碳稅政策下供應鏈碳減排研究

李群霞，方 悅

（北京科技大學 經濟管理學院，北京 100083）

1 引言

目前我國的低碳研究主要從兩個方面開展，一個是國家層面，另外一個是企業層面。從國家層面看，政府制定一系列低碳政策促使企業進行減排工作，其中最常見的低碳政策包括碳稅、碳配額與交易、政府補貼[1]；從企業層面來看，為緊隨政府制定的低碳政策，會額外增加碳排放成本，此外供應鏈節點企業減排會有溢出效應，這會敦促供應鏈整體進行聯合減排，常見聯合方式有成本分擔機制、收益共享契約、兩部定價契約、批發價格機制等。Pizer指出從綜合成本與效益角度，碳稅政策較于碳限額與交易機制更為有效[2]。Benjaafar 研究碳稅、碳限額與交易政策對供應鏈減排的影響[3]。Dresner和Ekins研究如何通過制定碳稅的方式降低英國家庭碳排放量，并指出可以進行碳稅補貼來降低由碳稅引起的不良經濟情況[4]。程永宏研究碳稅政策下制造商與零售商的二氧化碳最優排放量與定價問題，結論表明碳稅政策下的單位二氧化碳排放量與定價不僅依賴碳稅，更與其初始二氧化碳排放量有關[5]。程永偉設計了4 種供應鏈碳稅模式，比較各個模式對供應鏈利潤、碳排放強度的影響并計算出差別稅率和統一稅率[6]。張煥勇等考慮消費者碳偏好并在政府征收碳稅情況下制造商的最優定價策略，研究表明低碳偏好會使消費者增加對低碳產品的需求，增收碳稅則會促使制造商多生產低碳商品[7]。李劍等基于EOQ模型構建二級供應鏈，研究碳稅政策下供應鏈合作減排的可能性[8]。

綜上所述，國內外通過政府碳稅政策達到供應鏈碳減排的研究已經有了一定的進展，但是研究停留在由制造商和零售商構成的二級供應鏈上，對三級供應鏈的研究不足，而在實際環境中，除了制造商、零售商外，供應鏈還有上游原材料供應商，因此忽略上游原材料供應商，只研究政府補貼對制造商和零售商碳減排的影響不夠貼近實際。另外在制造商和零售商構成的二級供應鏈中，成員之間的利益協調研究欠缺。因此本文構建了基于合作博弈的單個供應商、單個制造商和單個零售商組成的三級供應鏈，并將成本分擔機制納入到模型中，設計了三種供應鏈碳減排模式，即三方單獨減排且不給制造商分擔的供應鏈協調過程、僅供應商對制造商碳減排研發成本進行分擔的協調過程、和完全聯合減排的供應鏈協調過程。采用逆向歸納法，分別探究政府碳稅政策對供應鏈各節點企業的利潤及單位碳減排量的影響。

2 模型構建及求解

2.1 假設和參數定義

產品在制造過程時碳排量最大，對氣候污染最為嚴重，所以主要研究制造環節即制造商所產生的碳排放量，并且碳稅也是針對制造商征收。假設：

（1）供應鏈中各企業所掌握的市場信息全部公開透明。供應鏈節點企業在進行單獨減排和合作減排后的單位成本固定不變。

（2）依據經典模型spremont 假設，本文所構建三級供應鏈結構中各節點企業的減排成本與自身的單位減排量成二次函數關系，其中βj是碳減排投資研究參數，βj恒大于0[11]。

（3）消費者有低碳消費偏好，傾向購買單位碳減排量高的產品，關系滿足D=a-bp+c(Δe)，其中D為消費者需求數量；a是產品市場容納量；b是價格影響系數；p為銷售價格，為定值；c是敏感系數，表示消費者需求對三方企業總共的碳減排量的敏感程度；Δe是供應商、制造商、零售商的碳減排量之和[9]。

表1 參數及含義

考慮制造企業本身的碳減排研發成本，供應商、制造商和零售商的利潤函數為[10]：

2.2 不同減排方式的求解

（1）三方單獨減排且不給制造商分擔的供應鏈協調過程（λs=λr=0）：將λs=λr=0 代入上述公式，對式（2）中 Δem求偏導，得：

上式表明，只有制造商進行碳減排時，其單位減排量隨著自身利潤的增加而增加，隨碳減排投資研究參數增加而減小，t表示政府征收的碳稅，t的數值在20-50之間，消費者需求對單位產品總碳減排量的敏感系數越高，制造商的單位碳減排量越大。與此同時，制造商的單位減排量與政府征收的稅額也有一定程度的聯系。

（2）僅供應商對制造商碳減排研發成本進行分擔的協調過程（λs≠0，λr=0）：此種情況與上面不同之處在于，供應商對制造商進行了碳減排成本分擔，此時的博弈模型可以理解成為一個三階段博弈。首先由政府確定對制造商征收的碳稅額度，其次供應商根據市場及自身情況確定其對制造商的成本分擔率，即λs，最后制造商再確定自己的單位碳減排量。運用逆向求解法可以對博弈過程求解，同理，對式（2）中的 Δem求偏導，將結果代入式（1）并對λs求偏導，求得均衡解：

（3）縱向完全聯合減排的供應鏈協調情況（λs≠0，λr≠0）：供應商和零售商都給制造商分擔，因此可將系統看成四階段博弈模型，重復上節求解過程，得出結果：

從上式可知，隨著供應商和零售商對制造商成本分擔增加，制造商的碳減排量也增大，這也符合實際情況，當另外二者都對制造商進行激勵，進行成本分擔時，制造商當然有動力去實行碳減排，此時減排效果也越明顯。供應鏈企業完全聯合減排時，制造商單位碳減排量與三者利潤變化和消費者碳減排敏感系數變化趨勢相同，與碳減排投資研究參數變化趨勢相反。

3 理論分析

（1）當符合 βm-2tc ＞0，2ρsc-t(a-bp)-c(ρm-te0)＞0 且 ρrc-2ρsc-4t(a-bp)-c(ρm-te0)＞0 時，供應鏈企業縱向完全聯合減排時制造商的單位碳減排量最大。

（2）符合上述約束條件的前提下供應鏈企業共同實施碳減排時，三方各自的利潤最大。

（3）供應鏈中三方企業縱向合作減排時，供應商對制造商的成本分擔率最低，只有供應商對制造商進行成本分擔時的分擔率次之。

證明：

證畢。

4 數值分析

據統計，我國服裝業生命周期全過程消耗的能源總量為1.05t 標煤/t，其制造環節所需電能、熱能及設施照明運行等無一不涉及到碳排放，污染物排放和能源消耗量大；以一件250g的純棉服裝為例，從原料棉花的種植到售賣到消費者手中，共排出約自身重量30 倍的二氧化碳，因此對服裝業進行碳減排研究有著一定的實際價值。以制造業中的紡織服裝業為研究對象，論證政府對紡織服裝業的制造過程和消費環節征收碳稅時供應鏈的協調情況。對相關參數進行無量綱化設置，βm=3 320，為制造商的碳減排投資研究參數，產品市場容納量a=10 100；價格影響系數b=5，p=2 000，敏感系數c=8，單位碳排放量初始值e0=3，碳稅額度t=20，假設一件衣服的成本約占售價的20%，進行量綱化處理后，供應商、制造商、零售商的單位利潤分別為 ρs=300，ρm=260，ρr=400，進行賦值后，探究一系列情況。

4.1 減排方式對比

表2 用數值驗證了碳征稅情況下三種不同減排方式的對比，在政府實施征收碳稅的政策背景下，供應鏈中的上下游企業應鼎力合作，共同減排，上下游企業都能獲得最大收益。

表2 三種減排方式對比

4.2 碳稅政策影響

分析碳稅值對供應鏈的影響，以供應鏈聯合減排帕累托最優狀態為基礎，探討碳稅數值對減排效果的影響。其中政府不實行碳稅情況時t=0，對制造商和消費環節征稅時t=20，總體效益為供應鏈中的三個企業利潤總和。從表3可知，政府實施碳稅政策后，制造方的減排效果提高。與無政策情況進行對比發現，實行碳稅政策時，供應商的成本分擔率較無政策時降低，零售商的成本分擔率降低。這是因為對制造商征稅，制造商利潤下降，導致零售商和供應商降低了減排積極性。在利潤方面，制造商利潤下降，也正是因為有部分下降，使得供應鏈整體效益較無碳稅政策時降低。

上面只是分析了政府是否實施碳稅政策對供應鏈碳減排各方面的影響，下面進一步探究t 在20-50之間變化時對制造商單位碳減排量、成本分擔率、企業利潤的影響。

表3 碳稅政策對供應鏈碳減排的影響

從圖1（a）可知，可以明顯看出征收碳稅可以提高制造商的減排效果。圖1（b）研究了稅率在20-50之間變化時對企業成本分擔率的影響，其中S代表供應商，R 代表零售商。對制造商進行征稅時，稅率上升，在零售商成本分擔率明顯下降的同時，供應商的成本分擔率有微弱上升幅度。圖1（c）探究了稅率對三方企業利潤的影響，其中M 代表制造商。將圖1（c）與表3 數據作對比發現，供應商的利潤增長趨勢基本相同，且都高于無碳稅政策情況；而對制造商征稅時制造商利潤下降，低于無碳稅政策情況。圖1（d）表示碳稅值越高，總體效益相對于不實施碳稅政策時降低越多。

圖1 碳稅值對制造商單位減排量（a）、成本分擔率（b）、三方企業利潤（c）、總體效益（d）的影響

5 結論及展望

本文研究在碳稅政策下供應鏈的碳減排博弈問題，以制造商碳減排為主要分析點，研究對制造商進行征稅時對整個供應鏈碳減排的影響，并設計三種減排方式，通過博弈分析求出均衡解，探究各參數對單位碳減排量、成本分擔率及利潤的作用和影響，證明了在供應鏈企業聯合減排時，達到帕累托最優狀態，即單位碳減排量最大，企業利潤最高。從數值仿真分析發現，政府實施的征稅值越高，越能提高制造商的單位碳減排量；同時會降低供應商的減排積極性，制造商利潤不斷下降，另外兩方企業利潤不斷增加，但總體效益總是低于無碳稅政策情況。

本文僅考慮產品在所設計的供應鏈模型中進行流通，但服裝行業的產品到流通到消費者手中后，由于消費者對其反復清洗、熨燙，依舊會產生碳排放，在未來的研究中可以將產品流通到消費者手中以后的環節也納入到供應鏈模型中。服裝產品所用原料可進行回收，可以將其設計成為閉環供應鏈探討碳稅政策對碳排放量及企業利潤的影響。