制造商主導(dǎo)的低碳供應(yīng)鏈減排策略分析

王彥春+馮耕中+王能民

內(nèi)容摘要：低碳經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)使環(huán)境資源有了稀缺性，企業(yè)有效的碳管理可以實(shí)現(xiàn)由碳成本向碳收益的轉(zhuǎn)化，所以制造企業(yè)的減排效果具有價(jià)值屬性。本文基于消費(fèi)者低碳意識(shí)對(duì)低碳供應(yīng)鏈減排策略的影響，構(gòu)建決策模型，比較集中決策和分散決策下的利潤(rùn)。結(jié)果表明：集中決策時(shí)，供應(yīng)鏈中各企業(yè)的利潤(rùn)和減排效果較好；而分散決策時(shí)，企業(yè)若要減少碳排放量，則必須降低產(chǎn)量，使利潤(rùn)降低；政府應(yīng)重點(diǎn)監(jiān)控供應(yīng)鏈上游碳排放量較大的企業(yè)。

關(guān)鍵詞：低碳供應(yīng)鏈 碳減排策略 可持續(xù)發(fā)展 碳交易

引言

隨著低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，很多國(guó)家基于政府環(huán)境規(guī)制理論，建立了碳排放權(quán)交易市場(chǎng)，開始嘗試將碳排放權(quán)交易市場(chǎng)化，制造企業(yè)既可以在碳排放權(quán)交易市場(chǎng)中購(gòu)買排放權(quán)，也可以出售額外的排放權(quán)，賦予了碳排放權(quán)以商品的屬性。因此，碳排放權(quán)作為一種全新的環(huán)境資源，必然會(huì)對(duì)企業(yè)的成本結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。企業(yè)減排會(huì)使得成本增加，但消費(fèi)者的低碳偏好又是大勢(shì)所趨，所以企業(yè)將面對(duì)一個(gè)機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的時(shí)代。

低碳問(wèn)題已成為近些年研究的熱點(diǎn)，已有學(xué)者將其引入供應(yīng)鏈的研究中。杜少甫（2009）研究了碳排放許可與交易機(jī)制對(duì)碳排放依賴型企業(yè)生產(chǎn)決策的影響。Zhang等（2011）通過(guò)擴(kuò)展原有的報(bào)童模型，考慮了當(dāng)需求隨機(jī)時(shí)，制造企業(yè)碳排放權(quán)應(yīng)如何交易。付秋芳等（2013）測(cè)量了供應(yīng)鏈多階段碳足跡，并將制造商作為核心企業(yè)，在三種不同的碳排放權(quán)分配機(jī)制下，建立了兩級(jí)供應(yīng)鏈碳減排博弈模型，探尋不同分配機(jī)制下碳足跡的變化情況。Benjaafar等（2013）則分析了如何通過(guò)運(yùn)營(yíng)決策來(lái)減少碳排放，同時(shí)討論供應(yīng)鏈企業(yè)合作與減排效果等問(wèn)題。程子騰、嚴(yán)金明（2016）以柳州市新型城鎮(zhèn)化低碳發(fā)展為案例，對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和能源消耗脫鉤的現(xiàn)象進(jìn)行了研究。Fei L等（2011）指出由于消費(fèi)者低碳偏好的轉(zhuǎn)變，消費(fèi)者會(huì)更加注重產(chǎn)品的低碳環(huán)保性，而不僅關(guān)注其傳統(tǒng)的使用價(jià)值。碳排放權(quán)交易、消費(fèi)者偏好轉(zhuǎn)變等必將對(duì)企業(yè)傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式、運(yùn)營(yíng)策略等方面產(chǎn)生巨大影響，企業(yè)的經(jīng)營(yíng)必將面臨許多新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。常見的碳排放權(quán)分配方式有：免費(fèi)分配、公開拍賣和標(biāo)價(jià)出售，本文后續(xù)的分析是基于免費(fèi)分配這一假設(shè)。李臻（2015）應(yīng)用Netlogo仿真平臺(tái)對(duì)清潔發(fā)展機(jī)制市場(chǎng)的交易過(guò)程進(jìn)行了刻畫，為研究CDM的模擬交易奠定了較強(qiáng)的理論基礎(chǔ)。馬曉明等（2016）認(rèn)為制造業(yè)領(lǐng)域的碳排放情況需要重點(diǎn)關(guān)注，并對(duì)1990-2014年中國(guó)制造業(yè)碳排放相關(guān)的影響因素進(jìn)行了LDMI分解。Hoen等（2014）對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)的分析表明調(diào)整運(yùn)輸方式能大幅降低碳排放。唐建榮、鄧林（2014）對(duì)碳足跡進(jìn)行了情景分析，通過(guò)實(shí)證分析對(duì)碳足跡展開詳細(xì)研究。前人都是基于宏觀層面對(duì)碳排放權(quán)交易展開理論或?qū)嵶C研究，很少考慮碳排放權(quán)交易情境下，企業(yè)具體的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)決策及供應(yīng)鏈整合與優(yōu)化問(wèn)題。本文首先構(gòu)建了一個(gè)簡(jiǎn)單的兩級(jí)低碳供應(yīng)鏈模型，以制造商為核心企業(yè)，且不考慮零售商的碳排放。隨后將模型擴(kuò)展，引入碳排放權(quán)交易的同時(shí)也考慮零售商的碳排放（李友東，2013），使模型更加完整。

兩級(jí)供應(yīng)鏈低碳博弈模型

（一）問(wèn)題描述與參數(shù)設(shè)定

問(wèn)題描述與模型假設(shè)。消費(fèi)者低碳意識(shí)是實(shí)現(xiàn)減排的重要外部力量，隨著消費(fèi)者低碳意識(shí)的提高，企業(yè)會(huì)主動(dòng)進(jìn)行研發(fā)降低碳排放（謝鑫鵬，2013）?；谙M(fèi)者低碳意識(shí)構(gòu)建相應(yīng)的需求函數(shù)，本文通過(guò)分析分散決策和集中決策下制造商與零售商的博弈，并對(duì)如何提高企業(yè)減排積極性提出建議。

模型假設(shè)如下：

制造商的成本函數(shù)，引用（DAspemont C，1988）研究中的經(jīng)典成本函數(shù)。假設(shè)制造商的成本由兩部分組成：首先不考慮碳減排活動(dòng)，即進(jìn)行正常生產(chǎn)活動(dòng)所付出的基本生產(chǎn)成本c ；為了減少碳排放而投入的研發(fā)費(fèi)用 βr2，假設(shè)c 與r 成二次方關(guān)系（Ray，2004），即：

其中q 為市場(chǎng)需求量，p 為產(chǎn)品的價(jià)格，t 為消費(fèi)者低碳偏好水平，a，t>0 ，產(chǎn)品的單位碳減排量與價(jià)格呈線性關(guān)系（Choi ，1996&Li，2008）。

求解結(jié)果應(yīng)保證企業(yè)有正的需求量和非負(fù)的利潤(rùn)。

模型結(jié)構(gòu)。博弈模型中制造商居于主導(dǎo)地位，基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。模型變量與參數(shù)。該模型的變量與參數(shù)如表1所示。

（二）模型分析

集中決策。供應(yīng)鏈中存在一個(gè)中心決策者，對(duì)供應(yīng)鏈整體進(jìn)行整合，從供應(yīng)鏈整體利潤(rùn)最大化的角度進(jìn)行決策，省略了中間價(jià)格，其決策變量簡(jiǎn)化為只有p 和r ，該問(wèn)題可描述為：

定理 1：用下角標(biāo) 表示集中決策下的最優(yōu)解，在集中決策模型下整個(gè)供應(yīng)鏈存在唯一最優(yōu)解：

將式（4）中的最優(yōu)價(jià)格和碳減排量代入需求函數(shù)及供應(yīng)鏈整體利潤(rùn)函數(shù)中，得到集中決策模型下的最優(yōu)市場(chǎng)需求量及最優(yōu)利潤(rùn)：

分散決策。由于制造商是核心企業(yè)，制造商將優(yōu)先對(duì)減排量r 和批發(fā)價(jià)格ω 進(jìn)行決策，之后零售商再確定零售價(jià)格p 。

定理 2： 用下角標(biāo) d表示分散決策下的最優(yōu)解，分散決策模型下兩級(jí)低碳供應(yīng)鏈存在唯一最優(yōu)解：

將求得的最優(yōu)值代入各自利潤(rùn)函數(shù)的表達(dá)式，可以得到制造商、零售商和整個(gè)供應(yīng)鏈的最優(yōu)利潤(rùn)：

命題1：在分散決策模型情況下，制造商和零售商以及供應(yīng)鏈整體的利潤(rùn)都隨著消費(fèi)者低碳偏好的增加而升高；而在集中決策下，結(jié)果也是一樣的。這表明，隨著消費(fèi)者低碳偏好的提升，消費(fèi)者會(huì)主動(dòng)為低碳產(chǎn)品支付更高的對(duì)價(jià)，使供應(yīng)鏈所有成員的收益都增加。

命題2：在兩種模式下，當(dāng)減排研發(fā)投入成本系數(shù)β 降低時(shí)，制造商的碳減排水平r 將增加，減排成本βr2 也增加。當(dāng)β 降低時(shí)，在分散決策下，產(chǎn)品的市場(chǎng)需求會(huì)增加，使得制造商和零售商的利潤(rùn)都提高。制造商可以通過(guò)提高減排研發(fā)效率、低碳技術(shù)創(chuàng)新等手段來(lái)降低減排成本。

當(dāng)消費(fèi)者低碳偏好被正確引導(dǎo)時(shí)會(huì)大量提升市場(chǎng)需求量，這樣對(duì)企業(yè)的減排投入和技術(shù)創(chuàng)新有很好的刺激效果。根據(jù)規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，過(guò)多的投入使碳減排研發(fā)投入成本系數(shù)降低，使產(chǎn)品的碳排放減少量提高；但是，如果消費(fèi)者低碳偏好較低時(shí)，則會(huì)嚴(yán)重影響制造商的積極性，使企業(yè)的減排量下降，從而無(wú)法達(dá)到減排的效果。

命題3：將兩種模式比較，可以發(fā)現(xiàn)：在集中決策下，產(chǎn)品有更低的價(jià)格，同時(shí)有更高的銷售量，供應(yīng)鏈整體利潤(rùn)也相對(duì)更大一些。但在兩種模式下，制造商的碳減排量是一樣的。

由于在集中決策下，原本的制造商和零售商變成了一個(gè)新企業(yè)的兩個(gè)部門，原來(lái)的批發(fā)價(jià)格成為部門之間的轉(zhuǎn)移價(jià)格，決策者可以站在整個(gè)供應(yīng)鏈的角度進(jìn)行決策，自然會(huì)取得比分散決策情況更優(yōu)的整體利潤(rùn)。

考慮碳交易的兩級(jí)供應(yīng)鏈低碳博弈模型

（一）問(wèn)題描述與參數(shù)設(shè)定

問(wèn)題描述與模型假設(shè)。零售商可通過(guò)投入低碳技術(shù)及優(yōu)化流通環(huán)節(jié)來(lái)減少碳排放，在免費(fèi)碳配額條件下，制造商和零售商要在獨(dú)立減排及聯(lián)合減排之間進(jìn)行權(quán)衡，不同的選擇帶來(lái)的減排效果及利潤(rùn)都不一樣。同時(shí)，碳交易價(jià)格也是影響減排效果的重要因素。產(chǎn)品的清潔度不能僅以碳排放的減少量來(lái)衡量，因?yàn)椴煌a(chǎn)品排放基準(zhǔn)是不同的，但可以通過(guò)減排率進(jìn)行比較。

模型假設(shè)如下：

制造商和零售商在生產(chǎn)銷售過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生碳排放，都面對(duì)來(lái)自政府的減排壓力，其中制造商有一定的碳排放限額，即超過(guò)限額部分才需要額外購(gòu)買，而零售商所產(chǎn)生的碳排放都需要額外購(gòu)買。

為了方便計(jì)算，產(chǎn)品需求僅是其價(jià)格的線性函數(shù)。

當(dāng)企業(yè)實(shí)際碳排放額小于政府初始分配的碳配額時(shí)，企業(yè)會(huì)選擇賣出多余的量；而當(dāng)碳配額不足時(shí)，企業(yè)會(huì)去碳交易市場(chǎng)進(jìn)行購(gòu)買，補(bǔ)充不足的碳配額。

模型結(jié)構(gòu)?；窘Y(jié)構(gòu)如圖2所示。模型變量與參數(shù)。該模型涉及的變量與參數(shù)如表2所示。

（二）模型分析

模型構(gòu)建。對(duì)于考慮碳減排及碳交易的企業(yè)而言，其利潤(rùn)函數(shù)主要由銷售收入、碳減排研發(fā)投資、碳排放權(quán)交易損益三部分構(gòu)成。因此，制造商的利潤(rùn)函數(shù)可表示為：

當(dāng)考慮碳減排和碳交易時(shí)，零售商的利潤(rùn)函數(shù)為：

分散決策。分散決策下，制造商和零售商不合作，以各自利潤(rùn)最大化進(jìn)行決策。

定理3 ：考慮碳交易時(shí)，分散決策模型存在唯一最優(yōu)解，用下標(biāo) 表示：

集中決策。集中決策分為兩個(gè)階段：首先對(duì)碳減排率進(jìn)行聯(lián)合決策，之后共同再對(duì)產(chǎn)品價(jià)格進(jìn)行決策。

因此整個(gè)供應(yīng)鏈的利潤(rùn)函數(shù)如式（19）所示：

定理 4：用下角標(biāo) B表示考慮碳交易時(shí)集中決策模型的最優(yōu)解，當(dāng)時(shí)，整個(gè)低碳供應(yīng)鏈存在唯一最優(yōu)解，結(jié)果為：

命題4：兩種決策模型碳減排率的比較

其它條件相同，分散決策模型中制造商比零售商更容易減排，而集中決策模型中制造商與零售商的減排率是相同的。

分散決策下，當(dāng)減排投入系數(shù)相同時(shí)，制造商會(huì)取得更高的減排率，零售商要投入更多來(lái)獲取相同的減排率。為了減少碳排放必須要從源頭抓起，投入相同的減排投資在制造商會(huì)取得更大的減排效果。而在集中決策下，上下游的減排率是相同的，因?yàn)樵诩袥Q策下制造商和零售商相當(dāng)于是一個(gè)企業(yè)的兩個(gè)部門。

在集中決策模型中，供應(yīng)鏈上下游的減排率都比較高，說(shuō)明整合之后的碳減排率要高于分散決策的情形。因此政府應(yīng)該加強(qiáng)引導(dǎo)，進(jìn)一步刺激供應(yīng)鏈上下游進(jìn)行聯(lián)合減排。

命題5：低碳供應(yīng)鏈碳減排率與碳交易價(jià)格的關(guān)系

集中決策下，碳交易價(jià)格一個(gè)微小的波動(dòng)，將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)供應(yīng)鏈的碳減排率產(chǎn)生很大的波動(dòng)；但在分散決策下，碳交易價(jià)格發(fā)生較大的波動(dòng)也不會(huì)使碳減排率發(fā)生太大變動(dòng)。根據(jù)國(guó)際經(jīng)驗(yàn)，在碳交易制度剛被引入市場(chǎng)時(shí)，碳交易價(jià)格通常是很不穩(wěn)定的，所以很多企業(yè)的減排策略和減排效果都不是很理想。但隨著碳交易市場(chǎng)制度的逐步發(fā)展成熟，不能適應(yīng)的企業(yè)最終將會(huì)被市場(chǎng)淘汰；而那些適應(yīng)穩(wěn)定碳價(jià)格并進(jìn)行合作減排的企業(yè)將會(huì)獲得良好的減排效果和可觀的利潤(rùn)。

命題6：兩種決策模型下供應(yīng)鏈利潤(rùn)與碳排放總量的比較。

集中決策能夠取得最大化的利潤(rùn)，因此，供應(yīng)鏈整體的利潤(rùn)與企業(yè)間的整合程度高度相關(guān)。

在兩種決策模式下，單位產(chǎn)品的碳排放量與整合程度成反比，而供應(yīng)鏈的總產(chǎn)出與整合程度成正比。因此，任何決策都需要綜合考慮各種因素，而不只是通過(guò)單一變量進(jìn)行決策。

從上述分析可以看出，即使集中決策模型下單位產(chǎn)品的碳排放量不大，但是由于會(huì)取得最優(yōu)產(chǎn)量，所以會(huì)導(dǎo)致整體的碳排放總量并不低。如果想降低碳排放量，那么只能在保證碳減排率不變的基礎(chǔ)上，減少產(chǎn)量。因此，企業(yè)總是要在整體碳排放總量與利潤(rùn)之間做出權(quán)衡，現(xiàn)有的減排技術(shù)還不支持低碳排放總量的同時(shí)獲取高額利潤(rùn)。通常政府環(huán)境監(jiān)管部門都會(huì)設(shè)定相應(yīng)的碳排放總量上限，當(dāng)企業(yè)不顧環(huán)境污染只追求自身利潤(rùn)時(shí)，則會(huì)超過(guò)政府環(huán)境規(guī)制的限額（楊仕輝，2016），遭到巨額的罰款，這樣是得不償失的。

結(jié)論

供應(yīng)鏈管理的核心是如何更好地提高供應(yīng)鏈成員的收益，包括上下游的協(xié)調(diào)與合作。通過(guò)模型的建立和分析發(fā)現(xiàn)：在集中決策和分散決策中，減排效果和利潤(rùn)都會(huì)隨整合程度的提高而增加。相較于分散決策，完全整合后的集中決策能夠在取得較高減排效率的同時(shí)也保持高利潤(rùn)率。由于企業(yè)降低碳排放量必須舍棄部分利潤(rùn)，因此企業(yè)需要在利潤(rùn)和碳排放之間進(jìn)行權(quán)衡。另外，碳減排率與碳交易價(jià)格的關(guān)系取決于減排活動(dòng)的難易程度。對(duì)政府環(huán)保部門而言，設(shè)置合理有效的碳排放額上限是首要任務(wù)，同時(shí)應(yīng)該對(duì)碳排放量較大的企業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，掌握實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，尤其更應(yīng)著重關(guān)注處于供應(yīng)鏈源頭的企業(yè)，這樣通過(guò)耗費(fèi)較低的監(jiān)督成本就可以取得理想的減排效果。

本文將政府的排放總量限制看作是外生變量，而如果將其視為減排的內(nèi)生變量，會(huì)得到不同的結(jié)論。在今后的研究中，還可以考慮不同的碳配額分配方式，如根據(jù)產(chǎn)量分配或拍賣分配等。

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