“雙碳”目標下的岸電減排決策研究

周海英,鄧燕赟

(廣州航海學院港口與航運管理學院，廣東廣州 510725)

1 研究背景

2020 年9 月22 日，國家主席習近平在第七十五屆聯合國大會一般性辯論上的重要講話中指出，中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030 年前達到峰值，努力爭取2060 年前實現碳中和。對于交通航運港口管理而言，“雙碳”目標最直接體現在綠色港口的構建上。綠色港口的內涵是在環境影響與經濟利益之間獲得良好平衡的可持續發展港口，相較于西方發達國家，我國綠色港口建設相對滯后。

岸電作為港航領域節能減排最具前景的新技術，是綠色港口建設的重要內容。為推廣岸電使用，我國政府對港口和船舶進行補貼。交通運輸部公布的統計數據顯示，中央財政于2016—2018 年通過車輛購置稅收入補助地方資金對沿海和內河港口岸電設備設施建設和船舶受電設備設施改造項目予以獎補，3 年來共安排車輛購置稅獎勵資金7.4 億元，支持靠港船舶使用岸電［1］。隨著港口運營商的不斷探索和政府的有效支持，我國40%以上的主要港口都安裝了岸電基礎設施，為靠泊船舶提供陸上電力。然而，當前岸電改裝船舶的滲透率不到中國船舶的1%［2］，具備受電設施的船舶數量少，船舶岸電使用意愿不高，岸電使用率總體仍然較低。

岸電使用率總體較低，從補貼政策來看，一是當前岸電補貼不足，缺乏吸引力。走訪調研發現，對港口的岸電常規性補貼有電價補貼、設施維護補貼、需量費補貼、首次測試費補貼，而運行補貼較少，由于港口岸電設備的特殊性，港口岸電運行成本高，如深圳港一年岸電運行的人工成本約為300 萬元/年，而當前使用岸電船舶較少，收益基本無法支撐如此高的運行成本。另外，船舶進行受電設備改造費用高，近幾年各地政府以補貼港口為主，對船舶岸電設備改造的補貼相對較少。二是當前岸電補貼標準不一，缺乏規范和研究。如深圳和上海對港口岸電設施建設給予30%的補貼，廣州則按項目建設費用的50%進行補貼，深圳對深圳籍船舶岸電受電設備按改造費的30%進行資助，而廣州與上海則無船舶改造費的資助，如表1 所示。

表1 深圳、廣州、上海三地岸電補貼標準

2021 年2 月，國務院印發《關于加快建立健全綠色低碳循環發展經濟體系的指導意見》，強調要積極打造綠色航道、綠色港口，明確指出要加大推廣綠色船舶示范應用力度，加快港口岸電設施建設。在“3060 雙碳”背景下，探討政府補貼與港口區域岸電減排的關系，為港口與船舶岸電減排決策和政府制定補貼政策提供理論支持，具有重要現實意義。

岸電技術可以有效減少港口船舶污染物排放，近年來備受關注。Kotrikla 等［3］探討了使用岸電設備和可再生能源的潛力。Innes 等［4］從控制總成本和排放的角度,分析了在中小型港口采用岸電設備的前景。Thalis［5］利用技術檢驗量化框架，分析了岸電技術的現狀及其前景，結果表明當監管機構進行協助時，岸電技術減排是可行的；Martínez-López等［6］采用一種估算港口特定環境收費的計算方法，來激勵短程海運船舶使用岸電；Reusser 等［7］評估了船舶在泊位使用岸電技術時，采用雙向功率流控制策略的排放影響，從而優化輔機的運行廓線；Martínez-López 等［8］采用計量方法，以貨幣形式評估了岸電和LNG 在瑞士的減排效果；Zis［9］研究表明，只要管理機構協助船舶經營者和港口進一步采用岸電技術，那么岸電是一個可行的減少排放的選擇；Dariusz 等［10］介紹了內陸電力供應船舶系統設計的建議、標準和規定。董曉青［11］認為政府應該采取相應的激勵政策，促進港口的生態環境建設，如稅收減免政策、環保補償機制、“綠色補貼”政策等。李勇等［12］對浙江省某港口及船舶岸電改造的成本進行估算，分析國家補貼政策對港口及船舶岸電改造成本回收年限的影響。研究得出，政府對于岸電改造港口的補貼政策對于岸電改造港口和船舶是十分重要的。馮華等［13］以南沙港三期工程為例，采用單一變量法，系統地分析了船舶岸電改造成本回收年限與國家補貼之間的相互關系，根據港口和船舶的成本回收年限可接受限度，求得了國家補貼的最小限額。

當前，關于岸電的研究工作多是技術層面的分析和應用層面的介紹，單一的從技術、成本方面定量分析其可行性，而沒有考慮到政府的補貼機制和其他利益參與者的決策情況進行研究［14］，事實上，岸電減排可以看作一類由港口和船舶構成的供應鏈系統，完全可以從供應鏈視角來進行研究［15］。

綜上，基于岸電技術特點，結合前人研究，從供應鏈視角，構建政府、港口、船舶的三階段博弈模型，采用博弈方法研究港口和船舶岸電減排決策行為及政府補貼策略，為岸電推廣和使用提供理論支撐。

2 問題描述與假設

岸電技術可以有效降低靠港船舶的排放，是港口減排的重要手段，但使用岸電，港口需要進行岸電設施設備改造，而船舶也要進行受電設備改造，且改造費用高。從企業經濟效益角度考慮，無論是港口還是船舶都不會主動進行岸電改造，當前政府通過補貼推動船舶使用岸電，那么政府該如何進行補貼？港口與船舶在市場中的地位是否影響減排決策？基于此，本文針對實際中的難點，重點研究政府補貼下，港口和船舶在不同博弈結構下的需求量、減排成本、收益等指標，探討政府補貼、港口與船舶決策地位對港航企業減排策略的影響。相關參數含義如表2 所示。

表2 博弈模型下的符號說明

為便于分析，做如下兩個假設。

線性需求函數被廣泛應用于港口供應鏈的研究中，如Cui 等［16］基于線性需求假設，分析了政府對船舶和港口征收一定的排污稅以控制港區排污的情況；Yang 等［17］比較了碳交易下的港口減排技術決策；桑高峰等［18］應用博弈模型，研究了碳稅政策下港口與船舶減排決策問題。

假設2：港口和船舶具有完全信息，雙方都是理性博弈參與者。

3 模型建立

政府、港口、船舶組成一個供應鏈系統，使用岸電減排，政府首先制定補貼政策，港口與船舶在觀測到政府補貼政策后決策運費價格、港口服務價格以及產出。構建模型如下：舶連接后，港口向船公司收取使用岸電的費用；為港口岸電改造成本。

4 模型求解

博弈論通常用于分析不同權力結構下供應鏈成員之間的協調。Yang 等［19］研究了在一個供應商和一個零售商組成的兩級供應鏈中，低碳政策對渠道協調的影響。Qian 等［20］研究了由一個技術供應商和兩個制造企業組成的供應鏈，結果表明，非對稱納什博弈可以有效地避免技術投資的囚徒困境，可使包括技術供應商、制造企業和消費者在內的社會福利最大化。Ghosh 等［21］建立了Stackelberg 博弈和Nash 博弈，探討了渠道結構如何影響綠色水平、價格和利潤。借鑒上述文獻，考慮港口與船公司在市場中地位的不同，探討三種博弈模型：一是港口主導的Stackelberg 博弈；二是船舶主導的Stackelberg博弈；三是港口與船舶處于同等地位的Nash 博弈。分別用上標1、2、3 表示這三種博弈模型。采用逆向歸納法求解不同結構模型下的政府最優補貼、價格、利潤、排放量，并對這三種情形下的最優決策進行分析。

4.1 港口主導的Stackelberg 博弈

第一階段：在政府補貼政策和港口服務價格前提下，船公司追求自身利潤最大化，即求式（2）的最大值，由于，根據，得到：

第二階段：港口追求自身利潤最大化，將式（6）

4.2 船舶主導的Stackelberg 博弈

4.3 港口與船舶處于同等地位的Nash 博弈

5 結果分析

5.1 利潤分析

（1）將不同博弈結構下服務價格和需求量進行比較：

命題1 表明，港口與船舶組成的供應鏈中，三種博弈結構下的服務價格、服務量是不變的，即政府對船舶使用岸電電價進行補貼時，不同博弈結構不會影響整體供應鏈的服務價格、服務量。不管是船舶還是港口，處于主導地位的一方，更傾向于提高價格以獲得更多利潤。

（2）將不同博弈結構下供應鏈整體利潤進行比較：

命題3 表明，港口處于主導地位時，更傾向于提高價格以獲得更多利潤，這時港口利潤大于其他兩種情形下的。結合命題2 的分析，當接岸電時間較短（）時，港口處于主導地位的博弈結構，可以使得供應鏈整體利潤達到最優。因此，港口的最優策略是：一方面要提高岸電服務效率，縮短岸電服務時間；另一方面，應選擇處于主導地位的市場結構。此時，不但港口與船舶供應鏈的整體利潤最大，而且港口的利潤也達到最優。而船舶利潤則受岸電接電時間和停泊時間的影響，當船舶接岸電時間較短時（，Nash 博弈情形下的船舶利潤小于船舶處于主導地位情形，但大于港口處于主導地位情形。而當船舶接岸電時間較長時（，Nash 博弈情形下的船舶利潤最大。

5.2 補貼分析

將不同博弈結構下政府最優補貼進行比較：

命題4 表明，港航供應鏈中，當船舶與港口雙方處于同等地位時，政府的補貼最少，船舶處于主導地位或港口處于主導地位兩種情形下的政府補貼不變。作為政府監管部門，應鼓勵船舶與港口雙方處于同等地位的市場結構，從而可以采用最低的補貼，推動港口與船舶減排。

5.3 排放量分析

將不同博弈結構下的排放量進行比較：

可得命題5：

船舶靠港使用岸電，這時船舶的主要排放是進行岸電連接操作時使用燃油而產生的排放，由于接岸電的時間是不變的，故供應鏈的整體排放量是不變的。

5.4 社會福利分析

可得命題6：

命題4、5、6 表明，港口與船舶組成的供應鏈中，使用岸電時，三種博弈結構下的社會福利、排放量是不變的。也就是說，三種博弈結構下，雖然政府補貼不相同，但供應鏈的社會福利與排放量是一樣的。從補貼最小角度，政府應鼓勵船舶與港口雙方處于同等地位情形，這樣就可以以最少的補貼，推動港口與船舶使用岸電減排，獲得最大的社會福利。

5.5 敏感性分析

命題7表明，政府補貼與市場規模a成正向關系，在其他條件不變的情況下，市場規模增加，則補貼增加。而補貼與船舶靠港停泊時間、船舶成本、岸電功率、岸電價格、服務差異化水平的倒數b成反向關系，即船舶靠港時間越長，補貼越少，岸電價格升高，則補貼減少，岸電功率增加，則補貼降低。服務差異化水平增大，補貼減少。

6 結論

本研究采用博弈方法，建立了港口與船舶在政府補貼政策下使用岸電的博弈模型，探討不同博弈結構下的岸電減排決策。結果表明：三種博弈結構下的社會福利和排放量是一樣的。當港口與船舶處于同等地位時，政府補貼最小，因此，從補貼最小的角度，政府應鼓勵港口與船舶處于同等地位情形；當時，一方處于主導地位的供應鏈總利潤不變，且大于港口與船舶雙方處于同等地位的供應鏈總利潤。當時，博弈雙方處于同等地位下的供應鏈整體利潤最大。當港口處于主導地位時，更傾向于提高價格以獲得更多利潤，這時港口利潤大于其他兩種情形下的。因此，對于港口而言，其最優策略是：一方面要提高岸電服務效率，縮短岸電接電時間，另一方面可以通過組合港、區域港口合作、港口聯盟等方式，增加主導權，處于市場主導地位。船舶利潤則受岸電接電時間和停泊時間的影響，當船舶接岸電時間較短時（，博弈雙方處于同等地位的船舶利潤小于船舶處于主導地位情形，但大于港口處于主導地位情形。而當船舶接岸電時間較長時（，港口與船舶處于同等地位情形下的船舶利潤最大。

用博弈方法分析政府補貼下的港口與船舶岸電減排決策問題。考慮到了政府的補貼機制的影響，以及利益相關者的動態變化過程，改變了以往只是單一地采用定價模型分析岸電使用問題，具有現實意義。本研究中，考慮了由一個港口和一家船公司組成的供應鏈，而現實實際中，港口供應鏈可能需要考慮多個船公司。另外，本文基于市場需求線性假設基礎上進行的研究，盡管該假設在相關文獻中被廣泛使用，如Cui 等［16］；Yang 等［17］；桑高峰等［18］，但其他一些需求函數，如隨機需求等仍然可以考慮。