基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的生鮮電商供應(yīng)鏈碳減排策略研究

石永強(qiáng)，吳振裕，張智勇

(華南理工大學(xué) 電子商務(wù)系，廣東 廣州 510006)

1 引言

我國(guó)已提出在2030年前實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰”，在2060年前實(shí)現(xiàn)“碳中和”的“雙碳”目標(biāo)，如何在保證經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)又能夠?qū)崿F(xiàn)碳減排目標(biāo)備受科技工作者的關(guān)注。生鮮供應(yīng)鏈與日常生活息息相關(guān)，其易損耗、保鮮難的特殊性使得供應(yīng)鏈整體碳排放增多，故生鮮供應(yīng)鏈的綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)也逐漸成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)之一。目前學(xué)術(shù)界對(duì)于供應(yīng)鏈的碳減排研究主要分為兩類：碳減排政策的研究以及供應(yīng)鏈整體優(yōu)化減排的研究。

目前國(guó)際公認(rèn)的碳減排政策主要分為命令控制型與市場(chǎng)激勵(lì)型2種，而以碳稅和碳交易為代表的市場(chǎng)激勵(lì)型減排政策因其低成本、高效率等有效緩解企業(yè)減排壓力的優(yōu)勢(shì)而成為碳減排的主要手段[1～3]。因此對(duì)于碳減排政策的研究，研究主體一般是政府或企業(yè)，通過(guò)在博弈、仿真模擬等分析過(guò)程中加入碳稅或碳排放權(quán)交易的約束來(lái)研究其對(duì)主體產(chǎn)生的影響。如胡百靈等構(gòu)建數(shù)學(xué)模型測(cè)算我國(guó)蔬果冷鏈物流的碳排放量，并比較了碳稅與碳交易2種碳政策的優(yōu)劣，最終得出碳交易政策更優(yōu)的結(jié)果[4]。Saxena等針對(duì)可重構(gòu)供應(yīng)鏈，將輪胎再制造供應(yīng)鏈的企業(yè)經(jīng)濟(jì)與碳稅政策相結(jié)合，提出了模糊多目標(biāo)混合整數(shù)規(guī)劃模型，經(jīng)數(shù)值模擬后提出需要制定碳稅獎(jiǎng)勵(lì)政策[5]。孟衛(wèi)軍等基于碳稅政策構(gòu)建三階段政企博弈模型，對(duì)無(wú)補(bǔ)貼、投入補(bǔ)貼、減排量補(bǔ)貼3種情況進(jìn)行比較，研究指出無(wú)論補(bǔ)貼與否，企業(yè)都會(huì)進(jìn)行減排；2種補(bǔ)貼均有減排增效的作用，并且減排量補(bǔ)貼的效果更佳[6]。路正南等考慮消費(fèi)者低碳偏好構(gòu)建了一個(gè)由制造商和零售商構(gòu)成的兩級(jí)供應(yīng)鏈博弈模型，研究了碳交易政策對(duì)供應(yīng)鏈決策的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)整體決策下供應(yīng)鏈利潤(rùn)與單位產(chǎn)品碳排放量比分散決策更優(yōu)[7]。程永宏建立了集中式與分散式?jīng)Q策模型來(lái)討論碳稅政策下制造商與零售商的最優(yōu)碳減排與定價(jià)策略，結(jié)果表明碳減排量與售價(jià)不僅依賴于碳稅率，還與初始碳排放量和供應(yīng)鏈決策方式有關(guān)[8]。Zhao L等對(duì)碳稅、碳交易、混合政策3種情景進(jìn)行比對(duì)，確定了混合碳政策在價(jià)格彈性和覆蓋范圍上都具有綜合性[9]。同樣針對(duì)以上3種情景，Li等分別構(gòu)建了博弈決策模型，結(jié)果表明盡管碳稅有減排效果，但過(guò)多的碳稅會(huì)增加企業(yè)的負(fù)擔(dān)[10]。

對(duì)于供應(yīng)鏈的整體優(yōu)化減排，研究的重點(diǎn)在于供應(yīng)鏈系統(tǒng)中各組成部分對(duì)整體的影響，以及如何通過(guò)合理的耦合優(yōu)化，達(dá)到減碳增效的作用。聶秀伍等構(gòu)建了以供應(yīng)商、制造商與零售商組成的三級(jí)供應(yīng)鏈為研究對(duì)象的微分博弈模型，結(jié)果顯示在協(xié)同合作的機(jī)制下三者的碳減排努力程度更高，且碳減排量與利潤(rùn)均優(yōu)于非合作機(jī)制[11]。張維月等通過(guò)斯塔伯格博弈與逆向歸納法研究了由制造商與零售商組成的二級(jí)供應(yīng)鏈的碳減排量分配問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)由減排對(duì)需求影響大且減排效率低的企業(yè)分配減排量，既可以實(shí)現(xiàn)減排量分?jǐn)傆帜苁瓜到y(tǒng)利潤(rùn)最大化[12]。賀勇等針對(duì)品牌商主導(dǎo)的供應(yīng)鏈，分別對(duì)產(chǎn)品全外包與制造外包2種情境構(gòu)建集中式與分散式?jīng)Q策的博弈模型，研究得出集中式?jīng)Q策與全外包情境下的碳減排水平更高[13]。嚴(yán)南南等分析了碳交易政策對(duì)蔬果供應(yīng)鏈總成本的影響，以最小化供應(yīng)鏈成本和碳排放量為目標(biāo)，發(fā)現(xiàn)增加較少的成本即可大幅降低碳排放量[14]。陳靜等以生鮮肉類食品供應(yīng)鏈為研究對(duì)象，基于生命周期理論，結(jié)合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)探討肉類食品供應(yīng)鏈的碳排放問(wèn)題[15]。章玲玲等以液晶顯示器為例，通過(guò)對(duì)其供應(yīng)鏈的碳足跡測(cè)算模型計(jì)算得出供應(yīng)鏈企業(yè)間可通過(guò)協(xié)同合作來(lái)減少供應(yīng)鏈碳足跡[16]。藍(lán)海濤認(rèn)為農(nóng)業(yè)碳減排路徑分技術(shù)減排與制度減排2個(gè)層面[17]。Sultan等使用生命周期評(píng)估，將現(xiàn)有魚(yú)糜供應(yīng)鏈與兩種替代方案進(jìn)行比較，從而評(píng)估環(huán)境的可持續(xù)性，結(jié)論顯示將引入的供應(yīng)鏈本地化可以對(duì)減少環(huán)境影響，增加經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)蓄[18]。

然而現(xiàn)有的關(guān)于生鮮供應(yīng)鏈碳減排的研究相對(duì)較少，尤其在混合碳政策的影響下，以生鮮電商供應(yīng)鏈為代表的現(xiàn)代供應(yīng)鏈系統(tǒng)更鮮有研究。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)具有綜合性與動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的仿真結(jié)果更具有效性與目的性[19，20]。因此，為完善對(duì)生鮮供應(yīng)鏈的研究，本文擬以生鮮電商供應(yīng)鏈為研究對(duì)象，考慮混合碳政策的影響，基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)探究其碳減排策略，助力生鮮電商供應(yīng)鏈的綠色低碳轉(zhuǎn)型。

2 生鮮電商的結(jié)構(gòu)和碳足跡

在商品生產(chǎn)后，生鮮電商供應(yīng)鏈將產(chǎn)品直接或經(jīng)供應(yīng)商加工后運(yùn)輸至城市配送中心，然后再根據(jù)連鎖店的訂單需求進(jìn)行配送，最終送達(dá)消費(fèi)者手中。該鏈條高度集成，具有集中的物流和信息流。冷鏈物流和冷藏被廣泛使用，產(chǎn)生大量的碳排放。依據(jù)生鮮電商的運(yùn)作方式，將其碳足跡劃分為4個(gè)模塊進(jìn)行研究：生產(chǎn)碳排放、運(yùn)輸碳排放、庫(kù)存碳排放、銷售碳排放。

在生產(chǎn)階段，養(yǎng)殖所需的養(yǎng)料、機(jī)器設(shè)備的運(yùn)作、能源的消耗，以及對(duì)廢棄物的處置等，都會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放。另外，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工處理成休閑零食，或精加工提取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)制作高端產(chǎn)品等，其中所用到的技術(shù)設(shè)備以及產(chǎn)生的廢棄物，也會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放。上述提到的生產(chǎn)加工所產(chǎn)生的碳排放統(tǒng)稱為生產(chǎn)碳排放。

對(duì)于庫(kù)存碳排放，產(chǎn)地、產(chǎn)地集貿(mào)市場(chǎng)、銷地批發(fā)市場(chǎng)、城市配送中心、連鎖門店均需要倉(cāng)儲(chǔ)來(lái)對(duì)生鮮進(jìn)行存儲(chǔ)，部分生鮮還需要制冷設(shè)備來(lái)保證新鮮度。在這過(guò)程中，一方面是制冷產(chǎn)生的能耗，另一方面是生鮮品在存儲(chǔ)過(guò)程中呼吸作用、緩慢腐敗等產(chǎn)生溫室氣體，這兩者是庫(kù)存階段產(chǎn)生碳排放的主要因素。

生鮮產(chǎn)品的運(yùn)輸主要涉及產(chǎn)地-城市配送中心、城市配送中心-連鎖門店、連鎖門店-消費(fèi)者。上述所提到的運(yùn)輸環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的碳排放統(tǒng)稱為運(yùn)輸碳排放，其碳排放量主要是由配送車輛規(guī)格、動(dòng)力類型、運(yùn)輸距離、是否具備制冷系統(tǒng)等所決定。

在銷地連鎖門店現(xiàn)場(chǎng)銷售產(chǎn)生的碳排放統(tǒng)稱為銷售碳排放，主要是場(chǎng)地供電、陳列柜制冷等所產(chǎn)生的碳排放，未上架的產(chǎn)品存儲(chǔ)所產(chǎn)生的碳排放歸到前文中的庫(kù)存碳排放模塊中，此模塊不加以考慮。

綜上,碳足跡與系統(tǒng)邊界如圖1所示。

3 生鮮電商系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

根據(jù)碳足跡和系統(tǒng)邊界的分析，混合碳政策下生鮮電商的碳排放系統(tǒng)主要包括生產(chǎn)、庫(kù)存、運(yùn)輸和銷售4個(gè)子系統(tǒng)，因果關(guān)系如圖2所示。

圖1 生鮮電商供應(yīng)鏈的碳足跡與系統(tǒng)邊界

圖2 生鮮電商供應(yīng)鏈的因果關(guān)系

由因果關(guān)系圖，繪制其存量流量圖如圖3，該模型有以下假設(shè)：①碳稅和碳交易的價(jià)格是固定的。②政府碳配額分配采用歷史排放法：政府分配的碳配額=年均碳排放量×年度下降系數(shù)，年度下降系數(shù)是固定的。③政府擁有的碳配額總量不會(huì)影響向供應(yīng)鏈發(fā)放的配額總量。④該供應(yīng)鏈企業(yè)的目標(biāo)是產(chǎn)值最大化。

由于影響模型的許多變量難以獲得準(zhǔn)確的值，因此本文結(jié)合中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的草莓相關(guān)數(shù)據(jù)和模型的行為特征來(lái)計(jì)算這些參數(shù)。生產(chǎn)、庫(kù)存、運(yùn)輸和銷售要素分別對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)材料、冷藏、新能源汽車和能源消費(fèi)的宏觀環(huán)境發(fā)展。碳排放量的計(jì)算公式來(lái)源于參考文獻(xiàn)[21]。

4 模型仿真與分析

設(shè)定碳稅價(jià)為50元/t，碳市場(chǎng)交易價(jià)格為40元/t，付費(fèi)配額占比為0.9，年度下降系數(shù)為0.9，仿真結(jié)果如下。由圖4中可知，總碳排放量的增長(zhǎng)量與減排量?jī)蓷l曲線在逐漸靠攏，但到2030年的時(shí)候還有著一定的距離，代表碳達(dá)峰的目標(biāo)沒(méi)能很好地完成。

圖5顯示了混合碳政策費(fèi)用的組成，包括了碳稅費(fèi)用、碳交易費(fèi)用與付費(fèi)配額，其中碳稅費(fèi)用占主要部分。對(duì)于碳交易費(fèi)用，當(dāng)其值為正時(shí)，代表有剩余的碳配額進(jìn)行出售獲利；當(dāng)其為負(fù)時(shí)，代表需要從碳交易市場(chǎng)購(gòu)買配額。圖6顯示了總碳排放量的組成，生產(chǎn)和運(yùn)輸碳排放比重最大，碳減排潛力較大。

4.1 碳稅

將碳稅價(jià)格增加或減少后，得到2030年的碳排放量與產(chǎn)值數(shù)據(jù)如表1。從表中可以看出，碳稅的價(jià)格與碳減排效果密切相關(guān)，當(dāng)價(jià)格過(guò)低或過(guò)高時(shí)，碳排放量都會(huì)不減反增。碳稅價(jià)格越大 ，最終產(chǎn)值越小。因此為了兼顧產(chǎn)值與碳減排效果，需要供應(yīng)鏈企業(yè)向政府提供相關(guān)數(shù)據(jù)，以供政府對(duì)碳稅進(jìn)行合理的定價(jià)。

4.2 碳交易

碳交易的價(jià)格在很大程度上取決于市場(chǎng)需求，在初始仿真結(jié)果的基礎(chǔ)上，對(duì)碳交易價(jià)格、年度下降系數(shù)和付費(fèi)配額占比進(jìn)行調(diào)節(jié)，最終演化結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，碳市場(chǎng)的交易價(jià)格越高，企業(yè)最終產(chǎn)值越小，碳排放量越大。處于轉(zhuǎn)型階段的企業(yè)，并沒(méi)有足夠的碳配額剩余在碳市場(chǎng)上銷售獲利，反而可能需要在碳市場(chǎng)上購(gòu)買足夠的碳配額，故碳交易價(jià)格的升高會(huì)進(jìn)一步加重企業(yè)的轉(zhuǎn)型負(fù)擔(dān)。

圖4 歷年碳排放量變化

2030年的碳排放量增長(zhǎng)量與減排量的差額越趨近于0，代表越趨近于碳達(dá)峰這一目標(biāo)。如表3所示，隨著付費(fèi)配額占比的不斷增加，最終產(chǎn)值減少并且總碳排放量增多，偏離了碳達(dá)峰的目標(biāo)；而隨著年度下降系數(shù)的增

圖5 混合碳政策的費(fèi)用構(gòu)成

加，不僅碳減排效果獲得提升，而且產(chǎn)值也有所增長(zhǎng)，有利于碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。事實(shí)上，每年的碳排放總量并不一定是穩(wěn)定線性遞減的，故年下降系數(shù)的值并非恒定，政企需要在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)中做好權(quán)衡。

圖6 碳排放總量的構(gòu)成

表1 碳稅價(jià)格對(duì)2030年最終產(chǎn)值與碳排放量的影響

表2 碳交易價(jià)格對(duì)2030年最終產(chǎn)值與碳排放量的影響

5 結(jié)論與建議

在系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的模擬仿真中，生鮮電商供應(yīng)鏈的碳減排行為受到混合碳政策的影響。由表1可知，當(dāng)碳稅價(jià)格位于0～50之間時(shí)，最終碳排放量為一個(gè)上凸曲線。故存在某個(gè)碳稅價(jià)格，在確保最終產(chǎn)值較大的情況下使得最終碳排放量最少。在碳交易方面，表2顯示了碳交易價(jià)格與碳減排效果呈負(fù)相關(guān)；表3的數(shù)據(jù)表明年度下降系數(shù)與付費(fèi)配額占比的增大對(duì)最終結(jié)果有著相反的影響。年度下降系數(shù)越大且付費(fèi)配額占比越小時(shí)，最終產(chǎn)值越高且碳減排效果越好。根據(jù)仿真模擬結(jié)果，為助力“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)以及促進(jìn)現(xiàn)代供應(yīng)鏈的綠色轉(zhuǎn)型，提出以下碳減排建議。

表3 碳配額分配方式對(duì)2030年最終產(chǎn)值與碳排放量的影響

5.1 加大科研投入，推動(dòng)綠色創(chuàng)新

供應(yīng)鏈企業(yè)應(yīng)加大對(duì)碳減排技術(shù)創(chuàng)新的投入，推廣綠色科技，研發(fā)綠色產(chǎn)品。同時(shí)需要把握好產(chǎn)值增長(zhǎng)與碳排放之間的平衡，在確保企業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的情況下推進(jìn)碳減排。企業(yè)的碳減排策略還應(yīng)有的放矢，著重從碳排放量占比較大的生產(chǎn)和運(yùn)輸環(huán)節(jié)入手。

5.2 動(dòng)態(tài)調(diào)控碳稅與碳交易

政府推行的混合碳政策有助于限制企業(yè)產(chǎn)生碳排放，增加稅收，促進(jìn)碳市場(chǎng)的發(fā)展。合理的碳稅價(jià)格與年度下降系數(shù)不僅能夠保持產(chǎn)值的穩(wěn)定增長(zhǎng)，還可以促進(jìn)碳排放的減少，保證“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。對(duì)于碳稅，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)以國(guó)家政策所確立的稅率范圍為基礎(chǔ)，依據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)狀況與發(fā)展特點(diǎn)對(duì)碳稅進(jìn)行合理設(shè)定；對(duì)于碳交易，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)從當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的類型與能源稟賦出發(fā)，選取適當(dāng)?shù)呐漕~分配方式，把控好碳市場(chǎng)價(jià)格，充分發(fā)揮碳交易市場(chǎng)這只“看不見(jiàn)的手”推動(dòng)綠色發(fā)展的作用。

5.3 建立政企信息溝通平臺(tái)

鼓勵(lì)企業(yè)如實(shí)地向政府提供碳排放與發(fā)展?fàn)顩r報(bào)告，有利于政府降低監(jiān)督成本，及時(shí)制定合適的發(fā)展政策，打破政企信息不對(duì)稱。政府也能夠及時(shí)地將政策傳遞給企業(yè)，為企業(yè)綠色發(fā)展起到引導(dǎo)協(xié)調(diào)的作用。政府在對(duì)企業(yè)進(jìn)行碳核查時(shí)，以企業(yè)所提供的碳排放報(bào)告為依據(jù)，對(duì)減排企業(yè)予以鼓勵(lì)，對(duì)偷排瞞報(bào)企業(yè)作出處罰。