基于低碳背景下閉環(huán)供應鏈碳排放的研究

李晶雨 汪瑩 楊子和 張冰冰 郭雨凡

【關(guān)鍵詞】低碳經(jīng)濟;閉環(huán)供應鏈;碳金融工具;碳稅政策

【中圖分類號】F224;F272.5【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）06-0023-04

0 引言

進入21世紀以來，全球生態(tài)環(huán)境日益惡化，隨之而來的還有能源過度開采、余量不足等問題，人們逐漸意識到工業(yè)革命時期的發(fā)展模式極其不合理，如何高效合理地利用煤炭、石油、天然氣等不可再生資源，使其對環(huán)境產(chǎn)生更少的負面影響成為各國需要共同面對的課題。

合理開發(fā)和利用資源成為各國制定發(fā)展戰(zhàn)略時必須考慮的問題。著眼于實處，低碳經(jīng)濟發(fā)展模式在供應鏈管理中體現(xiàn)如下：由能源問題引發(fā)的綠色供應鏈閉環(huán)設計到供應鏈網(wǎng)絡優(yōu)化的全局研究，從產(chǎn)品生命周期全角度減排考慮更多因素的供應鏈優(yōu)化設計。值得注意的是，20世紀末舉行的第三次締約大會制定了《京都議定書》，加上之前出臺的《聯(lián)合國氣候變化框架公約》 [1]可看出全球在應對環(huán)境問題方面已經(jīng)達成共識。兩個國際公約的出臺促使“碳金融”概念興起，也為各國碳金融交易提供了基本政治環(huán)境和法律制度基礎 [2]。相關(guān)理論迅速發(fā)展，碳交易市場機制在不斷完善，碳金融工具日益豐富，這些為閉環(huán)供應鏈低碳化研究提供了更多思路。

近年來，我國針對環(huán)境問題出臺了許多規(guī)章政策。以北京市為例，自2013年以來，北京市出臺了《北京市碳排放權(quán)交易管理辦法（試行）》《北京市碳排放權(quán)交易核查機構(gòu)管理辦法》等條例 [3]。宏觀層面而言，在低碳經(jīng)濟的大背景下，實現(xiàn)閉環(huán)供應鏈再生產(chǎn)環(huán)節(jié)低碳化，借助碳金融工具降低運營成本響應了國家發(fā)展需要，為早日實現(xiàn)建成環(huán)境友好型社會主義現(xiàn)代化國家提供幫助。微觀層面而言，在碳交易市場機制建立后，企業(yè)成本及收益直接與碳排放量掛鉤，以整體運營成本最小化為目標的閉環(huán)供應鏈再生產(chǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化得以實現(xiàn)。合理利用碳交易市場及碳金融工具將有利于企業(yè)降低整體運營成本，獲取更大的經(jīng)濟利益。

低碳是全球背景下未來發(fā)展的必然之路，但目前閉環(huán)供應鏈模式構(gòu)建過程中依然存在很多問題，如企業(yè)缺乏低碳意識、對閉環(huán)供應鏈認識不足、閉環(huán)供應鏈與碳減排結(jié)合應用不充分等。北京作為我國的首都，是我國的政治、經(jīng)濟、文化中心，人口眾多，各個行業(yè)的發(fā)展在全國均名列前茅。但北京市環(huán)境問題較為嚴峻，因此以北京市為例可以為課題提供大量樣本數(shù)據(jù)，同時考慮到的因素較為復雜，面向大多數(shù)企業(yè)都具有適用性?？紤]低碳經(jīng)濟大背景下閉環(huán)供應鏈再生產(chǎn)環(huán)節(jié)優(yōu)化問題，結(jié)合碳交易機制及碳稅等金融工具，通過構(gòu)建合理模型達到經(jīng)濟效益與環(huán)境保護的最優(yōu)化平衡，在確保供應鏈高效運行的同時兼顧生態(tài)問題，符合科學發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。

1 文獻綜述

與本文相關(guān)的研究有兩個方面：一是閉環(huán)供應鏈最優(yōu)問題及碳交易機制，二是碳稅對供應鏈的效益影響。

近年來，國內(nèi)外學者針對閉環(huán)供應鏈整體最優(yōu)問題的研究如下：易余胤等人 [4]運用博弈理論在混合回收的情形下建立了單一制造商和單一零售商組成的再制造閉環(huán)供應鏈模型，研究了產(chǎn)品定價問題及回收渠道沖突對定價決策的影響，研究得出協(xié)調(diào)定價模型中整個系統(tǒng)的利潤可以達到集中化定價時的水準;Panda S等人 [5]研究了由承擔社會責任的生產(chǎn)者和經(jīng)營回收業(yè)務的銷售者構(gòu)成的閉環(huán)供應鏈，發(fā)現(xiàn)考慮社會責任承擔環(huán)境義務的供應鏈比考慮以經(jīng)濟指標為決策目標的經(jīng)典供應鏈更具有競爭優(yōu)勢;Duma P等人 [6]提出了一個結(jié)合需求和生產(chǎn)能力不確定情形下的多階段閉環(huán)供應鏈優(yōu)化模型的回購方案恢復框架，提高了產(chǎn)品回收率，滿足監(jiān)管者制定的回收率門檻要求并最小化集成系統(tǒng)的總成本;張曉杰等人 [7]在供應鏈金融環(huán)境下構(gòu)建了銀企資金供應鏈的收益分成契約模型，并通過Stackelberg模型研究銀行和企業(yè)在理性假定下的合作博弈行為，分析了其各自的最優(yōu)行動策略及對應的契約參數(shù)范圍，研究得出在供應鏈分散決策模式下，銀行在設計收益分成契約時，只有將分成比率的取值限定于一定范圍內(nèi)，才能在實現(xiàn)銀企合作關(guān)系的最優(yōu)化。

另外，針對碳交易機制、碳稅對供應鏈效益影響的研究主要有以下學者：謝鑫鵬等人 [8]關(guān)于制造企業(yè)如何在政府實施碳排放規(guī)制下實施供應鏈的生產(chǎn)和減排決策研究中，通過博弈論和經(jīng)濟學分析得到碳交易的價格會對企業(yè)碳減排的高低產(chǎn)生影響，研究得出減排較容易時減排率與碳交易價格呈正相關(guān);趙道致等人 [9]根據(jù)對生產(chǎn)低碳產(chǎn)品的制造商和零售商所構(gòu)成的供應鏈，通過分析、模擬試驗，探討得出不同的影響因素對供應鏈績效產(chǎn)生不同的影響，研究得出隨著減排量影響需求因子逐漸增大、低碳宣傳成本參數(shù)逐漸減小，整合的供應商、制造商及零售商的期望利潤均逐漸增大;蔡棟梁等人 [10]通過構(gòu)建動態(tài)隨機一般均衡模型，比較了碳排放補貼、碳稅及兩者混合政策對環(huán)境質(zhì)量的影響，研究得出混合政策可以在保持環(huán)境質(zhì)量不變的條件下實現(xiàn)經(jīng)濟的增長;郭軍華等人 [11]從供應鏈視角之下考慮社會福利的政府最優(yōu)碳稅制定，研究了如何制定最優(yōu)碳稅稅率使得社會總福利最大化。

2 模型構(gòu)建

2.1 問題描述

根據(jù)文獻[12]可進行分析：現(xiàn)在普遍存在的雙渠道閉環(huán)供應鏈中，產(chǎn)品回收率和再制造成本差異是整體系統(tǒng)利潤的重要影響因素，據(jù)此，基于制造商回收的閉環(huán)供應鏈結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，制造商直接生產(chǎn)新產(chǎn)品，單位新產(chǎn)品的生產(chǎn)成本為cn，同時簡單地從消費者手中回收廢舊產(chǎn)品進行再制造，廢舊產(chǎn)品的回收率為τm，單位再制造產(chǎn)品的成本為cr。制造商生產(chǎn)的所有產(chǎn)品，均通過線上線下兩個渠道進行銷售，線上渠道直銷價為pm，線下則以價格w批發(fā)給零售商進行銷售，零售價為pr。兩個渠道的產(chǎn)品需求量分別為qm和qr。

2.2 單周期靜態(tài)博弈模型構(gòu)建

為方便問題的研究分析，現(xiàn)提出以下4個假設。

假設1：制造商要想達到回收率τm，則所需成本為η■，其中η為制造商回收成本系數(shù) [13]并且不考慮其他成本影響因素。

假設2：再制造產(chǎn)品成本小于新產(chǎn)品的生產(chǎn)成本，即cr

假設3：單位產(chǎn)品的生產(chǎn)成本c由再制造產(chǎn)品的單位成本cr和新產(chǎn)品的單位成本cn按回收率的比例構(gòu)成：c=τmcr+（1-τm）cn=cn-τm△。

假設4：再制造產(chǎn)品和新產(chǎn)品，線上以pm的價格出售，或以價格w批發(fā)給線下零售商進行線下渠道銷售，銷售價為pr。

由文獻[12]得出以下基礎模型。

直銷渠道和零售商渠道的產(chǎn)品需求量如下：

qm=α-β1 pm+γ1 pr（1）

qr=α-β2 pγ+γ2 pm（2）

公式（1）、公式（2）中：α為新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品的最大潛在需求量;β1、β2為需求量對自身價格的敏感系數(shù);γ1、γ2為需求量對交叉價格的敏感系數(shù)。為了簡化運算，參照文獻[14]，此處假定β1=β2=β，γ1=γ2=γ。由于渠道的需求量對自身價格的依賴程度高于競爭渠道的價格，故而β>γ。

集中決策下的供應鏈系統(tǒng)利潤如下：

πc（pm，c，pr，c，τm，c）=（pm，c-cn+τm，c△）qm，c+（pr，c-cn+τm，c△）qr，c-η■ /2（3）

公式（3）中：πc為集中決策下的系統(tǒng)利潤，下標c表示集中決策。

通過查閱文獻可知，整體系統(tǒng)利潤在滿足η>（β-γ）△2且供應鏈系統(tǒng)利潤最大時，存在唯一的最優(yōu)直銷價■、最優(yōu)零售價■和最優(yōu)回收率■，最優(yōu)系統(tǒng)利潤如下：

而當Cn

2.3 改進模型

2.3.1 碳金融技術(shù)融合后的模型

假設回收產(chǎn)品的二次制造需要消耗的碳排放額度比企業(yè)生產(chǎn)新產(chǎn)品所需的少h個單位，企業(yè)將富余的碳排放額度進行碳排放權(quán)交易，每交易單位碳排放額度將產(chǎn)生g個單位的經(jīng)濟效益。建立模型得兩渠道的產(chǎn)品需求量同上，集中決策下的供應鏈系統(tǒng)利潤如下：

πc（pm，c，pr，c，τm，c）=（pm，c-cn+τm，c△）qm，c+（pr，c-cn+τm，c△）qr，c-η■ /2+（qm，c+qr，c）hg （5）

2.3.2 碳稅約束下的閉環(huán)供應鏈模型

此部分探究雙渠道閉環(huán)供應鏈中碳稅對混合制造系統(tǒng)生產(chǎn)決策的影響，研究在碳稅增長情況下，集中決策時雙渠道總需求量Q及系統(tǒng)期望利潤的變化情況。

假設1：生產(chǎn)單位新品和再制造品的碳排放量分別為e1、e2，e1>e2，單位碳排放需要加納稅款為λ。

假設2：假定市場的總需求量Q就是企業(yè)的產(chǎn)量。

改進模型得兩渠道的產(chǎn)品需求量同上，集中決策下的系統(tǒng)利潤如下：

公式（6）中：τm，c為回收率（0<τm，c<1），π為集中決策下的系統(tǒng)利潤，下標c表示集中決策，式中最后兩項分別為新產(chǎn)品和再制造產(chǎn)品生產(chǎn)所需要繳納的碳排放稅。

需求量對自身價格的敏感系數(shù)β和需求量對交叉價格的敏感系數(shù)γ與直銷渠道需求量qm和零售商渠道需求量qr的關(guān)系如下：

3 仿真結(jié)果分析

3.1 碳金融技術(shù)融合后的模型仿真模擬

設最大潛在需求量α為1，自身價格的敏感系數(shù)β為0.01，交叉價格的敏感系數(shù)γ為0.001、0.005、0.01。利用Matlab進行驗算得到在表示直銷渠道價格和零售商渠道價格共同影響下利潤與產(chǎn)品需求量的關(guān)系，設置了不同的交叉價格敏感系數(shù)γ。

根據(jù)圖2的等高線圖、三維圖可以看出，在直銷渠道價格和零售商渠道價格兩變量的共同影響下，產(chǎn)品需求量仍存在最大值，驗證了建立的新模型是有最優(yōu)解的，即有最大利潤。

由圖3可以得到，回收率在0～1的取值范圍內(nèi)，兩變量在某一特定條件下（即所有常數(shù)值為某一特定值時），利潤隨著回收成本降低、回收率增高而增大，可以取到最大值。

3.2 碳稅約束下的閉環(huán)供應鏈模型仿真模擬

對公式（6）進行數(shù)值分析，探究在碳稅增長情況下，集中決策時雙渠道總需求量Q及系統(tǒng)期望利潤的變化情況。對系統(tǒng)利潤模型中的各參數(shù)設置如下：α=840，β>γ，cn=50，cr=40，Δ=cn-cr=10，qm，c=240，qr，c=200，η=10 000，λ=4，e1=1.5 t，e2=1 t。

利用Matlab進行驗算得：當τm，c=0.6時，敏感系數(shù)對系統(tǒng)利潤的影響如圖4所示。圖4表示回收率一定時，需求量對自身價格的敏感系數(shù)β和需求量對交叉價格的敏感系數(shù)γ對系統(tǒng)利潤的影響情況?？梢姡鹤陨韮r格的敏感系數(shù)β不變，交叉價格的敏感系數(shù)γ增大時，pm、pr增大，系統(tǒng)利潤增大;交叉價格的敏感系數(shù)γ不變，自身價格的敏感系數(shù)β增大時，pm、pr降低，系統(tǒng)利潤減少。

設定β=5，γ=3，利用Matlab探究τm，c與系統(tǒng)利潤的關(guān)系（如圖5所示）。由圖5可見，當價格系數(shù)一定時，系統(tǒng)利潤π（pm，c，pr，c，τm，c）隨著回收率τm，c的增加而先增大后降低。這是因為系統(tǒng)利潤受回收成本η■ /2及相應碳稅的影響，當碳稅開始逐漸提高時，生產(chǎn)量緩慢減少，企業(yè)會增加回收率來減少碳排放成本以抵消企業(yè)產(chǎn)量下降對系統(tǒng)利潤的影響，從而賺取更大的利潤;回收率持續(xù)增大時，回收成本不斷升高，商品價格不變的情況，單位回收成本過高致使系統(tǒng)利潤下降。整體趨勢來看，價格系數(shù)一定，雙渠道產(chǎn)品價格不變時，回收率增加對碳稅約束下集中決策的系統(tǒng)利潤呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢。

4 結(jié)論

針對低碳環(huán)境下制造業(yè)減排提高生產(chǎn)成本的問題，本文在閉環(huán)供應鏈的前提下，運用已經(jīng)實施的碳排放交易市場及國家碳稅政策的優(yōu)勢，從兩個方面對制造業(yè)由傳統(tǒng)供應鏈升級到閉環(huán)供應鏈的過程中，維持整體系統(tǒng)的經(jīng)濟效益進行了研究。在已有的閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)利潤模型上加入碳排放交易因素的影響及通過碳稅層面分析整體系統(tǒng)利潤的變化趨勢，得出了結(jié)論，為企業(yè)提供相應的解決思路以及方向。通過研究得到，在傳統(tǒng)閉環(huán)供應鏈的基礎上加入回收環(huán)節(jié)，并通過碳交易提高整體系統(tǒng)利潤率。而文獻[15]中碳稅對回收率的影響在雙渠道閉環(huán)供應鏈中仍然適用。從而通過改進基礎模型得出進一步結(jié)論：渠道價格一定時，碳稅增加引起回收率τm先增加后逐漸降低，單位成本c先減少后逐漸增加，定性分析可得，此時集中決策下的系統(tǒng)利潤π（pm，c，pr，c，τm，c）會隨著碳稅的增加先增加后減少。

參 考 文 獻

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