“雙碳”目標引領下創新生態系統之聯合體協同演化博弈

何得雨, 鄒 華, 楊宣虎, 劉一丁

(1. 沈陽工業大學 管理學院, 遼寧 沈陽 110870;2. 中國農業發展銀行 遼寧省分行, 遼寧 沈陽 110013)

2020年9月,我國宣布在2030年將二氧化碳排放量控制到峰值,到2060年實現碳中和。對于高能耗企業而言,近些年來通過科技創新,已經創造了許多綠色技術。但是,對于將要達到的“碳達峰”與“碳中和”的“雙碳”戰略目標而言,各行業面臨的碳減排的壓力依然很大[1]。

降低碳排放,首先要創造先進的綠色技術,而此過程需要耗費大量的人力、財力與物力。創造基于“雙碳”目標下先進的減碳技術,各企業需要聯合其他企業及科研院所展開合作,創建各種形式的產學研組織[2]。目前來看,國內各行業下的領軍企業已經開始組建“雙碳”目標下的創新聯合體,通過產業鏈重構創新鏈,構建深度融合的創新聯合體,以重大先進綠色技術等科研項目為依托,整合優化各方的能力和技術開展共性關鍵技術的創新,進而提升科技創新效率[3]。但“雙碳”目標下的創新主體之間仍然存在利益糾紛、風險擔當等問題,存在著不穩定性。本文基于演化博弈理論,以領軍企業在生態系統下的學研組織為研究對象,探討“雙碳”目標下創新聯合體綠色技術創新穩定性的影響因素;通過數值仿真分析策略演化趨勢,發現各個因素的影響效果,為促進“雙碳”目標下的創新聯合體穩定發展提出建議。

一、文獻綜述

“雙碳”戰略目標下,低碳技術創新(LCTI)是綠色生產的關鍵。發達國家先向低碳技術研究和創新投入大量資金,加快此類技術的開發和部署,并搶占了技術高峰[4]。目前,我國企業急需創造先進的低碳技術助力企業減少碳排放[5]。低碳技術的創新受到多種因素的影響,比如政府的政策支持、企業的創新意愿、消費者對綠色產品的購買意愿等[6]。各地政府部門可通過征收碳稅和環境保護補償稅等方式來提高企業對于綠色技術的創新積極性[7],并促進企業積極與學研組織的合作以提高綠色技術創新的效率。領軍企業應積極建立碳減排聯合體來促進綠色技術共享及低碳技術創新,在提高自身效率的同時,助力中小企業綠色發展[8]。先進的低碳技術需要投入大量的資源,因此需要構建高效產學研組織來促進低碳技術的創新發展[9]。創新產業聯盟及聯盟創新體等多種產學研組織可以通過合作、科學技術轉移、知識資源共享等方式促進各創新主體進行綠色低碳技術的創新,進而促進綠色技術的大量涌現[10]。但是,產學研組織作為一個復雜的創新生態系統,穩定性較差,在多方協作下很難達到最優效率[11]。

我國學者對于產學研協同創新的研究頗多。張明根等運用演化博弈的方法探究各主體協同創新如何達到協同狀態,發現各方學習能力的高低、中途退出的懲罰及信譽的降低、利益的分配等與協同的穩定性密切相關[12]。李麗通過演化博弈研究發現產學研協同創新要加強對知識產權的保護力度,通過出臺各種措施來制約各個主體對其他主體的侵權行為,并加大對侵權行為的處罰,盡可能保護各方的利益[13]。楊朝均等通過演化博弈發現退出及違約的懲罰、知識吸收收益、技術吸收能力,以及成本利益分配等影響著綠色創新聯盟的穩定性[14]。傳統產學研組織協同創新存在著不穩定性,而創新聯合體作為一種深度融合的產學研組織,其主要組織結構是龍頭領軍企業牽頭,學研組織支持,其他創新主體配合,通過接受重大科學技術項目,整合創新鏈及產業鏈來促進科學技術的創新發展[15]。但創新聯合體同時也會面臨科技創新啟動資金和后續投入的分擔、研發過程中打破條塊壁壘、研發過程中的信息溝通、創新成果的合理分享等問題[16]。

文獻分析發現,綠色低碳技術協同創新是達到“雙碳”目標最為有效的解決途徑之一。有關綠色技術的發展及產學研合作方面的研究很多,但對于創新聯合體作為解決重要科技創新問題深度融合的產學研組織的研究還處于基礎階段,對于如何使創新聯合體穩定發展尚未有研究。

二、 創新聯合體主體及要素

創新聯合體是一個較為復雜的創新生態系統。在閱讀大量參考文獻后,本文對其概念作出如下界定:創新聯合體是以領軍企業聯合產業鏈上的其他創新主體組建而成的產學研組織;通過接受國家重大科研項目,各創新主體以共同參與、利益共享、風險共擔為基本準則;是平等參與為共同完成重大科技項目進行分工協作的契約組織。創新聯合體通過領軍企業承擔重大項目,發布任務清單,協調各個主體之間的關系,進而促進技術共享及資源流動,使得創新鏈上的知識、技術及人才等創新生產要素與產業鏈的上下游生產創新主體及市場、科技成果進行深度的融合,形成“產業鏈+創新鏈”為結構的協同創新。系統構成如圖1所示。

圖1 創新聯合體主體關系

領軍企業是綠色技術創新的需求側,是創新聯合體協同創新的核心主體;創新鏈、產業鏈上的中小企業及學研組織是其他重要主體。政府作為政策內容的制定者,除了發布重要科研項目之外,還要對創新聯合體主體進行引導,通過給予創新聯合體協同創新補貼、科技成果補貼等政策促進創新聯合體之間的協同穩定性。領軍企業作為創新的最大受益者,具有較強市場洞察能力及科技成果轉化能力,對于產業鏈和創新鏈的結合具有較強的支配能力。高校與科研機構具有較強的人才隊伍和科技創新能力,在創新聯合體深度融合下,學研組織可以研發出科技創新成果而后在企業實現轉化。中小企業可以為領軍企業提供配套服務及更加精細方向的創新。科技中介的主要作用是對技術創新成果進行評估,并提供高技術孵化,進而減少協同創新的成本,為創新聯合體提供高效的技術服務平臺[17]。此外,金融機構也占據了重要的角色,企業及其他主體設立的基金組織等需要合理的安排,以解決學研組織及中小企業科技創新資金的問題。

三、 演化博弈模型

1. 模型基本假設

“雙碳”目標下的創新聯合體協同創新需要投入較多的人力、財力、物力,企業與學研方作為重要的主體及深度融合的對象, 面臨的風險及投入較大。各成員創新策略選擇為合作與不合作,作為有限理性的主體會通過不斷的測試和修正來尋找最優策略,其出發點均是自身利益最大化。當合作行為對于創新聯合體各成員都有利時,成員就會實施合作行為;當非合作行為對自己更有利,則會選擇非合作行為。基于此,本文給出如下假設。

假設1: 參與主體。為促進創新聯合體的深度融合,本文的創新主體分別是具有較多創新資源的領軍企業(E)及具有較強創新能力的學研組織(S)。領軍企業主要負責提供協同創新的資源、協同創新成果的轉化及創新方向的指引;學研組織主要負責協同創新、技術人才的輸出,以及科技創新促進碳中和,減少碳排放。但主體是有限理性的,在協同創新過程中的地位是相同的,為了利益最大化通過多次博弈找到最優策略。

假設2: 合作策略。在創新聯合體協同創新博弈過程中,領軍企業與學研組織可以按照自身的需要及效益關系選擇進行協同創新,也可以選擇不進行協同創新,各自進行策略選擇(協同,不協同)。此外,假設企業選擇(協同,不協同)的概率分別為x,1-x;學研組織選擇(協同,不協同)的概率分別為y,1-y。

假設3: 成本分攤系數。當雙方簽訂了創新聯合體綠色技術協同創新協議,設綠色技術創新項目的研發成本為C,企業以β1C、學研方以β2C的比例進行分攤,β1+β2=1。

假設4: 利潤分配系數。當學研方選擇協同創新而企業選擇單獨研發時,企業單獨研發所獲得的收益為L1,當企業選擇協同創新而學研方選擇單獨研發時,學研方單獨研發所獲得的收益為L2。假設協同創新成功時獲得協同收益為R,假設α1和α2是雙方協約下的協同創新收益,其中企業得到協同創新收益為α1R,學研方得到協同創新收益為α2R,且α1+α2=1。如果合作期間某一主體認為自身具有較大的創新研發能力,靠自己的技術能順利完成綠色技術的創新,并獲得超額收益,那么該合作方就會違約而進行獨自創新,假設M1、M2分別表示企業和學研方違約后獨自進行綠色技術創新可以獲得的超額收益。

假設5: 綠色收益系數。為促進雙碳目標的實現,促進創新聯合體更好地開展綠色技術協同創新工作,政府為綠色技術創新雙方提供了專項資金G。此外,為促進學研組織積極協同,作為減碳主體的領軍企業給予學研組織W的額外補助,幫助其進行研發。在“碳約束”下,假設政府對企業按照稅率T征收碳排放稅,對于減排額按b給予補助。企業與學研方進行綠色技術協同創新下碳排放量為H1,碳減排額為N1,此時企業需要向政府繳納的碳稅為TH1,同時政府給予企業補貼bN1,一方獨自進行綠色技術創新下企業碳排放量為H2,碳減排額為N2,需要繳納的碳排放稅為TH2,給予企業補貼bN2,N1-N2=H1-H2,假設合作下雙方共同研發使得企業減排效果更好,即N1-N2>0。

假設6: 技術吸收能力。在技術共享下,為促進深度融合,雙方應提高融合能力,對其他合作成員的技術進行吸收學習并為己所用。用φ1、φ2表示企業和學研方的協同下技術吸收效益。由于企業是領軍企業,具有較多的技術條件,所以規定φ1<φ2。

假設7: 懲罰。在雙方協同創新過程中,任何一方為獲得更多的收益或存在搭便車行為,消極合作,該方必須要承擔相應的責任,支付一定數額的違約金及信譽處罰,假設P表示所有的處罰疊加成本。

根據以上假設條件,構建“雙碳”目標下創新聯合體協同創新下雙主體博弈支付矩陣,如表1所示。

表1 “雙碳”目標下創新聯合體協同創新支付矩陣

2. 演化博弈模型

由表1可得,企業選擇不同策略下得到的期望收益及平均可得收益分別由式(1)～式(3)所示:

此外,學研組織選擇不同策略下得到的期望收益及平均可得期望收益分別為式(4)～式(6)所示:

根據演化博弈理論,可得創新聯合體協同創新中領軍企業以及學研組織選擇合作策略下的復制動態方程式如式(7)、式(8)所示:

四、 演化穩定策略分析

根據復制動態方程式進行求導得出雅可比矩陣J如下。

其中:

G-W+φ1+β1C-M1]+P-β1C},

G-W+φ1+β1C-M1+P-β1C],

β2C-M2]+P-β2C},

β2C-M2+P-β2C]。

運用雅可比矩陣J的局部穩定性進而判斷雙方演化博弈系統5大平衡點的穩定性及雙方演化穩定策略,得出雅可比矩陣行列式與跡,如表2所示。

表2 “雙碳”目標下創新聯合體演化博弈均衡點的雅可比矩陣行列式與跡

由矩陣可知,學研組織采用不協同策略時,企業選擇不同策略下得到的收益差值為P-β1C;學研組織采用協同策略時,企業選擇不同策略下得到的收益差值為α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P;領軍企業采取不協同策略時,學研組織選擇不同策略下得到的收益差為P-β2C;領軍企業采取協同策略時,學研組織選擇不同策略下的收益差值為α2R+G+W+φ2+P-M2。

以上述分析作為依據得出以下主要結論。

第一,當P-β1C<0且P-β2C<0時,E(不協同,不協同)是系統演化的穩定狀態。該狀態下傾向于都不協同,此時不利于綠色技術的協同創新。由于P-β1C和P-β2C分別為企業及學研組織選擇協同或不協同兩種策略下的收益差,均小于0,而且創新聯合體綠色技術協同創新的研發分擔成本過高,且高于退出而受到的懲罰成本P。因此,雙方在經濟效益影響下會選擇采取不協同策略,進行獨自創新,最終雙方協同創新演化結果為E(不協同、不協同)狀態。

第二,當α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P<0且P-β2C>0時,E(不協同,協同)是系統演化的穩定點。此時,對于學研組織而言,選擇不同策略所得到的收益差值為P-β2C>0,即協同創新付出的成本β2C要小于毀約退出而受到的懲罰P,學研組織會選擇協同而不是背叛。對于企業而言,學研組織選擇協同下,企業選擇不同策略得到的收益差為α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P<0,即α1R+G-W+φ1-(T-b)N1

第三,當P-β1C>0且α2R+G+W+φ2+P-M2<0時,E(協同,不協同)是系統演化的穩定點。此時,對于領軍企業而言,選擇不同策略的收益差值為P-β1C>0,參與協同創新承擔的創新成本要小于毀約退出的懲罰成本P。因此,領軍企業會選擇協同創新。而對于學研組織而言,在企業選擇協同的策略時,學研組織選擇不同策略下的收益差值為α2R+G+W+φ2+P-M2<0,即α2R+G+W+φ2

第四,當α2R+G+W+φ2+P-M2>0且α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P>0時,E(協同,協同)是系統演化的穩定點。創新聯合體雙方均愿意協同進行綠色技術的創新及研發。此時,對于企業而言,企業協同創新所獲得收益α1R,加上協同合作而得到的技術吸收效益φ1,減去碳稅與碳補貼之差(T-b)N1,大于對企業補貼W,加上獨自創新得到的收益M1減去碳稅與碳補貼之差(T-b)N2和懲罰成本P。對于學研組織而言,協同創新所得到的協同收益α2R,加上協同合作而得到的技術吸收效益φ2和政府補助G及企業補助W,小于獨自創新收益M2,減去因毀約退出而受到的懲罰成本P。在此情形下,創新聯合體雙方均愿意進行協同創新而獲得更多的利益,創新聯合體系統會演化為E(協同,協同)狀態。

第五,根據雅克比矩陣的行列式開展分類時,創新聯合體綠色低碳技術協同創新演化穩定策略分別還包含以下兩種特殊情況:

一是懲罰成本P>max(β1C,β2C),學研方α2R+G+W+φ2+P-M2<0,且企業α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P<0,該情況下需采取混合策略,系統穩定狀態為E(協同,不協同)、E(不協同,協同)。

二是懲罰成本P0,且企業α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P>0,該情況需采取混合策略,系統穩定狀態為E(不協同,不協同)、E(協同,協同)。

五、 協同創新影響因素分析

本文研究目的是采取措施使得創新聯合體綠色技術創新處于雙方協同狀態,針對雙方共同協同或雙方都不協同的狀態下展開研究。因此,主體雙方在此情形下應滿足以下要求:

(9)

構建創新聯合體演化博弈相位圖如圖2。 若雙方的初始狀態處于圖形ACEB下, 設該圖形面積為S1, 演化博弈系統會向A點收斂, 最終演化為A(0,0)狀態, 即雙方拒絕協同, 采取獨自創新。

圖2 創新聯合體演化相位圖

若雙方的初始狀態落在圖形BECD部分,設該圖形面積為S2,演化博弈系統會向D點收斂,最終演化為D(1,1)狀態,即雙方采取協同策略。

由式(11)～(14)可知,在其他因素保持不變的情況下,雙方協同下的面積S2對超額收益M1、M2、成本C、政府碳補貼b的一階偏導數小于0,S2分別為超額收益M1、M2、政府碳補貼b、成本C的單調遞減函數。因此,對于企業與學研組織雙方而言,隨著綠色低碳技術創新項目獨自創新所得到的超額收益M1、M2、碳稅補貼b、成本C的增加,相位圖S2的面積變小,創新聯合體雙方均協同的概率將變小,博弈系統會向E(0,0)演化,行為E(不協作,不協作)狀態。

由式(15)～式(20)可知,在其他因素保持不變的情況下,雙方協同下的面積S2對懲罰P、協同收益R、政府補貼G、技術吸收效益φ1和φ2、碳稅T的一階偏導數大于0,說明S2分別為懲罰P、協同收益R、政府補貼G、技術吸收效益φ1和φ2、碳稅T的單調遞增函數。因此,對于企業與學研組織雙方而言,隨著綠色低碳技術創新項目的懲罰P、協同收益R、政府補貼G、技術吸收效益φ1和φ2、碳稅T的增大,相位圖S2的面積變大,創新聯合體雙方均協同進行綠色技術創新的概率變大,系統最終會向E(1,1)點演化,并逐步形成E(協作,協作)策略。

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

由式(21)～式(23)可知,在其他因素保持不變的情況下,雙方協同下的面積S2對成本分攤系數βi、協同利潤分配比例αi、企業補助W的一階偏導數非單調。因此,需要進一步進行成本分攤系數βi、協同利潤分配比例αi、企業補助W、成本系數C進行研究。

六、 結論與建議

1. 研究結論

通過運用演化博弈方法構建創新聯合體綠色技術創新雙主體演化博弈模型,對創新主體之間的穩定性及影響因素展開研究,進而判斷不同影響因素下創新聯合體之間協同創新的穩定性,得出以下主要結論。第一,企業和學研組織雙主體最終的演化結果會受到博弈系統初始狀態的影響。第二,懲罰成本P、協同收益R、政府補貼G、技術吸收效益φi、碳稅T5項指標越高,雙方越期望協同合作。第三,超額收益M1和M2、成本C、政府碳補貼b4項指標效益越高,雙方越希望獨自創新來獲得更多的利潤,雙方越不愿意合作。第四,成本分攤系數βi,二階偏導數大于0,能取得極小值,使得S2面積最小,雙方傾向于不合作的概率較小;協同利潤分配比例αi、企業補助W二階偏導數小于0,能取得極大值,使S2面積最大,雙方傾向于合作的概率較大。

2. 對策與建議

(1) 構建有效的懲罰機制。隨著違約金的增加,創新聯合體雙方選擇協同創新的可能性會更高。因此,制定有效的違約金懲罰機制可以有效地制約雙方可能存在的投機行為。創新聯合體雙方在協同合作之前,應制定較為嚴厲的處罰規則,對于違反合約背叛行為及搭便車行為的主體給予經濟上及信譽征信等多方面的處罰。違約成本的增加,使得雙方為了利益及信譽等不愿毀約,而堅持協同創新。

(2) 構建有效的獎勵機制。為促進雙方合作,構建多種獎勵政策措施。隨著政府補貼、技術吸收效益、企業補助的增加,雙方愿意協同的概率增大。因此,在創新聯合體綠色技術協同創新過程中,為使雙方更好協同,攻克綠色關鍵技術,促進企業達到“雙碳”目標需求,政府應給予一定的協同補貼政策。此外,雙方在合作過程中,因吸收對方技術能力會得到較多的技術利益,技術利益的增加會促使雙方更加愿意協同創新。領軍企業,作為綠色技術創新任務清單的發布者及綠色技術創新的最大受益者,除了幫助學研組織進行技術創新、成果轉化、知識共享外,應給予學研組織一定的資金支持,幫助學研組織在資金短缺下開展工作。

(3) 構建有效的碳稅及碳補貼政策。碳稅的增加會增加雙方合作協同創新的概率,而碳補貼的增加反而會降低雙方協同創新的概率。因此,政府應制定合理的綠色技術協同創新碳稅政策及碳補貼政策,激勵企業進行綠色技術創新,并盡可能最大效率地促進創新聯合體綠色技術協同創新的發展。

(4) 構建合理的成本利益分配比例。最優的收益分配會使雙方選擇協同策略,但是成本分配不均會使雙方最大可能選擇不協同策略。由于本文研究的組織為領軍企業及創新鏈上的學研組織,因此,雙方的地位差別較大,創新聯合體的持續合作需要制定合理的、公平的契約條件。所以雙方應構建合理的成本與收益分擔比例,使系統達到最優狀態,從而實現共贏。