃料的成本上升和偏爱燃料下降。 , , ,和 。因此,碳税政策是有效的。

燃料消耗的政策组合的角度如下:

相比之下,消费从没有政策的角度来看,当 ,的政策组合是有效的。

在所有三个案例中,米是固定的,如果米趋于无穷,任何减排政策是无效的。

4.2。政府收入的比较从碳税的角度和政策组合

在图5,多余的碳税的角度和过剩的政策组合代表了政府收入从单一的碳税政策,政策组合获得的前提下多余的排放,而平衡碳税的角度和平衡政策组合代表了政府收入从单一的碳税政策,政策组合获得的前提下平衡发射。一般来说,政府收入视角先增加,然后降低。它可以看到从(11)和(16),随着碳税的增加率、消费者偏好和燃料消耗会降低;因此,政府将收集更少的税。此外,政府政策组合的角度小于收入,从碳税的角度来看,主要是因为消费者可以通过碳交易获得个人收入,从而进一步地降低了消费者偏好和降低燃料消耗。因此,政府征收的税收减少。

4.3。比较来自多个政策视角的社会效益

根据四个方面,可以获得消费者的个人收入如下: 在哪里个人收入,是减少碳排放的回归,是增加碳排放的成本。社会福利代表个人收入的总和,这是 ;假设燃料的价格是固定的,消费者的社会效益四个方面在图所示6。需求在短期内,燃料消耗低,三角形的面积ABD在上图中是总从碳交易的角度来看,社会福利和三角形的面积ACD总社会福利政策组合的角度。三角形的面积是快速公车提供负面总社会福利没有政策的角度来看,在三角形的面积是12 -总社会福利从碳税的角度。 ;碳交易的角度的社会效益高于其他观点。因此,在短期内,当减排任务是肯定的,碳交易可以获得更大的社会效益。当燃料消耗的需求高,四个视角下的社会福利 , , ,和 ,分别。总社会福利视角下的碳排放税是高于其他观点。因此,当长期碳减排任务很重,碳税政策可以通过提高社会效益。

4.4。从多个政策的角度比较消费者效用

消费者效用的四个方面(10),(13),(17)和(20.)。本文假设为每个商品消费者一致的偏好;也就是说, 和 。燃料消耗、碳排放和其他大宗商品被视为三种商品。碳税政策,没有政策的消费者效用之间的比较两次大宗商品组合(燃料消耗和其他商品)。这是如下: 在哪里碳税政策下的比例是消费者效用没有政策。碳贸易政策和政策组合的消费者效用之间的比较三家商品组合(燃料消耗、碳排放和其他商品),如下: 在哪里消费者效用的比例是在碳交易政策政策组合。在政策执行的过程中,碳税率会不断调整,如图7。

从图可以看出7,当消费者有相同的偏好 ,的比例混合两次大宗商品的消费者效用随税率的增加而减小。碳税政策的实施后,消费者效用将继续降低价格相比没有减排政策的实施。因此,碳税政策的实施将导致消费者效用的下降。在三家商品组合,消费者有相同的偏好随着税率的增加,混合三家商品的消费者效用的比例增加;,相比之下,一个碳交易政策的实施,实施的政策组合将导致消费者效用的下降。此外,当税率是固定的,碳税政策的实施将导致消费者效用的减少消费者偏好的增加 ,不管两个商品或者三个商品的组合。

5。结论

通过比较四种政策的实施的有效性,本文得出结论:实施碳税政策是有效的,和实现有效的碳交易政策和政策组合需要一定的条件。本文通过评估消费者的个人收入,旅行成本、碳排放,和政府收入,认为碳排放和旅游成本从政策组合的角度比其他三个视角。此外,政府收入从碳税的角度是最高的,但也有一些政府收入和个人收入之间的差异与碳税税率的崛起。通过比较的差异之间的政府收入单一碳税政策和政策组合,本文得出结论,政府收入的差别的原因是碳税的增加会导致消费者的偏好的减少燃料消耗。通过比较消费者的个人效用来自多个政策的视角,本文认为碳税政策的实施将导致消费者效用的下降。通过比较来自多个政策的社会效益角度,本文得出结论:碳交易政策是更好的在短期内,而碳税政策长期来看要好。

与先前的研究相比(14,26],本文介绍了减排政策如碳交易、碳排放税,和政策组合成私人汽车和定量评估的碳排放减排效果,个人效用和社会受益于四个政策视角,以提供指导城市私家车的减少碳排放。

符合的愿景实现碳中和,到2060年,公路运输减排政策需要实施。评价和比较的基础上减排政策从四个角度提出了本文相关政策建议可以从以下几方面开始。(1)应采取不同的减排措施根据不同地区和行业的实际情况。碳税政策,碳交易政策,政策组合有不同的减排效果和社会效益。高碳排放的地区应采取的最优政策组合来限制碳排放,提高社会效益。(2)最好是实现碳交易政策在短期内和长期的碳税政策,合理转移到更全面的政策组合来获取利益。碳交易有社会成本低、灵活性强,这有利于在短期内减少社会福利的损失。碳税的社会成本是很高,但它很容易实现。一定数量的短期任务完成后,可以引入碳税政策。(3)碳税政策可以结合补贴机制。 The adoption of carbon tax policy will reduce consumer utility. Government can combine the carbon tax policy with the subsidy mechanism and use the revenue to invest in new energy technology R&D and emission reduction projects to make up for the drawbacks of carbon tax policy.

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现没有提供,因为保密协议的研究合作者。数据形成一个持续的商业计划和研究的一部分。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究支持低碳转型路径和政策组合创新基于绿色治理、国家社会科学基金(批准号19 cgl043)。