基于演化博弈理論的裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)力機(jī)制研究

，

(哈爾濱工程大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150001)

1 引言

隨著全球氣候變暖等環(huán)境問題的加劇，保護(hù)生態(tài)環(huán)境已經(jīng)成為各國不容推諉的責(zé)任。為了減少溫室氣體的排放，國際社會(huì)做出了多項(xiàng)努力。哥本哈根氣候大會(huì)上多個(gè)國家提出了自己的減排目標(biāo)，我國承諾至2020年實(shí)現(xiàn)單位GDP二氧化碳排放比2005年降低40%至50%[1]。2015年巴黎氣候變化大會(huì)上，中國政府提出了 “2030年單位GDP碳排放比2005年下降60%～65%”等一系列目標(biāo)[2]。作為支柱性產(chǎn)業(yè)，裝備制造業(yè)的能源消耗占據(jù)了工業(yè)能源總消耗量的一半以上[3]。如何降低資源消耗和減少碳排放已成為裝備制造企業(yè)亟待解決的關(guān)鍵問題。

學(xué)者研究表明實(shí)行低碳技術(shù)創(chuàng)新是提高能源利用率進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的根本途徑[4,5]。目前國內(nèi)外學(xué)者對低碳技術(shù)創(chuàng)新的研究主要集中在四方面：一是企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新能力及管理。主要包括低碳技術(shù)創(chuàng)新管理能力[6～8]、低碳工藝創(chuàng)新能力[9～11]、低碳技術(shù)創(chuàng)新過程控制能力[12]和支持低碳技術(shù)創(chuàng)新的組織創(chuàng)新能力[13]。二是低碳技術(shù)創(chuàng)新的采納和擴(kuò)散，主要包括低碳技術(shù)創(chuàng)新的商業(yè)化應(yīng)用[14,15]及低碳技術(shù)創(chuàng)新采納和擴(kuò)散的實(shí)證研究[16,17]。三是政府環(huán)境規(guī)制措施對低碳技術(shù)創(chuàng)新的影響研究，主要包括碳排放權(quán)交易制度[18,19]、補(bǔ)貼政策[20～22]和碳稅制度[23,24]等。四是低碳技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟[25,26]和低碳技術(shù)創(chuàng)新管理經(jīng)驗(yàn)[27]等方面的研究。經(jīng)對現(xiàn)有研究梳理發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外學(xué)者在低碳技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域已經(jīng)取得了比較豐富的研究成果，然而現(xiàn)有研究無法明確解決我國企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新主動(dòng)性差的問題，針對裝備制造企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力性研究更為少見。因此，本文將基于有限理性假設(shè)的演化博弈理論構(gòu)建裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力機(jī)制模型，并以我國現(xiàn)實(shí)情況為基礎(chǔ)利用數(shù)值仿真進(jìn)一步探究動(dòng)力因素對裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新的作用機(jī)制。

2 裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)力分析

為了實(shí)現(xiàn)我國碳減排目標(biāo)，加快裝備制造企業(yè)的低碳化改革速度，本文認(rèn)為裝備制造企業(yè)間作用、購買者的低碳偏好及政府相關(guān)環(huán)境規(guī)制是驅(qū)動(dòng)其實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的主要?jiǎng)恿Α５谝?，在裝備制造企業(yè)間作用方面，行業(yè)內(nèi)標(biāo)桿企業(yè)的引領(lǐng)作用顯得更為重要，同時(shí)，與本企業(yè)密切相關(guān)的競爭對手是否實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新也會(huì)對企業(yè)決策有重要影響。第二，在購買者偏好方面，市場中對低碳設(shè)備產(chǎn)品的需求量增加，選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的裝備制造企業(yè)能夠占有更大的市場份額。第三，在政府環(huán)境規(guī)制方面，在我國碳排放權(quán)交易制度下裝備制造企業(yè)可獲得一定的碳排放配額，企業(yè)之間可以進(jìn)行碳排放配額和國家核證自愿減排量的交易，實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新減排可通過碳交易增加收益；政府對低碳技術(shù)創(chuàng)新投入的補(bǔ)貼會(huì)減少企業(yè)研發(fā)投入繼而激勵(lì)企業(yè)創(chuàng)新；碳稅制度下企業(yè)為了少繳納碳稅也會(huì)積極實(shí)施創(chuàng)新。

3 模型構(gòu)建

3.1 基本假設(shè)

本文提出如下假設(shè)：

假設(shè)1在不考慮其他約束條件的“自然”環(huán)境中，將生產(chǎn)同一產(chǎn)品的裝備制造企業(yè)當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中具有兩類有差別的有限理性群體1與群體2。隨機(jī)多次抽取群體1與群體2中的企業(yè)進(jìn)行博弈，從群體1中抽取的企業(yè)稱為企業(yè)1，群體2中抽取的企業(yè)稱為企業(yè)2。

假設(shè)2博弈過程中，群體1與群體2中的企業(yè)均有實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新與不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新兩種策略。

假設(shè)3本文分別引入α、β、r作為低碳生產(chǎn)的碳稅強(qiáng)度、碳排放交易力度、投入補(bǔ)貼強(qiáng)度。同時(shí)，設(shè)η作為裝備制造產(chǎn)品購買商的低碳偏好程度。

3.2 演化模型

基于上述假設(shè)，構(gòu)建政府監(jiān)管下，裝備制造企業(yè)1與裝備制造企業(yè)2實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新和不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新兩種策略下的博弈支付矩陣，如表1所示。

表1 裝備制造企業(yè)博弈雙方的支付矩陣

3.3 模型穩(wěn)定性分析

在演化博弈的初始階段，假設(shè)群體1中裝備制造企業(yè)選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的比例為x；群體2中選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的裝備制造企業(yè)比例為y。x、y均為關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)，有0≤x≤1，0≤y≤1。根據(jù)表1中的支付矩陣的具體描述，可以得到，裝備制造企業(yè)1選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略的收益U1為

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》明確指出：“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視?！边@充分說明教育信息化對現(xiàn)代教育的重要意義。很多一線教師給予信息技術(shù)高度關(guān)注，肯定了信息技術(shù)帶給教學(xué)的諸多便利。但是通過訪談和實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，有些教師在觀念上存在問題，習(xí)慣于使用傳統(tǒng)的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)；部分教師認(rèn)為能熟練操作一些基本軟件、能從網(wǎng)上下載需要的教學(xué)資源，就是擁有信息技術(shù)教學(xué)能力?，F(xiàn)在很多學(xué)校信息化教學(xué)設(shè)備資源得到快速發(fā)展，但由于教師的應(yīng)用能力明顯滯后于軟硬件的發(fā)展，導(dǎo)致信息技術(shù)應(yīng)用效果沒有達(dá)到預(yù)期目的。是否還有其他因素在影響教師應(yīng)用信息技術(shù)輔助教學(xué)，值得研究。

U1=y·[Rb1-β(Q1-q)-αQ1-ηRe1]+(1-y)·

(1)

裝備制造企業(yè)1選擇不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略的收益U2為

[Rb1-β(Q1-q)-αQ1]

(2)

裝備制造企業(yè)2選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略的收益V1為

(3)

裝備制造企業(yè)2選擇不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略的收益V2為

V2=x·[Rb2-β(Q2-q)-αQ2-ηRe2]+(1-x)·

(4)

基于演化博弈的理論，系統(tǒng)中的裝備制造企業(yè)根據(jù)每次博弈的最終受益調(diào)整自身的策略選擇，若選擇策略頻率的相對調(diào)整速率和收益超出平均收益的幅度成正比[28]，裝備制造企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的演化可以用如下微分方程組成的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程來表示

(5)

根據(jù)以上博弈關(guān)系及復(fù)制動(dòng)態(tài)方程，利用雅克比矩陣進(jìn)行演化博弈的漸進(jìn)穩(wěn)定性分析，記雅克比矩陣的行列式為DetJ，跡為TrJ。該演化博弈的雅克比矩陣為

(6)

J的行列式為

xy(1-x)(1-y)Id1Id2

(7)

J的跡為

(8)

此時(shí)群體中的企業(yè)最終演化為一方實(shí)施低碳創(chuàng)新策略，一方不實(shí)施低碳創(chuàng)新策略的穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)的初始狀態(tài)處于BDOC四邊形范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)最終會(huì)穩(wěn)定于(0,1)點(diǎn)；當(dāng)系統(tǒng)的初始狀態(tài)處于ABDO四邊形范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)最終會(huì)穩(wěn)定于(1,0)點(diǎn)。此時(shí)，群體1中的企業(yè)在實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新時(shí)，可以獲得較高的凈收益。同理，當(dāng)最終策略穩(wěn)定于(0,1)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生相同的結(jié)果。

結(jié)論3當(dāng)P1>0、P2<0時(shí),系統(tǒng)有4個(gè)均衡點(diǎn)，分別為(0,0)、(0,1)、(1,0)與(1,1)。其中(1,0)是系統(tǒng)的演化穩(wěn)定點(diǎn)。企業(yè)1最終會(huì)選擇實(shí)施創(chuàng)新策略，而企業(yè)2會(huì)選擇傳統(tǒng)策略，此時(shí)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)。博弈最初時(shí)，企業(yè)1選擇實(shí)施創(chuàng)新策略，雖然收益相對較小，但值為正，此時(shí)，企業(yè)2相對收益比企業(yè)1小，因此隨著時(shí)間推移，企業(yè)1最終會(huì)因?yàn)楦偁幚麧欉x擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略。

結(jié)論4當(dāng)P1<0、P2>0時(shí)，系統(tǒng)有4個(gè)均衡點(diǎn)，分別為(0,0)、(0,1)、(1,0)與(1,1)。其中(0,1)是系統(tǒng)的演化穩(wěn)定點(diǎn)。表示隨著時(shí)間的推移，由群體1和群體2構(gòu)成的整個(gè)裝備制造企業(yè)系統(tǒng)中，企業(yè)1最終會(huì)選擇不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略，而企業(yè)2會(huì)選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略，此時(shí)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)。在此種情況下，市場中的企業(yè)群體2更具有競爭優(yōu)勢。博弈最初時(shí)，企業(yè)2選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略，雖然收益相對較小，但值為正。此時(shí)，企業(yè)1的相對收益比企業(yè)2較小，因此隨著博弈的時(shí)間推移，企業(yè)群體2中因?yàn)檩^高的競爭利潤，而選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的群體比例逐漸增多。相反，此時(shí)企業(yè)群體1的相對競爭優(yōu)勢要小于企業(yè)群體2，經(jīng)過多次競爭學(xué)習(xí)，群體1中已經(jīng)選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的企業(yè)，由于較低的利潤影響其在市場中的競爭地位，為了保證自身的競爭優(yōu)勢，最終企業(yè)1會(huì)選擇不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略。系統(tǒng)最終達(dá)到企業(yè)群體1全部選擇不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略，企業(yè)群體2全部選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略的穩(wěn)定狀態(tài)。

結(jié)論5當(dāng)P1<0、P2<0時(shí)，系統(tǒng)有4個(gè)均衡點(diǎn)，分別為(0,0)、(0,1)、(1,0)與(1,1)。其中(0,0)是系統(tǒng)的演化穩(wěn)定點(diǎn)。表示隨著時(shí)間的推移，由群體1和群體2構(gòu)成的整個(gè)裝備制造企業(yè)系統(tǒng)中，企業(yè)1與企業(yè)2最終均會(huì)選擇不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定點(diǎn)。這是由于在競爭過程中無論哪方企業(yè)群體選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略均會(huì)給企業(yè)帶來負(fù)利潤，因此，為了保證各自的競爭經(jīng)營優(yōu)勢，在一定時(shí)間后，企業(yè)群體1與群體2中選擇不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略的個(gè)體逐漸增多，系統(tǒng)最終達(dá)到所有個(gè)體均選擇不實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略的均衡狀態(tài)。

4 數(shù)值仿真分析

4.1 政府碳稅強(qiáng)度α對系統(tǒng)演化的影響

根據(jù)3.1節(jié)所述假設(shè)，在碳排放量參數(shù)設(shè)置時(shí)，企業(yè)1要小于企業(yè)2，而在收益、低碳技術(shù)成本投入方面的參數(shù)設(shè)置，企業(yè)1大于企業(yè)2。此外，在其他所示參數(shù)值不變的情況下，取α分別為0.2、0.5、0.8時(shí)，其對系統(tǒng)演化的影響效果如圖1所示。可見隨著碳稅強(qiáng)度的增加，裝備制造企業(yè)選擇實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的策略演化速度逐步增加。這是由于，政府對裝備制造企業(yè)征收碳污染稅，一方面遏制了裝備制造企業(yè)低效率甚至無效率的高碳排放技術(shù)生產(chǎn)，另一方面，稅收的增加也從一定層面上降低了企業(yè)的相對利潤。碳稅的征收力度越大，越激勵(lì)選擇低碳技術(shù)生產(chǎn)。但是，在足夠長的時(shí)間范圍內(nèi)，碳稅征收的高低，并不會(huì)影響企業(yè)的收斂效果，即企業(yè)最終均會(huì)選擇低碳技術(shù)創(chuàng)新策略。因此，征收碳稅會(huì)促使企業(yè)進(jìn)行低碳技術(shù)創(chuàng)新，碳稅越高，企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的效率越高。

圖1 碳稅強(qiáng)度α對系統(tǒng)演化的影響

4.2 碳交易力度β對系統(tǒng)演化的影響

β分別為0.2、1、3時(shí)，其對系統(tǒng)演化的影響效果如圖2所示。政府的碳交易力度越大，裝備制造企業(yè)越傾向于實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略。且隨著碳交易力度的加大，系統(tǒng)的演化速率越快。裝備制造企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新，會(huì)由于消耗一定的物力、財(cái)力而降低企業(yè)的利潤。政府作為低碳技術(shù)創(chuàng)新的推動(dòng)方與支持方，從低碳排放的角度，對技術(shù)創(chuàng)新所需要的碳排放量進(jìn)行控制，一方面激勵(lì)企業(yè)的低碳技術(shù)創(chuàng)新效率，另一方面也彌補(bǔ)了企業(yè)在低碳生產(chǎn)過程中的資金消耗。當(dāng)碳交易力度是原力度的5倍時(shí)，其實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的速率高于3倍。隨著群體中實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)數(shù)目的增加，碳交易力度的邊際效率遞減。因此，政府在實(shí)施碳交易激勵(lì)政策時(shí)，要注意針對不同階段的企業(yè)發(fā)展?fàn)顩r，進(jìn)行有的放矢的政策傾斜，避免不必要的低效率情況發(fā)生。

圖2 碳交易力度β對系統(tǒng)演化的影響

4.3 政府投入補(bǔ)貼強(qiáng)度r對系統(tǒng)演化的影響

取r分別為0.5、1、5時(shí)，其對系統(tǒng)演化的影響效果如圖3所示。政府對于企業(yè)進(jìn)行投入補(bǔ)貼，是直接填補(bǔ)其在低碳技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)中的成本消耗。然而，較低的補(bǔ)貼力度(0.5)并未對企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)生推動(dòng)作用，只有當(dāng)補(bǔ)貼額度足以彌補(bǔ)其利潤損失時(shí)，系統(tǒng)中的企業(yè)才會(huì)選擇實(shí)施低碳技術(shù)策略。通過圖3可知，當(dāng)政府補(bǔ)貼力度是原力度的2倍時(shí)，系統(tǒng)中的部分群體先選擇了實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新后，又逐漸下降(如中間曲線所示)，說明投入補(bǔ)貼力度的增加，將促進(jìn)企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略。

圖3 投入補(bǔ)貼強(qiáng)度r對系統(tǒng)演化的影響

4.4 購買者偏好強(qiáng)度η對系統(tǒng)演化的影響

取η分別為0.2、0.5、1時(shí)，對系統(tǒng)演化的影響效果如圖4所示。購買者的低碳偏好強(qiáng)度與政府投入補(bǔ)貼力度產(chǎn)生了較為相似的結(jié)果。即當(dāng)購買者低碳偏好強(qiáng)度較弱時(shí)，群體中的企業(yè)最終會(huì)重復(fù)傳統(tǒng)技術(shù)而摒棄低碳技術(shù)。當(dāng)購買者的低碳偏好強(qiáng)度大于0.5時(shí)，群體中的企業(yè)才會(huì)向“理想狀態(tài)”演化。近年來，隨著政府對產(chǎn)業(yè)鏈條不同節(jié)點(diǎn)企業(yè)的環(huán)保推進(jìn)，購買廠商尤其是對大型設(shè)備生產(chǎn)工具有需求的企業(yè)，越來越傾向于購買低碳技術(shù)工具，一方面為了降低自身的碳稅負(fù)擔(dān)；另一方面也為了不斷提升自身的生產(chǎn)效率，以期獲得更高的利潤。購買商的購買偏好從一定程度上決定了銷售企業(yè)的生產(chǎn)方式，因此，裝備制造企業(yè)的低碳技術(shù)創(chuàng)新對具有低碳偏好的購買者有較高的敏感性。

圖4 購買者偏好強(qiáng)度η對系統(tǒng)演化的影響

5 結(jié)論與啟示

本文利用演化博弈理論，構(gòu)建了裝備制造企業(yè)之間的低碳技術(shù)創(chuàng)新博弈支付矩陣，分析了裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力機(jī)制問題。重點(diǎn)探討了政府環(huán)境規(guī)制及購買者偏好對裝備制造企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力路徑。通過推導(dǎo)及數(shù)值仿真，分析了不同力度下的不同動(dòng)力因子對系統(tǒng)演化的影響。研究得到以下結(jié)論和啟示：

(1)碳稅強(qiáng)度及碳交易力度對裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)效果最為明顯。碳稅稅率的提升對裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新的影響變化不大，隨著群體中實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新企業(yè)數(shù)目的增加，碳交易力度的邊際效率遞減。因此，在推進(jìn)裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)程中，應(yīng)首先考慮實(shí)施碳稅和碳排放交易兩種政策，在初始階段無需將碳稅稅率定得過高即可起到推動(dòng)作用，碳排放交易力度需根據(jù)不同行業(yè)的發(fā)展階段進(jìn)行調(diào)整。

(2)政府高強(qiáng)度的投入補(bǔ)貼力度有助于裝備制造企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新，但只有高于一定的程度才會(huì)有顯著效果。因此，若裝備制造企業(yè)由于實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新成本過高而放棄創(chuàng)新，政府應(yīng)給予一定補(bǔ)貼，且該補(bǔ)貼只有當(dāng)能夠彌補(bǔ)企業(yè)利潤損失時(shí)才能夠有效推進(jìn)裝備制造企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略。

(3)裝備制造企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新與否對購買者低碳偏好的敏感性較高，也就是說，低碳產(chǎn)品的市場需求對裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新有很強(qiáng)的推動(dòng)力。因此，政府應(yīng)該加大低碳生活的宣傳力度，加強(qiáng)低碳產(chǎn)品認(rèn)證的實(shí)施和監(jiān)管，從購買者角度入手，增強(qiáng)消費(fèi)者對低碳產(chǎn)品的購買偏好，提高市場低碳產(chǎn)品的需求，刺激裝備制造企業(yè)實(shí)施低碳技術(shù)創(chuàng)新策略。

本文推演并揭示了裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新的動(dòng)力機(jī)制，為裝備制造企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新的決策及政府環(huán)境規(guī)制措施的制定提供了一定的參考依據(jù)。由于數(shù)據(jù)資料及實(shí)地調(diào)研的限制，本文仍然存在一定的不足。我國碳排放交易市場的建設(shè)仍處于初級摸索階段，碳稅政策也尚未正式實(shí)施，無法獲取裝備制造企業(yè)碳排放交易及繳納碳稅的相關(guān)數(shù)據(jù)，本文目前僅停留在理論推演研究層面，待今后碳排放交易市場信息進(jìn)一步披露以及碳稅正式實(shí)施，我們將進(jìn)一步依據(jù)裝備制造企業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況展開實(shí)證研究。

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