“双碳”目标下的岸电减排决策研究

周海英,邓燕赟

(广州航海学院港口与航运管理学院，广东广州 510725)

1 研究背景

2020 年9 月22 日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上的重要讲话中指出，中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030 年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和。对于交通航运港口管理而言，“双碳”目标最直接体现在绿色港口的构建上。绿色港口的内涵是在环境影响与经济利益之间获得良好平衡的可持续发展港口，相较于西方发达国家，我国绿色港口建设相对滞后。

岸电作为港航领域节能减排最具前景的新技术，是绿色港口建设的重要内容。为推广岸电使用，我国政府对港口和船舶进行补贴。交通运输部公布的统计数据显示，中央财政于2016—2018 年通过车辆购置税收入补助地方资金对沿海和内河港口岸电设备设施建设和船舶受电设备设施改造项目予以奖补，3 年来共安排车辆购置税奖励资金7.4 亿元，支持靠港船舶使用岸电［1］。随着港口运营商的不断探索和政府的有效支持，我国40%以上的主要港口都安装了岸电基础设施，为靠泊船舶提供陆上电力。然而，当前岸电改装船舶的渗透率不到中国船舶的1%［2］，具备受电设施的船舶数量少，船舶岸电使用意愿不高，岸电使用率总体仍然较低。

岸电使用率总体较低，从补贴政策来看，一是当前岸电补贴不足，缺乏吸引力。走访调研发现，对港口的岸电常规性补贴有电价补贴、设施维护补贴、需量费补贴、首次测试费补贴，而运行补贴较少，由于港口岸电设备的特殊性，港口岸电运行成本高，如深圳港一年岸电运行的人工成本约为300 万元/年，而当前使用岸电船舶较少，收益基本无法支撑如此高的运行成本。另外，船舶进行受电设备改造费用高，近几年各地政府以补贴港口为主，对船舶岸电设备改造的补贴相对较少。二是当前岸电补贴标准不一，缺乏规范和研究。如深圳和上海对港口岸电设施建设给予30%的补贴，广州则按项目建设费用的50%进行补贴，深圳对深圳籍船舶岸电受电设备按改造费的30%进行资助，而广州与上海则无船舶改造费的资助，如表1 所示。

表1 深圳、广州、上海三地岸电补贴标准

2021 年2 月，国务院印发《关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》，强调要积极打造绿色航道、绿色港口，明确指出要加大推广绿色船舶示范应用力度，加快港口岸电设施建设。在“3060 双碳”背景下，探讨政府补贴与港口区域岸电减排的关系，为港口与船舶岸电减排决策和政府制定补贴政策提供理论支持，具有重要现实意义。

岸电技术可以有效减少港口船舶污染物排放，近年来备受关注。Kotrikla 等［3］探讨了使用岸电设备和可再生能源的潜力。Innes 等［4］从控制总成本和排放的角度,分析了在中小型港口采用岸电设备的前景。Thalis［5］利用技术检验量化框架，分析了岸电技术的现状及其前景，结果表明当监管机构进行协助时，岸电技术减排是可行的；Martínez-López等［6］采用一种估算港口特定环境收费的计算方法，来激励短程海运船舶使用岸电；Reusser 等［7］评估了船舶在泊位使用岸电技术时，采用双向功率流控制策略的排放影响，从而优化辅机的运行廓线；Martínez-López 等［8］采用计量方法，以货币形式评估了岸电和LNG 在瑞士的减排效果；Zis［9］研究表明，只要管理机构协助船舶经营者和港口进一步采用岸电技术，那么岸电是一个可行的减少排放的选择；Dariusz 等［10］介绍了内陆电力供应船舶系统设计的建议、标准和规定。董晓青［11］认为政府应该采取相应的激励政策，促进港口的生态环境建设，如税收减免政策、环保补偿机制、“绿色补贴”政策等。李勇等［12］对浙江省某港口及船舶岸电改造的成本进行估算，分析国家补贴政策对港口及船舶岸电改造成本回收年限的影响。研究得出，政府对于岸电改造港口的补贴政策对于岸电改造港口和船舶是十分重要的。冯华等［13］以南沙港三期工程为例，采用单一变量法，系统地分析了船舶岸电改造成本回收年限与国家补贴之间的相互关系，根据港口和船舶的成本回收年限可接受限度，求得了国家补贴的最小限额。

当前，关于岸电的研究工作多是技术层面的分析和应用层面的介绍，单一的从技术、成本方面定量分析其可行性，而没有考虑到政府的补贴机制和其他利益参与者的决策情况进行研究［14］，事实上，岸电减排可以看作一类由港口和船舶构成的供应链系统，完全可以从供应链视角来进行研究［15］。

综上，基于岸电技术特点，结合前人研究，从供应链视角，构建政府、港口、船舶的三阶段博弈模型，采用博弈方法研究港口和船舶岸电减排决策行为及政府补贴策略，为岸电推广和使用提供理论支撑。

2 问题描述与假设

岸电技术可以有效降低靠港船舶的排放，是港口减排的重要手段，但使用岸电，港口需要进行岸电设施设备改造，而船舶也要进行受电设备改造，且改造费用高。从企业经济效益角度考虑，无论是港口还是船舶都不会主动进行岸电改造，当前政府通过补贴推动船舶使用岸电，那么政府该如何进行补贴？港口与船舶在市场中的地位是否影响减排决策？基于此，本文针对实际中的难点，重点研究政府补贴下，港口和船舶在不同博弈结构下的需求量、减排成本、收益等指标，探讨政府补贴、港口与船舶决策地位对港航企业减排策略的影响。相关参数含义如表2 所示。

表2 博弈模型下的符号说明

为便于分析，做如下两个假设。

线性需求函数被广泛应用于港口供应链的研究中，如Cui 等［16］基于线性需求假设，分析了政府对船舶和港口征收一定的排污税以控制港区排污的情况；Yang 等［17］比较了碳交易下的港口减排技术决策；桑高峰等［18］应用博弈模型，研究了碳税政策下港口与船舶减排决策问题。

假设2：港口和船舶具有完全信息，双方都是理性博弈参与者。

3 模型建立

政府、港口、船舶组成一个供应链系统，使用岸电减排，政府首先制定补贴政策，港口与船舶在观测到政府补贴政策后决策运费价格、港口服务价格以及产出。构建模型如下：舶连接后，港口向船公司收取使用岸电的费用；为港口岸电改造成本。

4 模型求解

博弈论通常用于分析不同权力结构下供应链成员之间的协调。Yang 等［19］研究了在一个供应商和一个零售商组成的两级供应链中，低碳政策对渠道协调的影响。Qian 等［20］研究了由一个技术供应商和两个制造企业组成的供应链，结果表明，非对称纳什博弈可以有效地避免技术投资的囚徒困境，可使包括技术供应商、制造企业和消费者在内的社会福利最大化。Ghosh 等［21］建立了Stackelberg 博弈和Nash 博弈，探讨了渠道结构如何影响绿色水平、价格和利润。借鉴上述文献，考虑港口与船公司在市场中地位的不同，探讨三种博弈模型：一是港口主导的Stackelberg 博弈；二是船舶主导的Stackelberg博弈；三是港口与船舶处于同等地位的Nash 博弈。分别用上标1、2、3 表示这三种博弈模型。采用逆向归纳法求解不同结构模型下的政府最优补贴、价格、利润、排放量，并对这三种情形下的最优决策进行分析。

4.1 港口主导的Stackelberg 博弈

第一阶段：在政府补贴政策和港口服务价格前提下，船公司追求自身利润最大化，即求式（2）的最大值，由于，根据，得到：

第二阶段：港口追求自身利润最大化，将式（6）

4.2 船舶主导的Stackelberg 博弈

4.3 港口与船舶处于同等地位的Nash 博弈

5 结果分析

5.1 利润分析

（1）将不同博弈结构下服务价格和需求量进行比较：

命题1 表明，港口与船舶组成的供应链中，三种博弈结构下的服务价格、服务量是不变的，即政府对船舶使用岸电电价进行补贴时，不同博弈结构不会影响整体供应链的服务价格、服务量。不管是船舶还是港口，处于主导地位的一方，更倾向于提高价格以获得更多利润。

（2）将不同博弈结构下供应链整体利润进行比较：

命题3 表明，港口处于主导地位时，更倾向于提高价格以获得更多利润，这时港口利润大于其他两种情形下的。结合命题2 的分析，当接岸电时间较短（）时，港口处于主导地位的博弈结构，可以使得供应链整体利润达到最优。因此，港口的最优策略是：一方面要提高岸电服务效率，缩短岸电服务时间；另一方面，应选择处于主导地位的市场结构。此时，不但港口与船舶供应链的整体利润最大，而且港口的利润也达到最优。而船舶利润则受岸电接电时间和停泊时间的影响，当船舶接岸电时间较短时（，Nash 博弈情形下的船舶利润小于船舶处于主导地位情形，但大于港口处于主导地位情形。而当船舶接岸电时间较长时（，Nash 博弈情形下的船舶利润最大。

5.2 补贴分析

将不同博弈结构下政府最优补贴进行比较：

命题4 表明，港航供应链中，当船舶与港口双方处于同等地位时，政府的补贴最少，船舶处于主导地位或港口处于主导地位两种情形下的政府补贴不变。作为政府监管部门，应鼓励船舶与港口双方处于同等地位的市场结构，从而可以采用最低的补贴，推动港口与船舶减排。

5.3 排放量分析

将不同博弈结构下的排放量进行比较：

可得命题5：

船舶靠港使用岸电，这时船舶的主要排放是进行岸电连接操作时使用燃油而产生的排放，由于接岸电的时间是不变的，故供应链的整体排放量是不变的。

5.4 社会福利分析

可得命题6：

命题4、5、6 表明，港口与船舶组成的供应链中，使用岸电时，三种博弈结构下的社会福利、排放量是不变的。也就是说，三种博弈结构下，虽然政府补贴不相同，但供应链的社会福利与排放量是一样的。从补贴最小角度，政府应鼓励船舶与港口双方处于同等地位情形，这样就可以以最少的补贴，推动港口与船舶使用岸电减排，获得最大的社会福利。

5.5 敏感性分析

命题7表明，政府补贴与市场规模a成正向关系，在其他条件不变的情况下，市场规模增加，则补贴增加。而补贴与船舶靠港停泊时间、船舶成本、岸电功率、岸电价格、服务差异化水平的倒数b成反向关系，即船舶靠港时间越长，补贴越少，岸电价格升高，则补贴减少，岸电功率增加，则补贴降低。服务差异化水平增大，补贴减少。

6 结论

本研究采用博弈方法，建立了港口与船舶在政府补贴政策下使用岸电的博弈模型，探讨不同博弈结构下的岸电减排决策。结果表明：三种博弈结构下的社会福利和排放量是一样的。当港口与船舶处于同等地位时，政府补贴最小，因此，从补贴最小的角度，政府应鼓励港口与船舶处于同等地位情形；当时，一方处于主导地位的供应链总利润不变，且大于港口与船舶双方处于同等地位的供应链总利润。当时，博弈双方处于同等地位下的供应链整体利润最大。当港口处于主导地位时，更倾向于提高价格以获得更多利润，这时港口利润大于其他两种情形下的。因此，对于港口而言，其最优策略是：一方面要提高岸电服务效率，缩短岸电接电时间，另一方面可以通过组合港、区域港口合作、港口联盟等方式，增加主导权，处于市场主导地位。船舶利润则受岸电接电时间和停泊时间的影响，当船舶接岸电时间较短时（，博弈双方处于同等地位的船舶利润小于船舶处于主导地位情形，但大于港口处于主导地位情形。而当船舶接岸电时间较长时（，港口与船舶处于同等地位情形下的船舶利润最大。

用博弈方法分析政府补贴下的港口与船舶岸电减排决策问题。考虑到了政府的补贴机制的影响，以及利益相关者的动态变化过程，改变了以往只是单一地采用定价模型分析岸电使用问题，具有现实意义。本研究中，考虑了由一个港口和一家船公司组成的供应链，而现实实际中，港口供应链可能需要考虑多个船公司。另外，本文基于市场需求线性假设基础上进行的研究，尽管该假设在相关文献中被广泛使用，如Cui 等［16］；Yang 等［17］；桑高峰等［18］，但其他一些需求函数，如随机需求等仍然可以考虑。