碳限額政策下考慮制造商資金約束的供應鏈決策研究

張艷麗, 胡小建

(1.合肥學院 經濟與管理學院,安徽 合肥 230601; 2.合肥工業大學 管理學院,安徽 合肥 230009)

隨著全球經濟的快速發展,日益嚴重的環境問題引起了各國政府和公共部門的高度重視[1]。《京都議定書》要求所有成員國降低溫室氣體排放,并對碳排放標準作出限定。發展低碳經濟已經成為世界各國的共識,許多國家和地區頒布了各種低碳政策以減少企業經營活動對環境的影響。近年來,我國政府也出臺了一系列與節能減排相關的政策,主要包括碳限額、碳稅收、碳限額與交易機制、碳補償等政策,目的是促使企業主動降低在生產制造過程中的碳排放。其中,碳限額政策是指政府規定生產企業總的碳排放量上限,當企業在生產過程中產生的碳排放量超過該上限時,將受到重罰。

從宏觀角度來看,碳限額政策可以達到減排目標,控制溫室氣體的排放總量。從微觀角度來看,企業若不采用減排技術,則面臨巨大的懲罰;若采用減排技術,又會面臨極大的技術成本的挑戰,增加了企業的資金壓力[2]。尤其是一些中小型企業,經常會出現運營資金有限的情況,而這些中小型企業由于信用評級低、違約風險大,很難從傳統銀行獲得融資[3]。為了緩解企業在綠色投資時面臨的融資問題,全球各國的銀行推出了綠色金融服務,為從事低碳運營的企業提供資金支持。供應鏈成員內部融資也為中小型企業的融資開辟了新的途徑,例如,京東金融為其平臺上的中小微供應商提供融資服務,本田汽車為其零部件供應商提供財務支持。隨著消費者環保意識的逐漸增強,更多的消費者愿意為低碳環保產品支付溢價,也激勵了生產企業主動減排[4]。

供應鏈企業,尤其是一些中小型企業,在同時面臨碳限額和資金約束時決策其減排水平與產量,以及上下游企業間的協作,都是供應鏈實際運營中需要關注的問題。目前國內外學者對低碳供應鏈的研究主要集中于探討碳排放政策對供應鏈決策的影響。文獻[5]分別構建基于碳稅、碳交易及碳補償政策下的單企業生產的決策模型,研究不同碳排放政策下企業的生產決策問題;文獻[6]研究碳限額交易機制和碳稅政策下多寡頭企業的生產與減排決策問題;文獻[7]探討碳限額與交易機制下制造商的減排投資策略,證明該政策可以為企業創造新的盈利空間;文獻[8]分析碳限額與交易機制對再制造供應鏈決策的影響;文獻[9-10]在碳限額政策下,研究混合渠道供應鏈的碳減排決策問題;文獻[11]研究單位產品碳限額和總量碳限額機制下技術減排投資對企業利潤及碳排放的影響;文獻[12]在碳限額交易政策及消費者低碳偏好條件下,分析碳限額及消費者碳排放敏感系數對產品零售價和最優碳減排量的影響。上述研究探討了不同的碳政策對企業決策的影響,但沒有深入分析針對某一種碳政策,當政府收緊和放寬該碳政策時企業的應對策略。本文將針對碳限額政策,分析不同寬松程度的碳限額政策對供應鏈決策的影響。

在低碳融資方面,文獻[13-14]研究受資金約束的低碳供應鏈的融資均衡問題;文獻[15]分析了銀行融資和貿易信貸對企業減排運作的影響;文獻[16]考慮碳排放限制構建GCF模型,探討制造商在嚴格限制碳排放約束下的運營和融資決策。還有部分學者在研究中考慮消費者低碳偏好的因素,文獻[17]考慮消費者環保意識,研究GCF和混合融資下供應鏈的融資均衡,發現當消費者環保意識較高時,混合融資對于制造商和零售商均是有利的;文獻[18]考慮市場需求受消費者低碳偏好的影響,以制造商占優的兩級供應鏈為研究對象,分析資金約束下低碳供應鏈的決策問題;文獻[19]考慮市場需求受制造商低碳努力的影響,分析銀行信貸和貿易信貸2種融資模式下的均衡解;文獻[20]在政府補貼低碳供應鏈中,考慮消費者低碳偏好,研究采購資金不足的零售商的融資決策問題。上述研究探討了低碳供應鏈的融資問題以及消費者的低碳偏好對供應鏈決策的影響。研究結果表明,銀行融資和貿易信貸是資金受限企業的主要融資渠道,而且消費者的低碳偏好激勵了企業減排。本文擬在前人研究的基礎上,考慮市場需求受消費者低碳偏好影響,探討下游制造商的融資決策問題。

綜上所述,本文基于碳限額政策,考慮下游制造商減排資金受到約束,分別建立銀行融資和供應商融資的供應鏈決策模型,重點解決以下問題:① 不同松緊程度的碳限額政策對供應鏈減排、生產和融資決策的影響;② 不同融資策略對供應鏈減排和生產決策的影響;③ 供應鏈的融資均衡。

1 問題描述與基本假設

該供應鏈系統的碳排放量受到政府的監督,因為當制造商生產過程中產生的碳排放量超過碳排放上限時,政府將給予制造商重罰,所以理性的制造商會考慮投資減排,減排后供應鏈的碳排量滿足條件e0q-e≤T,其中:e0為制造商在生產過程中單位產品的初始碳排量;T為政府針對該制造商設定的碳排放上限。

本文用到的符號定義如下:r為銀行/供應商的貸款利率;e0為制造商在生產過程中單位產品的初始碳排量;a為市場潛力,a>0;c為供應商單位產品的生產成本,c

假設制造商是一家長期運行且信譽良好的企業,如果制造商的收入不足以償還貸款,那么其將以負現金流繼續經營,全額償還貸款。本文研究的決策順序如下:① 供應商作為市場主導者優先決策產品的批發價格;② 制造商決策生產量和減排量。

2 模型構建與分析

2.1 銀行融資

(1)

(2)

s.t.e0q1-e1≤T。

通過逆向歸納法可以求出銀行融資時的最優解,見定理1。

定理1 銀行融資時,根據碳排放上限T的取值范圍有如下2種情況。

證明首先確定碳排放約束下制造商的最優生產量和減排水平,(2)式中,目標函數的Hesse矩陣為:

通過計算Hesse矩陣等于2k(1+r)-θ2。根據假設2k(1+r)-θ2>0,H為負定的,此外約束條件均為線性函數。在極大化問題中,如果目標函數是嚴格凹函數,約束條件是線性函數,那么這個規劃就是凸規劃。對于凸規劃來說,Kuhn-Tucker條件是確定最優點的充要條件。

構建(2)式的拉格朗日函數,即

L(q1,e1,λ)=(a-q1+θe1-w1)q1-

L1(1+r)+λ(T+e1-e0q1)。

根據Kuhn-Tucker條件,制造商最優生產量和減排量的確定,需要滿足以下條件:

λ(T+e1-e0q1)=0,

λ≥0。

只有當λ=0或T+e1-e0q1=0時,等式λ(T+e1-e0q1)=0才成立。

θ(ke0(1+r)+θ)]}/

2k(1+r)[2k(1+r)-θ2]。

根據T+e1-e0q1=0,有

λ={k(1+r)[(e0k(1+r)-θ)-

2e0θ+4]-θ2}。

高碳排放條件(碳限額寬松政策)用上標L表示,低碳排放條件(碳限額收緊政策)用上標T表示。根據定理1可得推論1、推論2。

推論1 銀行融資時,在低碳排放條件下,有如下結論:

證明

證畢。

推論1說明:在低碳排放條件下,隨著碳限額政策逐漸放松,制造商會提高產量,只有當單位產品的初始碳排量較高時(e0≥E1),制造商才會加大減排力度。制造商可以通過減少生產量和提高減排量2種方式降低碳排量。當政府逐漸放松碳限額政策時,為獲得更多的收益,制造商會提高生產量,如果初始碳排量較高,此時生產量的提高會導致碳排量超過政府規定的閾值,那么制造商必須同時加大減排投入。如果初始碳排量較低(e0

推論2 銀行融資時,2種碳限額政策下,批發價格、減排量和生產量滿足以下關系:

推論2說明:當政府收緊碳限額政策時,為防止制造商大幅度減產和激勵制造商減排,供應商選擇降低產品的批發價格;為避免受到懲罰,制造商降低生產量減少碳排放,只有當單位產品的初始碳排量較低時(e0

從推論1、推論2可以看出,政府在制定碳限額政策時,需要考慮企業當前的碳排放水平。在企業當前的碳排放量比較高的情況下,政府在制定碳限額政策時應該適當放寬;否則,由于巨大的減排壓力,企業可能會退出市場;在企業當前的碳排量比較低時,收緊的碳限額政策能更好地引導企業減排。

2.2 供應商融資

(3)

(4)

s.t.e0q2-e2≤T。

同樣地,根據逆向歸納法可以求出供應商融資策略時的最優解,見定理2。

定理2 供應商融資時,根據碳排放上限T的取值范圍有如下2種情況:

證明同定理1。證略。

根據定理2可得推論3、推論4。

推論3 供應商融資時,在低碳排放條件下,有如下結論:

證明同推論1。證略。

通過比較推論3與推論2可以發現,供應商融資下,在低碳排放條件下,隨著碳限額政策逐漸放松,供應商和制造商的決策均取決于單位產品的初始碳排量。這是由于供應商融資時,供應商是碳減排活動的投資者,其決策受到碳排量決策的影響,而碳排量的決策又受到單位產品的初始碳排量的影響。

推論4 供應商融資時,2種碳限額政策下,批發價格、減排量和生產量滿足以下關系:

證明同推論2。證略。

同推論3的結果類似,政府收緊碳限額政策時,如果單位產品的初始碳排量較低(e0

2.3 融資比較分析

本節主要比較銀行融資和供應商融資下供應商和制造商的決策結果。

推論5 2種融資策略下,減排后的碳排量滿足以下關系:

(1) 在高碳排放條件下,有Tm1

(2) 在低碳排放條件下,有Tm1=Tm2。

推論5說明:在政府放寬碳限額政策時,銀行融資策略下制造商的碳排量小于供應商融資。這和綠色信貸政策是相符的,綠色信貸的目的是嚴格執行碳排放要求,支持企業發展綠色經濟、低碳經濟和循環經濟,引導銀行業金融機構配合國家節能減排戰略的實施。

推論6 2種融資策略下,批發價格、減排量和生產量滿足以下關系:

證明為簡化證明過程,令

A1=2k(1+r)-θ2,

A2=4k(1+r)2-θ2(2+3r),

e0θk(2+3r)-θ2。

{k(1+r)[e0(a-c)+Te0θ-4T]+Tθ2}}/A3A4。

同理有:

證畢。

推論6說明:相較于銀行融資,供應商融資策略下,供應商會降低產品的批發價格,從而激勵了制造商加大減排力度和提升產量。因為供應商融資策略下,供應商不僅是制造商原材料的提供者,還是投資者,對制造商的減排活動進行投資,并獲得一定的收益,所以供應商會降低批發價格激勵制造商減排。即使是在一般碳限額政策下(對于供應商融資策略是碳排放收緊政策),也不會影響上述供應商的決策結果。由此可以看出,供應商融資更有利于提升供應鏈整體的運營效率。

證明

證畢。

3 數值仿真

T<57.142 9為銀行融資時的低碳排放條件,T<57.266 8為供應商融資時的低碳排放條件。通過數值仿真進一步分析碳排放上限T對供應商和制造商決策結果的影響。

從圖1a可以看出,供應商融資策略下的批發價格小于銀行融資,因為供應商融資策略下,供應商作為減排活動的投資者,可以獲得減排收益,所以供應商會降低批發價格從而激勵制造商加大減排投資。而且隨著碳限額政策逐漸寬松,制造商有提高生產量的碳排放空間,供應商也會適當地提升批發價格。當碳限額政策對于制造商來說是高碳排放條件時,供應商和制造商可以在其利潤最大化的基礎上進行決策,此時的批發價格處于均衡狀態,不會隨著碳限額政策的逐漸放寬發生變化。

從圖1b可以看出,供應商融資策略下的減排量大于銀行融資,這是因為供應商融資時,供應商降低批發價格的行為激勵了制造商加大減排投入。此外，由于滿足e0

從圖1c可以看出,供應商融資策略的生產量高于銀行融資策略,且隨著碳限額政策逐漸放寬,制造商會增加生產量。這是因為供應商降低批發價格激勵了制造商加大減排投入,此時制造商也會增加生產量以獲得更多收益。隨著碳限額政策逐漸放寬,制造商獲得了更多的碳排放空間,制造商也會增加生產量以獲得更多收益。

碳排放上限對供應商、制造商、供應鏈系統利潤的影響如圖2所示。

從圖2a可以看出,在低碳排放條件下,因為銀行融資對供應商是占優的,所以當政府收緊碳排放政策時,供應商不提供貸款給制造商。因為供應商融資時,供應商是減排活動的投資者,所以與制造商共擔市場風險。因此,在低碳排放條件下,供應商為降低批發價格,激勵制造商減排和增加產量,從而導致低碳排放條件下供應商的利潤相對銀行融資較低。

在高碳排放條件下,因為制造商可以在最大化自身利潤的基礎上進行決策,此時供應商選擇借款給制造商減排,也可以獲得更多的收益,所以碳排放寬松政策下,供應商融資時供應商的利潤相對銀行融資較高,該結論與推論7一致。

從圖2b可以看出,無論何種碳限額政策,供應商融資都是制造商最優的選擇。因為無論是低碳排放條件還是高碳排放條件,在供應商融資策略下,供應商會降低批發價格,所以減少了制造商的成本支出。但是隨著政府逐漸放寬碳限額政策,制造商的利潤逐漸降低,因為在低碳排放條件下,隨著碳限額政策的逐漸放松,供應商會提升批發價格,所以導致制造商的利潤逐漸降低。這也說明批發價格對制造商利潤的影響超過生產量。因此,制造商在減排和增加產量的同時,也應尋找與供應商的合作途徑,降低批發價格。

從圖2c可以看出,從供應鏈系統來看,供應商融資是占優的,因為供應商融資是上游供應商和下游制造商之間的內部融資,供應商降低批發價格的行為,激勵了制造商提高生產量,提高供應鏈整體的運營效率,所以在一定程度上緩解了雙重邊際效用。

4 結 論

本文在碳限額政策下,考慮制造商受到減排資金約束,分別構建銀行融資和供應商融資策略下的供應鏈決策模型,分析了不同碳限額政策對供應鏈的減排與生產決策的影響,并對2種融資策略下供應鏈的決策結果進行了比較。研究結果表明:

(1) 2種融資策略下,供應商和制造商的最優決策取決于碳排放上限。當政府放寬碳排放政策時,制造商可以在其利潤最大化的基礎上進行決策;當政府收緊碳排放政策時,制造商必須將碳排放上限設定為排放上限,并根據碳排放上限最大化其利潤。

(2) 銀行融資策略下,當政府收緊碳限額政策時,供應商會降低批發價格激勵制造商減排,制造商通過降低生產量減少碳排放,只有當單位產品的初始碳排量較低時,制造商才會考慮加大減排投入,提高減排量;供應商融資策略下,無論何種碳限額政策,供應商作為減排活動的投資者,均會降低批發價格以激勵制造商加大減排投資。

(3) 通過比較2種融資策略下減排后的碳排放量發現,銀行融資時的碳排量小于供應商融資,這與綠色信貸政策相符。綠色信貸的目的是嚴格執行碳排放要求,支持企業發展綠色經濟、低碳經濟和循環經濟,引導銀行業金融機構配合國家節能減排戰略的實施。

(4) 從制造商和供應鏈系統利潤最大化出發,無論何種碳限額政策,供應商融資更占優;從供應商利潤最大化出發,供應商只有在高碳排放條件才會借款給制造商。

由此可得如下管理啟示:對政府而言,政府在制定碳限額政策時,需要考慮企業當前的碳排放水平。當企業目前的碳排放量比較高的情況下,政府在制定碳限額政策時應該適當放寬,否則,由于巨大的減排壓力,企業可能會退出市場;當企業目前的碳排量比較低時,收緊的碳限額政策更能引導企業減排。對于企業而言,加強上下游企業間的合作更有利于應對碳排放政策的壓力。

此外,本文只考慮了單個供應商和單個制造商組成的供應鏈系統,市場需求是確定型的,在實際情況中,存在多供應商和多制造商組成的更復雜的供應鏈系統,市場需求也是隨機的,這些都是下一步的研究方向。