低碳经济视角下企业供应链运作优化

河海大学商学院魏营

低碳经济视角下企业供应链运作优化

河海大学商学院魏营

为了确定分散决策情况下供应链中各主体的最优决策，本文基于生产商和零售商构成的二级供应链系统，以制造商为中心建立两个博弈模型：模型一分析供应链中引入碳交易后对零售商订货量的影响；模型二定量分析生产商的碳排放交易对生产成本的影响。结论表明碳交易权的交易会带来企业生产成本的变动，但低碳产品的适当推广可以完善企业的产品思考模式，挖掘产品的附加价值。

低碳产品推广 分摊比例 减排投资 碳交易

一、引言

由于全球变暖的影响，世界经济低碳化已是大势所趋。英国是低碳理念的提出和倡导者，欧盟、日本均提出了碳减排目标，欧盟建立了商业化的排放交易机制（ETS），美国通过了《美国清洁能源安全法案》。在中国，生产制造型企业也面临着越来越大的碳排放限制，碳排放权成为了企业的重要的成本构成因素之一。同时，民间组织和消费者对环境问题和碳排放问题的关注己经超出以往任何时代，消费者更倾向于购买碳排放量较低的产品，低碳产品正在获得越来越多的竞争优势。在此背景下，碳排放权作为一种资源加入到供应链中，将改变企业的利润函数。供应链中的上游制造商既要考虑市场对低碳产品的需求，又要充分考虑低碳决策对产品成本的影响。低碳策略对制造商的产品提出了新的成本要求和新的市场推广要求。

二、文献综述

全球变暖等环境问题的加重，使各国对于减排达成了共识，并结合本国国情制定了减排目标。但因减排成本的差异，减排技术落后、成本较高的国家更倾向于去购买他国的碳排放权，碳排放权交易市场由此产生。宏观层面上，KatrinRehdanza和Richard S.J.Tola（2005）建立了两国间的博弈模型，对不同的监管政策以及碳效率投资效益进行评估；Haurie等（2008）基于动态博弈模型分析了碳排放交易市场中国家间的战略竞争，着重研究了俄罗斯与中国间关于碳排放权交易的竞争，比较分析了俄罗斯进行战略垄断时的交易情况；Cramton、Kerr和Knut（2002）基于碳排放配额分析了企业的减排成本与经济效益间的关系，以及碳交易对不同行业的影响；Streimikiene和Roos等（2009）分析了欧盟温室气体排放交易（GHG）在波罗的海各国的执行及排放交易结果，以供之后的排放交易期间参考借鉴。微观层面上，企业为符合国家的减排政策，降低碳排放，各企业之间也存在碳排放权的交易，拥有多余配额的企业可以将碳排放指标出售给无法达成减排要求的企业，整体上减少减排投资，降低生产成本。中外学者碳排放权的研究多集中于碳排放权的初始分配和二级市场交易等方面。Muller等（2002）通过一系列实验，对不同结构的市场模拟了碳排放权双向拍卖机制，发现了双向拍卖方式受到市场势力的影响。Parry（2003）考虑产品的市场效应，发现排污权交易能更好地刺激企业在污染治理和提高治污技术方面投入资金。赵道致、吕金鑫（2012）提出了供应链整体低碳化策略，并进行了基于多Agent的碳排放权交易机制建模仿真。

目前，大多数学者主要从宏观视角运用博弈论等方法对碳排放权交易市场中经济体间的战略竞争与合作进行研究，以及规范交易制度，设计交易机制。少数学者采取实验与建模仿真等方法，从微观视角研究碳排放权的定价与配额等问题。少有研究基于碳交易对供应链的影响分析以低碳为导向的制造商的产品策略，对供应链中碳足迹追踪不足。故在微观二级供应链的基础上，本文通过对制造商生产成本、减排投资和宣传成本分摊比例的分析，从而指导了供应商产品的低碳推广策略以及碳交易策略，对于实际中的制造商的生产经营活动有一定的参考意义。

三、模型假设

由于市场需求具有随机性，生产商将根据零售商的订货量组织生产活动。基于领导者-追随者博弈模型研究生产商和零售商之间的博弈过程。模型中，领导者是生产商，追随者是零售商，追随者根据领导者给出的契约参数做出最优决策。可作以下假设：

H1：假设博弈双方完全理性，均以自身利益最大化为目的作最优决策

H2：假设单位产品零售商批发定价为W，生产商生产成本为C

H3：假设零售商单位产品销售定价为P，向生产商订购产品数量为Q，未售出产品单位残值为V

H4：假设货源充足，博弈双方均不会出现缺货产生的惩罚成本

H5：假设零售商宣传成本为K，生产商减排水平为I

依据常识设定其满足条件：P＞W＞C＞V

生产商需采取减排措施降低产品的单位碳排放量来使自己符合政府的政策要求；而下游的零售商需要将上游生产商减排后生产的低碳产品的相关消息告知消费者，并进行促销。市场对低碳产品的需求是随机和不确定的，零售商的宣传力度以及生产商的减排投资额均会对需求产生影响。即生产商进行减排投资的目的是生产绿色低碳的产品，零售商进行产品宣传的目的是减少因信息不对称所造成的损失，扩大产品需求。零售商需求函数可设为：

其中，N表示零售商的市场容量，b=N-N0，其中N0表示供应链中各主体均未进行减排努力时零售商的需求，α，γ表示零售商和生产商的减排措施对零售商市场需求的影响系数，其系数均为正值。

零售商的市场需求是不确定的，因此假设文中产品的实际市场需求为D（I，K）与均值为μ=1的正随机变量X的乘积，X的分布函数为F（X），概率密度函数为f（X）。则零售商的产品需求的概率密度函数为：

其中，当需求确定为D（I，k）时，随机变量X的条件概率密度函数用f（x|D（I，k））表示。另外，生产商需要分摊部分零售商的宣传成本，激励零售商宣传低碳产品，扩大产品的市场需求。假设生产商对零售商宣传费用的分摊比例为λ，则生产商分摊的宣传成本为λk，零售商投入的宣传成本为（1-λ）k。

四、模型的建立及求解

（一）制造商低碳决策对下游零售商的影响根据上文，生产商的期望收益函数可表示为：

当博弈双方处于分散决策情况下时，由上文可得博弈中领导者是生产商，追随者是零售商，在此情景下，生产商和零售商依次做以下决策：首先生产商确定在该销售季节的减排投资额I，然后根据生产商的减排水平，零售商对宣传费用k和产品订购量q做出决策。

分散决策情况下，为确定博弈均衡，零售商需要基于生产商给定的减排水平决策产品的最优订货量以及宣传费用。当零售商利润达到最优时，由其收益函数可得：

所以存在q使得∏R（k，q）达到最优；

令其一阶导数等于零可得：

将（6）代入零售商利润函数中得：所以存在k使得∏R（k，q）达到最优。

综合（a）（b）（c），低碳经济环境下，当供应链的主导者为生产商时，零售商会受生产商减排投资额的影响，并最终在订购量和宣传费用等方面做出对生产商最有利的决策。同时，如果生产商提高自己在低碳产品宣传费用中的分摊比例，有利于获取竞争优势，使得零售商提高对自己的订货量。

（二）制造商的低碳决策成本分析为了探究制造商用于对于低碳生产的投入I进行定量分析，笔者抽象出以下碳来源模型，来作为分析制造商碳交易行为的基础：

假设生产商为排放依赖型，在供应链模型中引入碳排放限额与交易。在碳排放限额与交易市场中，企业的生产决策受到排放许可的影响。若企业的碳排放配额无法满足生产所需，为避免法律制裁，企业必须通过碳排放权交易市场，向绿化组织或其他企业购买额外的排放配额。而一些企业通过生产、净化环节的技术革新或绿色造林等方法，排放许可产生盈余，则可通过碳排放权交易市场出售排放许可盈余，形成排放权供应商。

图1 企业碳来源模型

在两阶段排放依赖型供应链中，供应链各方根据自己利润最大化原则作出各自的最优决策。排放权供应商可视为“生产”排放权，设排放权的单位生产成本为ce。排放权供应商向排放依赖型生产商出售排放权，从自身利润最大化角度出发，制定最优定价决策，设每单位排放权的销售价格为we，且we>ce。

排放依赖型生产商综合考虑排放权供应商提供的排放权价格及自身的情况制定最优的生产决策，即最优产量，设产成品的最优产量为q0，产成品的市场价格设为p0，产品的传统生产成本设为c0。前文提到，将排放限额引入供应链中，排放权将作为一种生产要素，对企业的生产决策产生影响。每单位产品的生产均会产生相应的排放量，设单位产品产生的排放量为e，则生产q0单位产品产生的总排放量为eq0。排放依赖型生产商有三个排放权来源，分别是政府配额、排放权供应商处购买和净化处理。在每一个生产周期从政府获得的排放配额为Cg，企业购进排放净化设施，净化设施的净化水平设为α，运用该净化设施单位排放权的净化处理成本为c（α），企业的排放物通过净化处理的数量为E（p），因净化设施的使用而节约的排放量为αE（p），若经过净化处理后，企业仍无法满足自身生产所需，则要通过市场交易平台向供应商购买排放权配额，设为Et，则Et=（eq0-Cg-αE（p））。生产商的总排放量不应超过这三种渠道获得的排放权。

本文考虑排放依赖型生产商为能源密集型产业，是垄断性或寡头性质行业的企业，是产品市场价格的制定者，价格只与产量有关：p（q）=k-αq。

简单考虑产品的传统生产成本、排放的净化处理成本和排放权购买成本，排放依赖型生产商的净利润为：

碳排放刚刚好满足生产所需最佳，否则无论不足还是有盈余都会造成浪费，因此：

则排放依赖型生产商在排放权市场上需从排放权供应商处购买的排放许可量为：

导入净利润方程可得：

政府配额是国家环保部门依据规定制定，免费向排放依赖型生产商发放，非企业自身可以控制，只能被动接受，而其他两种处理方式，选择净化处理或向排放权供应商购买，企业可以根据自身情况选择，决定用于净化处理的排放物数量E（p）和向排放权供应商购买排放权的数量Et。设购买单位排放权和用净化设备获得单位排放节约的效果等同，则企业从供应商处购买单位排放权的成本为we，自身通过净化水平为α的净化设备净化E（p）单位排放物所产生的处理成本为c（α）E（p），排放权节约αE（p），则单位排放权节约的净化处理成本为c（α）/α。

由此有以下三种情况：

代入利润表达式得：

此时购买排放权和净化设备投入的经济效果是一致的，E（p）可取［0，eq0］中的任意值。利润表达为：

此时制造商倾向直接向排放权供应商购买。此时排放依赖型生产商的利润函数同式（20）相同，在此产量决策下，排放依赖型生产商的利润水平如式（22）。具体结果小结见表1。

表1 影响程度及最优销量

从以上分析可知，排放依赖型生产商的生产周期到来时，线性需求函数参数确定，政府配额确定，产品的传统生产成本，净化设备一旦购置，其净化能力及净化成本也固定，则排放依赖型生产商的最优产量决策与排放依赖型生产商提供的排放权批发价有关，因此生产商会密切关注排放权供应商提供的排放权价格，根据排放权供应商的定价策略作出相应的最优决策

五、结论

综上所述，碳交易权的交易会带来企业成本的变动，产生碳成本；同时企业产品的低碳特点也是一个卖点，采用适当的产品推广策略可以挖掘产品附加价值，从而构成自身完整的产品思考模式。本文在构建模型时只考虑了单个生产商和零售商，现实中生产商不止一个，而零售商之间存在竞争与合作的关系，他们的宣传行为存在收益共享性；此外，在构建模型二时假定政府配额为定值，实际政府配额会受多种因素影响；因此，综合考虑影响企业碳交易量的因素之间的动态变化以及变量之间的相互影响，引入契约模型再三级供应链模型的基础上分析下游零售商对制造商的策略反馈行为是未来的研究方向。

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（编辑杜昌）