1.
は じ め に
近年,排出権取引を汚染管理に適用することへの関心が高まりつつある。しかし,現時点 で実施されている排出権取引制度ではこの問題を考慮していないし,理論面の研究に関する 現在の資料を見ても,汚染管理の側面に殆ど触れていない。
本研究では中国の省級別の行政地域が取引主体となる
SO2排出権取引モデルを定式化して,
中国の汚染管理基準などに対する排出権取引制度の効果を分析する。まず,各地域の限界削 減費用と各地域間の移動係数を推定したうえで,排出権取引のモデルを設定し,中国全地域 の環境質目標を達成して全地域の便益最大化を図るような,中国の排出権取引の競争均衡価 格を推定し,その価格に対し各地域が
SO2をどのぐらい削減すべきか,どれくらいの量の排 出権を購入すべきか,あるいはどのくらいの量の排出権を売却すべきか,まだどれくらいの 削減費用がかかるか及び取引後どのような便益を手に入れられるかを分析するものである。
以下第
2節では,限界削減費用の概念及び実証推計モデルを述べて,各省を計算単位として 限界削減費用を求める。第
3節では,大気汚染気象学のプルーム拡散モデル運用し,各地域間 の移動係数を推定する。第
4節では,推定された移動係数を利用して,削減費用最小化モデル を導入する。そして,全地域の環境質目標を達成するうえで,中国全土の削減費用を最小化す るような最適削減量を求めて費用効果分析をする。第
5節では,排出権取引便益の最大化モデ ルを導入する。さらに,このモデルを利用し,排出権の競争均衡価格 を予測し,この均衡価格 の下での排出権取引による各地域の費用便益を導出する。第
6節では中国の地域別の削減費用 や排出権取引の量,排出権取引の便益を含めるが中国全地域を沿岸発展地域と内陸発展途上地 域の二つに分けて分析する。終わりでは,この論文での優れた点,欠点と今後の課題を述べる。
2.
地域別削減コスト
2.1
限界削減費用の概念及び実証推計モデル
限界削減費用(
MAC:MarginalAbatementCost)とは,汚染物質をさらに
1単位削減する ときの追加的費用である。この排出削減量と限界削減費用は
1対
1の関係で変化する。
羅 朝暉・時政 勗
(受付 2007年5 月8 日)
理論的なモデルの限界削減費用は既に行っている削減量とともに変動するので,本来は動 学的な分析が必要となるが,実証分析にとってこの必要なデータの収集及び計算など不可能 であるから,本研究では
SO2の動学的な分析には立ち入らず,可能な限りモデルを単純化し,
静学的な枠組みに限定する。
限界削減費用の概念によると,ある新規施設の限界削減費用は単位削減量当たりの新規施 設費用となる。よって,以下の式(
2-1)で表すことができる。
(
2-1) ここで,
MAC:限界削減費用(万元/トン)
FC
:新規施設費用(万元)
FSC
:新規施設の
SO2削減量(トン)
新規施設の費用は当設備の年減価償却
FDEと施設を運営する上で発生する運行費用
FRUの二部分から成り立っている。この減価償却
FDEは設備の投資額と設備の耐用年数の比で ある。新規施設の運行費用を求めるために,全施設の運行費と全施設の投資額の比と新規施 設の運行費と新規施設の投資額の比がほぼ同じであると考えて,両施設とも運行経費割合が 変わらないとして(
2-2)が示される。
(
2-2) ここで
FDE:年減価償却(万元)
FRU
:運行費用(万元)
YI
:年間投資(本年度実行済み投資額)(万元)
LI
:設備の耐用年数(年)
TM
:全設備運行費(万元)
TI
:全設備不変価(全施設の歴年の投資額)(万元)
全施設の
SO2削減量と全施設の年処理能力(全施設の煤煙処理量と全施設の浄化処理量の 和)の比及び新規施設の
SO2削減量と新規施設の年処理能力の比がほぼ同じであると見なす と,新規施設の
SO2削減量
FSCは式(
2-3)で示される。
(
2-3) ここで
SC:全施設の
SO2削減量(トン)
ST
:全施設の煤煙処理量(億標立方メートル)
CT
:全施設の浄化処理量(億標立方メートル)
YT
:新規施設の年処理能力(億標立方メートル/年)
MAC FC
=FSC
FC FDE FRU YI LI
TM TI YI
= + = +
FSC SC ST CTYT
= +
上記の式(
2-2)及び式(
2-3)を式(
2-1)に代入すると限界削減費用の計算式(
2-4)になる。
(
2-4)
この式を利用して,各省の集計した限界削減費用を算定する。
2.2
各地域の
SO2の限界削減費用の推定値
各省が各地域の単位として,上記の式(
2-4)を利用してこの各省の集計した限界削減費用を 求める。以下の表を示すように,各地域
SO2最大の限界削減費用は北京の
8.312万元/トン,
中国全体として平均限界削減費用は
0.0497万元/トンであった。
MAC YI LI
TM TI YI SC ST CTYT
= +
+
表
2-1各地域削減コスト状況(
2000年)
限界削減費用 新規施設の
SO2
削減量 新規施設コスト
新規設備運行費 年処理能力
万元/トン ト ン
万 元 億標立方メー 万 元
トル/年
8.312 1084.32
9013.11 5639.09
334.37 01
.北 京
0.338 4319.22
1458.66 925.78
170.14 02
.天 津
0.785 14485.65
11377.19 8018.13
757.29 03
.河 北
0.180 67433.26
12125.94 6277.41
2097.45 04
.山 西
0.279 28526.57
7969.34 4177.03
1138.80 05
.内 蒙 古
0.276 42300.24
11659.78 7410.88
524.63 06
.遼 寧
0.587 10285.17
6036.96 3145.35
532.57 07
.吉 林
0.981 6571.80
6445.73 3215.14
1308.26 08
.黒 龍 江
1.148 4284.74
4917.26 2799.82
584.72 09
.上 海
0.339 33040.68
11193.73 5715.67
1502.04 10
.江 蘇
0.832 21024.77
17488.37 10073.34
1164.87 11
.浙 江
0.096 54094.13
5204.02 2641.90
346.09 12
.安 徽
0.081 61366.60
4944.79 2962.04
6943.65 13
.福 建
0.018 121366.23
2149.26 1217.04
391.85 14
.江 西
0.328 75971.81
24893.86 15511.57
2791.27 15
.山 東
0.051 205333.73
10511.65 6497.84
9680.50 16
.河 南
0.003 2502778.70
7704.06 5037.29
35602.26 17
.湖 北
0.047 152951.52
7163.38 4341.88
1007.25 18
.湖 南
0.354 33039.83
11702.89 6494.36
1650.84 19
.広 東
0.009 703835.07
6040.57 3351.10
9617.22 20
.広 西
3.
地域間移動係数
3.1
移動係数の概要
排出権取引の最適費用を求めるために,中国各地域間で排出された
SO2の輸送経路の分析,
ある地域で排出された
SO2が他の地域をどの程度汚染しているかなど量的な分析をする必要 がある。
汚染を排出する排出源での各
SO2の排出量
q1,q2,…
,qm(
mは排出源の数)に対し,リセ プター(
receptor)
jの汚染量
pjは以下の式(
3-1)ような関係がある。
1)
(
3-1) ここで,
pj:各リセプターの汚染量
qi
:各排出源の排出量
Bj:背景汚染水準
fj
:汚染量と排出量の間の関数
多くの環境問題において,この汚染の関数
fjは一次関数となっているから,式(
3-1)は以 下の式(
3-2)になる。
2)
(
3-2) また,第
i汚染源から第
jリセプターへの汚染量は となる。
さて,排出源
iからの排出量が
Dqi単位変化することによってリセプター
jでの汚染量が
pj=f q qj( 1, ,...,2 qm)+Bjpj a qji i
i
=
∑
pji =ajiqi
1
)
C.D.コルスタッド著(
1999)『環境経済学入門』有斐閣
p.161 2) 同上
1.517 93.21
141.37 73.68
41.52 21
.海 南
0.576 11988.29
6900.12 5076.95
116.91 22
.重 慶
0.219 32765.96
7167.23 4307.82
592.38 23
.四 川
0.244 11266.50
2745.81 1715.71
340.08 24
.貴 州
0.054 142485.33
7743.82 3861.07
922.13 25
.雲 南
0.025 599.04
14.95 2.45
19.32 26
.チベット
0.621 4574.15
2838.32 1462.09
218.41 27
.陝 西
0.130 64751.91
8391.89 4770.06
330.97 28
.甘 粛
1.074 861.11
924.99 596.46
407.54 29
.青 海
0.261 2629.18
686.93 224.49
164.82 30
.寧 夏
1.043 2020.85
2108.54 1196.92
175.11 31
.新 疆
Dpj
単位変化する。このリセプター
jでの汚染水準の変化と排出源
iでの汚染排出量の変化 の比率は
ajiという移動係数(
transfercoefficient)である
3)。この移動係数は式(
3-3)として 書き表すことができる。
4)
(
3-3) 理論的には,各リセプター(地域)の汚染量の和 は排出源
i(地域)の
SO2の排出量 の総量
qiと同じであるから,移動係数
ajiは以下の式で計算できる。
(
3-4)
(
3-5) ここで,
aji:ある地域
iから各地域
jへの移動係数
pji
:ある地域
iから各地域
jへの汚染量
:ある地域
iから各地域
jへの汚染量の総和
3.2
移動係数の計算及び結果
ここでは大気汚染気象学のプルーム拡散モデルを利用し,中国の気候,地形状況を考慮し,
各地域間及び各地域と他国間の移動係数を求める。中国全体を行政区分による
27省と
4直轄 市(北京,天津,上海,重慶)によって分割し,省(市)と表し,そのうえで,移動係数を 計算する。
ここでは,一省(市)の全ての煙突からの排出量を集計して一つの煙突からの排出量と見 なし,この煙突は省(市)の中心に存在すると仮定して計算する。有効煙突高度
Heは平均 有効煙突高度
200 mと仮定する。各省(市)の風下距離について,各省の季節風の夏季と冬 季の風向によって,中国の捜狗
sogouというソフトウェアで調べる。
あるリセプター
jの汚染量
pjiはこのリセプター
jの地表濃度
Cjと汚染距離に関連がある
(地表濃度が大きければ,汚染がひどくなり,汚染距離が長ければ,汚染された面積が多く なる)。つまり,汚染量
pjiは地表濃度と汚染距離に正比例することが分かる。図
3-1「
i省
(市)からリセプターへの地表濃度曲線及び汚染距離」のように,汚染量
pjiは地表濃度
Cjと汚染距離(
b-a)の積(
jの濃度曲線下の面積
Sj)と考えられる。すなわち,
(
3-6) この濃度曲線下の面積
Sjを台形
abcdの面積と見なせば,汚染量
pjiの計算が容易にできる。
aji = Δpji /Δqi
Σj pji
aji pji pji
j
= /
∑
aji
∑
j =1Σj pji
pji Sj C x dxj
a
= =
∫
b ( )3
) 同上
4) 同上
(
3-7) この
Sjと
S 台形の差をできる限り少なくするために,このリセプター
jを十等分して,こ の十個の台形の面積を合計するとほぼ
Sjすなわち汚染量
pjiになる。よって,ある排出源
iからリセプターの各
32省(市)
jへの移動係数
ajiが求められ,これは式(
3-8)で示される。
(
3-8)
紙数に限りがあるので,計算過程を省略してまとめたものは表
3-1「中国全域の各地域間の 移動係数(夏季)」と表
3-2「中国全域の各地域間の移動係数(冬季)」である。これまで理論 と実際のデータによって,各地域間の移動係数を算出できるが,この計算にはある程度の誤 差が存在する。たとえば,ある省全ての煙突からの排出量を一つの煙突からの排出量と見な すと仮定したことによる誤差があり,着地濃度の計算式によって,便宜上台形面積としたと いう計算による誤差もある。上述した各原因により,誤差はある程度存在しているが,移動 係数は比例関係であり,この比例の分母と分子の誤差は相殺されるので,誤差は小さくなる と考えられる。
ここでは大気拡散理論のプルームモデルを利用し,各地域間の移動係数を推定した。この 移動係数を求める計算方法を初めて採用するので,まだ解決すべき要素があるはずだが,排 出権取引に啓発的な意義があれば,十分だと思う。
p S S C C b a
ji j
ja jb
= =( + )( − )
≒ 台形 2
a S
S
S S
ji ji
ji i
ji
ji i
= =
+
∑ ∑
32 32
(Ca C )(x -xa-1 a aa-1
1
11 )
2
32
∑
∑
Sjii
≒
図
3-1i
省(市)からリセプターへの地表濃度曲線及び汚染距離
表
3-1中国全域の各地域間の移動係数(夏季)
新疆寧夏青海甘粛陝西チベット雲南貴州四川重慶海南広西広東湖南湖北河南山東江西福建安徽浙江江蘇上海黒龍江吉林遼寧内蒙古山西河北天津北京排出 リセ源 プター 0000000000000000000000000000000.491北京 000000000000000000000000000000.51440.0836天津 000000000000000000000000000.048100.47990.1610.1675河北 000000000000000000000000000.07290.7183000山西 000000000000000000000000000.74980000内蒙古 00000000000000000000000000.727700000遼寧 0000000000000000000000000.7611000000吉林 000000000000000000000000.75390000000黒龍江 00000000000000000000000.2741000000.053100上海 00000000000000000.132500000.729800000.029200.08170.06070江蘇 0000000000000000.03660000.09380.73610000000.0216000浙江 0000000000000000.17350000.734400000000.0601000安徽 0000000000000000000.7238000000000000福建 000000000000000000.72180000000000000江西 00000000000000000.73150000000000.026300.16370.17190.0677山東 0000000000000000.6978000000000000.1283000河南 000000000000000.71210000000000000000湖北 00000000000000.71790.1019000.11830000000000000湖南 0000000000000.7279000000.1434000000000000広東 000000000000.733100.15660000.06830000000000000広西 00000000000.6300.0465000000.021000000000000海南 0000000000.6108000000000000000000000重慶 00.0697000.17250000.77240.1652000000000000000000000四川 00000000.74310000000.08860000000000000000貴州 00000.031200.74050.13150.09090.143300000.03680000000000000000雲南 00.02220.11310.035800.76870000000000000000000000000チベット 00000.730100000000000000000000000000陝西 00.169300.6709000000000000000000000000000甘粛 000.77330.2368000000000000000000000000000青海 00.674300000000000000000000000000000寧夏 0.8171000000000000000000000000000000新疆表
3-2中国全域の各地域間の移動係数(冬季)
新疆寧夏青海甘粛陝西チベット雲南貴州四川重慶海南広西広東湖南湖北河南山東江西福建安徽浙江江蘇上海黒龍江吉林遼寧内蒙古山西河北天津北京排出 リセ源 プター 000000000000000000000000000000.19480.5989北京 000000000000000000000000000000.550天津 00000000000000000.108900000.03290.0205000000.69960.08920.1944河北 0000000000000000.13310.0421000.05620.02110.02890.009700000.71010.085200山西 00.21770.05080.09520.1082000.01210.0610.03350.01520.01980.01510.04680.05570.05730.03360.02830.02220.03590.01730.02330.01560000.69520.09980.08750.06030.0745内蒙古 00000000000000000000000000.736800000遼寧 0000000000000000000000000.7180.101100000吉林 000000000000000000000000.73610.16050.073200000黒龍江 00000000000000000000000.459100000000上海 0000000000000000000000.73110.402500000000江蘇 000000000000000000000.68170000000000浙江 00000000000000000000.73450.19620000000000安徽 0000000000000000000.6932000000000000福建 00000000000.063800.13300000.71130.1422000000000000江西 00000000000000000.719900000.1110.044200000000山東 0000000000000000.70690000.10190.03180000000000河南 00000000000000.05840.7488000.1750.0785000000000000湖北 0000000000000.04080.742800000000000000000湖南 0000000000000.6965000000000000000000広東 000000000000.73130000000000000000000広西 00000000000.655500000000000000000000海南 0000000000.6082000.0105000000000000000000重慶 00000000.20080.7560.27130.02560.07670.03140.079200000000000000000四川 00000000.70020000.11580.0273000000000000000000貴州 0000000.75480000.049900000000000000000000雲南 000000.82180.1590000.012500000000000000000000チベット 00000.72360000000000.08970.026300.02940.020.01050.00770000000.0677000陝西 000.04250.64210000.00750.02230.01050.00380.01760.01280.03080.0594000.01040.0076000000000000甘粛 000.772600000.03010.11030.04680.01170.02390.0233000000000000000000青海 00.67900.17240.07610000000000000.00620.00470.01300000000000寧夏 0.8012000000000000000000000000000000新疆4.
削減費用最小化モデルの分析
4.1
削減費用最小化基本モデルの導入
移動係数
ajiはこのリセプター
jに排出源
iから輸送されている汚染量の変化
Dpj.iと排出 源
iでの排出量の変化
Dqiの比率である。これは (
3-3)である。この式を変形 すると, となり,合計すると,以下の式(
4-1)になる。
(
4-1)
つまり, (
4-2)
ここで,
a1.i:ある排出源
iからリセプター
1への移動係数 D
qi:ある排出源
iの
SO2の排出削減量
D
p1.i:ある排出源
iからリセプター
1への汚染削減量
D
p1:全ての排出源
iからリセプター
1への汚染削減量合計,すなわち,リセプ ター
1の汚染削減量
式(
4-1)及び式(
4-2)によると,リセプター
1の汚染削減量
Dp1は各
31省(市)排出源
iから リセプター
1への移動係数
a1.iと各省(市)
SO2の排出削減量
Dqiの積の合計である。同じ ように考えると,リセプター
jの汚染削減量
Dpjは各
31省(市)排出源
iからリセプター
jへの移動係数
aj.iと各省(市)
SO2の排出削減量
Dqiの積の合計であることが分かる。
本節の研究対象は環境質目標を達成する上で中国国内全社会の削減費用が最小化すること であるから,計算範囲は“
32.その他”を除く中国国内の
31省(市)と考えられる。よって,
各
31省(市)の汚染削減量(汚染水準)を達成するためには,各
31省(市)が削減すべき排 出量は以下の各式を満たさなければならない。中国各地域の環境質を達成するために目標汚 染削減量が分かれば,各地域の最低排出削減量が分かる。以下の式(
4-3)で示される。
(
4-3)
ここで,D
qi:環境質を達成するために排出源のある省(市)
iの
SO2の最低排出削減量 :リセプターのある省(市)
jの目標汚染削減量
上式を利用して各
31省(市)の最低排出削減量を算出しようとすると,削減費用最小化基 本モデルは次式(
4-4)のような線形計画問題に定式化することができる。
aji = Δ Δpji/ qi ajiΔqi=Δpj i.
a1 1. Δq1+a1 2. Δq2"+a1.iΔqi"+a1 31. Δq31=Δp1 1. +Δp1 2. "+Δp1i"+Δp1..31 a1 1. Δq1+a1 2. Δq2"+a1.iΔqi"+a1 31. Δq31=Δp1
a a a
a a a
a a a
i
j j i j
i
1 1 1 1 31
1 31
31 1 31 31 31
. . .
. . .
. . .
" "
" " " " "
" "
" " " " "
" "
⎡⎡
⎣
⎢⎢
⎢⎢
⎢⎢
⎤
⎦
⎥⎥
⎥⎥
⎥⎥
⎡
⎣
⎢⎢
⎢⎢
⎢⎢
⎤
⎦
⎥⎥
⎥⎥
⎥⎥
≥ Δ Δ Δ
Δ Δ Δ q
q
q
p
p
p
i j
1
31
1
"
"
"
"
*
*
3 31
*
⎡
⎣
⎢⎢
⎢⎢
⎢⎢
⎤
⎦
⎥⎥
⎥⎥
⎥⎥
Δp*j
(
4-4) ここで
Ci:ある省(市)
iの限界削減費用
D
qi:ある省(市)
iの排出削減量
sub.to(
4-3)
以上の式(
4-3)及び(
4-4)という削減費用最小化基本モデルによって,全地域の目標汚染削減 量 を達成するように,各地域では
SO2の最低排出削減量
Dqiを実施すると,式(
4-5)の 最小値は全社会の最小削減費用となる。
4.2
削減費用最小化基本モデルの各パラメータについて
削減費用最小化モデルという式(
4-3),(
4-4)によって,以下でこのモデルの各パラメータ の地域別の大気質基準濃度 ,削減率
bなどの値を求める。4.2.1
地域別の
SO2の大気質基準濃度
SO2
の目標大気質濃度を求めるために,中国の今の環境大気質基準を述べておく。
今中国で実施している環境大気質基準は(
GB3095-1996)環境大気質基準である
5)。この 基準は,環境大気質の機能エリア及び基準区分,汚染物質項目,測定時間,濃度制限値,サ ンプリング及び分析方法,そしてデータ統計の有効性に関する規定を定めており,中国全土 での環境大気質評価に適用される。
目標大気質濃度はこの(
GB3095-1996)環境大気質基準で定めた
SO2濃度の制限値を参 照する。これによる,
SO2に対する基準をまとめたものが表
4-1「汚染物質
SO2の濃度制限 値」である。
Min C q C q C q C q
q i i
( i) 1Δ 1+ 2Δ 2"+ Δ "+ 31Δ 31
Δp*j
Cj*
表
4-1で環境大気質基準は三つのレベルに分け,一類エリアでは一級基準を,二類エリアで は二級基準を,そして三類エリアでは三級基準を実施するものとする。
表
4-1汚染物質
SO2の濃度制限値
6)分 析 方 法 濃度単位
濃 度 制 限 値 測定値の
汚染物質 選定時間
三級基準 二級基準
一級基準
ロザニリンホルマ リン分光光度法
mg/m3(標準状態)
0.1 0.06
0.02
年 平 均
SO2
日 平 均
0.05 0.15 0.25 0.7 0.50.15
一時間平均
5