考虑有偿配额和碳交易的供应链碳减排决策研究_尚文芳.pdf

12022年第 期6经济经纬Economic Suruey一、引言企业碳减排可分为三个范畴：直接排放、间接排放和供应链中产生的与企业生产经营有关的其他排放。侧重于生产制造的工业供应链碳排放占社会总碳排放的90%，因此，对供应链进行碳减排管理非常重要。比如，苹果和西门子（中国）均把碳减排列入对供应商的考核当中，这意味着供应链企业都必须采取措施进行碳减排。但是，碳减排的高额投入和较长周期使企业犹豫不决，政府因此推出碳配额、碳交易等多种政策。其中，碳交易政策自试点以来，效果显著，且碳配额与碳交易关联紧密，成为其发展的核心问题1。碳配额额度过低导致企业付出更多成本，抑制其碳减排积极性；额度较高时，多余额度的交易收益能激发企业的碳减排积极性，但若碳减排成本高于此收益，积极性也会随之消失。因此，碳配额的高低对供应链碳减排至关重要，但其在碳市场发展初期主要采用免费方式，不少学者指出免费配额的效果有限2-4，且碳排放权交易管理办法（试行）指出要适时引入有偿分配且逐步提高其比例，这会对制造商碳减排积极性和供应链决策有不同影响。因此，基于有偿配额和碳交易考察工业供应链及其成员的碳减排决策，具有重要的现实意义。基于以上分析，梳理相关文献并从以下三个维度区分：第一，限额交易下供应链的碳减排决策。Jauhari 等5和 Linghu 等6研究了供应链中异质企业的决策行为和供应链碳减排效果；张令荣等7和 Wang8等研究了供应链的渠道选择和协调问题；张宇翔和谭德庆9、Cheng等10对碳限额交易-碳税双重碳政策下制造企业的决策行为进行分析，诸多学者将碳税、碳补贴和碳限额交易进行对比，均发现碳限额交易政策更优11-15。以上研究虽从不同方面研究了限额交易政策下供应链的碳减排决策，但很少基于有偿碳配额下的限额交易进行研究。第二，碳配额的分配方法。刘超和慕静16和 Yang 等17对比了历史法和标杆法对供应链成员决策和碳减排决策的影响，王梅和周鹏18分析了不同分配方法对碳市场效率的影响。第三，碳配额及碳交易的实施效果。Xu 等19基于限额交易规则考虑双渠道供应链的最优决策；Wang等20分析了不同碳交易情况对供应链定价策略的影响；Zhang 等21和令狐大智等22以社会福利为目标，分析了限额交易背景下供应链的碳减排效果。容易发现，已有碳配额交易的研究主要从分配方法、政策优势等维度展开，对于不同配额分配方式的比较，虽已有文献11论述免费、有偿和混合三种方式的优劣，但并未从供应链视角展开；关于有偿分配方式对供应链碳减排效果和政府决策的影响更是少有涉及。基金项目教育部人文社科规划类项目“低碳需求信息更新背景下供应链减排协调机制研究”（22YJA630069）；教育部人文社科项目“再制造授权模式对回收渠道选择影响及协调机制研究”（21YJC630140）。DOI：10.19634/ki.11-1403/c.2022.06.001考虑有偿配额和碳交易的供应链碳减排决策研究尚文芳1张冰倩1张智勇2（1.郑州大学商学院，河南郑州450001；2.华南理工大学电子商务系，广东广州510640）摘要政府限定的碳配额包含免费和有偿两部分，制造企业实际排放高于或低于配额总量可到碳市场交易，有偿比例及碳价的改变对供应链成员的碳减排及定价决策有重要影响。针对生产销售低碳和普通产品的二级供应链，分别讨论制造商实际碳排放低于免费配额、高于免费配额但低于政府限定总量、高于政府限定总量三种情形下供应链的决策、利润和社会福利变化，结果表明：（1）有偿分配方式有利于制造商利润增加和社会福利改进；（2）政府限定碳排放权总量时，较低的有偿配额比例激励制造商降低碳排放；政府压缩碳配额总量但维持有偿比例不变对降低碳排放量和提升利润有正面影响；（3）有偿碳配额价格的设定应考虑普通产品的初始碳排放量，较高初始排放量前提下提升有偿碳配额价格能扩大低碳产品的市场需求。论文研究可为政府碳排放权分配政策从免费配额过渡到有偿配额提供有效参考，也为供应链成员制定碳减排策略给予量化依据。关键词碳交易；有偿配额；碳减排；供应链 中图分类号F272.3文献标识码A文章编号1003-1154(2022)06-0001-07管理现代化2经济经纬Economic Suruey综上，本文将有偿配额引入到碳交易政策下的供应链上下游博弈中，考虑制造商实际碳排放低于免费配额、高于免费配额但低于政府总量限制、高于政府总量限制三种情形，分析各情形下供应链成员的决策、利润和社会福利的变化。具体地，将免费配额占政府配额总量的比例引入到制造商利润函数中，取值的下降意味着有偿比例的上升，促使制造商向政府支付成本以获得所需碳配额；进一步地，碳市场的启动使得政府压缩碳排放限额，超出限额总量的部分需从碳市场购买，支付的单位成本高于政府为有偿配额设定的单价。有偿比例和碳配额总量及碳价的变化都将影响制造商定价及碳减排决策，进而影响零售商及供应链的定价和利润。本文对三种情形下的碳减排及定价决策进行对比，探讨制造商在政府有偿比例和碳限额发生变动时的应变策略，分析有偿配额和碳交易背景的有效范围及条件，为工业供应链实施碳减排策略和政府实施有偿配额及碳交易政策提供量化参考和依据。二、问题描述与假设本文基于单一制造商和单一零售商组成的供应链，考虑碳限额交易下供应链成员的碳减排及定价决策。由于碳减排技术投资具有战略性和长期性，所以作为供应链中 Stackelberg 博弈的领导者，制造商先依次决策碳减排水平和批发价格，零售商再决策零售价格。制造商是否参与碳交易取决于其实际碳排放量与碳限额之间的关系，且有偿配额比例对其决策有重要影响，具体如图 1 所示，相关符号及意义见表 1。免费 有偿 碳市场 0 免费 有偿 碳市场 0 免费 有偿 碳市场 0 情形 1 情形 2 情形 3 图 1有偿配额与碳交易示意图表 1符号及意义说明符号意义符号意义ijp情形 i 下 j 产品的零售价格c绿色技术一次性投入成本ijQ情形 i 下 j 产品的需求量mi情形 i 下制造商的利润ijw情形 i 下 j 产品的批发价格ri情形 i 下零售商的利润iE制造商的实际碳排放量iSW情形 i 下社会福利0e普通产品单位碳排放量1eP与政府交易的单位碳排放权的价格jc单位 j 产品的生产成本2eP碳交易市场上单位碳排放权的价格投资成本系数capE情形 1、2 中，政府规定的碳限额ie情形 i 下单位低碳产品的碳减排量capE情形 3 中，政府规定的碳限额,0capcapEE情形 1 中免费配额的比例情形 2 和 3 中免费配额的比例注：i=1,2,3;j=1,2。根据图 1，当制造商实际碳排放小于政府规定的碳限额内的免费额度(1capEE)、大于免费额度但小于政府规定的碳限额(2，capcapEE，即三种情形下，政府逐渐降低免费配额比例和碳限额。为更加清楚地讨论问题，特提出以下假设：假设 1：普通产品的单位生产成本低于低碳产品的单位生产成本，即12cc。假设 2：政府有偿配额价格低于碳交易市场价格，即21eePP，否则有偿配额失去存在必要性。假设 3：借鉴文献 23-25 普通和低碳产品的需求量分别为121=iiiQpp和221=iiQp。假设 4：根据文献 26，企业的碳减排投入为一次性投入，且符合边际效应递减规律，即随着碳减排投入的增加，碳减排效果在逐步降低，企业碳减排投入为20.5=ce。三、模型构建与求解根据生产、销售、碳交易环节的收益与成本，构建三种情形下制造商与零售商的利润函数。采取逆向归纳法得出均衡结果，并对供应链及供应链成员中各决策变量的影响因素进行分析。（一）免费配额（1capEE）该情形下，制造商的实际总碳排放量低于政府规定的碳排放限额中的免费配额capE，多余碳配额在碳交易市场上以单位价格2eP出售以获得额外收入。此时，制造商和零售商的利润函数分别为：()12211111212210110112112()=+(+capmewc QwcePe QeeQEQ（1）32022年第 期6经济经纬Economic Suruey定理 11capEE时，供应链中各成员的最优决策及利润情况为（i）零售商利润关于产品零售价格凹性变化，存在极大值；（ii）制造商利润关于碳减排量和批发价格凹性变化，存在极大值；（iii）供应链各成员的最优决策结果见表 2 第 2 列。需 要 说 明 的 是，本 文 的 需 求 函 数 借 鉴 了 文 献24，也考虑了碳交易政策，所以所得结论与其相同；但与之不同的是，本文考虑了有偿配额，如式（1）中的capE表示免费额度，(1)capE表示有偿额度，但由于参数由政府设定，属于外生变量，因此对求导和结果没有影响。（二）有偿配额（2cappcaEEE）当制造商的实际总碳排放量大于碳配额中的免费份额capE但小于政府规定的碳限额capE时，制造商需从政府处以单位价格1eP购买超出免费份额的部分。此时，制造商和零售商的利润分别为：定理 22cappcaEEE时，供应链中各成员的最优决策和利润情况为（i）零售商利润关于产品零售价格凹性变化，存在极大值；（ii）制造商利润关于碳减排量和批发价格凹性变化，存在极大值；（iii）供应链各成员的最优决策结果见表 2 第 3 列。（三）有偿配额和碳交易（3capEE）随着碳限额的压缩，制造商的实际总碳排放量大于碳排放限额capE。此时购买碳排放权的成本分为两部分：一是从政府处以价格1eP购买有偿配额部分，二是从碳交易市场以价格2eP购买超出限额的部分。此时，制造商和零售商的利润分别为：定理 3 供应链中各成员的最优决策和利润情况为（i）零售商利润关于产品零售价格凹性变化，存在极大值；（ii）制造商利润关于碳减排量和批发价格凹性变化，存在极大值；（iii）供应链各成员的最优决策结果见表 2 第 4 列。表 2符号及意义说明变量1capEE2cappcaEEE3capEE*1 iw10212+ece P10112+ece P10212+ece P*2iw320212022222(62)(3)66(1)+eeeee Pc PPcPe320111012212(62)(3)66(1)+eeeee Pc PPcPe320212022222(62)(3)66(1)+eeeee Pc PPcPe*1 ip320212021222(3)42(42(62)+eeeee Pc PePccP320111011221(3)42(42(62)+eeeee Pc PePccP320212021222(3)42(42(62)+eeeee Pc PePccP*2ip220222122(52)62+eeePePccP210121122(52)62+eeePePccP220222122(52)62+eeePePccP*1 iQ3202120212222(62)(1)22(12)+eeeee Pc PePcPc3201110111222(62)(1)22(12)+eeeee Pc PePcPc3202120212222(62)(1)22(12)+eeeee Pc PePcPc*2iQ202122262(1)+eeePccP201121262(1)+eeePccP202122262(1)+eeePccP*ie1202222(12)62+eeecce PPP1201121(12)62+eeecce PPP1202222(12)62+eeecce PPP定理 1-3 表明，情形 1、3 和情形 2 下，制造商碳减排的边界条件分别为20ePa e、10ePa e，其中1212=+acc。产品的价格、需求量、单位碳减排量与碳交易价格有密切关系，具体分析见定理 4-6。定理 4 当1a e且2(02)eP，时，1120eQP；当（2）1111111121212()()=+rpwQpwQ（3）2122112122222202102221()()2()=+mecapwc Qwc QeEP e Qee Q（4）2212121222222()()=+rpwQpwQ（5）32231131