碳限額與交易政策下低碳供應(yīng)鏈微分博弈模型研究

王志遠(yuǎn) 周澤輝 牟宗玉

摘要：

針對(duì)目前在碳限額與交易政策下供應(yīng)鏈成員面臨的最優(yōu)決策問題，將供應(yīng)鏈成員行為決策引入到供應(yīng)鏈模型中，采用Stackelberg微分博弈方法構(gòu)建了四個(gè)模型，得到不同模型的最優(yōu)反饋策略與最優(yōu)碳減排軌跡等，比較了各個(gè)模型的反饋策略與總利潤(rùn)。研究結(jié)果表明，當(dāng)市場(chǎng)、政策參數(shù)滿足一定約束時(shí)，制造商才會(huì)采用碳減排策略;當(dāng)制造商與零售商均為遠(yuǎn)視者時(shí)，供應(yīng)鏈成員的利潤(rùn)將會(huì)達(dá)到最大，碳減排量也最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：

碳減排;碳限額與交易;遠(yuǎn)視短視行為;微分博弈

中圖分類號(hào)：F272;X196

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2020-06-15

基金項(xiàng)目：

教育部人文社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（批準(zhǔn)號(hào)：17YJA630130）資助。

通信作者：

牟宗玉，男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)槲锪髋c供應(yīng)鏈管理。E-mail：mzydragon@163.com

近年來，由于全球的氣候問題日益嚴(yán)重，尋求有效的方法抑制氣候問題繼續(xù)惡化已成為全世界普遍關(guān)心的問題。制造業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)是碳排放的主要來源之一[1]，如何實(shí)現(xiàn)溫室氣體排放量明顯下降的同時(shí)又能夠使經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展已成為中國(guó)亟需解決的問題。Hu等[2]研究發(fā)現(xiàn)碳限額與交易政策相比碳稅政策能夠更好得兼顧經(jīng)濟(jì)利益與環(huán)境保護(hù)雙重目標(biāo)，由此在碳限額與交易政策的相關(guān)研究基礎(chǔ)上，加入動(dòng)態(tài)時(shí)間因素，進(jìn)一步探討供應(yīng)鏈成員的最優(yōu)決策問題。供應(yīng)鏈成員的定價(jià)策略和碳減排策略會(huì)受到市場(chǎng)、消費(fèi)者、政策等因素的影響，其中碳限額與碳交易價(jià)格會(huì)對(duì)經(jīng)營(yíng)策略產(chǎn)生較大影響[3-4]。在特定的環(huán)境下，碳交易價(jià)格的作用還可能是雙向的。碳交易價(jià)格上升會(huì)有效抑制碳排放總量，能夠激勵(lì)制造商積極實(shí)行碳減排計(jì)劃，企業(yè)的碳減排策略還會(huì)隨著政府補(bǔ)貼等因素發(fā)生變化[5-9]?，F(xiàn)實(shí)中供應(yīng)鏈都是隨時(shí)間連續(xù)運(yùn)營(yíng)的復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，企業(yè)決策者不僅要考慮當(dāng)期的價(jià)格、碳減排量等決策問題，還要考慮當(dāng)期所做決策對(duì)后期利潤(rùn)的影響，研究以時(shí)間為基礎(chǔ)變量的動(dòng)態(tài)變化[10-11]。多期的經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中，企業(yè)決策者必須要投入大量的碳減排努力，長(zhǎng)期的碳減排能逐步提高企業(yè)的碳減排能力，最終達(dá)到穩(wěn)態(tài)，實(shí)現(xiàn)均衡狀態(tài)下的總利潤(rùn)最大化。最優(yōu)的收益穩(wěn)態(tài)要以較高的碳減排投入為代價(jià)，且收益還會(huì)受到市場(chǎng)、政策等影響。為此，當(dāng)外界條件變化時(shí)，及時(shí)調(diào)整企業(yè)的經(jīng)營(yíng)戰(zhàn)略是非常必要的[12]。當(dāng)碳減排成本投入較高且消費(fèi)者低碳偏好度較低，決策者們思考是否要選擇遠(yuǎn)視行為，投入成本進(jìn)行碳減排[13]。相反，當(dāng)消費(fèi)者低碳偏好度較高且碳減排研發(fā)成本適中，決策者們不愿意選擇短視行為，更傾向選擇碳減排策略，以此來賺取最大的總利潤(rùn)[14]。綜上，在考慮碳限額與交易政策下，引入遠(yuǎn)視短視行為，借助連續(xù)型動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論與微分博弈理論，研究制造商碳減排與供應(yīng)鏈成員的決策問題，分析供應(yīng)鏈成員如何做出合適的經(jīng)營(yíng)策略與行為決策，以期達(dá)到多期利潤(rùn)的最優(yōu)化，獲得制造商采用碳減排策略的條件。

1 問題描述與假設(shè)

1.1 問題描述

為研究較長(zhǎng)時(shí)間序列中碳限額與交易政策下的供應(yīng)鏈成員定價(jià)與制造商最優(yōu)碳減排問題，構(gòu)建了由單一制造商與單一零售商構(gòu)成的二級(jí)供應(yīng)鏈系統(tǒng)，制造商（用m表示）與零售商（用r表示）之間的決策過程可視為Stackelberg微分博弈過程。制造商為低碳供應(yīng)鏈的核心企業(yè)，是供應(yīng)鏈的領(lǐng)導(dǎo)者，決定著碳減排努力程度和產(chǎn)品的批發(fā)價(jià)格。零售商處于供應(yīng)鏈的從屬地位，是制造商的跟隨者，決定著產(chǎn)品的零售價(jià)格，其決策目標(biāo)都是為了實(shí)現(xiàn)各自總利潤(rùn)的最大化。

1.2 模型假設(shè)

圖9顯示，當(dāng)制造商為短視者時(shí)，零售商作為短視者要比作為遠(yuǎn)視者獲得的利潤(rùn)要高。短視制造商不會(huì)選擇碳減排策略，不會(huì)生產(chǎn)低碳產(chǎn)品，所以零售商也應(yīng)該選擇成為短視者，不需要再考慮未來的制造商的碳減排策略對(duì)利潤(rùn)產(chǎn)生影響。綜上，當(dāng)滿足xλ+fFF2b2Δ<0且Δ<0約束條件時(shí)，制造商作為遠(yuǎn)視者進(jìn)行碳減排決策，制造商的總利潤(rùn)與零售商的總利潤(rùn)提高，制造商的碳減排量明顯增加，能夠兼顧經(jīng)濟(jì)利益與保護(hù)環(huán)境的雙重目標(biāo)。

6 結(jié)論

通過比較各個(gè)模型的最優(yōu)單位碳減排量反饋策略和利潤(rùn)變化，可知，制造商為保障企業(yè)總利潤(rùn)的最大化，應(yīng)根據(jù)當(dāng)前政策、市場(chǎng)等因素決策是否選擇遠(yuǎn)視行為進(jìn)行碳減排;零售商作為博弈跟隨者，其經(jīng)營(yíng)策略、總利潤(rùn)受到制造商影響頗大，制造商的碳減排策略能夠有效提升產(chǎn)品的低碳水平，刺激低碳偏好的消費(fèi)市場(chǎng)，直接影響低碳產(chǎn)品的定價(jià)策略;零售商應(yīng)緊隨制造商的策略，將當(dāng)期的消費(fèi)者低碳偏好度與產(chǎn)品低碳度作為產(chǎn)品定價(jià)重要參考，進(jìn)行撇脂定價(jià)或滲透定價(jià);制造商的單位碳減排量隨著時(shí)間增長(zhǎng)會(huì)趨于穩(wěn)定，為此建議政府通過采取制定階梯式碳交易價(jià)格、宣傳環(huán)保增強(qiáng)消費(fèi)者低碳偏好度等相關(guān)政策，加大碳減排力度的同時(shí)，給予制造商更多的利潤(rùn)空間。本研究?jī)H構(gòu)建了單一制造商與單一零售商構(gòu)成的簡(jiǎn)單供應(yīng)鏈系統(tǒng)，今后可嘗試研究多個(gè)制造商和多個(gè)零售商組成的供應(yīng)鏈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或者在動(dòng)態(tài)碳交易價(jià)格、動(dòng)態(tài)碳限額下的新型決策問題。

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Abstract：

For making the optimal decision under carbon cap and trade regulation， the behavior decision of supply chain members was introduced into the supply chain model. Four models were constructed by using Stackelberg differential game method. After that， the optimal feedback strategy and optimal carbon emission reduction trajectory of different models were obtained. And the feedback strategy and total profit of each model were compared. The results prove that the manufacturer will adopt the carbon emission reduction strategy when the market and policy parameters meet certain constraints. In addition， when the manufacturer and the retailer are both farsighted， the profit of supply chain members will reach the maximum. Subsequently， the carbon emission reduction will also be optimal.

Keywords：

carbon emission reduction; cap-and-trade regulation; farsightedness and shortsightedness; differential game