碳交易規制下考慮資金約束的制造商低碳融資策略研究

周濤，陶明，孟祥倩

（山東理工大學 管理學院，山東 淄博 255012）

一、引言及文獻綜述

改革開放以來中國經濟高速增長，但經濟發展的外部問題即環境污染問題日趨嚴峻。2018年，生態環境部環境規劃院發布的《中國經濟生態生產總值核算發展報告2018》數據顯示，2015年我國污染損失成本為2萬億元。因而在此背景下，構建綠色制造體系，推行低碳生產，實現制造業企業碳減排改造具有重要意義。然而，低碳改造需要充足的資金保障，資金不足、融資渠道單一、融資成本高等問題會導致制造業企業低碳生產的動力不足，從而難以改善其環境表現，實現供應鏈可持續運行。因此，在企業碳減排投入資金不足情形下，創新探討碳減排融資新模式，比較各融資模式孰優孰劣，剖析融資決策受到哪些因素影響等問題值得深入研究。

目前關于低碳供應鏈融資的研究中，主要包括以下兩方面。一是低碳融資需求方面。Choi（2013）[1]在不同碳排放稅政策指導下，確立了基于競爭行為的供應商最優訂購量和碳排放投資需求量。唐書傳等（2020）[2]考慮碳總量控制與碳交易制度，分析了零售商、制造商領導情形下供應鏈成員定價與碳減排決策問題，并確立了企業最優碳減排投入量。二是低碳融資模式方面。楊浩雄和段煒鈺（2019）[3]研究發現在分散與集中決策下，缺乏資金稟賦的低碳綠色企業采用預付款模式時供應鏈利潤最優。Fang和Xu（2020）[4]探究了制造商綠色信貸及混合融資問題，發現“制造商承擔低碳投資和零售商提前支付部分貨款”融資模式為最優策略。李波等（2021）[5]基于利益與低碳努力水平最大化角度設計銀行信貸和貿易信貸兩類融資模式，研究發現當制造商低碳投資成本系數與供應商生產成本均較低時，制造商將選擇銀行信貸模式。

隨著碳交易市場上線，以碳排放額度作為交易標的的金融產品開始出現，供應鏈交易結構由二維模式轉為三維模式，為低碳供應鏈融資拓展了新渠道。“碳交易+融資”機制的重要性日益凸顯，碳排放額度質押融資模式開始引起學術界和企業界的廣泛關注，相關研究主要集中在以下兩方面。一是碳額度融資可行性方面。Lewis（2010）[6]指出，中國通過碳融資能夠促進企業可持續發展，而國際市場的不確定性將阻礙碳融資在中國的有效推行。高振娟和趙道致（2013）[7]從資源、結構和實踐三個角度闡述了碳額度融資的可行性，并進一步設計了碳額度融資的運作模式。鄧敏貞（2015）[8]則認為碳排放權作為一種資產權利，缺乏完善明確的法律依據，從法律層面確立碳資產的可交易性為碳融資的實踐推行奠定基礎。二是在質押模式框架設計方面。竇亞芹等（2014）[9]設計了碳資產質押貸款模式，并對該模式實行的先決條件和操作過程中可能出現的風險進行了分析論證。張濟建等（2018）[10]對比分析了單主體與多主體協同對碳資產質押融資運作的有效性，并在模式設計中強調了政府在碳資產質押貸款中的引導和風險防范作用。

綜上所述，國內外學者對企業低碳融資的相關研究較為豐富，但仍存在以下不足：一是既有研究更多關注外部條件對企業融資決策的影響；二是以碳額度作為質押物的融資方式研究普遍聚焦于模式設計與法律政策規制方面。因此，本文在碳交易背景下考慮資金約束問題，創新引入碳額度質押貸款模式，并深入分析碳額度及自有資金不同對制造商最優融資決策選擇的影響，在研究視角和方案設計方面具有一定創新性。

二、制造商融資模型框架及相關參數設定

本研究基于單個制造商與單個零售商構成縱向供應鏈系統，其中制造商在供應鏈中處于主導地位負責產品研發與生產，可能面臨資金約束；零售商負責產品銷售，資金充足。面對制造商缺乏資金稟賦而無法進行有效的低碳投入轉型問題，設計兩種資金解決方案。一是通過制造商所擁有的碳額度向銀行申請質押貸款。碳額度質押貸款是指企業將政府分配的初始碳排放額度作為質押資產從銀行獲取貸款的融資模式。二是通過下游零售商分擔制造商部分碳減排投入以彌補資金不足局限。在制造商與零售商建立穩定的合作伙伴關系下，基于利益共贏、品牌提升需要，零售商有意愿為制造商分擔碳減排成本。基于此，研究設計無融資決策模式、碳額度質押貸款模式、零售商分擔碳減排投入成本模式、“碳額度質押貸款+零售商分擔碳減排成本”混合模式，并進行對比分析，提出優化融資方案，對解決制造商低碳減排資金不足問題具有重要意義。碳交易規制下制造商融資運作流程如圖1所示。

圖1 資金約束下制造商融資運作流程圖

模型相關參數設定：

C為單位產品生產成本；

W為產品批發價格；

P為產品銷售價格；

Em為初始碳排放額度；

em為單位產品碳排放量；

Pc為單位碳交易價格；

ω為碳減排率(0＜ω＜1)；

F為制造商自有資金；

φ為碳額度質押貸款利率；

λ為質押貸款折扣系數(0＜λ＜1)；

k為零售商分擔制造商碳減排投入比例(0＜k＜1)；

C(ω)為碳減排投入成本，C(ω)=αω2/2，α為碳減排投入難度系數(α＞1)；

Q為產品銷量，Q=a-μP+βω，μ(μ＞1)為消費者價格敏感系數，β為消費者低碳水平敏感系數。

假設1：碳配額質押融資瞬時到賬且不考慮違約。

假設2：碳配額質押價格與碳配額交易價格相同。

即制造商缺乏足夠資金進行產品低碳升級投入。

假設4：制造商通過不同方式融入資金后，采取相同碳技術行為進行升級改造。

三、供應鏈碳減排融資模型

（一）無融資決策模型

無融資決策情境下制造商自有資金不足，未與銀行、零售商產生融資關系，制造商僅利用自有資金進行碳減排投入。此時，制造商利潤來源于產品收入、碳額度收入及碳減排支出。構建無融資決策優化模型如下：

在制造商與零售商構建的二元供應鏈體系中，兩者都以自身利益最大化為目標進行決策。制造商處于主導地位，優先決定碳減排率和批發價格，零售商依據制造商決策制定產品銷售價格。求解過程采取逆向歸納法。

首先，求解零售商利潤關于銷售價格的一階導數，并令其為零，可得最優銷售價格。

其次，將式（3）代入式（2），求得制造商利潤關于碳減排率和批發價格的一階導數。

因此，當制造商自有資金為F時，制造商會將全部資金用于碳減排投入以提高碳減排效率，即αω2/2=F，求得滿意解為：

（二）零售商分擔碳減排投入決策模型

制造商低碳減排投入資金不足，考慮通過與零售商建立穩定合作關系融入資金。在現實情境下，消費者低碳偏好的購買行為大多由下游零售商首先識別，為激勵上游制造商實現產品低碳轉型，增強產品市場競爭力，零售商往往愿意主動為制造商分擔部分碳減排投入成本。

零售商分擔碳減排投入情境下，制造商與零售商產生融資關系，制造商與零售商共同融入資金進行碳減排投入，基于各自利益考慮，兩者在投入分擔比例上存在競爭博弈關系。假設零售商分擔制造商碳減排投入成本比例為k，則制造商所分擔的碳減排投入成本為αω2(1-k)/2≤F。構建零售商分擔融資決策優化模型如下：

（三）碳額度質押貸款融資決策模型

制造商低碳減排投入資金不足，考慮通過碳配額質押貸款融入資金。首先，制造商利用自身初始碳配額于期初向銀行發起質押貸款申請。其次，貸款銀行對碳資產進行審核，審核合格后評估定價并按質押率發放貸款。再次，制造商根據自有資金及貸款資金進行碳減排投入，通過實現需求，制造商獲得收益。最后，碳配額履約周期結束后制造商向銀行還本付息贖回碳配額，并通過碳市場進行交易。

碳額度質押貸款融資情境下，制造商與銀行產生融資關系，制造商利用自有資金與碳配額貸款資金進行碳減排投入。研究設計兩種情況：一是制造商初始碳額度質押貸款足夠覆蓋碳減排融資需求，即αω2/2-F≤λEmPc；二是制造商初始碳額度質押貸款不能滿足碳減排融資需求，即αω2/2-F＞λEmPc。構建碳額度質押融資決策優化模型如下：

1.碳額度質押貸款充足情境

2.碳額度質押貸款不足情境

制造商利用碳額度質押未能獲得充足的碳減排投入資金，即：

此時制造商無法達到最優碳減排率，需在銀行質押貸款額度與自有資金限制下進行碳減排投入。零售商與制造商績效存在滿意解。各相關績效參數如下：

（四）混合融資決策模型

制造商低碳減排投入資金不足，考慮通過碳配額質押貸款和零售商分擔兩種渠道融入資金。混合融資情境下，制造商與銀行、零售商均產生融資關系，制造商利用自有資金與兩渠道融入資金進行碳減排投入。研究設計兩種情況：一是零售商分擔碳減排投入后制造商碳額度質押貸款能夠滿足碳減排融資需求，即αω2(1-k)/2-F≤λEmPc；二是零售商分擔碳減排投入后制造商碳額度質押貸款不能夠滿足減排融資需求，即αω2(1-k)/2-F＞λEmPc。為保障制造商有效實施碳減排改造，構建混合融資決策優化模型如下：

1.分擔后碳額度質押貸款充足情境

零售商分擔減排投入后，制造商利用碳額度質押能夠獲得充足的碳減排投入資金，當H=μα(1-k)(1+φ)-μemPcβ-(β+μemPc)2＞0，目標函數存在極大值。各相關最優績效參數如下：

2.分擔后碳額度質押貸款不足情境

零售商分擔碳減排投入后，制造商利用碳額度質押未能獲得充足的碳減排投入資金，即Em＜A=零售商與制造商績效存在滿意解。

各相關績效參數如下：

四、模型決策分析

（一）模型參數分析

命題1：ω1與F正相關，與β、Pc無關；ω3.2與F、Pc正相關，與β無關；ωj(j=2,3.1,4.1,4.2)與β、Pc正相關，與F無關。

由命題1可知以下三方面結論。

（3）零售商成本分擔、混合融資和碳額度質押貸款充足情境下，通過碳配額質押貸款或零售商分擔決策時，制造商擺脫資金約束，依靠市場調節使碳減排率得到優化改善，與自有資金無關。消費者低碳偏好與碳交易價格提升，均可激發企業碳減排熱情，提升碳減排效率，因而兩參數與碳減排率呈正相關關系。

命題2：當β＞μemPc時，Pi(i=1,3.2)與F、β和Pc正相關；Pj(j=2,3.1,4.1,4.2)與β、Pc正相關，與F無關。

由命題2可知以下兩方面結論。

（二）模型決策比較

從生態效益和經濟效益兩個維度出發，比較不同融資方式對供應鏈績效的影響。

結論1：碳額度充足情境下，ω4.1＞ω3.1＞ω2＞ω1，混合融資模式碳減排率最優，無融資模式碳減排率最低，零售商分擔和碳額度質押貸款模式碳減排率介于兩模式之間，且碳額度質押模式更優。碳額度不足情境下，當Em＜A時，ω4.2=ω2＞ω3.2＞ω1，混合融資模式與零售商分擔模式碳減排率最優，碳額度質押貸款模式碳減排率低于前面兩模式且優于無融資模式。證明過程如下。

碳額度充足情境下：

碳額度不足情境下：

故結論1成立。

結論2：碳額度充足情境下，Πr4.1＞Πr3.1＞Πr2＞Πr1，混合融資模式零售商利潤最優，無融資模式最低，零售商分擔和碳額度質押貸款模式零售商利潤介于前面兩模式之間，且碳額度質押模式更優。碳額度不足情景下，Πr4.2＞Πr2＞Πr3.2＞Πr1，混合融資模式零售商利潤最優，無融資模式最低，零售商分擔和碳額度質押貸款模式零售商利潤介于前面兩模式之間，且零售商分擔模式更優。證明過程如下。

碳額度充足情境下有以下三方面求證。

（1）求證Πr4.1-Πr3.1＞0，因為，所以Πr4.1-Πr3.1關于φ單調遞增，將φ=0代入上式，得：

（2）求證Πr3.1-Πr2＞0。

故結論2成立。

結論3：在碳額度充足情境下，當0＜F＜B(φ)時，Πm2＞Πm4.1＞Πm3.1＞Πm1，零售商分擔融資模式制造商利潤最優；當B(φ)＜F＜C(φ)，Πm4.1＞Πm2＞Πm3.1＞Πm1，混合融資模式制造商利潤最優，零售商分擔模式次優；當F＞C(φ)時，Πm4.1＞Πm3.1＞Πm2＞Πm1，混合融資模式制造商利潤最優，碳額度質押貸款模式次優。由此可見，B(φ)的大小關系決定了最優融資模式的選擇，而C(φ)的大小關系決定了次優融資模式的選擇。另外，所以隨著銀行貸款利率提高，制造商對自有資金的約束限制下降，制造商傾向選擇混合融資模式的可行范圍增大。碳額度不足情景下，Πm2＞Πm4.2＞Πm1＞Πm3.2，零售商分擔融資模式造商利潤最優，混合融資模式次優。證明過程如下。

碳額度充足情境下（見圖2）：

圖2 碳額度充足情境下制造商最優模式選擇

碳額度不足情境下（見圖3）：

圖3 碳額度不足情境下制造商最優模式選擇

故結論3成立。

五、數值模擬分析不同融資策略對供應鏈均衡解的影響

（一）參數設定

為驗證上述模型結論，本文數值設定借鑒陳偉達和史文瑾（2019）[13]、王玉燕等（2022）[14]的研究，提出以下假設：C=80，a=500，em=10，μ=1，α=3600，φ=0.2，λ=0.8。依據福建省等省份碳配額實施方案，以陶瓷、造紙、鋼鐵行業配額分配計算方法為例，設定不足配額量Em=200（不足）和充足配額量Em=1500（充足）。

（二）低碳敏感系數靈敏度分析

設定F=80，Pc=0.5，選取低碳敏感系數為5—15，其他參數保持不變，在碳初始額度充足與不足情境下對碳減排率、銷售價格、企業利潤參數分別計算，如圖4—圖7所示（a圖為碳額度充足情境，b圖為碳額度不足情境）。

1.碳減排率變化分析

由圖4可知，隨著消費者低碳敏感系數提升，無融資決策碳減排率始終保持不變，其他三類融資模式碳減排率均得到顯著改善，且呈平穩或遞增趨勢。這說明制造商通過融資解除資金約束后，隨著消費者低碳敏感系數提高，市場需求增加激發制造商增加碳減排投入，從而提升了碳減排效率。在碳額度充足的情境下，混合融資模式相較于碳額度質押貸款模式可減少銀行利息負擔，降低融資成本，而相較于零售商分擔模式又可彌補零售商資金不足局限，使制造商獲得更多碳減排資金保障，因此混合融資模式碳減排率最優。碳額度不足的情境下，碳額度質押無法獲取足夠的碳減排資金，制造商擺脫資金困境主要依靠下游零售商分擔，因而混合融資模式和零售商分擔模式碳減排率一致。這與命題1和結論1相符。

圖4 消費者低碳敏感系數對碳減排率的影響

2.價格變化分析

由圖5可知，β＞μemPc，隨著消費者低碳敏感系數提升，四類融資模式下市場銷售價格均呈遞增趨勢。由命題1可知，碳減排率與消費者低碳敏感系數正相關，消費者低碳偏好系數越高，碳減排率越高，制造商碳減排成本越大，通過價值傳導，碳減排成本通過提高市場銷售價格的方式最終轉嫁給消費者。碳額度充足情境下，混合融資模式碳減排率最優，因而導致該模式市場銷售價格最高。碳額度不足情境下，混合融資模式和零售商分擔模式碳減排率一致且最優，導致兩模式市場銷售價格最高，與命題2相符。

圖5 消費者低碳敏感系數對銷售價格的影響

3.利潤變化分析

由圖6、圖7可知，隨著消費者低碳敏感系數提升，四類融資模式下制造商利潤和零售商利潤均呈遞增趨勢。碳額度充足情境下，混合融資模式零售商利潤與制造商最優；碳額度不足情境下，混合融資模式零售商利潤最優，零售商分擔模式制造商利潤最優。這與結論2、結論3相符。

圖6 消費者低碳敏感系數對制造商利潤的影響

圖7 消費者低碳敏感系數對零售商利潤的影響

碳額度充足的情境下，基于利潤最大化考慮制造商與零售商融資決策一致，均選擇混合融資模式。碳額度不足的情境下，制造商與零售商融資決策發生沖突，而制造商作為供應鏈主導企業，從自身利益考慮選擇零售商分擔模式可大大降低其低碳融資成本，實現利潤最大化。零售商作為供應鏈合作企業選擇零售商分擔模式雖未能達到利潤最優化，但仍可獲得次優滿意利潤。

因此，無論從生態效益角度還是經濟效益角度，零售商分擔融資模式對于制造商和零售商來說都是雙贏選擇。

（三）碳交易價格靈敏度分析

依據上述模型推導，設定F=80，β=10，選取碳交易價格為0—1，其他參數保持不變，在碳初始額度充足與不足情境下分別對碳減排率、銷售價格、企業利潤參數進行靈敏度分析，如圖8—圖11所示（a圖為碳額度充足情境，b圖為碳額度不足情境）。

圖8 碳交易價格對碳減排率的靈敏度影響

1.碳減排率變化分析

由圖8可知，隨著碳交易價格提升，無融資決策模式碳減排率始終保持不變，其他三類融資模式碳減排率呈遞增趨勢。這說明制造商通過融資解除資金約束后，隨著碳交易價格提高，企業碳排放所帶來的成本增大，迫使制造商加大碳減排投入，從而提高碳減排效率。碳額度充足情境下，混合融資模式碳減排率最優；碳額度不足情境下，混合融資模式和零售商分擔模式碳減排率一致，且最優。這與命題1和結論1相符。

2.價格變化分析

由圖9可知，當β＞μemPc時，隨著碳交易價格提升，四類融資模式下市場銷售價格均呈遞增趨勢。碳額度充足情境下，混合融資模式市場銷售價格最高；碳額度不足情境下，混合融資模式和零售商分擔模式市場銷售價格一致且均最高。這與命題2相符。

圖9 碳交易價格對銷售價格的靈敏度影響

3.利潤變化分析

由圖10可知，碳額度充足情境下，隨著碳交易價格提升，無融資決策模式制造商利潤保持不變，其他三類融資模式制造商利潤均呈遞增趨勢，且混合融資模式利潤最優；碳額度不足情境下，隨著碳交易價格提升，四類融資模式制造商利潤均呈遞減趨勢，零售商分擔模式利潤最優。

圖10 碳交易價格對制造商利潤的靈敏度影響

由圖11可知，無論何種情境下，隨著碳交易價格提升，四類融資模式零售商利潤均呈遞減趨勢，且混合融資模式零售商利潤最優。這與結論2、結論3相符。當碳額度充足時，碳減排率提升，制造商通過交易剩余碳額度獲得額外利潤，因此制造商利潤提高。當碳額度不足時，制造商需要額外購買碳排放額度進行生產，促使產品生產成本增加，從而導致制造商利潤降低。且在零售商分擔和混合融資模式下碳減排率較優，增強了企業應對市場變化的能力，降低了企業脆弱性，所以制造商利潤降速較緩。混合融資模式制造商利用銀行貸款增加了融資成本，因而零售商分擔模式下制造商利潤更優。零售商利潤下降變化趨勢直接受上游制造商影響，制造商選擇混合融資模式或零售商分擔模式使得零售商利潤較無融資決策模式下得到改善。因此，零售商并不排斥選擇成本分擔模式。

圖11 碳交易價格對零售商利潤的靈敏度影響

（四）自有資金靈敏度分析

依據上述模型推導，設定β=10，Pc=0.5，選取自有資金為0—90，其他參數保持不變，在供應鏈碳初始額度充足與不足情境下分別對碳減排率、企業利潤等參數進行靈敏度分析，如圖12—圖14所示（a圖為碳額度充足情境，b圖為碳額度不足情境）。

1.碳減排率變化分析

由圖12可知，隨著自有資金增加，無融資模式與碳額度不足情境下質押融資模式碳減排率呈遞增趨勢，其他模式均保持不變。且無論自有資金水平如何變化，混合融資模式碳減排率最優。這與命題1和結論1相符。

圖12 自有資金對碳減排率的靈敏度影響

2.利潤變化分析

由圖13可知，碳額度充足情境下，當0＜F＜20時，制造商最優選擇零售商分擔模式，次優選擇混合融資模式；當20＜F＜45時，制造商最優選擇混合融資模式，次優選擇零售商分擔模式；當F＞45時，制造商最優選擇混合融資模式，次優選擇質押貸款模式。碳額度不足情境下，無論自有資金水平如何變化，制造商最優選擇零售商分擔模式。由圖14可知，無論何種情境下零售商在制造商選擇混合融資模式時利潤都達到最優。這與結論2、結論3相符。

圖13 自有資金對制造商利潤的靈敏度影響

圖14 自有資金對零售商利潤的靈敏度影響

六、結論與建議

本文在碳交易背景下，考慮碳配額充足與不足兩種情境，對無融資決策、零售商分擔、碳額度質押貸款和混合融資四種融資模型進行比較，并針對消費者低碳敏感系數、碳交易價格與自有資金水平進行靈敏度分析。研究結果如下。一是存在資金約束的制造商無論采取零售商分擔、碳額度質押貸款和混合融資策略，其供應鏈績效均優于無融資策略。二是制造商最優融資策略選擇受碳初始額度與自有資金雙重影響，選擇何種融資模式取決于制造商對經濟效益和生態效益的綜合權衡。三是零售商參與碳減排投入分擔不僅增加了供應鏈企業利潤，提高了碳減排效率，而且還增強了零售商應對碳交易市場風險的能力。因此，基于研究結論并結合實踐提出以下幾點建議。

（1）對于制造商而言，一是根據自有資金和碳初始額度不同積極拓寬融資渠道，選擇最優融資決策；二是在保障自身利潤最大化前提下提升碳減排效率，增強應對碳交易價格變化而帶來的風險的能力，降低供應鏈脆弱性；三是當生態效益與經濟效益不一致時，制造商可與零售商簽訂利益協調契約，通過契約協調促進經濟與生態效益趨于一致，實現互惠共贏的雙優格局。

（2）對零售商而言，一方面須加強低碳產品的宣傳力度，消費者低碳敏感度是決定企業利潤的關鍵因素，因此通過宣傳的方式可以有效強化消費者低碳意識，擴大低碳產品的市場需求，促使制造商加大碳減排投入，增加利潤；另一方面可主動分擔制造商碳減排投入成本，零售商分擔策略可以有效提高企業碳減排率，增加供應鏈企業利潤，因此零售商應主動分擔碳減排投入成本，并且根據制造商自有資金和碳額度變化靈活調節分擔比例，減輕制造商的資金壓力。

（3）對銀行而言，面對當前復雜多變的競爭環境，制造業企業低碳轉型擁有政策紅利和市場潛力，各金融機構應積極為低碳貸款企業開辟綠色通道，有序調整信貸資產布局，逐步優化信貸資產結構；對碳額度質押貸款等新型融資方式進行合理規范，適度調節貸款折扣系數與質押貸款利率，切實幫助制造業企業擺脫低碳融資困境。