基于超標(biāo)碳排放懲罰因子的成本最優(yōu)供應(yīng)鏈模型研究

孫　莉，徐　琪

(東華大學(xué) 旭日工商管理學(xué)院，上海200051)

?

基于超標(biāo)碳排放懲罰因子的成本最優(yōu)供應(yīng)鏈模型研究

孫莉，徐琪

(東華大學(xué) 旭日工商管理學(xué)院，上海200051)

摘要：政府對(duì)企業(yè)碳排放設(shè)置約束和引入超標(biāo)碳排放懲罰因子雖然提高了企業(yè)運(yùn)營(yíng)的總成本，但通過靈活設(shè)定碳排放標(biāo)準(zhǔn)值和超標(biāo)碳排放懲罰因子，可以促進(jìn)企業(yè)自發(fā)選擇合理的供應(yīng)鏈組合，有利于整個(gè)行業(yè)的良性發(fā)展，有效降低行業(yè)對(duì)環(huán)境的污染。

關(guān)鍵詞：低碳供應(yīng)鏈；碳排放；優(yōu)化模型；超標(biāo)碳排放懲罰因子

2015年12月的巴黎氣候變化大會(huì)上，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》近200個(gè)締約方一致同意通過《巴黎協(xié)定》，協(xié)定為2020年后全球應(yīng)對(duì)氣候變化行動(dòng)作出安排。我國也作出了“到2030年左右使二氧化碳排放達(dá)到峰值并爭(zhēng)取盡早實(shí)現(xiàn)，2030年單位國內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消費(fèi)比例達(dá)到20%左右，森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右”的重大承諾。同時(shí)，2015年我國出臺(tái)了史上最嚴(yán)厲的“新環(huán)保法”，對(duì)環(huán)境保護(hù)提出了更嚴(yán)苛的要求。因此，企業(yè)在低碳經(jīng)濟(jì)條件下尋求可持續(xù)發(fā)展之路，就必須加強(qiáng)低碳供應(yīng)鏈建設(shè)。本文從成本最優(yōu)的角度研究在碳排放總量約束和引入超標(biāo)碳排放因子條件下，企業(yè)如何合理搭配傳統(tǒng)供應(yīng)鏈和低碳供應(yīng)鏈的使用，并通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，分析一個(gè)企業(yè)在運(yùn)用多種供應(yīng)鏈供貨和碳排放總量雙重約束條件下，如何在不同供應(yīng)鏈之間分配采購貨物的運(yùn)輸量問題。

一、碳減排約束機(jī)制及低碳供應(yīng)鏈研究現(xiàn)狀

按照《京都議定書》要求，世界上很多國家相繼制定了一系列碳減排政策和規(guī)定，采取了經(jīng)濟(jì)政策和一些行政性法規(guī)[1]。在我國，發(fā)改委、工業(yè)和信息化部、財(cái)政部、環(huán)保部等部門也陸續(xù)出臺(tái)了一系列政策，旨在推動(dòng)企業(yè)在提高效益的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步強(qiáng)化節(jié)能減排。“十三五”期間，還將通過采取優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、構(gòu)建低碳能源體系、發(fā)展綠色建筑和低碳交通、建立全國碳排放交易市場(chǎng)等一系列政策措施，確保2030年碳減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，形成人與自然和諧發(fā)展的現(xiàn)代化建設(shè)新格局。

目前，國外對(duì)低碳供應(yīng)鏈理論研究仍在不斷探索中。Carbon Disclosure Project(碳排放披露項(xiàng)目，簡(jiǎn)稱CDP)在2011年的供應(yīng)鏈研究報(bào)告中指出，目前西方一些發(fā)達(dá)國家的大型企業(yè)在低碳供應(yīng)鏈中如何降低外部需求、重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品與服務(wù)、以低碳標(biāo)準(zhǔn)選擇供應(yīng)商、低碳貫穿供應(yīng)鏈所有環(huán)節(jié)等方面達(dá)成了共識(shí)。而國內(nèi)關(guān)于低碳供應(yīng)鏈的研究大都圍繞概念層面開展，低碳供應(yīng)鏈被認(rèn)為是將低碳、環(huán)境保護(hù)思想融入到所有的物流和供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)之中，形成從原材料采購到營(yíng)銷，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)到回收和生命周期支持的完整的綠色供應(yīng)鏈體系。崔立民分析了低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代綠色供應(yīng)鏈的基本概念、重要作用及推進(jìn)綠色供應(yīng)鏈管理的方法[2]。蔡偉琨討論了低碳供應(yīng)鏈的應(yīng)用，重點(diǎn)論述了低碳供應(yīng)鏈管理的動(dòng)態(tài)特性[3]。陳思源等將碳足跡概念引入供應(yīng)鏈管理研究領(lǐng)域，分析了供應(yīng)鏈中碳足跡對(duì)運(yùn)輸、采購等策略的影響[4]。盛麗穎通過對(duì)我國宏觀環(huán)境、財(cái)力、技術(shù)和體制保障的分析，討論了通過推行征收碳稅財(cái)政政策，進(jìn)一步推動(dòng)碳減排的可行性[5]。趙道致通過對(duì)在低碳經(jīng)濟(jì)背景下引入碳排放稅及消費(fèi)者低碳偏好，對(duì)供應(yīng)商主導(dǎo)的二級(jí)供應(yīng)鏈減排博弈開展研究，并采用數(shù)值實(shí)驗(yàn)展開分析，證實(shí)了征收碳稅對(duì)于控制碳排放總量的有效性[6]。李劍等通過建立數(shù)學(xué)模型分析了政府碳稅政策杠桿運(yùn)用對(duì)企業(yè)供應(yīng)鏈成本的影響[7]。于維生等通過構(gòu)建政府和企業(yè)三階段博弈模型，重點(diǎn)闡述了碳稅政策對(duì)企業(yè)最優(yōu)低碳技術(shù)水平、消費(fèi)者收益和社會(huì)總福利水平帶來的影響[8]。俞業(yè)夔等通過邊際分析的方法，研究了基于數(shù)量控制的碳交易和基于價(jià)格控制的碳稅對(duì)中國碳減排的影響，得出在我國短期內(nèi)實(shí)行碳稅政策，更符合未來中國的情況，對(duì)未來中國碳減排政策的確立和實(shí)施有一定參考意義[9]。林金釵等認(rèn)為低碳供應(yīng)鏈的實(shí)現(xiàn)，既要從供應(yīng)鏈碳排放的測(cè)度出發(fā)，還要從供應(yīng)鏈內(nèi)外兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行“雙重減排”[10]。王愛國等提出應(yīng)該同時(shí)采用開征碳稅和建立碳交易市場(chǎng)兩種碳減排政策，積極推進(jìn)各種碳減排政策的國際協(xié)調(diào)與趨同，搶占未來經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的制高點(diǎn)[11]?？傮w而言，這些研究做出了有益探索，然而在低碳供應(yīng)鏈體系的整體評(píng)估，推行低碳供應(yīng)鏈管理的重要性，低碳供應(yīng)鏈管理的方法與手段，尤其是對(duì)低碳供應(yīng)鏈的績(jī)效考核與評(píng)價(jià)等方面上，缺乏具體、系統(tǒng)的研究。

二、模型設(shè)計(jì)

隨著一系列的碳減排措施的實(shí)施，企業(yè)面臨著經(jīng)濟(jì)成本和碳排放限額的雙重壓力，企業(yè)在經(jīng)營(yíng)中必須平衡好兩者的關(guān)系，才能做到統(tǒng)籌兼顧。要解決這個(gè)矛盾，可以構(gòu)建一個(gè)數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，分析一個(gè)企業(yè)在運(yùn)用多種供應(yīng)鏈供貨的情況下，通過對(duì)碳排放總量的約束，如何在不同的供應(yīng)鏈之間恰當(dāng)?shù)胤峙洳少徹浳锏倪\(yùn)輸量，從而既能使運(yùn)營(yíng)成本盡量降低，又能達(dá)到政府規(guī)定的碳排放目標(biāo)。我們可以采用二分法建立一個(gè)模型對(duì)此加以分析，假定在碳排放不超標(biāo)和運(yùn)輸量一定的條件下，某企業(yè)共有n條供應(yīng)鏈，這些供應(yīng)鏈可包括傳統(tǒng)供應(yīng)鏈和低碳供應(yīng)鏈，貨物可通過任一條供應(yīng)鏈進(jìn)行運(yùn)輸，優(yōu)化的目標(biāo)是使總的供應(yīng)鏈經(jīng)濟(jì)成本最低，最優(yōu)解為各供應(yīng)鏈的最優(yōu)供貨量。

模型表示為以下形式：

Qi≥0,i=1,2,…，n

優(yōu)化后的模型如下：

Qi≥0,i=1,2,…，n

其中，c0表示，當(dāng)企業(yè)碳排放超過政府規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值L后，對(duì)于超標(biāo)排放值進(jìn)行額外征收環(huán)境污染費(fèi)率，即超標(biāo)碳排放懲罰因子。

三、計(jì)算分析

我們考慮僅有兩條供應(yīng)鏈(i=1,2)的運(yùn)量分配優(yōu)化問題：一條是傳統(tǒng)供應(yīng)鏈，單位貨物運(yùn)輸成本c1低，單位運(yùn)量碳排放量e1高；另一條是低碳供應(yīng)鏈，單位貨物運(yùn)輸成本c2高，單位運(yùn)量碳排放量e2低，即有c1e2。通過設(shè)定各變量的數(shù)值，并改變變量的取值范圍，計(jì)算最優(yōu)解。例如，當(dāng)各已知變量為c1=10，c2=20，e1=30，e2=10，L=450，Q0=20，c0=0.55時(shí)，通過計(jì)算可解得最優(yōu)分配運(yùn)量為Q1*=12.5，Q2*=7.5。如果已知參數(shù)有變化，則調(diào)整參數(shù)后重新計(jì)算，即可得到新的一組最優(yōu)分配運(yùn)量Q1*和Q2*。對(duì)于兩條以上供應(yīng)鏈(n≥3)的運(yùn)量分配優(yōu)化問題可以此為基礎(chǔ)進(jìn)行方便地推廣。

分別令c0=0.45，c0=0.5，c0=0.55，c1=10，c2=20，e1=30，e2=10，Q0=20，將L從600按步長(zhǎng)50逐漸遞減到200，可分別解得在不同碳排放限額條件下，各自對(duì)應(yīng)的最優(yōu)分配運(yùn)量Q1*、Q2*和總成本TC的變化。分別以L=400，L=350，L=300，e1=10，e2=20，e1=30，e2=10，Q0=20，將e0從0.55按步長(zhǎng)0.5逐漸遞減到0.45，可分別解得各自對(duì)應(yīng)的最優(yōu)分配運(yùn)量為Q1*、Q2*和總成本TC。

通過以上計(jì)算分析，我們可以得出如下結(jié)論。

1．通過引入超標(biāo)碳排放懲罰因子c0，政府可以改變強(qiáng)制限定企業(yè)碳排放的硬手段，而是分階段靈活設(shè)定超標(biāo)碳排放懲罰因子c0和對(duì)企業(yè)設(shè)定的碳排放標(biāo)準(zhǔn)值L，逐步讓企業(yè)自發(fā)選擇更為環(huán)保的新型供應(yīng)鏈組合，以期逐步達(dá)到低碳排放的目的。

2．當(dāng)政府的碳排放總量限額L比較高，而超標(biāo)碳排放懲罰因子c0也較高時(shí)，企業(yè)面臨的環(huán)保壓力較低，就可以比較多地選擇傳統(tǒng)供應(yīng)鏈供貨，而較少選擇或完全不選擇低碳供應(yīng)鏈供貨。當(dāng)政府的碳排放總量限額L逐漸降低，超標(biāo)碳排放懲罰因子c0也較低時(shí)，企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本增加，考慮到經(jīng)濟(jì)效益的因素，企業(yè)就必須減少選擇傳統(tǒng)供應(yīng)鏈供貨，轉(zhuǎn)而增加低碳供應(yīng)鏈供貨。當(dāng)政府的碳排放總量限額L很低時(shí)(例如L=200)，企業(yè)就不能選擇傳統(tǒng)的供應(yīng)鏈進(jìn)行供貨，只能全部選擇低碳供應(yīng)鏈進(jìn)行供貨。而當(dāng)超標(biāo)碳排放懲罰因子c0設(shè)置過低時(shí)，由于對(duì)企業(yè)成本影響很小，企業(yè)仍會(huì)優(yōu)先選擇高碳排放的傳統(tǒng)供應(yīng)鏈，有利于降低運(yùn)營(yíng)成本，但不利于環(huán)境保護(hù)。

3．引入超標(biāo)碳排放懲罰因子c0后，不僅可以達(dá)到限制企業(yè)碳排放的目的，政府還可以將c0作為征收碳稅稅率的重要指標(biāo)。政府在制定碳減排政策時(shí)雙管齊下，同時(shí)采取碳減排限額和征收碳稅的辦法，一方面增加了政府的財(cái)政收入，并將財(cái)政收入更多地投入到高科技、低能耗、服務(wù)型產(chǎn)業(yè)中去，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，降低化石能源的消耗，降低碳排放；另一方面也會(huì)推動(dòng)企業(yè)從持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展和提高競(jìng)爭(zhēng)力的角度考慮，進(jìn)一步加大技術(shù)改造力度，積極節(jié)約能源，提高能源利用效率，優(yōu)化資源配置，更多地選擇低碳供應(yīng)鏈。

可以預(yù)見，在今后比較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，傳統(tǒng)供應(yīng)鏈模式將與低碳供應(yīng)鏈模式并存。因此，一方面，企業(yè)必須平衡好傳統(tǒng)供應(yīng)鏈與低碳供應(yīng)鏈的關(guān)系，進(jìn)一步加大技術(shù)改造投入，優(yōu)化資源配置，降低能耗，提高資源利用率和能效，提高企業(yè)單位生產(chǎn)率，降低運(yùn)營(yíng)成本；另一方面，企業(yè)也要嚴(yán)格執(zhí)行國家碳排放政策，逐步選擇以低能耗、低污染和低排放為基礎(chǔ)的綠色供應(yīng)鏈，合理規(guī)劃物流配送路線，實(shí)現(xiàn)企業(yè)低碳供應(yīng)鏈的最優(yōu)化運(yùn)作，達(dá)到企業(yè)效益的最大化。

參考文獻(xiàn)：

[1]周新軍.國內(nèi)外碳排放約束機(jī)制及減排政策[J].當(dāng)代經(jīng)濟(jì)管理, 2013(5).

[2]崔立民.低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代綠色供應(yīng)鏈管理研究[J].中國商貿(mào)，2012(19).

[3]蔡偉琨,毛帥,蔡友霞.低碳供應(yīng)鏈發(fā)展的企業(yè)戰(zhàn)略探析[J].企業(yè)活力, 2011(10).

[4]陳思源,董敏,王京安，等.基于碳足跡的供應(yīng)鏈管理研究與思考[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì),2011(7).

[5]盛麗穎.中國碳減排財(cái)政政策實(shí)施的可行性分析[J].財(cái)會(huì)研究，2011(13).

[6]趙道致.考慮碳稅征收的供應(yīng)鏈縱向減排博弈研究[J].標(biāo)準(zhǔn)科學(xué)，2013(11).

[7]李劍,蘇秦.考慮碳稅政策對(duì)供應(yīng)鏈決策的影響研究[J].軟科學(xué)，2015(3).

[8]于維生,張志遠(yuǎn).中國碳稅政策可行性與方式選擇的博弈研究[J].中國人口·資源與環(huán)境，2013(6).

[9]俞業(yè)夔,李林軍,李文江,等.中國碳減排政策的適用性比較研究[J].生態(tài)經(jīng)濟(jì)，2014(5).

[10]林金釵,祝靜,代應(yīng).低碳供應(yīng)鏈內(nèi)涵解析及其研究現(xiàn)狀[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2015(9).

[11]王愛國,王一川. 碳減排政策的國際比較及其對(duì)中國的啟示[J].江西財(cái)經(jīng)大學(xué)學(xué)報(bào)，2012(5).

【責(zé)任編輯馬明德】

中圖分類號(hào)：X196

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-6627(2016)02-0135-03

作者簡(jiǎn)介：孫莉 (1975-)，女，山東曹縣人，東華大學(xué)旭日工商管理學(xué)院博士生，主要從事低碳供應(yīng)鏈研究；徐琪(1964-)，女，浙江臺(tái)州人，東華大學(xué)旭日工商管理學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，主要從事物流與供應(yīng)鏈系統(tǒng)研究。

收稿日期：2015-12-22