考慮碳稅和產(chǎn)品綠色度的閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)Nash博弈均衡模型

呂寶龍　張桂濤　劉陽　姬茂旺

摘要 隨著全球氣候變暖的逐漸加劇和部分資源日漸枯竭，減少碳排放并促進(jìn)資源的循環(huán)利用已成為世界范圍內(nèi)共同關(guān)注的熱點(diǎn)議題之一，多數(shù)國家對溫室氣體排放采取了多種形式的限制措施，其中碳稅是較為常見的政府政策?？紤]到制造企業(yè)的生產(chǎn)與再制造活動(dòng)是碳排放的重要來源，為應(yīng)對碳稅政策，制造商可對產(chǎn)品進(jìn)行低碳技術(shù)投資來提升產(chǎn)品的綠色度水平。通常產(chǎn)品綠色度水平越高，則單位產(chǎn)品的碳排放量越低。故在此背景下，企業(yè)如何在增加的投資額與降低的碳排放量之間進(jìn)行權(quán)衡，進(jìn)而得出最優(yōu)的生產(chǎn)/再制造與定價(jià)策略是其面臨的重要決策問題。本文以變分不等式、互補(bǔ)理論和拉格朗日對偶理論為基礎(chǔ)，在考慮閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)同類成員競爭的基礎(chǔ)上，結(jié)合制造商在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的綠色度決策，在政府碳稅和補(bǔ)貼政策下建立了消費(fèi)者具有低碳偏好的閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)均衡模型。結(jié)合變分不等式的修正投影收縮算法，設(shè)計(jì)了模型求解程序。在數(shù)值算例中，分析了政府碳稅和補(bǔ)貼、回收比例因子以及消費(fèi)者低碳偏好的變化對產(chǎn)品綠色度決策、產(chǎn)量與價(jià)格決策以及企業(yè)利潤的影響，進(jìn)而給出相應(yīng)的管理學(xué)啟示。結(jié)果表明：政府一方面需合理選擇補(bǔ)貼力度，補(bǔ)貼過低無法充分發(fā)揮該機(jī)制的作用，而補(bǔ)貼過高又影響政策效果;另一方面，政府應(yīng)引導(dǎo)企業(yè)將回收比例設(shè)置在合理區(qū)間內(nèi)，具體應(yīng)結(jié)合再制造成本節(jié)約水平與產(chǎn)品的綠色度水平綜合選取。碳稅機(jī)制是一種值得推廣的碳減排機(jī)制，可促使企業(yè)選擇低碳生產(chǎn)技術(shù)減少碳排放量并使利潤略有增加。盡管制造商利潤隨消費(fèi)者低碳意識(shí)的提高而略有改善，但其更應(yīng)依靠政府等外部力量來提升消費(fèi)者的低碳偏好意識(shí)。本文所得結(jié)論對低碳供應(yīng)鏈研究和政府政策設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò);碳稅;補(bǔ)貼;產(chǎn)品綠色度;消費(fèi)者低碳偏好

中圖分類號(hào) F252

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)1002 - 2104（2019） 01 - 0059 -11

DOI：10.12062/cpre. 20180513

自2009年哥本哈根會(huì)議之后，各國政府紛紛出臺(tái)政策以落實(shí)1997年《京都議定書》規(guī)定的碳減排目標(biāo)，以達(dá)到降低能源消耗強(qiáng)度、提高資源產(chǎn)出的目的。碳減排政策的實(shí)施給企業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)，促使企業(yè)重新思考和制定更為復(fù)雜的運(yùn)營管理策略——即以閉環(huán)供應(yīng)鏈為基礎(chǔ)并形成低碳供應(yīng)鏈的運(yùn)作形式，其主要目標(biāo)是在環(huán)境保護(hù)基礎(chǔ)上尋求企業(yè)發(fā)展的最優(yōu)策略。此外在實(shí)踐中，企業(yè)通常將有限資源投入到產(chǎn)品研發(fā)等核心業(yè)務(wù)中，而將回收業(yè)務(wù)委托給第三方物流企業(yè)（以下簡稱回收商）。故本文針對由多個(gè)制造商、多個(gè)回收商和多個(gè)需求市場組成的閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)，考慮消費(fèi)者具有低碳產(chǎn)品偏好，且將產(chǎn)品綠色度作為制造商的決策變量，運(yùn)用變分不等式為理論工具分析閉環(huán)供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)的Nash均衡模型，研究消費(fèi)者低碳偏好、碳稅和回收補(bǔ)貼等對企業(yè)成員運(yùn)營決策的影響，以此向企業(yè)決策者和政府有關(guān)部門提供建議。

1 文獻(xiàn)綜述

目前，降低碳排放已成為全世界的共識(shí)。我國的許多大城市飽受霧霾和其他環(huán)境災(zāi)難的困擾，對社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來嚴(yán)重影響。這就迫切要求企業(yè)和整個(gè)社會(huì)改變發(fā)展模式，在滿足生態(tài)環(huán)境保護(hù)的前提下實(shí)現(xiàn)企業(yè)和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展目標(biāo)。

在制造型企業(yè)中，生產(chǎn)制造和再制造過程是其碳排放的重要環(huán)節(jié)之一，如汽車、重型機(jī)械和電子產(chǎn)品等行業(yè)。碳排放具有“公共產(chǎn)品”特征，具有強(qiáng)外部性和公共利益特征，降低碳排放并不能給企業(yè)帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益，反而可能會(huì)使其經(jīng)濟(jì)利益受損。因此，通常需要外部力量來進(jìn)行強(qiáng)制或引導(dǎo)企業(yè)減少碳排放量。碳稅是一個(gè)低成本的政府政策，已經(jīng)在加拿大和歐盟等多個(gè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)實(shí)施，而在我國還處于試驗(yàn)階段。因此，有必要探討碳稅機(jī)制在降低二氧化碳排放量的同時(shí)對企業(yè)利潤的影響。

已有部分學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，如Benjaafar等分析了碳稅、碳限額和碳交易對碳排放的影響;張博等研究了我國碳稅開征的條件和動(dòng)態(tài)調(diào)整策略;熊中楷等結(jié)合消費(fèi)者的環(huán)保意識(shí)在主從博弈情境下研究了碳稅對供應(yīng)鏈碳排放的影響;在碳稅等三種碳排放政策下，Liu等提出了三種優(yōu)化模型來分析再制造的產(chǎn)品數(shù)量;楊惠霄等考慮政府對碳排放征稅及消費(fèi)者對低碳產(chǎn)品存在偏好，分別研究了隨機(jī)需求批發(fā)價(jià)契約及收益共享契約下生產(chǎn)商的碳減排決策問題，并比較了減排前后兩種契約的最優(yōu)參數(shù);Miao等研究了碳稅與碳交易政策作用下考慮以舊換新的企業(yè)生產(chǎn)再制造優(yōu)化問題;Ma針對由多個(gè)供應(yīng)商和單一制造商組成的供應(yīng)鏈系統(tǒng)，分析碳稅政策對供應(yīng)商批發(fā)價(jià)格、生產(chǎn)批量以及制造商采購決策與銷售價(jià)格的影響。

以上文獻(xiàn)僅考慮制造企業(yè)如何依據(jù)政府的碳稅政策來調(diào)整其生產(chǎn)/再制造批量與定價(jià)決策，卻并未涉及企業(yè)的低碳技術(shù)投資。事實(shí)上，低碳技術(shù)投資是提升產(chǎn)品綠色度水平并降低碳排放量的有效手段之一。此時(shí)，企業(yè)如何在增加的投資額與降低的碳排放量之間進(jìn)行權(quán)衡、進(jìn)而得出最優(yōu)的生產(chǎn)與定價(jià)策略是其面臨的重要決策問題。朱慶華等建立了綠色供應(yīng)鏈中考慮產(chǎn)品綠色度和政府補(bǔ)貼分析的三階段博弈模型;Liu等構(gòu)造了一個(gè)二次函數(shù)來描述綠色度與成本之間的關(guān)系;江世英等建立了考慮產(chǎn)品綠色度的四種綠色供應(yīng)鏈博弈模型;高舉紅等研究了當(dāng)產(chǎn)品的綠色度和銷售努力共同影響市場需求時(shí)閉環(huán)供應(yīng)鏈的定價(jià)、產(chǎn)品綠色度、銷售努力度、回收率決策和零售商營銷策略選擇問題;Xi等考慮到綠色產(chǎn)品的市場需求由產(chǎn)品綠色度水平和價(jià)格共同決定，分析了產(chǎn)品綠色化投資問題;石平等建立了博弈模型研究公平關(guān)切行為和產(chǎn)品綠色化效率對綠色供應(yīng)鏈定價(jià)策略、產(chǎn)品綠色度和供應(yīng)鏈各方利潤及整體利潤的影響。Drake等研究了碳稅與碳交易機(jī)制影響的企業(yè)綠色技術(shù)選擇與產(chǎn)能投資組合的聯(lián)合動(dòng)態(tài)決策。但現(xiàn)有研究均在簡單的鏈?zhǔn)焦?yīng)鏈下展開。

另外，根據(jù)已有研究，對于產(chǎn)品供應(yīng)鏈末端的消費(fèi)者而言，部分消費(fèi)者對于在生產(chǎn)過程中碳排放量較低的產(chǎn)品具有偏好的傾向，愿意對該類型產(chǎn)品支付較高的價(jià)格。Wang等假設(shè)消費(fèi)者具有低碳偏好，研究了單制造商和單零售商組成的供應(yīng)鏈的碳減排問題;Ji等在零售商渠道和雙渠道兩種情形下，運(yùn)用Stackelberg博弈理論，研究了消費(fèi)者具有低碳偏好的供應(yīng)鏈碳減排問題。Hammami等分別針對連續(xù)時(shí)間動(dòng)態(tài)與離散時(shí)間動(dòng)態(tài)兩種決策環(huán)境，在碳稅與碳補(bǔ)貼機(jī)制下探討了消費(fèi)者環(huán)保意識(shí)與低碳產(chǎn)品偏好對企業(yè)最優(yōu)生產(chǎn)決策與定價(jià)的影響。