企業(yè)碳配額視角下減排技術投入研究*

侯 強，孫 晶

(沈陽工業(yè)大學 管理學院，沈陽 110870)

企業(yè)碳配額視角下減排技術投入研究*

侯 強，孫 晶

(沈陽工業(yè)大學 管理學院，沈陽 110870)

以政府碳配額和碳減排技術投資補貼政策為背景，針對供應鏈企業(yè)的碳減排技術投入行為與企業(yè)的合作關系問題，運用博弈和最優(yōu)化方法構建無協(xié)調(diào)機制、合作博弈、集中決策和社會福利最大化狀態(tài)下的決策模型，并采用逆向歸納法對模型進行求解。對各種狀態(tài)下的減排努力水平、企業(yè)利潤和社會福利進行分析和對比，并探討減排投入成本等參數(shù)對其的影響，最后通過數(shù)值仿真證明模型的有效性，以期為供應鏈企業(yè)選擇最優(yōu)合作策略選擇和政府補貼政策的設計提供理論支撐。

供應鏈； 碳減排； 技術投入； 碳配額； 政府補貼； 博弈

以全球氣候變暖為主要特征的氣候變化問題是當今國際社會普遍關注的熱點之一。全球變暖不但危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，而且導致自然災害頻發(fā)，威脅人類的生存。中國作為全球CO2排放量較大的國家之一，在2009年哥本哈根會議上承諾：到2020年我國單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40%～45%。2016年，國務院《關于印發(fā)“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案的通知》中明確指出節(jié)能減排工作的總體要求和主要目標。為加快減排目標的實現(xiàn)，推動減排主體企業(yè)碳減排活動的有效實施，我國政府大力推行低碳經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略，不斷完善節(jié)能減排支持政策。碳配額和碳交易政策的組合實施是我國政府推進減排的重要支持政策。而政策的制定和實施一定要考慮好各個利益主體在不同博弈關系下的行為，這些行為包括減排技術投資行為、產(chǎn)量控制行為等。本文基于我國既有政策，考慮政府碳減排技術投入補貼，對企業(yè)的相關行為進行研究，具體研究內(nèi)容安排如下：首先，對該領域的文獻進行回顧；其次，構建無協(xié)調(diào)機制、合作博弈、集中決策和社會福利最大化狀態(tài)下的決策模型，并進行求解；再次，對減排效果、中間產(chǎn)品價格、產(chǎn)品產(chǎn)量、供應鏈企業(yè)利潤及社會福利指標進行比較分析；最后，通過算例分析碳減排成本系數(shù)對碳減排水平、供應鏈利潤和社會福利在四種合作狀態(tài)下的影響。

一、研究現(xiàn)狀

在低碳經(jīng)濟背景下，很多學者將低碳問題引入到企業(yè)運營管理當中，探討供應鏈企業(yè)的最優(yōu)決策。Hoen等(2010)將碳排放成本和碳排放約束納入到供應鏈運營方式的決策中，探討排放成本和限制兩種碳約束對供應鏈運營模式?jīng)Q策的影響[1]。Cachon(2011)探討了供應鏈下游零售商銷售點的布局如何在滿足碳排放限制的同時使營運成本降到最低[2]。Benjaafar等(2013)將碳排放因素納入到供應鏈系統(tǒng)中進行研究，得出許多具有重要意義的運營啟示[3]。趙道致等(2014a)研究了碳減排供應鏈企業(yè)的協(xié)調(diào)機制設計問題[4]。丁志剛等(2014)探討了二級供應鏈企業(yè)處于不同關系和地位時選擇實施低碳技術的策略[5]。部分學者通過構建博弈模型，分析供應鏈企業(yè)在不同合作情況下的減排成效和所獲收益，為供應鏈企業(yè)實施減排決策提供了一定的借鑒。謝鑫鵬等(2013)運用博弈論的方法分析了供應鏈企業(yè)在不同合作情況下的減排成效和所獲收益，為制造類企業(yè)進行減排決策提供了一定的借鑒[6]。駱瑞玲等(2014)基于單一制造商和零售商組成的供應鏈構建了博弈模型，探討了消費者碳足跡敏感系數(shù)、碳限額及碳減排成本系數(shù)對供應鏈成員最優(yōu)決策及減排效果的影響[7]。趙道致等(2014b)通過構建以制造商為主導的Stackelberg微分博弈模型，探討低碳供應鏈企業(yè)合作減排的優(yōu)化問題[8]。Du等(2015)根據(jù)碳排放權交易的情況，基于報童模型分析排放依賴型供應鏈雙方的博弈過程，得出企業(yè)低碳投入在碳稅政策下可以實現(xiàn)預期目標，而在碳排放權交易政策下不能達到預期目標的結(jié)論[9]。楊仕輝等(2016a)將配額納入到供應鏈中，構建了供應商和制造商兩級低碳供應鏈Stackelberg博弈模型，為供應鏈上下游企業(yè)實施碳減排合作提供了理論基礎和政策建議[10]。還有部分學者探討在消費者低碳偏好情況下供應鏈企業(yè)運營各方面的最優(yōu)決策問題，并提出了相應對策建議。楊光勇等(2013)在考慮顧客低碳偏好的情況下，結(jié)合碳足跡的特征和產(chǎn)品的生命周期碳足跡影響程度，構建了碳減排理論模型并進行分析，給出了一些供應鏈的碳減排對策[11]。Yang等(2016)探討了碳稅政策和消費者低碳偏好情況下供應鏈企業(yè)運營各方面最優(yōu)決策問題，并提出了相應對策建議[12]。

關于政府補貼政策對供應鏈企業(yè)活動的影響研究。部分學者針對供應鏈企業(yè)創(chuàng)新合作的政府補貼問題，構建了政府對供應鏈企業(yè)研發(fā)投入進行補貼的博弈模型，并分析了企業(yè)的最佳創(chuàng)新投入和政府的最優(yōu)補貼。孟衛(wèi)軍等(2010)對企業(yè)減排研發(fā)分別實施補貼和鼓勵合作的技術政策，對其效應進行了分析比較[13]。張澤華等(2013)構建了4個分階段的博弈模型，探討了產(chǎn)業(yè)鏈各階段R&D投入的縱向協(xié)調(diào)機制和不同R&D組織方式下的政府補貼策略[14]。李友東等(2014a)通過構建制造商和零售商間的博弈結(jié)構形式，探討分析了政府低碳補貼政策對供應鏈低碳化研發(fā)投入的影響[15]。部分學者通過構建博弈模型分析了供應鏈企業(yè)在碳減排政策下實施碳減排活動的效果，并探討了政府的最優(yōu)補貼政策。朱慶華等(2011)基于消費者環(huán)境偏好差異，構建了三階段博弈模型，分析政府最優(yōu)補貼政策[16]。楊仕輝等(2016b)通過構建Stackelberg博弈模型，分析制造商和零售商在碳減排政策下實施碳減排活動的效果，并對政府補貼對碳減排效果的影響進行討論[17]。部分學者基于政府為消費者提供的補貼政策，通過模型構建來探討供應鏈企業(yè)碳減排的政策效果。柳鍵等(2011)構建了上下游企業(yè)非合作博弈與合作博弈模型，探討政府將補貼直接發(fā)放給消費者的政策效果[18]。楊仕輝等(2015)通過對政府補貼消費者的政策效果和供應鏈成員企業(yè)相應定價和減排優(yōu)化策略的分析，采用羅賓斯坦討價還價模型設計了使供應鏈協(xié)調(diào)優(yōu)化的契約機制[19]。還有部分學者基于政府為供應鏈企業(yè)減排投入實施補貼，探討了企業(yè)的最優(yōu)減排成本投入和政府的最優(yōu)補貼率。李友東等(2014b)為探討低碳供應鏈減排合作的政府補貼效果，分別構建了三種不同的博弈關系，分析了企業(yè)的最優(yōu)減排成本投入和政府的最優(yōu)補貼率[20]。侯玉梅等(2016)構建了三階段動態(tài)博弈模型，研究得出政府對減排研發(fā)提供補貼可以激勵企業(yè)采取減排行動的結(jié)論[21]。

二、模型假設與變量說明

1.模型描述

以駱瑞玲[7]、楊仕輝[17]等的研究為基礎，本文設定低碳化二級供應鏈由一個制造商和一個零售商構成，制造商負責產(chǎn)品生產(chǎn)，零售商通過直接銷售渠道使產(chǎn)品到達消費者手中。在低碳政策下，政府期初免費發(fā)放給制造企業(yè)一定數(shù)量的碳排放配額，如果企業(yè)碳排放超過政府限制的碳配額，則需在碳交易市場買入碳排放權，當然企業(yè)也可以通過技術創(chuàng)新進行碳減排；如果企業(yè)碳排放低于政府配額，企業(yè)也可將多余的配額售出。政府對供應鏈企業(yè)的碳減排技術投入進行補貼，供應鏈中的制造商通過其技術研發(fā)來減少碳排放，達到減排的目的；零售商可以通過與制造商進行碳減排成本的分擔合作，調(diào)整中間產(chǎn)品的價格以進行成本分擔。假設政府實施補貼，企業(yè)可以了解到政府的減排補貼政策，進而選擇不同的合作行為進行博弈。

2.模型假設

(1) 供應鏈由一個制造商和一個零售商組成，制造商為零售商提供中間產(chǎn)品，零售商再加工后銷售給市場，且不存在庫存和缺貨成本。

(2) 低碳產(chǎn)品的逆需求函數(shù)為pd=a-bq，假設a、b為價格與需求的相關系數(shù)，且a>0，b>0，a>cm，以保證供應鏈有利可圖。

(4) 碳交易價格由碳市場決定，由于企業(yè)相對整個碳市場而言碳排放量占比很小，因此假設其為外生變量。

有關變量及其含義如表1所示。

表1 變量定義一覽

三、模型構建與求解

現(xiàn)實中供應鏈企業(yè)決策一般分為四種狀態(tài)：供應鏈企業(yè)各自決定本企業(yè)產(chǎn)品價格及利潤的無協(xié)調(diào)機制狀態(tài)；制造商為降低碳減排成本尋求與零售商合作，由零售商分擔一部分碳減排成本的合作博弈狀態(tài)；制造商和零售商均以產(chǎn)業(yè)鏈整體利益為出發(fā)點進行決策的集中決策狀態(tài)；以社會福利最優(yōu)為企業(yè)最終追求目標來進行碳減排活動的社會福利最大化狀態(tài)。

1.無協(xié)調(diào)機制狀態(tài)

無協(xié)調(diào)機制狀態(tài)是指當供應鏈企業(yè)未進行成本分攤協(xié)調(diào)時，各自決定本企業(yè)產(chǎn)品價格及利潤。該狀態(tài)下的決策過程為：政府確定補貼率；制造商決定中間品價格和碳減排水平；零售商決定產(chǎn)量。此時制造商、零售商利潤及社會福利水平為

πm1= (pm1-cm)q1+pc[gm-(em-Δem1)q1]-

(1)

πd1=[pd-(pm1+cd)]q1

(2)

(3)

采用逆向歸納法求均衡解。

(1) 零售商決定產(chǎn)量

(4)

式中，A=a-cm-cd。

(2) 制造商決定中間品價格和碳減排水平

(5)

將式(5)代入式(1)、(4)，并整理得

(6)

(7)

此時，將式(4)、(5)、(7)代入式(2)、(3)、(6)中，并整理得

(8)

(9)

(3) 政府選擇碳減排補貼率

2.合作博弈狀態(tài)

合作博弈是指制造商為降低碳減排成本尋求與零售商合作，由零售商分擔一部分碳減排成本，而零售商也可利用合作的成果提升產(chǎn)量從而獲取較高收益。該狀態(tài)下的決策過程為：政府確定補貼率；零售商選擇成本分擔比例；制造商選擇中間品價格及碳減排水平；零售商選擇產(chǎn)量。此時制造商、零售商利潤和社會福利水平為

πm2= (pm2-cm)q2+pc[gm-(em-Δem2)q2]-

(10)

πd2= [pd-(pm2+cd)]q2-

(11)

(12)

采用逆向歸納法求解。

(1) 零售商選擇產(chǎn)量

(13)

(2) 制造商決定中間品價格和碳減排水平

(14)

(15)

(3) 零售商選擇碳減排成本分擔比例

(16)

把求得的k′值代入上述各式整理得

(17)

(18)

pcgm

(19)

(4) 政府選擇碳減排補貼率

3.集中決策狀態(tài)

集中決策是指制造商和零售商均以產(chǎn)業(yè)鏈整體利益為出發(fā)點進行決策。該狀態(tài)下的決策過程為：政府選擇補貼率；供應鏈企業(yè)確定碳減排水平；供應鏈企業(yè)選擇產(chǎn)量。此時的產(chǎn)業(yè)鏈總利潤函數(shù)及社會福利水平函數(shù)分別為

πT3= [pd-(cm+cd)]q3+pc[gm-(em-Δem3)q3]-

(20)

(21)

集中決策狀態(tài)下上下游企業(yè)同時選擇決策行為，過程如下：

(1) 選擇產(chǎn)量

A-2bq3+pcΔem3-pcem=0

(2) 選擇碳減排水平

pcq3-β(1-t3)Δem3=0

聯(lián)立上述兩式可得

(22)

(23)

那么

pcgm

(24)

(25)

(3) 政府選擇碳減排補貼率

那么

4.社會福利最大化狀態(tài)

社會福利最大化狀態(tài)是指以社會福利最優(yōu)為企業(yè)最終追求目標開展碳減排活動的形式。該狀態(tài)下的決策過程為：政府從社會福利角度選擇碳減排水平和產(chǎn)品產(chǎn)量。此時的產(chǎn)業(yè)鏈利潤及社會福利水平函數(shù)為

πT4= [pd-(cm+cd)]q4+pc[gm-(em-

(26)

(27)

(1) 產(chǎn)量選擇

A-bq4+pc(Δem4-em)=0

(2) 碳減排水平選擇

pcq4-βΔem4=0

將以上兩式聯(lián)立求最優(yōu)解，得

將最優(yōu)解代入式(26)、(27)中，整理得

四、模型結(jié)果分析

1.不同狀態(tài)對比分析

對碳減排成本補貼條件下的制造商碳減排行為中四種狀態(tài)下的最優(yōu)解進行整理，其中B=A-pcem。通過對比分析可以得出碳減排成本補貼條件下制造商碳減排行為的以下結(jié)論：

2.算例分析

對制造商碳減排成本系數(shù)的變化帶來的影響進行分析，參考Benjaafar[3]的研究，本文將相應的參數(shù)設定為a=20，b=1，cm=2，cd=1.5，em=0.7，pc=0.8，gm=200。

圖1 碳減排成本系數(shù)對碳減排水平的影響

圖2 碳減排成本系數(shù)對供應鏈利潤的影響

圖3 碳減排成本系數(shù)對社會福利的影響

五、結(jié) 論

基于碳配額和政府減排補貼政策，本文通過構建制造商和零售商之間的碳減排合作博弈模型比較分析了無協(xié)調(diào)機制狀態(tài)、合作博弈狀態(tài)、集中決策狀態(tài)和社會福利最大化狀態(tài)四種狀態(tài)下供應鏈企業(yè)的最優(yōu)碳減排水平、最優(yōu)產(chǎn)品產(chǎn)量、最優(yōu)利潤及最優(yōu)社會福利。研究表明：在最優(yōu)減排水平方面，社會福利最大化狀態(tài)最高，集中決策狀態(tài)次之，合作博弈狀態(tài)和無協(xié)調(diào)機制狀態(tài)并列最后；在最優(yōu)產(chǎn)品產(chǎn)量方面，最高的為社會福利最大化狀態(tài)，其次為集中決策狀態(tài)，最后為合作博弈狀態(tài)和無協(xié)調(diào)機制狀態(tài)；在最優(yōu)產(chǎn)業(yè)鏈利潤方面，集中決策狀態(tài)下最高，其次為無協(xié)調(diào)機制狀態(tài)，再次為合作博弈狀態(tài)，社會福利最大化狀態(tài)最低且為負值；在最優(yōu)社會福利方面，社會福利最大化狀態(tài)下最高，集中決策狀態(tài)次之，合作博弈狀態(tài)和無協(xié)調(diào)狀態(tài)并列最低。

碳減排成本系數(shù)對碳減排水平及社會福利水平均具有負向影響，即隨著碳減排成本系數(shù)的增大，碳減排水平和社會福利水平均呈下降趨勢；碳減排成本系數(shù)對無協(xié)調(diào)機制、合作博弈和集中決策三種狀態(tài)下的供應鏈利潤具有負向影響，而對社會福利最大化狀態(tài)下的供應鏈利潤具有正向影響，即隨著碳減排成本系數(shù)的增大，無協(xié)調(diào)機制、合作博弈和集中決策狀態(tài)下的供應鏈利潤水平均呈下降趨勢，而社會福利最大化狀態(tài)下的供應鏈利潤水平呈上升趨勢。

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Researchoninvestmentofemissionreductiontechnologyfromperspectiveofcarbonquotaofenterprises

HOU Qiang, SUN Jing

(School of Management, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China)

In the context of the government carbon quota and carbon emission reduction technology investment subsidy policy, the relationship issues are considering between carbon emission reduction technology investment behavior and enterprise cooperation in supply chain enterprises.By using the game and the optimization methods, the decision models are constructed under the states of no coordination mechanism, collaborative game theory, centralized decision making and social welfare maximization.The models are solved by backward induction.Analysis and contrast are made concerning the levels of emission reduction efforts, the corporate profits and social welfare in all states.And the influence of the parameters such as emission reduction investment and cost is discussed.Finally the effectiveness of the model is proved by numerical simulation, so as to provide theoretical support for the selection of optimal cooperation strategy and the design of government subsidy policy for supply chain enterprises.

supply chain; carbon emission reduction; technology investment; carbon quota; government subsidy; game

F 223

A

1674-0823(2017)05-0434-08

(責任編輯：張 璐)

2017-05-03

遼寧省社會科學基金項目(L15BJY035)； 沈陽市科技局軟科學研究項目(F16-233-5-08)； 遼寧省財政科研基金管理辦公室項目(16C003)。

侯 強(1980-)，男，內(nèi)蒙古赤峰人，教授，博士，主要從事戰(zhàn)略管理與決策技術等方面的研究。

* 本文已于2017-09-27 09∶56在中國知網(wǎng)優(yōu)先數(shù)字出版。 網(wǎng)絡出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/21.1558.C.20170927.0956.016.html

10.7688/j.issn.1674-0823.2017.05.09