考慮政府補貼與消費者低碳偏好的混合回收模式對比研究

郭振起儲 濤張桂濤

(青島大學(xué)商學(xué)院,青島 266100)

《中國廢棄電器電子產(chǎn)品回收處理及綜合利用行業(yè)白皮書2020》指出,2020年中國電器電子產(chǎn)品理論報廢量約633.6萬噸,但整體回收利用率不足2%,既造成資源浪費,又破壞生態(tài)環(huán)境?！吨袊ㄖ伟l(fā)展報告(2021)》指出,要加強固體廢棄物污染的防范治理。同時,“雙碳目標(biāo)”的提出進(jìn)一步加強了節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的重任。在此背景下,眾多學(xué)者針對閉環(huán)供應(yīng)鏈廢舊產(chǎn)品回收再制造與低碳減排問題展開研究,積極探索減少資源浪費和降低環(huán)境污染的創(chuàng)新發(fā)展模式。關(guān)于廢舊產(chǎn)品回收,國內(nèi)外學(xué)者針對不同回收模式進(jìn)行了大量研究。其中,針對單一回收渠道的研究主要集中在早期階段[1-2],此后涌現(xiàn)出大量針對雙渠道混合回收模式的研究[3-6],隨著研究的深入逐步過渡到三渠道混合回收模式[7-8],在“互聯(lián)網(wǎng)＋”的積極推進(jìn)下,針對“互聯(lián)網(wǎng)＋回收”模式的研究也逐漸增多[9-11]。但現(xiàn)有文獻(xiàn)中針對三渠道、四渠道回收的研究較少,且鮮有從“互聯(lián)網(wǎng)＋回收”的角度探討網(wǎng)絡(luò)回收商對廢舊產(chǎn)品回收的影響,傳統(tǒng)回收模式已難以滿足當(dāng)前社會發(fā)展需求,亟需探索多渠道混合回收新模式。在節(jié)能減排大背景下,國內(nèi)外諸多學(xué)者針對供應(yīng)鏈低碳減排問題,進(jìn)行了積極的探索,并取得豐碩研究成果。但大多數(shù)研究以二級供應(yīng)鏈為研究對象,圍繞低碳減排問題展開[12-15],少有學(xué)者考慮第三方回收企業(yè)參與回收,研究碳減排下的廢舊產(chǎn)品回收再制造問題。針對供應(yīng)鏈企業(yè)回收再制造與碳減排問題,目前政府主要采取獎勵和懲罰兩類措施,相關(guān)研究也主要圍繞這兩類措施[16-19]。政府再制造和回收補貼都會刺激消費,提高回收率和供應(yīng)鏈成員利潤。相比于碳稅政策,政府補貼可以引導(dǎo)企業(yè)走向既有利于自身發(fā)展又有利于社會可持續(xù)發(fā)展的道路,且在激勵企業(yè)開展節(jié)能減排方面更具有效性。相比于其他獎懲措施,政府補貼對于供應(yīng)鏈廢舊產(chǎn)品回收再制造和低碳減排更具有效性。本文基于已有成果,綜合考慮政府補貼、消費者低碳偏好和“互聯(lián)網(wǎng)＋”新型回收模式,探討廢舊產(chǎn)品多渠道混合回收和供應(yīng)鏈碳減排問題,尋求回收和減排效果相對較好的混合回收新模式。

1 問題描述及模型假設(shè)

1.1 問題描述

本文在傳統(tǒng)混合回收模式的基礎(chǔ)上引入第三方網(wǎng)絡(luò)回收商,構(gòu)建了MRET(制造商M、零售商R、第三方網(wǎng)絡(luò)回收商ET 混合回收模式)、MTET(制造商、第三方回收商T、第三方網(wǎng)絡(luò)回收商混合回收模式)和RTET(零售商、第三方回收商、第三方網(wǎng)絡(luò)回收商混合回收模式)三種新型混合回收模式,閉環(huán)供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)如圖1所示,各回收方之間存在回收競爭沖突。

圖1 混合回收模式運作流程

三種回收模式的閉環(huán)供應(yīng)鏈由均具有回收能力的制造商M、零售商R、第三方回收商T、第三方網(wǎng)絡(luò)回收商ET 組成,其中制造商具有再制造能力,負(fù)責(zé)產(chǎn)品碳減排,第三方網(wǎng)絡(luò)回收商通過網(wǎng)絡(luò)渠道回收廢舊產(chǎn)品。運作流程如下:政府對制造商再制造行為給予補貼,制造商利用新原材料和回收的廢舊產(chǎn)品生產(chǎn)新產(chǎn)品,并將新產(chǎn)品和再制品批發(fā)給零售商,零售商銷售給消費者。

1.2 模型假設(shè)

基于經(jīng)濟(jì)學(xué)規(guī)律,對現(xiàn)實情境進(jìn)行簡化,提出以下假設(shè)。

假設(shè)1:各成員之間信息對稱、獨立決策,以自身利益最大化為目標(biāo),不考慮庫存和缺貨成本[3]。三種回收模式下制造商均為供應(yīng)鏈領(lǐng)導(dǎo)者。

假設(shè)2:回收的廢舊產(chǎn)品均可進(jìn)行再制造,且再制品與新產(chǎn)品為同質(zhì)產(chǎn)品[5]。政府對制造商進(jìn)行補貼可使供應(yīng)鏈獲得更多利潤[20],所以考慮政府對制造商再制造進(jìn)行補貼,單位廢舊產(chǎn)品再制造補貼金額為S。

假設(shè)3:制造商實施減排技術(shù)后單位產(chǎn)品碳減排量為Δe＝e0－e＞0,其中e0和e分別為實施減排技術(shù)前后的單位碳減排量。根據(jù)經(jīng)典模型假設(shè)[14-15],減排成本表示為C(Δe)＝0.5η(Δe)2,其中,η(η＞0)為減排成本系數(shù),需要說明的是制造商低碳技術(shù)研發(fā)投入不屬于產(chǎn)品生產(chǎn)成本。

假設(shè)4:基于Savaskan等[1]對產(chǎn)品需求函數(shù)的認(rèn)識,考慮消費者低碳偏好的影響,將產(chǎn)品市場需求量函數(shù)設(shè)置為:D＝D0－λP＋μΔe,其中,D0(D0＞0)為市場最大需求量,P為單位產(chǎn)品銷售價格,λ(λ＞0)和μ(μ＞0)分別為消費者對單位產(chǎn)品銷售價格的敏感系數(shù)和對單位產(chǎn)品總碳減排量的敏感系數(shù)。

假設(shè)5:為保證各渠道回收工作的順利開展,基于理性人假設(shè),當(dāng)制造商回收價格PM大于轉(zhuǎn)移支付價格PA時,才有可能回收廢舊產(chǎn)品。為保證其余各回收方的回收積極性,轉(zhuǎn)移支付價格PA要高于其余回收方的回收價格,即PA＞PET,PT,PR＞0。此外依據(jù)回收渠道的便利程度對回收價格的排序[7],在綜合考慮不同因素對回收價格的影響之后,假設(shè)各回收方的回收價格排序為:PM＞PET＞PT＞PR＞0。

假設(shè)6:使用廢舊產(chǎn)品進(jìn)行再生產(chǎn)的單位成本Cr低于使用新原材料進(jìn)行生產(chǎn)的單位成本Cn,則單位節(jié)約成本為Δ＝Cn－Cr[4-6]。為避免廢舊產(chǎn)品質(zhì)量差異所造成的不利影響,單位成本Cr為平均單位生產(chǎn)成本。為保證制造商的回收積極性,需使PM＜Δ＋S。

假設(shè)7:產(chǎn)品市場需求D大于再制品數(shù)量Q i,其中Q i為混合回收模式i下的廢舊產(chǎn)品回收總量。

2 不同混合回收模式求解

參考WEEE回收量函數(shù)的設(shè)置[7],本文給出不同回收模式下各回收方的回收量函數(shù)。

(1)M1模式下各回收方回收量及總回收量函數(shù)為:

(2)M2模式下各回收方回收量及總回收量函數(shù)為:

(3)M3模式下各回收方回收量及總回收量函數(shù)為:

其中,Q0＞0為消費者自愿返還的廢舊產(chǎn)品數(shù)量,θ(θ＞0)為消費者對回收價格的敏感系數(shù)。

2.1 M1(MRET)回收模式

M1模式下各參與方博弈順序:首先,政府給出單位產(chǎn)品再制造補貼金額S,制造商確定單位產(chǎn)品總碳減排量Δe。然后,制造商確定單位產(chǎn)品批發(fā)價格ω、單位廢舊產(chǎn)品的回收價格PM與轉(zhuǎn)移支付價格PA。最后,零售商確定其單位產(chǎn)品銷售價格P和單位廢舊產(chǎn)品回收價格PR,同時,第三方網(wǎng)絡(luò)回收商確定其單位廢舊產(chǎn)品回收價格PET。各參與方利潤函數(shù)分別為:

采用逆向歸納法求解,求解過程較為簡單,不再詳細(xì)贅述。

M1模式下各決策變量的最優(yōu)解及最優(yōu)回收總量分別為:

供應(yīng)鏈各參與方最優(yōu)利潤和供應(yīng)鏈整體最優(yōu)利潤為分別為:

2.2 M2(MTET)回收模式

M2模式下各參與方博弈描述與MRET 模式相似。各參與方利潤函數(shù)分別為:

M2模式下各決策變量的最優(yōu)解及最優(yōu)回收總量分別為:

供應(yīng)鏈各參與方最優(yōu)利潤和供應(yīng)鏈整體最優(yōu)利潤為分別為:

2.3 M3(RTET)回收模式

M3模式下各參與方博弈描述與MRET 模式相似。各參與方利潤函數(shù)分別為:

M3模式下各決策變量的最優(yōu)解及最優(yōu)回收總量分別為:

供應(yīng)鏈各參與方最優(yōu)利潤和供應(yīng)鏈整體最優(yōu)利潤為分別為:

3 不同混合回收模式對比分析

不同回收模式下的單位產(chǎn)品總碳減排量、批發(fā)價、銷售價和市場需求各自完全相同,說明回收模式的不同不會對這些最優(yōu)決策及最優(yōu)市場需求造成影響。最優(yōu)決策關(guān)于關(guān)鍵參數(shù)的敏感度分析見表1、2(↗表示正相關(guān),↘表示負(fù)相關(guān))。

表1 關(guān)鍵參數(shù)的敏感度分析

結(jié)論2不同回收模式下的最優(yōu)決策及最優(yōu)市場需求關(guān)于關(guān)鍵參數(shù)的敏感度分析見表1。在不同回收模式下,當(dāng)η下降、μ上升或λ下降時,均會促使制造商加大減排力度,減少碳排放,提升產(chǎn)品批發(fā)價格,進(jìn)而迫使零售商提升產(chǎn)品銷售價格,總碳減排量和銷售價格變動的綜合影響最終導(dǎo)致產(chǎn)品需求增加。

推論1根據(jù)市場需求函數(shù)的表達(dá)式可知,總碳減排量和銷售價格的增加會引起市場需求的反方向變動,而當(dāng)各參數(shù)在不同方向上變動時,均會引起總碳減排量、銷售價格和市場需求在同一方向上變動,說明總碳減排量增加對市場需求的影響要大于銷售價格提高的影響,二者相互作用最終引起市場需求的擴大。

M1和M2模式中,最優(yōu)轉(zhuǎn)移支付價格、制造商最優(yōu)回收價格、第三方網(wǎng)絡(luò)回收商最優(yōu)回收價格和廢舊產(chǎn)品最優(yōu)回收總量各自相同。而在M3模式中,制造商會支付更高的轉(zhuǎn)移支付價格,促使各回收方提升自身回收價格,但回收價格的提升并沒有引起廢舊產(chǎn)品回收總量的提升,反而使得回收總量減少,這是因為在M1和M2模式中,制造商會支付更高的回收價格,吸引更多消費者參與回收。

結(jié)論4不同回收模式下各回收方最優(yōu)回收價格及廢舊產(chǎn)品最優(yōu)回收總量關(guān)于關(guān)鍵參數(shù)的敏感度分析見表2。可知,在三種回收模式下,當(dāng)θ、Δ和S增加時,制造商會提升回收價格和轉(zhuǎn)移支付價格,進(jìn)而促使各回收方提升各自回收價格,加大回收力度,增加廢舊產(chǎn)品回收總量,以獲取更多的收益。

表2 關(guān)鍵參數(shù)的敏感度分析

推論2在M1、M2模式中,制造商最優(yōu)回收價格受θ、Δ和S的影響程度相同,最優(yōu)轉(zhuǎn)移支付價格、第三方網(wǎng)絡(luò)回收商最優(yōu)回收價格、廢舊產(chǎn)品最優(yōu)回收總量受其影響程度也相同,而在M3模式中,最優(yōu)轉(zhuǎn)移支付價格、第三方網(wǎng)絡(luò)回收商最優(yōu)回收價格受θ的影響程度較小,受Δ和S的影響程度較大。相比于M3模式,廢舊產(chǎn)品最優(yōu)回收總量在M1、M2模式中受各參數(shù)的影響程度更大;零售商最優(yōu)回收價格在M1模式中受θ的影響程度更大,受Δ和S的影響程度更小;而第三方回收商最優(yōu)回收價格在M2模式中受θ的影響程度更大,受Δ和S的影響更小。

推論3在同一混合回收模式下,制造商、第三方網(wǎng)絡(luò)回收商、第三方回收商、零售商的最優(yōu)回收價格受θ的影響程度呈現(xiàn)出逐級遞增現(xiàn)象,而受Δ和S的影響程度呈現(xiàn)出逐級遞減現(xiàn)象。

結(jié)論5不同回收模式下的制造商利潤、參與回收的零售商利潤和供應(yīng)鏈總利潤均由兩部分構(gòu)成,其中前一部分為銷售活動所得利潤,后一部分對于制造商為參與回收與再制造活動所得利潤,而對于零售商則為參與回收活動所得利潤。兩類利潤中,回收模式的不同只會對回收和再制造活動所得利潤造成影響。

推論4在M1模式中,零售商參與回收活動所得收益為4(θ(Δ＋S)＋Q0)2/169θ,在M2模式中,零售商未參與回收,所得收益為銷售產(chǎn)品的盈利,其在M1模式中參與回收活動所得收益在M2模式中轉(zhuǎn)移到了第三方回收商,這也是供應(yīng)鏈總利潤在M1和M2模式中相同的原因。

在不同回收模式下,制造商通過銷售活動所得收益完全相同,均為。制造商在M1和M2模式中的最優(yōu)利潤相同且高于M3模式,主要是由于在M3模式中制造商未參與廢舊產(chǎn)品回收,損失了回收活動所得收益,該收益損失為,這也是制造商在M1和M2兩模式中參與回收活動所得收益,而制造商參與再制造活動所得收益為,可見再制造活動比回收活動獲得的收益更高。

在不同回收模式下,零售商通過銷售活動所得收益完全相同,均為。零售商在M3模式中通過回收活動所得收益要比在M1模式中高出。零售商在M1和M3模式中的最優(yōu)利潤均比M2模式高,主要是由于在M2模式中零售商未參與廢舊產(chǎn)品回收活動,損失了這部分收益。

第三方回收商在M2模式中的最優(yōu)利潤要比在M3模式中高出。第三方網(wǎng)絡(luò)回收商在M1和M2模式中的最優(yōu)利潤相同且高于M3模式,高出的利潤為。這是因為在M3模式中,第三方回收商與第三方網(wǎng)絡(luò)回收商之間的競爭更加激烈,進(jìn)而導(dǎo)致雙方利潤的流失。

在不同回收模式下,供應(yīng)鏈通過銷售活動所得利潤完全相同,均為。供應(yīng)鏈整體在M1和M2模式中的最優(yōu)利潤相同且高于M3模式,在M3模式的利潤損失為

推論5相比于M1和M2模式,在M3模式中,供應(yīng)鏈最優(yōu)總利潤因為制造商未參與回收而導(dǎo)致利潤損失,又因為其余三方均參與回收而額外獲得部分回收活動所得利潤,兩者的綜合影響使得供應(yīng)鏈整體在M3模式中的利潤損失了

結(jié)論10制造商主導(dǎo)正、逆向供應(yīng)鏈運作,其是否直接參與回收會使不同回收模式下的回收價格、廢舊產(chǎn)品回收數(shù)量、各方利潤等產(chǎn)生較大差異。與M3模式相比,M1和M2模式中的廢舊產(chǎn)品回收數(shù)量更多,回收活動所帶來的收益也更高,供應(yīng)鏈整體總利潤更高,所以應(yīng)選擇M1和M2模式,具體選擇哪一種回收模式,應(yīng)視零售商與第三方的回收業(yè)務(wù)能力而定。

4 算例分析

依據(jù)假設(shè)條件及現(xiàn)實意義對各參數(shù)賦值:D0＝300 000,Q0＝300,Cn＝4 000,Δ＝2 000,S＝200,λ＝10,μ＝10,θ＝10,η＝400。

不同回收模式下的供應(yīng)鏈總利潤由正向銷售活動所得利潤和逆向回收與再制造活動所得利潤兩部分構(gòu)成,且通過銷售活動所得利潤完全相同,所以供應(yīng)鏈總利潤的主要區(qū)別在于回收與再制造活動所得利潤。此外,由于構(gòu)成供應(yīng)鏈總利潤的兩部分分別受不同參數(shù)的影響,所以先對兩部分利潤分別進(jìn)行分析,之后再綜合分析,又由于M1和M2模式中的供應(yīng)鏈總利潤相同,所以僅選取M2和M3模式進(jìn)行對比分析。

(1)供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤受關(guān)鍵參數(shù)影響的分析。分析銷售價格敏感系數(shù)λ、總碳減排量敏感系數(shù)μ與碳減排成本系數(shù)η對供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤的影響,結(jié)果如圖2、3所示。

圖2 銷售價格敏感系數(shù)λ 與總碳減排量敏感系數(shù)μ 對供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤的影響

由圖2可知,隨著λ的逐漸增大,在前期,供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤急劇下降,在后期,供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤逐漸趨于平緩;隨著μ的逐漸增大,供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤持續(xù)平穩(wěn)增長。由圖3可知,當(dāng)μ與η同方向變動時,二者使得供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤向相反方向變動,隨著η的增加,供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤呈現(xiàn)出先急劇下降后平穩(wěn)下降的下滑趨勢,而隨著μ的增加,供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤呈現(xiàn)出較為平緩的增長趨勢。結(jié)合圖2、3可知,λ對供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤的影響最大,η次之,μ的影響最小。

圖3 碳減排成本系數(shù)η 與總碳減排量敏感系數(shù)μ 對供應(yīng)鏈銷售活動所得利潤的影響

(2)供應(yīng)鏈回收與再制造活動所得利潤受關(guān)鍵參數(shù)影響的對比分析。分析回收價格敏感系數(shù)θ與單位廢舊產(chǎn)品再制造補貼金額S對供應(yīng)鏈回收與再制造活動所得利潤的影響,結(jié)果如圖4、5所示。

圖4 回收價格敏感系數(shù)θ 對供應(yīng)鏈回收與再制造活動所得利潤的影響

圖5 單位廢舊產(chǎn)品再制造補貼金額S 對供應(yīng)鏈回收與再制造活動所得利潤的影響

可知,供應(yīng)鏈回收與再制造活動所得利潤與θ、S呈正相關(guān)關(guān)系,在M2和M3模式中,隨著θ和S的增大,供應(yīng)鏈回收與再制造活動所得利潤逐漸增加,但θ對供應(yīng)鏈回收與再制造活動所得利潤的影響更大。且在M2模式中供應(yīng)鏈回收與再制造活動所得利潤的增長速率更高,選擇M2模式可以獲得更高的收益。

(3)供應(yīng)鏈總利潤受關(guān)鍵參數(shù)影響的分析。以M2模式為分析對象,分析銷售價格敏感系數(shù)λ、總碳減排量敏感系數(shù)μ、碳減排成本系數(shù)η與回收價格敏感系數(shù)θ對供應(yīng)鏈總利潤的影響,結(jié)果如圖6、7、8所示。

圖6 銷售價格敏感系數(shù)λ 與回收價格敏感系數(shù)θ 的影響

由圖6可知,供應(yīng)鏈總利潤與λ的變動方向相反,與θ變動方向保持一致,且λ的影響更大,使供應(yīng)鏈總利潤在總體上呈下降趨勢。隨著λ的增加,供應(yīng)鏈總利潤呈現(xiàn)先急劇下降后平穩(wěn)下降的曲線下滑趨勢,而隨著θ的增加,供應(yīng)鏈總利潤呈現(xiàn)出平緩的線性增長趨勢。由圖7可知,當(dāng)μ與θ同方向變動時,供應(yīng)鏈總利潤的變動方向與其保持一致,且μ的影響更大,隨著μ的增加,供應(yīng)鏈總利潤呈現(xiàn)出曲線增長趨勢,而隨著θ的增加,供應(yīng)鏈總利潤呈現(xiàn)出線性增長趨勢。圖8與圖6情形相似,供應(yīng)鏈總利潤與η的變動方向相反,與θ的變動方向保持一致,且η影響更大,使供應(yīng)鏈總利潤總體上呈現(xiàn)下降趨勢。隨著η的增加,供應(yīng)鏈總利潤呈現(xiàn)出先急劇下降后平穩(wěn)下降的曲線下滑趨勢,而隨著θ的增加,供應(yīng)鏈總利潤呈現(xiàn)出平緩的線性增長趨勢。綜上所述,λ對供應(yīng)鏈總利潤的影響最大,η次之,μ稍小,θ的影響最小。

圖7 總碳減排量敏感系數(shù)μ 與回收價格敏感系數(shù)θ 的影響

圖8 碳減排成本系數(shù)η 與回收價格敏感系數(shù)θ 的影響

5 結(jié)論

本文綜合考慮政府補貼、消費者低碳偏好和“互聯(lián)網(wǎng)＋”對傳統(tǒng)回收模式的沖擊,加入第三方網(wǎng)絡(luò)回收商對傳統(tǒng)回收模式進(jìn)行改進(jìn),構(gòu)建了三種混合回收新模式,并從不同角度對比分析其優(yōu)劣性。單位產(chǎn)品總碳減排量、批發(fā)價、銷售價和市場需求不會因為回收模式的不同而發(fā)生改變;制造商作為供應(yīng)鏈領(lǐng)導(dǎo)者,主導(dǎo)正、逆向供應(yīng)鏈運作,其是否直接參與回收會使不同回收模式下的回收價格、廢舊產(chǎn)品回收數(shù)量、各方收益等產(chǎn)生較大差異;不同回收模式下的供應(yīng)鏈總利潤由正向銷售所得利潤和逆向回收與再制造所得利潤兩部分構(gòu)成,且不同回收模式下供應(yīng)鏈正向銷售活動所得利潤相同;相比于RTET 回收模式,MRET 和MTET 回收模式可以回收更多的廢舊產(chǎn)品,獲得更多的利潤,具有一定的優(yōu)越性。本研究僅考慮政府對制造商再制造進(jìn)行補貼,新產(chǎn)品與再制品無差異。后續(xù)研究將考慮產(chǎn)品異質(zhì)性的型混合回收模式,不同補貼方式或成本分擔(dān)方式下的新型混合回收模式等。