基于消費(fèi)者低碳偏好的三級(jí)供應(yīng)鏈制造商碳減排策略研究

陳柳鑫, 徐 聰, 陳 嫻

引 言

1997年12月通過(guò)的《京都議定書(shū)》是人類第一次以法律法規(guī)的形式來(lái)約束和限制溫室氣體排放，并創(chuàng)新性地提出把市場(chǎng)機(jī)制作為解決二氧化碳為代表的溫室氣體減排問(wèn)題的新路徑。雖然《京都議定書(shū)》在第一階段并未強(qiáng)制要求發(fā)展中國(guó)家履行減排義務(wù)，但我國(guó)作為一個(gè)負(fù)責(zé)任的發(fā)展中大國(guó)，于1998年簽署了該議定書(shū)，在2002年《京都議定書(shū)》生效后，主動(dòng)承擔(dān)起減排義務(wù)。預(yù)計(jì)到2030年，我國(guó)單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放將比2005年下降60%～65%，森林蓄積量比2005年增加45億立方米左右。

自1997年碳排放交易問(wèn)世以來(lái)，經(jīng)過(guò)二十多年的改革發(fā)展，碳排放交易體系日趨成熟。我國(guó)自2013年展開(kāi)碳交易試點(diǎn)工作以來(lái)，碳排放交易金額已從2014年的近4億元增長(zhǎng)到2017年的近50億元。著名的富士康科技集團(tuán)便是碳排放交易的受益者，2013年富士康僅靠出售部分結(jié)余的碳配額就獲益一千多萬(wàn)元。在碳交易試點(diǎn)取得顯著成果后，我國(guó)于2017年底宣布正式啟動(dòng)全國(guó)碳排放交易體系，這表明我國(guó)取代歐盟成為世界上最大的碳市場(chǎng)。全國(guó)碳排放交易體系的實(shí)施，有助于我國(guó)實(shí)現(xiàn)2030年減排的宏偉目標(biāo)，同時(shí)也為世界對(duì)抗全球氣候變暖增添新的活力。面對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的碳減排熱潮，不論是出于政府的強(qiáng)制性監(jiān)管，還是為了迎合消費(fèi)者的低碳需求，企業(yè)實(shí)施碳減排已迫在眉睫。這就促使企業(yè)面臨新的運(yùn)作環(huán)境：一是企業(yè)實(shí)施碳減排就必然要投入資金進(jìn)行生產(chǎn)技術(shù)改進(jìn)，增加了其運(yùn)營(yíng)成本；二是碳減排滿足了終端消費(fèi)者的低碳需求，這無(wú)疑給企業(yè)乃至整條供應(yīng)鏈帶來(lái)了新的經(jīng)濟(jì)效益和競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

圍繞消費(fèi)者低碳偏好，學(xué)者們分別從實(shí)證和理論方面做出了深入研究。賀愛(ài)忠等(2011)運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程模型對(duì)城市居民低碳利益關(guān)注和低碳責(zé)任意識(shí)對(duì)低碳消費(fèi)的影響進(jìn)行了實(shí)證分析，研究發(fā)現(xiàn)低碳利益和低碳責(zé)任顯著正向影響消費(fèi)者的低碳態(tài)度和低碳消費(fèi)。龐晶等(2011)對(duì)消費(fèi)者的低碳偏好和低碳產(chǎn)品需求及其影響因素也進(jìn)行了實(shí)證研究，結(jié)果表明消費(fèi)者收入、低碳產(chǎn)品的環(huán)境價(jià)值置信度和碳減排量與消費(fèi)者的低碳偏好正相關(guān)。付秋芳等(2016)基于消費(fèi)者低碳偏好，引入契約與懲罰機(jī)制，建立了供應(yīng)商與制造商碳減排投入的演化博弈模型，研究了制造商和供應(yīng)商之間的碳減排投入行為策略。王芹鵬等(2014)在消費(fèi)者偏好低碳產(chǎn)品和企業(yè)自愿減排的前提假設(shè)下，研究了零售商最優(yōu)訂貨量和供應(yīng)商最優(yōu)碳排放水平的決策問(wèn)題。Caird et al(2008)調(diào)查研究了英國(guó)消費(fèi)者采用低碳和零碳技術(shù)的情況，調(diào)查結(jié)果顯示老年人和中產(chǎn)階級(jí)綠色消費(fèi)者對(duì)低碳感興趣。Du et al(2014)引入一個(gè)排放敏感需求函數(shù)，研究了消費(fèi)者低碳偏好對(duì)供應(yīng)鏈碳排放的影響。

研究影響企業(yè)碳減排因素的文獻(xiàn)主要有:呂紅和李廉水(2017)根據(jù)美國(guó)、日本和中國(guó)的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)對(duì)美日中的制造業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析，指出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化既可以提高經(jīng)濟(jì)效益，又可以正向影響碳減排;華堅(jiān)等(2012)以長(zhǎng)三角地區(qū)的碳排放為研究對(duì)象，對(duì)比分析了江、浙、滬三省碳排放的特征和差異，在此基礎(chǔ)上提出產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和能源結(jié)構(gòu)是造成各省碳排放差異的主要因素，為實(shí)施碳減排提出針對(duì)性的意見(jiàn)；王志國(guó)(2016)從政企雙方不同階段的博弈狀態(tài)出發(fā)，建立了政府與企業(yè)間的動(dòng)態(tài)賦時(shí)博弈模型，研究了政府決策對(duì)企業(yè)低碳技術(shù)創(chuàng)新的時(shí)間量特性影響；熊中楷等(2014)考慮消費(fèi)者低碳意識(shí)和政府碳稅同時(shí)存在的情況下，研究了制造商的碳減排技術(shù)選擇問(wèn)題，結(jié)果表明消費(fèi)者的低碳意識(shí)與制造商的碳減排技術(shù)選擇正相關(guān)，而政府碳稅水平的提高對(duì)制造商的碳減排技術(shù)選擇產(chǎn)生了從不采用到采用后又不采用的變化過(guò)程。

此外，朱瑾等(2012)從理論層面上剖析了我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀，以及企業(yè)當(dāng)前所面臨的內(nèi)外碳減排環(huán)境。王濟(jì)干等(2017)以碳配額為研究對(duì)象，引入和諧理論，研究分析了碳排放初始權(quán)和諧配置的問(wèn)題，并獲得了最終的分配方案，以幫助完善全國(guó)碳交易市場(chǎng)的建立建成。Kroes et al(2012)指出企業(yè)遵從環(huán)境的杠桿有碳減排技術(shù)投資與購(gòu)買(mǎi)碳排放權(quán)，因此企業(yè)在實(shí)施減排時(shí)需要權(quán)衡技術(shù)投資與購(gòu)買(mǎi)碳排放權(quán)。Glock et al(2013)基于歐盟排放交易體系，建立了一種基于協(xié)調(diào)機(jī)制的二級(jí)供應(yīng)鏈碳減排模型，并考慮了不同的碳排放交易方案，以找到庫(kù)存和碳排放成本最低的交易組合方式。Zhang et al(2011)研究了確定性需求下，碳排放依賴型企業(yè)如何在排放交易與凈化處理間選擇權(quán)衡并確定最優(yōu)產(chǎn)量的問(wèn)題。Zhao et al(2012)將企業(yè)自愿減排與政府監(jiān)管兩種減排情形進(jìn)行博弈分析，研究了企業(yè)的最優(yōu)減排策略以及實(shí)現(xiàn)收益最大化的條件。

學(xué)者們關(guān)于收益共享契約的研究成果頗多。Yao(2012)對(duì)比分析了包含競(jìng)爭(zhēng)零售商的二級(jí)供應(yīng)鏈批發(fā)價(jià)格契約模型和收益共享契約模型。Giannoccaro(2011)假設(shè)零售價(jià)格固定但需求不固定，建立了三級(jí)供應(yīng)鏈下的收益共享契約模型。侯琳琳等(2008)為協(xié)調(diào)三級(jí)供應(yīng)鏈，將收益共享契約模型和回購(gòu)契約模型組合起來(lái)，經(jīng)過(guò)分析模型得知，通過(guò)調(diào)整契約參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的整體收益在成員之間的分配，但關(guān)鍵還在于供應(yīng)鏈各成員在系統(tǒng)內(nèi)的地位和談判能力。在此基礎(chǔ)上，戢守峰等(2008)假設(shè)需求不確定且與價(jià)格有關(guān)，建立了可以使供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)利潤(rùn)都得到提升的契約模型。模型顯示，恰當(dāng)?shù)倪x擇契約參數(shù)可以使供應(yīng)鏈成員利潤(rùn)得到提高，但是契約參數(shù)的大小取決于企業(yè)的談判能力。龐慶華(2010)研究了收益共享契約在突發(fā)事件發(fā)生后的協(xié)調(diào)機(jī)制。在此基礎(chǔ)上，龐慶華等(2015)假設(shè)市場(chǎng)需求隨機(jī)且依賴價(jià)格，提出了基于數(shù)量折扣策略的收益共享契約和純粹的收益共享契約，探討了這兩種契約應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的影響。

上述文獻(xiàn)或是研究碳減排和低碳經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，或是研究供應(yīng)鏈?zhǔn)找婀蚕砥跫s協(xié)調(diào)的問(wèn)題，而研究三級(jí)供應(yīng)鏈下收益共享契約解決制造商碳減排問(wèn)題的文獻(xiàn)基本沒(méi)有?；谝陨险J(rèn)識(shí)，本文在全國(guó)碳排放交易體系正式啟動(dòng)這一大環(huán)境下，考慮消費(fèi)者低碳偏好以及制造商自愿減排，研究了三級(jí)供應(yīng)鏈中制造商的最優(yōu)碳排放水平問(wèn)題，并就政府如何調(diào)控碳排放交易市場(chǎng)提出相關(guān)的建議對(duì)策。

一、 消費(fèi)者低碳偏好下三級(jí)供應(yīng)鏈制造商碳減排模型構(gòu)建

本文考慮一個(gè)由單制造商(M)、單分銷商(D)和單零售商(R)組成的三級(jí)供應(yīng)鏈模型，該模型中的產(chǎn)品為單周期產(chǎn)品。制造商、分銷商和零售商均為風(fēng)險(xiǎn)中性和完全理性，以各自利潤(rùn)最大化為原則進(jìn)行決策。制造商以批發(fā)價(jià)格wm賣(mài)給分銷商，分銷商以價(jià)格wd賣(mài)給零售商，零售商以價(jià)格p將產(chǎn)品銷售到市場(chǎng)當(dāng)中去。本文假設(shè)制造商、分銷商、零售商在完全競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中，因此，批發(fā)價(jià)格wm、wd以及零售價(jià)格p都可以看作是穩(wěn)定的。在銷售季節(jié)來(lái)臨前，供應(yīng)鏈下游成員向上游成員訂購(gòu)單一產(chǎn)品，且僅有一次訂購(gòu)機(jī)會(huì)。零售商承擔(dān)供應(yīng)鏈的庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)，包括缺貨損失和庫(kù)存積壓的風(fēng)險(xiǎn)。

當(dāng)企業(yè)的實(shí)際碳排放量與政府所給的免費(fèi)配額eg不相等時(shí)，就需要通過(guò)碳交易來(lái)平衡自身的排放量，以避免過(guò)度排放的懲罰或賣(mài)出排放權(quán)獲利。目前，碳交易市場(chǎng)主要包括兩大類：配額交易市場(chǎng)和自愿交易市場(chǎng)。本文假設(shè)在cap-and-trade政策之下，制造商從其社會(huì)責(zé)任和社會(huì)效益出發(fā)，自愿選擇是否通過(guò)科技投入來(lái)降低生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量。當(dāng)制造商不進(jìn)行碳減排時(shí)，零售商根據(jù)確定的批發(fā)價(jià)格和零售價(jià)格來(lái)決定供應(yīng)鏈的訂貨量；當(dāng)制造商碳減排時(shí)，制造商在完全競(jìng)爭(zhēng)的自愿減排交易模式下決定單位產(chǎn)品最優(yōu)排放量，零售商則由于市場(chǎng)需求擴(kuò)大而重新確定最優(yōu)訂貨量。值得注意的是，本文中的自愿減排量是除去清潔發(fā)展生產(chǎn)機(jī)制以外的自愿減排量。

假設(shè)產(chǎn)品消費(fèi)者具有社會(huì)責(zé)任感，偏好低碳產(chǎn)品，因此生產(chǎn)低碳產(chǎn)品能獲得更多的社會(huì)需求。制造商為迎合消費(fèi)者的低碳偏好，而投入資金以改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

假設(shè)產(chǎn)品需求在[A,B]上服從均值為μ，標(biāo)準(zhǔn)差為σ，密度函數(shù)為f(x)，分布函數(shù)為F(x)的隨機(jī)分布。此外，假設(shè)分布函數(shù)F(x)符合遞增失效率(Increasing Failure Rate)的性質(zhì)。這樣假設(shè)是為了確保目標(biāo)函數(shù)解的存在性和唯一性。用隨機(jī)需求期望的增加表示市場(chǎng)需求的增加，假設(shè)當(dāng)減排水平為e時(shí)，需求的期望值會(huì)增加eμ個(gè)水平。

在此背景下，本文研究了制造商自愿減排的成立條件，以及減排后制造商、分銷商和零售商的利潤(rùn)分配情況。下面對(duì)模型所需的符號(hào)進(jìn)行說(shuō)明。

x：隨機(jī)市場(chǎng)需求，服從均值為μ，標(biāo)準(zhǔn)差為σ的隨機(jī)分布。

F(x)：隨機(jī)市場(chǎng)需求x的分布函數(shù)，F(xiàn)(x)連續(xù)可微。

f(x)：隨機(jī)市場(chǎng)需求x的概率密度函數(shù)。

c：制造商的單位生產(chǎn)成本。

wm：制造商給分銷商的產(chǎn)品批發(fā)價(jià)格。

wd：分銷商給零售商的產(chǎn)品批發(fā)價(jià)格。

p：零售商單位產(chǎn)品的銷售價(jià)格。

h：?jiǎn)挝淮尕洺钟谐杀尽?/p>

s：?jiǎn)挝蝗必洺杀尽?/p>

λ：?jiǎn)挝划a(chǎn)品的碳排放量。

e：?jiǎn)挝划a(chǎn)品碳減排量，假設(shè)隨機(jī)需求的增加即為市場(chǎng)需求的增加，當(dāng)單位產(chǎn)品碳減排量為e時(shí)，期望需求增加eμ個(gè)水平。

k：降低單位產(chǎn)品碳排放量的投資系數(shù)

pe：碳排放權(quán)交易的市場(chǎng)價(jià)格。

Eg：政府為了鼓勵(lì)企業(yè)自愿減排而向其提供的免費(fèi)碳排放配額。

Q：供應(yīng)鏈中的訂貨數(shù)量。

I(Q)：銷售季節(jié)結(jié)束后剩余產(chǎn)品的期望數(shù)量，I(Q)=Q-S(Q)。

L(Q)：缺貨量期望值，L(Q)=μ-S(Q)。

(一) 不減排策略下模型構(gòu)建

不減排的情況下，零售商確定完最優(yōu)訂貨量后向分銷商訂貨，分銷商根據(jù)零售商的訂貨量向制造商訂貨，制造商根據(jù)此訂貨量進(jìn)行生產(chǎn)。為保證供應(yīng)鏈成員均獲得利潤(rùn)，假設(shè)p>wd>wm>c。此時(shí)制造商的利潤(rùn)函數(shù)表達(dá)式為

∏m=(wm-c)Q

(1)

分銷商的利潤(rùn)函數(shù)表達(dá)式為

∏d=(wd-wm)Q

(2)

零售商的利潤(rùn)函數(shù)表達(dá)式為

∏r=pS(Q)-hI(Q)-sL(Q)-wdQ

(3)

等式右邊第一項(xiàng)為零售商的銷售收入，第二項(xiàng)為零售商庫(kù)存持有成本，第三項(xiàng)為缺貨損失成本，第四項(xiàng)為產(chǎn)品成本。由于供應(yīng)鏈的訂貨量由零售商確定，因此對(duì)零售商的利潤(rùn)函數(shù)分別求一階導(dǎo)數(shù)和二階導(dǎo)數(shù)，有

(4)

(二) 減排策略下模型構(gòu)建

溫室氣體帶來(lái)的溫室效應(yīng)嚴(yán)重威脅著人類的生存發(fā)展，而工業(yè)活動(dòng)作為溫室氣體產(chǎn)生的一大來(lái)源，在緩解和遏制溫室效應(yīng)的過(guò)程中責(zé)任重大。制造商或出于自身的社會(huì)責(zé)任，或是為了社會(huì)效益，又或是其他的利益原因，愿意在生產(chǎn)過(guò)程中采取碳減排措施。其中制造商碳減排主要有以下兩種形式：(1) 投入研發(fā)資金，改善生產(chǎn)工藝，降低單位碳產(chǎn)品排放量；(2) 在碳排放交易市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)碳排放權(quán)來(lái)抵消其生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的溫室氣體。

由于制造商碳減排迎合了消費(fèi)者的低碳需求，因此產(chǎn)品需求擴(kuò)大。市場(chǎng)需求變?yōu)榫禐棣?1+e)，標(biāo)準(zhǔn)差為σ的隨機(jī)分布，分布函數(shù)為F(x-eμ)，密度函數(shù)為f(x-eμ)，即密度函數(shù)向右移動(dòng)了eμ個(gè)單位。此時(shí)制造商的利潤(rùn)函數(shù)表達(dá)式為

(5)

等式右邊第一項(xiàng)為制造商的銷售收入，第二項(xiàng)為碳減排技術(shù)研發(fā)成本，第三項(xiàng)為制造商在碳排放權(quán)交易市場(chǎng)上的交易額。對(duì)(5)式求關(guān)于e的一階偏導(dǎo)數(shù)，并令其等于0，得

(6)

從(6)式可以看出單位產(chǎn)品的碳減排水平與單位碳排放權(quán)價(jià)格以及訂貨量正相關(guān)，與碳減排的投資系數(shù)負(fù)相關(guān)。顯然，投資系數(shù)增加，制造商碳減排成本增加，則制造商碳減排水平降低。而碳排放權(quán)價(jià)格增加會(huì)促使制造商加大碳減排力度，一是可以降低制造商購(gòu)買(mǎi)碳排放權(quán)的成本，二是可以鼓勵(lì)制造商將節(jié)省的碳排放權(quán)賣(mài)出獲得額外收入。此外零售商訂貨量增加，則制造商總碳排放量增加，若制造商單位碳減排水平提高則可以減少相應(yīng)的碳減排成本。

碳減排策略下分銷商的利潤(rùn)函數(shù)為

∏d(Q,e)=(wd-wm)Q

(7)

碳減排策略下零售商的利潤(rùn)函數(shù)為

(8)

由于此時(shí)市場(chǎng)的期望需求為μ(1+e)，則零售商的最優(yōu)訂貨量為

(9)

由于假設(shè)k為加大的數(shù)值，則可以保證k-peμ>0。根據(jù)(6)和(9)式得

(10)

(三) 碳減排策略對(duì)供應(yīng)鏈成員的利潤(rùn)影響分析

定理1 碳減排使得零售商和分銷商利潤(rùn)均增加。

證明：根據(jù)假設(shè)p>wd，

同理，根據(jù)假設(shè)wd>wm，知碳減排策略下分銷商利潤(rùn)大于不減排情況下的利潤(rùn)，即可得到定理1。

定理2 當(dāng)單位產(chǎn)品的碳排放率λ≤λL時(shí)，制造商的利潤(rùn)增加，且實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈的帕累托改進(jìn)。其中，

證明：根據(jù)假設(shè)wm>c，當(dāng)λ≤λL時(shí)，

所以當(dāng)λ≤λL時(shí)制造商的利潤(rùn)增加，聯(lián)合定理1 ，可得在此情況下供應(yīng)鏈利潤(rùn)實(shí)現(xiàn)了帕累托改進(jìn)。證畢。

定理3 當(dāng)單位產(chǎn)品的碳排放水平過(guò)高，即λ>λH，供應(yīng)鏈總利潤(rùn)降低，制造商將不會(huì)自愿采取碳減排策略。其中

證明：當(dāng)λ>λH時(shí)，

由定理1可知碳減排策略下，零售商和分銷商的利潤(rùn)一定會(huì)增加，而制造商利潤(rùn)增加必須滿足λ≤λL。而當(dāng)λ>λH時(shí)，供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)下降，此時(shí)零售商和分銷商增加的利潤(rùn)并不能彌補(bǔ)制造商過(guò)高的碳減排成本支出。因此在該情形下，制造商將不會(huì)自愿選擇碳減排策略。

當(dāng)單位產(chǎn)品的碳排放水平λ處于區(qū)間[λL,λH]時(shí)，碳排放的降低可以帶來(lái)市場(chǎng)需求的增加，提高了分銷商和零售商的利潤(rùn)。但制造商由于過(guò)高的碳減排成本投入，導(dǎo)致收益狀況惡化，因此制造商不會(huì)自愿采取碳減排策略。根據(jù)定理4可知在區(qū)間[λL,λH]上，供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)有所改善，說(shuō)明此時(shí)需要設(shè)計(jì)一個(gè)合理的供應(yīng)鏈契約來(lái)協(xié)調(diào)制造商、分銷商和零售商之間的利潤(rùn)分配情況。該情況同樣可以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的帕累托改進(jìn)。

二、 碳減排策略下收益共享契約模型設(shè)計(jì)分析

由上文可知，λ在區(qū)間[λL,λH]上時(shí)，制造商的利潤(rùn)相比未減排的利潤(rùn)是下降的。也就是說(shuō)在此情況下制造商不會(huì)自愿采取減排措施，這是因?yàn)橹圃焐酞?dú)自承擔(dān)了供應(yīng)鏈全部的減排成本卻沒(méi)有獲得對(duì)應(yīng)的收益，而分銷商和零售商沒(méi)有付出成本代價(jià)卻獲得了減排帶來(lái)的收益。這種成本與收益的不匹配，導(dǎo)致制造商沒(méi)有動(dòng)力投資減排，因此該供應(yīng)鏈存在一個(gè)帕累托改進(jìn)的空間。

為解決上述矛盾，本文考慮引入收益共享契約來(lái)協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈成員之間的利潤(rùn)分配。零售商轉(zhuǎn)移適當(dāng)?shù)氖杖虢o分銷商，分銷商再轉(zhuǎn)移適當(dāng)?shù)氖杖虢o制造商，這樣就可以實(shí)現(xiàn)收益在供應(yīng)鏈成員之間的再分配。這里假設(shè)分銷商和制造商之間的收益分配比例為φ1，零售商和分銷商之間的收益分配比例為φ2，滿足0<φ1<1，0<φ2<1。在收益共享契約下，制造商獲得了減排帶來(lái)的好處；而零售商和分銷商的收益情況相比未減排時(shí)沒(méi)有變?cè)?，并且分銷商和零售商作為碳減排策略的受益方，可以通過(guò)收益共享契約來(lái)鞏固與制造商之間的合作關(guān)系，因此通過(guò)收益共享契約的協(xié)調(diào)，碳減排策略得以實(shí)施。

在收益共享契約下，零售商的利潤(rùn)函數(shù)為

(11)

分銷商的利潤(rùn)函數(shù)為

(12)

制造商的利潤(rùn)函數(shù)為

(13)

要使得收益共享契約下供應(yīng)鏈能夠?qū)崿F(xiàn)帕累托改進(jìn)，則此時(shí)零售商、分銷商和制造商的利潤(rùn)不得少于未減排時(shí)的利潤(rùn)，即φ1和φ2應(yīng)滿足以下不等式組：

(14)

求解不等式組(14)，即可得到φ1和φ2的取值范圍，φ1∈[φ1L,φ1H]，φ2∈[φ2L,φ2H]，滿足0<φ1<1， 0<φ2<1。在此區(qū)間上，制造商實(shí)施碳減排策略，雖然其自身利潤(rùn)降低，但由于供應(yīng)鏈成員之間通過(guò)收益共享契約對(duì)收益進(jìn)行了再分配，制造商的收益獲得狀況改善，從而實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈?zhǔn)找娴呐晾弁懈倪M(jìn)。

三、 算例分析

在上述理論研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行算例分析，以支持文章的研究結(jié)果。假定文章所需要的供應(yīng)鏈參數(shù)如表1所示，同時(shí)假設(shè)市場(chǎng)需求在區(qū)間[0,32]上服從均勻分布。

表1 碳減排下供應(yīng)鏈成本參數(shù)

將表1中的數(shù)值帶入相應(yīng)的函數(shù)表達(dá)式中，可以得到表2中碳減排前后零售商最優(yōu)訂貨量、制造商最優(yōu)減排量，以及供應(yīng)鏈成員的利潤(rùn)和供應(yīng)鏈總利潤(rùn)。

由表2可以看出，當(dāng)制造商單位碳排放水平為3時(shí)，減排后零售商的最優(yōu)訂貨量明顯增加，且供應(yīng)鏈成員的利潤(rùn)均大于不減排時(shí)的利潤(rùn)，實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈?zhǔn)找娴呐晾弁懈倪M(jìn)。因此在該情形下，制造商會(huì)自愿選擇碳減排策略。下面通過(guò)繪圖來(lái)具體分析制造商碳排放水平對(duì)其減排策略選擇的影響。

表2 供應(yīng)鏈系統(tǒng)在不同策略下的計(jì)算數(shù)值

圖1描繪了λ∈[1,17]時(shí)，制造商碳減排前后零售商和分銷商的利潤(rùn)變化。由圖中可以看出，零售商和分銷商的利潤(rùn)與單位產(chǎn)品碳排放量λ無(wú)關(guān)，即零售商和分銷商的利潤(rùn)不隨λ變化。碳減排前，零售商和分銷商的利潤(rùn)始終保持在50.11和76.62；碳減排后，零售商和分銷商的利潤(rùn)保持在98.17和112.66水平。由此可見(jiàn)碳減排后，零售商和分銷商的利潤(rùn)明顯較之前有所增加，因此他們是支持制造商采取減排行為的。但是具體的減排策略以及產(chǎn)品的單位碳排放量零售商和分銷商不會(huì)關(guān)注，因?yàn)樘寂欧帕康亩喙巡⒉粫?huì)直接影響其利潤(rùn)大小。

圖1 零售商和分銷商碳減排前后利潤(rùn)對(duì)比

圖2描述了λ∈[1,17]時(shí)，制造商碳減排對(duì)其利潤(rùn)以及供應(yīng)鏈總利潤(rùn)帶來(lái)的影響。由圖中可以看出，隨著單位產(chǎn)品碳排放量λ的增加，制造商和供應(yīng)鏈的利潤(rùn)均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。其中，當(dāng)1<λ<4.56時(shí)，減排后制造商利潤(rùn)大于減排前的利潤(rùn)，此時(shí)制造商會(huì)自愿選擇碳減排策略；當(dāng)4.56<λ<17時(shí)，減排后的利潤(rùn)小于減排前的利潤(rùn)，若無(wú)激勵(lì)措施，制造商將不會(huì)實(shí)施碳減排。從供應(yīng)鏈系統(tǒng)的角度來(lái)看，當(dāng)1<λ<15.76時(shí)，減排后供應(yīng)鏈的利潤(rùn)是大于減排前的利潤(rùn)的，但在4.56<λ<15.76上，減排后制造商的利潤(rùn)又小于減排前的利潤(rùn)。此時(shí)制造商不會(huì)自愿碳減排，但供應(yīng)鏈存在一個(gè)改進(jìn)的空間，因此在這區(qū)間上引入收益共享契約來(lái)重新分配制造商、分銷商和零售商的收益，不僅可以激勵(lì)制造商碳減排，又可以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的帕累托改進(jìn)。

圖2 制造商和供應(yīng)鏈碳減排前后利潤(rùn)對(duì)比

表3列出了在不同的碳排放權(quán)價(jià)格和投資系數(shù)下，供應(yīng)鏈系統(tǒng)的最優(yōu)訂貨量以及制造商的最優(yōu)碳減排量相應(yīng)變化的關(guān)系趨勢(shì)。從表中可以看出，在正常情況下，最優(yōu)碳減排量隨著價(jià)格的增加而增加，隨著投資系數(shù)的增加而下降；系統(tǒng)最優(yōu)訂貨量也隨著排放權(quán)價(jià)格的增加而增加，隨著投資系數(shù)的增加而下降。實(shí)際上，當(dāng)市場(chǎng)上碳排放權(quán)交易價(jià)格上升時(shí)，制造商只有加大減排力度才可以減少購(gòu)買(mǎi)碳排放權(quán)的成本，或者可以出售多余的碳排放權(quán)以獲得額外的收益。而在減排成本及投資系數(shù)增加時(shí)，制造商自然會(huì)降低減排力度，以控制其成本支出。在特殊情況下，如表中所示，當(dāng)減排價(jià)格等于1.4，投資系數(shù)等于20時(shí)，系統(tǒng)最優(yōu)訂貨量與碳減排量出現(xiàn)了負(fù)數(shù)的情況，這明顯與現(xiàn)實(shí)不符。因此制造商在采取減排措施時(shí)，一定要注意投資系數(shù)與碳排放權(quán)交易價(jià)格之間的關(guān)系。

表3 不同參數(shù)下供應(yīng)鏈最優(yōu)碳減排量和最優(yōu)訂貨量比對(duì)

四、 結(jié)論與建議

本文基于消費(fèi)者偏好低碳產(chǎn)品這個(gè)基本假設(shè)，探討了三級(jí)供應(yīng)鏈中制造商是否自愿進(jìn)行碳減排的問(wèn)題，以及確定了零售商最優(yōu)訂貨量和制造商最優(yōu)碳減排量。通過(guò)對(duì)比碳減排前后供應(yīng)鏈成員的利潤(rùn)情況，研究得到了以下結(jié)論：(1) 當(dāng)單位產(chǎn)品的碳排放水平較低時(shí)，供應(yīng)鏈成員的利潤(rùn)情況均得到改善，供應(yīng)鏈較未減排時(shí)實(shí)現(xiàn)了帕累托改進(jìn)，此時(shí)制造商自愿選擇碳減排；(2) 當(dāng)單位產(chǎn)品的碳排放水平較高時(shí)，選擇減排雖然會(huì)增加零售商和分銷商的利潤(rùn)，但制造商由于過(guò)高的減排成本投入導(dǎo)致利潤(rùn)降低，且供應(yīng)鏈總體利潤(rùn)下降，此時(shí)制造商將不會(huì)采取減排措施；(3) 當(dāng)單位產(chǎn)品的碳排放水平處于兩者之間時(shí)，減排會(huì)增加零售商與分銷商的利潤(rùn)，制造商的利潤(rùn)雖然下降，但是供應(yīng)鏈的總利潤(rùn)增加。因此在這種情況下，即使供應(yīng)鏈總收益存在一定的改善空間，但制造商由于其利潤(rùn)降低將缺乏碳減排的動(dòng)力。對(duì)于這一問(wèn)題，研究引入收益共享契約，通過(guò)建立碳減排策略下三級(jí)供應(yīng)鏈?zhǔn)找婀蚕砥跫s優(yōu)化模型，來(lái)協(xié)調(diào)供應(yīng)鏈成員之間收益的再分配，實(shí)現(xiàn)了供應(yīng)鏈的帕累托改進(jìn)。

鑒于上述結(jié)論，提出政府進(jìn)行碳減排工作的相關(guān)建議。

第一，充分發(fā)揮市場(chǎng)在資源配置中的決定性作用。在碳排放交易市場(chǎng)上，市場(chǎng)機(jī)制的調(diào)節(jié)效率要遠(yuǎn)高于計(jì)劃?rùn)C(jī)制。當(dāng)企業(yè)的碳排放水平較低時(shí)，市場(chǎng)規(guī)律完全可以引導(dǎo)企業(yè)自發(fā)采取有效的減排措施，并能讓企業(yè)的減排水平與減排成本保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。而在現(xiàn)實(shí)中，政府對(duì)于像碳交易市場(chǎng)這類的新鮮產(chǎn)業(yè)，往往過(guò)于擔(dān)憂，而忽視了市場(chǎng)本身的調(diào)節(jié)作用，也容易導(dǎo)致壟斷市場(chǎng)的產(chǎn)生。因此，尊重和發(fā)揮碳排放交易市場(chǎng)的調(diào)節(jié)機(jī)制，是響應(yīng)節(jié)能減排號(hào)召、提高政府行政效率的有效途徑之一。

第二，恰當(dāng)發(fā)揮政府在碳排放交易中的引導(dǎo)作用。當(dāng)企業(yè)的碳排放水平過(guò)高時(shí)，碳排放交易市場(chǎng)無(wú)法促使企業(yè)自發(fā)采取減排措施，這就出現(xiàn)市場(chǎng)調(diào)節(jié)失靈的狀況。此時(shí)就需要發(fā)揮政府的引導(dǎo)作用，如對(duì)進(jìn)行節(jié)能減排的企業(yè)實(shí)施補(bǔ)貼、強(qiáng)化企業(yè)對(duì)未來(lái)強(qiáng)制碳減排的預(yù)期、幫助參與碳交易的企業(yè)樹(shù)立品牌形象等措施，來(lái)彌補(bǔ)市場(chǎng)調(diào)節(jié)的缺陷和不足。

第三，加強(qiáng)節(jié)能減排宣傳教育，普及低碳知識(shí)。我國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家，不僅人口基數(shù)大，而且地區(qū)發(fā)展不平衡，消費(fèi)者的低碳意識(shí)不明顯。政府應(yīng)當(dāng)重視低碳知識(shí)的普及工作，特別是年青一代，從思想上根本轉(zhuǎn)變民眾的消費(fèi)觀念。