基于超标碳排放惩罚因子的成本最优供应链模型研究

孙　莉，徐　琪

(东华大学 旭日工商管理学院，上海200051)



基于超标碳排放惩罚因子的成本最优供应链模型研究

孙莉，徐琪

(东华大学 旭日工商管理学院，上海200051)

摘要：政府对企业碳排放设置约束和引入超标碳排放惩罚因子虽然提高了企业运营的总成本，但通过灵活设定碳排放标准值和超标碳排放惩罚因子，可以促进企业自发选择合理的供应链组合，有利于整个行业的良性发展，有效降低行业对环境的污染。

关键词：低碳供应链；碳排放；优化模型；超标碳排放惩罚因子

2015年12月的巴黎气候变化大会上，《联合国气候变化框架公约》近200个缔约方一致同意通过《巴黎协定》，协定为2020年后全球应对气候变化行动作出安排。我国也作出了“到2030年左右使二氧化碳排放达到峰值并争取尽早实现，2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60%～65%，非化石能源占一次能源消费比例达到20%左右，森林蓄积量比2005年增加45亿立方米左右”的重大承诺。同时，2015年我国出台了史上最严厉的“新环保法”，对环境保护提出了更严苛的要求。因此，企业在低碳经济条件下寻求可持续发展之路，就必须加强低碳供应链建设。本文从成本最优的角度研究在碳排放总量约束和引入超标碳排放因子条件下，企业如何合理搭配传统供应链和低碳供应链的使用，并通过构建数学模型，分析一个企业在运用多种供应链供货和碳排放总量双重约束条件下，如何在不同供应链之间分配采购货物的运输量问题。

一、碳减排约束机制及低碳供应链研究现状

按照《京都议定书》要求，世界上很多国家相继制定了一系列碳减排政策和规定，采取了经济政策和一些行政性法规[1]。在我国，发改委、工业和信息化部、财政部、环保部等部门也陆续出台了一系列政策，旨在推动企业在提高效益的基础上，进一步强化节能减排。“十三五”期间，还将通过采取优化产业结构、构建低碳能源体系、发展绿色建筑和低碳交通、建立全国碳排放交易市场等一系列政策措施，确保2030年碳减排目标的实现，形成人与自然和谐发展的现代化建设新格局。

目前，国外对低碳供应链理论研究仍在不断探索中。Carbon Disclosure Project(碳排放披露项目，简称CDP)在2011年的供应链研究报告中指出，目前西方一些发达国家的大型企业在低碳供应链中如何降低外部需求、重新设计产品与服务、以低碳标准选择供应商、低碳贯穿供应链所有环节等方面达成了共识。而国内关于低碳供应链的研究大都围绕概念层面开展，低碳供应链被认为是将低碳、环境保护思想融入到所有的物流和供应链环节之中，形成从原材料采购到营销，从产品设计和生产到回收和生命周期支持的完整的绿色供应链体系。崔立民分析了低碳经济时代绿色供应链的基本概念、重要作用及推进绿色供应链管理的方法[2]。蔡伟琨讨论了低碳供应链的应用，重点论述了低碳供应链管理的动态特性[3]。陈思源等将碳足迹概念引入供应链管理研究领域，分析了供应链中碳足迹对运输、采购等策略的影响[4]。盛丽颖通过对我国宏观环境、财力、技术和体制保障的分析，讨论了通过推行征收碳税财政政策，进一步推动碳减排的可行性[5]。赵道致通过对在低碳经济背景下引入碳排放税及消费者低碳偏好，对供应商主导的二级供应链减排博弈开展研究，并采用数值实验展开分析，证实了征收碳税对于控制碳排放总量的有效性[6]。李剑等通过建立数学模型分析了政府碳税政策杠杆运用对企业供应链成本的影响[7]。于维生等通过构建政府和企业三阶段博弈模型，重点阐述了碳税政策对企业最优低碳技术水平、消费者收益和社会总福利水平带来的影响[8]。俞业夔等通过边际分析的方法，研究了基于数量控制的碳交易和基于价格控制的碳税对中国碳减排的影响，得出在我国短期内实行碳税政策，更符合未来中国的情况，对未来中国碳减排政策的确立和实施有一定参考意义[9]。林金钗等认为低碳供应链的实现，既要从供应链碳排放的测度出发，还要从供应链内外两个方面同时进行“双重减排”[10]。王爱国等提出应该同时采用开征碳税和建立碳交易市场两种碳减排政策，积极推进各种碳减排政策的国际协调与趋同，抢占未来经济社会发展的制高点[11]。总体而言，这些研究做出了有益探索，然而在低碳供应链体系的整体评估，推行低碳供应链管理的重要性，低碳供应链管理的方法与手段，尤其是对低碳供应链的绩效考核与评价等方面上，缺乏具体、系统的研究。

二、模型设计

随着一系列的碳减排措施的实施，企业面临着经济成本和碳排放限额的双重压力，企业在经营中必须平衡好两者的关系，才能做到统筹兼顾。要解决这个矛盾，可以构建一个数学规划模型，分析一个企业在运用多种供应链供货的情况下，通过对碳排放总量的约束，如何在不同的供应链之间恰当地分配采购货物的运输量，从而既能使运营成本尽量降低，又能达到政府规定的碳排放目标。我们可以采用二分法建立一个模型对此加以分析，假定在碳排放不超标和运输量一定的条件下，某企业共有n条供应链，这些供应链可包括传统供应链和低碳供应链，货物可通过任一条供应链进行运输，优化的目标是使总的供应链经济成本最低，最优解为各供应链的最优供货量。

模型表示为以下形式：

Qi≥0,i=1,2,…，n

优化后的模型如下：

Qi≥0,i=1,2,…，n

其中，c0表示，当企业碳排放超过政府规定的标准值L后，对于超标排放值进行额外征收环境污染费率，即超标碳排放惩罚因子。

三、计算分析

我们考虑仅有两条供应链(i=1,2)的运量分配优化问题：一条是传统供应链，单位货物运输成本c1低，单位运量碳排放量e1高；另一条是低碳供应链，单位货物运输成本c2高，单位运量碳排放量e2低，即有c1e2。通过设定各变量的数值，并改变变量的取值范围，计算最优解。例如，当各已知变量为c1=10，c2=20，e1=30，e2=10，L=450，Q0=20，c0=0.55时，通过计算可解得最优分配运量为Q1*=12.5，Q2*=7.5。如果已知参数有变化，则调整参数后重新计算，即可得到新的一组最优分配运量Q1*和Q2*。对于两条以上供应链(n≥3)的运量分配优化问题可以此为基础进行方便地推广。

分别令c0=0.45，c0=0.5，c0=0.55，c1=10，c2=20，e1=30，e2=10，Q0=20，将L从600按步长50逐渐递减到200，可分别解得在不同碳排放限额条件下，各自对应的最优分配运量Q1*、Q2*和总成本TC的变化。分别以L=400，L=350，L=300，e1=10，e2=20，e1=30，e2=10，Q0=20，将e0从0.55按步长0.5逐渐递减到0.45，可分别解得各自对应的最优分配运量为Q1*、Q2*和总成本TC。

通过以上计算分析，我们可以得出如下结论。

1．通过引入超标碳排放惩罚因子c0，政府可以改变强制限定企业碳排放的硬手段，而是分阶段灵活设定超标碳排放惩罚因子c0和对企业设定的碳排放标准值L，逐步让企业自发选择更为环保的新型供应链组合，以期逐步达到低碳排放的目的。

2．当政府的碳排放总量限额L比较高，而超标碳排放惩罚因子c0也较高时，企业面临的环保压力较低，就可以比较多地选择传统供应链供货，而较少选择或完全不选择低碳供应链供货。当政府的碳排放总量限额L逐渐降低，超标碳排放惩罚因子c0也较低时，企业生产运营成本增加，考虑到经济效益的因素，企业就必须减少选择传统供应链供货，转而增加低碳供应链供货。当政府的碳排放总量限额L很低时(例如L=200)，企业就不能选择传统的供应链进行供货，只能全部选择低碳供应链进行供货。而当超标碳排放惩罚因子c0设置过低时，由于对企业成本影响很小，企业仍会优先选择高碳排放的传统供应链，有利于降低运营成本，但不利于环境保护。

3．引入超标碳排放惩罚因子c0后，不仅可以达到限制企业碳排放的目的，政府还可以将c0作为征收碳税税率的重要指标。政府在制定碳减排政策时双管齐下，同时采取碳减排限额和征收碳税的办法，一方面增加了政府的财政收入，并将财政收入更多地投入到高科技、低能耗、服务型产业中去，优化产业结构，降低化石能源的消耗，降低碳排放；另一方面也会推动企业从持续稳定发展和提高竞争力的角度考虑，进一步加大技术改造力度，积极节约能源，提高能源利用效率，优化资源配置，更多地选择低碳供应链。

可以预见，在今后比较长的一段时间内，传统供应链模式将与低碳供应链模式并存。因此，一方面，企业必须平衡好传统供应链与低碳供应链的关系，进一步加大技术改造投入，优化资源配置，降低能耗，提高资源利用率和能效，提高企业单位生产率，降低运营成本；另一方面，企业也要严格执行国家碳排放政策，逐步选择以低能耗、低污染和低排放为基础的绿色供应链，合理规划物流配送路线，实现企业低碳供应链的最优化运作，达到企业效益的最大化。

参考文献：

[1]周新军.国内外碳排放约束机制及减排政策[J].当代经济管理, 2013(5).

[2]崔立民.低碳经济时代绿色供应链管理研究[J].中国商贸，2012(19).

[3]蔡伟琨,毛帅,蔡友霞.低碳供应链发展的企业战略探析[J].企业活力, 2011(10).

[4]陈思源,董敏,王京安，等.基于碳足迹的供应链管理研究与思考[J].生态经济,2011(7).

[5]盛丽颖.中国碳减排财政政策实施的可行性分析[J].财会研究，2011(13).

[6]赵道致.考虑碳税征收的供应链纵向减排博弈研究[J].标准科学，2013(11).

[7]李剑,苏秦.考虑碳税政策对供应链决策的影响研究[J].软科学，2015(3).

[8]于维生,张志远.中国碳税政策可行性与方式选择的博弈研究[J].中国人口·资源与环境，2013(6).

[9]俞业夔,李林军,李文江,等.中国碳减排政策的适用性比较研究[J].生态经济，2014(5).

[10]林金钗,祝静,代应.低碳供应链内涵解析及其研究现状[J].重庆理工大学学报，2015(9).

[11]王爱国,王一川. 碳减排政策的国际比较及其对中国的启示[J].江西财经大学学报，2012(5).

【责任编辑马明德】

中图分类号：X196

文献标志码：A

文章编号：1674-6627(2016)02-0135-03

作者简介：孙莉 (1975-)，女，山东曹县人，东华大学旭日工商管理学院博士生，主要从事低碳供应链研究；徐琪(1964-)，女，浙江台州人，东华大学旭日工商管理学院教授，博士生导师，主要从事物流与供应链系统研究。

收稿日期：2015-12-22