“双碳”目标引领下创新生态系统之联合体协同演化博弈

何得雨, 邹 华, 杨宣虎, 刘一丁

(1. 沈阳工业大学 管理学院, 辽宁 沈阳 110870;2. 中国农业发展银行 辽宁省分行, 辽宁 沈阳 110013)

2020年9月,我国宣布在2030年将二氧化碳排放量控制到峰值,到2060年实现碳中和。对于高能耗企业而言,近些年来通过科技创新,已经创造了许多绿色技术。但是,对于将要达到的“碳达峰”与“碳中和”的“双碳”战略目标而言,各行业面临的碳减排的压力依然很大[1]。

降低碳排放,首先要创造先进的绿色技术,而此过程需要耗费大量的人力、财力与物力。创造基于“双碳”目标下先进的减碳技术,各企业需要联合其他企业及科研院所展开合作,创建各种形式的产学研组织[2]。目前来看,国内各行业下的领军企业已经开始组建“双碳”目标下的创新联合体,通过产业链重构创新链,构建深度融合的创新联合体,以重大先进绿色技术等科研项目为依托,整合优化各方的能力和技术开展共性关键技术的创新,进而提升科技创新效率[3]。但“双碳”目标下的创新主体之间仍然存在利益纠纷、风险担当等问题,存在着不稳定性。本文基于演化博弈理论,以领军企业在生态系统下的学研组织为研究对象,探讨“双碳”目标下创新联合体绿色技术创新稳定性的影响因素;通过数值仿真分析策略演化趋势,发现各个因素的影响效果,为促进“双碳”目标下的创新联合体稳定发展提出建议。

一、文献综述

“双碳”战略目标下,低碳技术创新(LCTI)是绿色生产的关键。发达国家先向低碳技术研究和创新投入大量资金,加快此类技术的开发和部署,并抢占了技术高峰[4]。目前,我国企业急需创造先进的低碳技术助力企业减少碳排放[5]。低碳技术的创新受到多种因素的影响,比如政府的政策支持、企业的创新意愿、消费者对绿色产品的购买意愿等[6]。各地政府部门可通过征收碳税和环境保护补偿税等方式来提高企业对于绿色技术的创新积极性[7],并促进企业积极与学研组织的合作以提高绿色技术创新的效率。领军企业应积极建立碳减排联合体来促进绿色技术共享及低碳技术创新,在提高自身效率的同时,助力中小企业绿色发展[8]。先进的低碳技术需要投入大量的资源,因此需要构建高效产学研组织来促进低碳技术的创新发展[9]。创新产业联盟及联盟创新体等多种产学研组织可以通过合作、科学技术转移、知识资源共享等方式促进各创新主体进行绿色低碳技术的创新,进而促进绿色技术的大量涌现[10]。但是,产学研组织作为一个复杂的创新生态系统,稳定性较差,在多方协作下很难达到最优效率[11]。

我国学者对于产学研协同创新的研究颇多。张明根等运用演化博弈的方法探究各主体协同创新如何达到协同状态,发现各方学习能力的高低、中途退出的惩罚及信誉的降低、利益的分配等与协同的稳定性密切相关[12]。李丽通过演化博弈研究发现产学研协同创新要加强对知识产权的保护力度,通过出台各种措施来制约各个主体对其他主体的侵权行为,并加大对侵权行为的处罚,尽可能保护各方的利益[13]。杨朝均等通过演化博弈发现退出及违约的惩罚、知识吸收收益、技术吸收能力,以及成本利益分配等影响着绿色创新联盟的稳定性[14]。传统产学研组织协同创新存在着不稳定性,而创新联合体作为一种深度融合的产学研组织,其主要组织结构是龙头领军企业牵头,学研组织支持,其他创新主体配合,通过接受重大科学技术项目,整合创新链及产业链来促进科学技术的创新发展[15]。但创新联合体同时也会面临科技创新启动资金和后续投入的分担、研发过程中打破条块壁垒、研发过程中的信息沟通、创新成果的合理分享等问题[16]。

文献分析发现,绿色低碳技术协同创新是达到“双碳”目标最为有效的解决途径之一。有关绿色技术的发展及产学研合作方面的研究很多,但对于创新联合体作为解决重要科技创新问题深度融合的产学研组织的研究还处于基础阶段,对于如何使创新联合体稳定发展尚未有研究。

二、 创新联合体主体及要素

创新联合体是一个较为复杂的创新生态系统。在阅读大量参考文献后,本文对其概念作出如下界定:创新联合体是以领军企业联合产业链上的其他创新主体组建而成的产学研组织;通过接受国家重大科研项目,各创新主体以共同参与、利益共享、风险共担为基本准则;是平等参与为共同完成重大科技项目进行分工协作的契约组织。创新联合体通过领军企业承担重大项目,发布任务清单,协调各个主体之间的关系,进而促进技术共享及资源流动,使得创新链上的知识、技术及人才等创新生产要素与产业链的上下游生产创新主体及市场、科技成果进行深度的融合,形成“产业链+创新链”为结构的协同创新。系统构成如图1所示。

图1 创新联合体主体关系

领军企业是绿色技术创新的需求侧,是创新联合体协同创新的核心主体;创新链、产业链上的中小企业及学研组织是其他重要主体。政府作为政策内容的制定者,除了发布重要科研项目之外,还要对创新联合体主体进行引导,通过给予创新联合体协同创新补贴、科技成果补贴等政策促进创新联合体之间的协同稳定性。领军企业作为创新的最大受益者,具有较强市场洞察能力及科技成果转化能力,对于产业链和创新链的结合具有较强的支配能力。高校与科研机构具有较强的人才队伍和科技创新能力,在创新联合体深度融合下,学研组织可以研发出科技创新成果而后在企业实现转化。中小企业可以为领军企业提供配套服务及更加精细方向的创新。科技中介的主要作用是对技术创新成果进行评估,并提供高技术孵化,进而减少协同创新的成本,为创新联合体提供高效的技术服务平台[17]。此外,金融机构也占据了重要的角色,企业及其他主体设立的基金组织等需要合理的安排,以解决学研组织及中小企业科技创新资金的问题。

三、 演化博弈模型

1. 模型基本假设

“双碳”目标下的创新联合体协同创新需要投入较多的人力、财力、物力,企业与学研方作为重要的主体及深度融合的对象, 面临的风险及投入较大。各成员创新策略选择为合作与不合作,作为有限理性的主体会通过不断的测试和修正来寻找最优策略,其出发点均是自身利益最大化。当合作行为对于创新联合体各成员都有利时,成员就会实施合作行为;当非合作行为对自己更有利,则会选择非合作行为。基于此,本文给出如下假设。

假设1: 参与主体。为促进创新联合体的深度融合,本文的创新主体分别是具有较多创新资源的领军企业(E)及具有较强创新能力的学研组织(S)。领军企业主要负责提供协同创新的资源、协同创新成果的转化及创新方向的指引;学研组织主要负责协同创新、技术人才的输出,以及科技创新促进碳中和,减少碳排放。但主体是有限理性的,在协同创新过程中的地位是相同的,为了利益最大化通过多次博弈找到最优策略。

假设2: 合作策略。在创新联合体协同创新博弈过程中,领军企业与学研组织可以按照自身的需要及效益关系选择进行协同创新,也可以选择不进行协同创新,各自进行策略选择(协同,不协同)。此外,假设企业选择(协同,不协同)的概率分别为x,1-x;学研组织选择(协同,不协同)的概率分别为y,1-y。

假设3: 成本分摊系数。当双方签订了创新联合体绿色技术协同创新协议,设绿色技术创新项目的研发成本为C,企业以β1C、学研方以β2C的比例进行分摊,β1+β2=1。

假设4: 利润分配系数。当学研方选择协同创新而企业选择单独研发时,企业单独研发所获得的收益为L1,当企业选择协同创新而学研方选择单独研发时,学研方单独研发所获得的收益为L2。假设协同创新成功时获得协同收益为R,假设α1和α2是双方协约下的协同创新收益,其中企业得到协同创新收益为α1R,学研方得到协同创新收益为α2R,且α1+α2=1。如果合作期间某一主体认为自身具有较大的创新研发能力,靠自己的技术能顺利完成绿色技术的创新,并获得超额收益,那么该合作方就会违约而进行独自创新,假设M1、M2分别表示企业和学研方违约后独自进行绿色技术创新可以获得的超额收益。

假设5: 绿色收益系数。为促进双碳目标的实现,促进创新联合体更好地开展绿色技术协同创新工作,政府为绿色技术创新双方提供了专项资金G。此外,为促进学研组织积极协同,作为减碳主体的领军企业给予学研组织W的额外补助,帮助其进行研发。在“碳约束”下,假设政府对企业按照税率T征收碳排放税,对于减排额按b给予补助。企业与学研方进行绿色技术协同创新下碳排放量为H1,碳减排额为N1,此时企业需要向政府缴纳的碳税为TH1,同时政府给予企业补贴bN1,一方独自进行绿色技术创新下企业碳排放量为H2,碳减排额为N2,需要缴纳的碳排放税为TH2,给予企业补贴bN2,N1-N2=H1-H2,假设合作下双方共同研发使得企业减排效果更好,即N1-N2>0。

假设6: 技术吸收能力。在技术共享下,为促进深度融合,双方应提高融合能力,对其他合作成员的技术进行吸收学习并为己所用。用φ1、φ2表示企业和学研方的协同下技术吸收效益。由于企业是领军企业,具有较多的技术条件,所以规定φ1<φ2。

假设7: 惩罚。在双方协同创新过程中,任何一方为获得更多的收益或存在搭便车行为,消极合作,该方必须要承担相应的责任,支付一定数额的违约金及信誉处罚,假设P表示所有的处罚叠加成本。

根据以上假设条件,构建“双碳”目标下创新联合体协同创新下双主体博弈支付矩阵,如表1所示。

表1 “双碳”目标下创新联合体协同创新支付矩阵

2. 演化博弈模型

由表1可得,企业选择不同策略下得到的期望收益及平均可得收益分别由式(1)～式(3)所示:

此外,学研组织选择不同策略下得到的期望收益及平均可得期望收益分别为式(4)～式(6)所示:

根据演化博弈理论,可得创新联合体协同创新中领军企业以及学研组织选择合作策略下的复制动态方程式如式(7)、式(8)所示:

四、 演化稳定策略分析

根据复制动态方程式进行求导得出雅可比矩阵J如下。

其中:

G-W+φ1+β1C-M1]+P-β1C},

G-W+φ1+β1C-M1+P-β1C],

β2C-M2]+P-β2C},

β2C-M2+P-β2C]。

运用雅可比矩阵J的局部稳定性进而判断双方演化博弈系统5大平衡点的稳定性及双方演化稳定策略,得出雅可比矩阵行列式与迹,如表2所示。

表2 “双碳”目标下创新联合体演化博弈均衡点的雅可比矩阵行列式与迹

由矩阵可知,学研组织采用不协同策略时,企业选择不同策略下得到的收益差值为P-β1C;学研组织采用协同策略时,企业选择不同策略下得到的收益差值为α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P;领军企业采取不协同策略时,学研组织选择不同策略下得到的收益差为P-β2C;领军企业采取协同策略时,学研组织选择不同策略下的收益差值为α2R+G+W+φ2+P-M2。

以上述分析作为依据得出以下主要结论。

第一,当P-β1C<0且P-β2C<0时,E(不协同,不协同)是系统演化的稳定状态。该状态下倾向于都不协同,此时不利于绿色技术的协同创新。由于P-β1C和P-β2C分别为企业及学研组织选择协同或不协同两种策略下的收益差,均小于0,而且创新联合体绿色技术协同创新的研发分担成本过高,且高于退出而受到的惩罚成本P。因此,双方在经济效益影响下会选择采取不协同策略,进行独自创新,最终双方协同创新演化结果为E(不协同、不协同)状态。

第二,当α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P<0且P-β2C>0时,E(不协同,协同)是系统演化的稳定点。此时,对于学研组织而言,选择不同策略所得到的收益差值为P-β2C>0,即协同创新付出的成本β2C要小于毁约退出而受到的惩罚P,学研组织会选择协同而不是背叛。对于企业而言,学研组织选择协同下,企业选择不同策略得到的收益差为α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P<0,即α1R+G-W+φ1-(T-b)N1

第三,当P-β1C>0且α2R+G+W+φ2+P-M2<0时,E(协同,不协同)是系统演化的稳定点。此时,对于领军企业而言,选择不同策略的收益差值为P-β1C>0,参与协同创新承担的创新成本要小于毁约退出的惩罚成本P。因此,领军企业会选择协同创新。而对于学研组织而言,在企业选择协同的策略时,学研组织选择不同策略下的收益差值为α2R+G+W+φ2+P-M2<0,即α2R+G+W+φ2

第四,当α2R+G+W+φ2+P-M2>0且α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P>0时,E(协同,协同)是系统演化的稳定点。创新联合体双方均愿意协同进行绿色技术的创新及研发。此时,对于企业而言,企业协同创新所获得收益α1R,加上协同合作而得到的技术吸收效益φ1,减去碳税与碳补贴之差(T-b)N1,大于对企业补贴W,加上独自创新得到的收益M1减去碳税与碳补贴之差(T-b)N2和惩罚成本P。对于学研组织而言,协同创新所得到的协同收益α2R,加上协同合作而得到的技术吸收效益φ2和政府补助G及企业补助W,小于独自创新收益M2,减去因毁约退出而受到的惩罚成本P。在此情形下,创新联合体双方均愿意进行协同创新而获得更多的利益,创新联合体系统会演化为E(协同,协同)状态。

第五,根据雅克比矩阵的行列式开展分类时,创新联合体绿色低碳技术协同创新演化稳定策略分别还包含以下两种特殊情况:

一是惩罚成本P>max(β1C,β2C),学研方α2R+G+W+φ2+P-M2<0,且企业α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P<0,该情况下需采取混合策略,系统稳定状态为E(协同,不协同)、E(不协同,协同)。

二是惩罚成本P0,且企业α1R+(T-b)(N2-N1)+G-W+φ1-M1+P>0,该情况需采取混合策略,系统稳定状态为E(不协同,不协同)、E(协同,协同)。

五、 协同创新影响因素分析

本文研究目的是采取措施使得创新联合体绿色技术创新处于双方协同状态,针对双方共同协同或双方都不协同的状态下展开研究。因此,主体双方在此情形下应满足以下要求:

(9)

构建创新联合体演化博弈相位图如图2。 若双方的初始状态处于图形ACEB下, 设该图形面积为S1, 演化博弈系统会向A点收敛, 最终演化为A(0,0)状态, 即双方拒绝协同, 采取独自创新。

图2 创新联合体演化相位图

若双方的初始状态落在图形BECD部分,设该图形面积为S2,演化博弈系统会向D点收敛,最终演化为D(1,1)状态,即双方采取协同策略。

由式(11)～(14)可知,在其他因素保持不变的情况下,双方协同下的面积S2对超额收益M1、M2、成本C、政府碳补贴b的一阶偏导数小于0,S2分别为超额收益M1、M2、政府碳补贴b、成本C的单调递减函数。因此,对于企业与学研组织双方而言,随着绿色低碳技术创新项目独自创新所得到的超额收益M1、M2、碳税补贴b、成本C的增加,相位图S2的面积变小,创新联合体双方均协同的概率将变小,博弈系统会向E(0,0)演化,行为E(不协作,不协作)状态。

由式(15)～式(20)可知,在其他因素保持不变的情况下,双方协同下的面积S2对惩罚P、协同收益R、政府补贴G、技术吸收效益φ1和φ2、碳税T的一阶偏导数大于0,说明S2分别为惩罚P、协同收益R、政府补贴G、技术吸收效益φ1和φ2、碳税T的单调递增函数。因此,对于企业与学研组织双方而言,随着绿色低碳技术创新项目的惩罚P、协同收益R、政府补贴G、技术吸收效益φ1和φ2、碳税T的增大,相位图S2的面积变大,创新联合体双方均协同进行绿色技术创新的概率变大,系统最终会向E(1,1)点演化,并逐步形成E(协作,协作)策略。

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

由式(21)～式(23)可知,在其他因素保持不变的情况下,双方协同下的面积S2对成本分摊系数βi、协同利润分配比例αi、企业补助W的一阶偏导数非单调。因此,需要进一步进行成本分摊系数βi、协同利润分配比例αi、企业补助W、成本系数C进行研究。

六、 结论与建议

1. 研究结论

通过运用演化博弈方法构建创新联合体绿色技术创新双主体演化博弈模型,对创新主体之间的稳定性及影响因素展开研究,进而判断不同影响因素下创新联合体之间协同创新的稳定性,得出以下主要结论。第一,企业和学研组织双主体最终的演化结果会受到博弈系统初始状态的影响。第二,惩罚成本P、协同收益R、政府补贴G、技术吸收效益φi、碳税T5项指标越高,双方越期望协同合作。第三,超额收益M1和M2、成本C、政府碳补贴b4项指标效益越高,双方越希望独自创新来获得更多的利润,双方越不愿意合作。第四,成本分摊系数βi,二阶偏导数大于0,能取得极小值,使得S2面积最小,双方倾向于不合作的概率较小;协同利润分配比例αi、企业补助W二阶偏导数小于0,能取得极大值,使S2面积最大,双方倾向于合作的概率较大。

2. 对策与建议

(1) 构建有效的惩罚机制。随着违约金的增加,创新联合体双方选择协同创新的可能性会更高。因此,制定有效的违约金惩罚机制可以有效地制约双方可能存在的投机行为。创新联合体双方在协同合作之前,应制定较为严厉的处罚规则,对于违反合约背叛行为及搭便车行为的主体给予经济上及信誉征信等多方面的处罚。违约成本的增加,使得双方为了利益及信誉等不愿毁约,而坚持协同创新。

(2) 构建有效的奖励机制。为促进双方合作,构建多种奖励政策措施。随着政府补贴、技术吸收效益、企业补助的增加,双方愿意协同的概率增大。因此,在创新联合体绿色技术协同创新过程中,为使双方更好协同,攻克绿色关键技术,促进企业达到“双碳”目标需求,政府应给予一定的协同补贴政策。此外,双方在合作过程中,因吸收对方技术能力会得到较多的技术利益,技术利益的增加会促使双方更加愿意协同创新。领军企业,作为绿色技术创新任务清单的发布者及绿色技术创新的最大受益者,除了帮助学研组织进行技术创新、成果转化、知识共享外,应给予学研组织一定的资金支持,帮助学研组织在资金短缺下开展工作。

(3) 构建有效的碳税及碳补贴政策。碳税的增加会增加双方合作协同创新的概率,而碳补贴的增加反而会降低双方协同创新的概率。因此,政府应制定合理的绿色技术协同创新碳税政策及碳补贴政策,激励企业进行绿色技术创新,并尽可能最大效率地促进创新联合体绿色技术协同创新的发展。

(4) 构建合理的成本利益分配比例。最优的收益分配会使双方选择协同策略,但是成本分配不均会使双方最大可能选择不协同策略。由于本文研究的组织为领军企业及创新链上的学研组织,因此,双方的地位差别较大,创新联合体的持续合作需要制定合理的、公平的契约条件。所以双方应构建合理的成本与收益分担比例,使系统达到最优状态,从而实现共赢。