碳限额政策下考虑制造商资金约束的供应链决策研究

张艳丽, 胡小建

(1.合肥学院 经济与管理学院,安徽 合肥 230601; 2.合肥工业大学 管理学院,安徽 合肥 230009)

随着全球经济的快速发展,日益严重的环境问题引起了各国政府和公共部门的高度重视[1]。《京都议定书》要求所有成员国降低温室气体排放,并对碳排放标准作出限定。发展低碳经济已经成为世界各国的共识,许多国家和地区颁布了各种低碳政策以减少企业经营活动对环境的影响。近年来,我国政府也出台了一系列与节能减排相关的政策,主要包括碳限额、碳税收、碳限额与交易机制、碳补偿等政策,目的是促使企业主动降低在生产制造过程中的碳排放。其中,碳限额政策是指政府规定生产企业总的碳排放量上限,当企业在生产过程中产生的碳排放量超过该上限时,将受到重罚。

从宏观角度来看,碳限额政策可以达到减排目标,控制温室气体的排放总量。从微观角度来看,企业若不采用减排技术,则面临巨大的惩罚;若采用减排技术,又会面临极大的技术成本的挑战,增加了企业的资金压力[2]。尤其是一些中小型企业,经常会出现运营资金有限的情况,而这些中小型企业由于信用评级低、违约风险大,很难从传统银行获得融资[3]。为了缓解企业在绿色投资时面临的融资问题,全球各国的银行推出了绿色金融服务,为从事低碳运营的企业提供资金支持。供应链成员内部融资也为中小型企业的融资开辟了新的途径,例如,京东金融为其平台上的中小微供应商提供融资服务,本田汽车为其零部件供应商提供财务支持。随着消费者环保意识的逐渐增强,更多的消费者愿意为低碳环保产品支付溢价,也激励了生产企业主动减排[4]。

供应链企业,尤其是一些中小型企业,在同时面临碳限额和资金约束时决策其减排水平与产量,以及上下游企业间的协作,都是供应链实际运营中需要关注的问题。目前国内外学者对低碳供应链的研究主要集中于探讨碳排放政策对供应链决策的影响。文献[5]分别构建基于碳税、碳交易及碳补偿政策下的单企业生产的决策模型,研究不同碳排放政策下企业的生产决策问题;文献[6]研究碳限额交易机制和碳税政策下多寡头企业的生产与减排决策问题;文献[7]探讨碳限额与交易机制下制造商的减排投资策略,证明该政策可以为企业创造新的盈利空间;文献[8]分析碳限额与交易机制对再制造供应链决策的影响;文献[9-10]在碳限额政策下,研究混合渠道供应链的碳减排决策问题;文献[11]研究单位产品碳限额和总量碳限额机制下技术减排投资对企业利润及碳排放的影响;文献[12]在碳限额交易政策及消费者低碳偏好条件下,分析碳限额及消费者碳排放敏感系数对产品零售价和最优碳减排量的影响。上述研究探讨了不同的碳政策对企业决策的影响,但没有深入分析针对某一种碳政策,当政府收紧和放宽该碳政策时企业的应对策略。本文将针对碳限额政策,分析不同宽松程度的碳限额政策对供应链决策的影响。

在低碳融资方面,文献[13-14]研究受资金约束的低碳供应链的融资均衡问题;文献[15]分析了银行融资和贸易信贷对企业减排运作的影响;文献[16]考虑碳排放限制构建GCF模型,探讨制造商在严格限制碳排放约束下的运营和融资决策。还有部分学者在研究中考虑消费者低碳偏好的因素,文献[17]考虑消费者环保意识,研究GCF和混合融资下供应链的融资均衡,发现当消费者环保意识较高时,混合融资对于制造商和零售商均是有利的;文献[18]考虑市场需求受消费者低碳偏好的影响,以制造商占优的两级供应链为研究对象,分析资金约束下低碳供应链的决策问题;文献[19]考虑市场需求受制造商低碳努力的影响,分析银行信贷和贸易信贷2种融资模式下的均衡解;文献[20]在政府补贴低碳供应链中,考虑消费者低碳偏好,研究采购资金不足的零售商的融资决策问题。上述研究探讨了低碳供应链的融资问题以及消费者的低碳偏好对供应链决策的影响。研究结果表明,银行融资和贸易信贷是资金受限企业的主要融资渠道,而且消费者的低碳偏好激励了企业减排。本文拟在前人研究的基础上,考虑市场需求受消费者低碳偏好影响,探讨下游制造商的融资决策问题。

综上所述,本文基于碳限额政策,考虑下游制造商减排资金受到约束,分别建立银行融资和供应商融资的供应链决策模型,重点解决以下问题:① 不同松紧程度的碳限额政策对供应链减排、生产和融资决策的影响;② 不同融资策略对供应链减排和生产决策的影响;③ 供应链的融资均衡。

1 问题描述与基本假设

该供应链系统的碳排放量受到政府的监督,因为当制造商生产过程中产生的碳排放量超过碳排放上限时,政府将给予制造商重罚,所以理性的制造商会考虑投资减排,减排后供应链的碳排量满足条件e0q-e≤T,其中:e0为制造商在生产过程中单位产品的初始碳排量;T为政府针对该制造商设定的碳排放上限。

本文用到的符号定义如下:r为银行/供应商的贷款利率;e0为制造商在生产过程中单位产品的初始碳排量;a为市场潜力,a>0;c为供应商单位产品的生产成本,c

假设制造商是一家长期运行且信誉良好的企业,如果制造商的收入不足以偿还贷款,那么其将以负现金流继续经营,全额偿还贷款。本文研究的决策顺序如下:① 供应商作为市场主导者优先决策产品的批发价格;② 制造商决策生产量和减排量。

2 模型构建与分析

2.1 银行融资

(1)

(2)

s.t.e0q1-e1≤T。

通过逆向归纳法可以求出银行融资时的最优解,见定理1。

定理1 银行融资时,根据碳排放上限T的取值范围有如下2种情况。

证明首先确定碳排放约束下制造商的最优生产量和减排水平,(2)式中,目标函数的Hesse矩阵为:

通过计算Hesse矩阵等于2k(1+r)-θ2。根据假设2k(1+r)-θ2>0,H为负定的,此外约束条件均为线性函数。在极大化问题中,如果目标函数是严格凹函数,约束条件是线性函数,那么这个规划就是凸规划。对于凸规划来说,Kuhn-Tucker条件是确定最优点的充要条件。

构建(2)式的拉格朗日函数,即

L(q1,e1,λ)=(a-q1+θe1-w1)q1-

L1(1+r)+λ(T+e1-e0q1)。

根据Kuhn-Tucker条件,制造商最优生产量和减排量的确定,需要满足以下条件:

λ(T+e1-e0q1)=0,

λ≥0。

只有当λ=0或T+e1-e0q1=0时,等式λ(T+e1-e0q1)=0才成立。

θ(ke0(1+r)+θ)]}/

2k(1+r)[2k(1+r)-θ2]。

根据T+e1-e0q1=0,有

λ={k(1+r)[(e0k(1+r)-θ)-

2e0θ+4]-θ2}。

高碳排放条件(碳限额宽松政策)用上标L表示,低碳排放条件(碳限额收紧政策)用上标T表示。根据定理1可得推论1、推论2。

推论1 银行融资时,在低碳排放条件下,有如下结论:

证明

证毕。

推论1说明:在低碳排放条件下,随着碳限额政策逐渐放松,制造商会提高产量,只有当单位产品的初始碳排量较高时(e0≥E1),制造商才会加大减排力度。制造商可以通过减少生产量和提高减排量2种方式降低碳排量。当政府逐渐放松碳限额政策时,为获得更多的收益,制造商会提高生产量,如果初始碳排量较高,此时生产量的提高会导致碳排量超过政府规定的阈值,那么制造商必须同时加大减排投入。如果初始碳排量较低(e0

推论2 银行融资时,2种碳限额政策下,批发价格、减排量和生产量满足以下关系:

推论2说明:当政府收紧碳限额政策时,为防止制造商大幅度减产和激励制造商减排,供应商选择降低产品的批发价格;为避免受到惩罚,制造商降低生产量减少碳排放,只有当单位产品的初始碳排量较低时(e0

从推论1、推论2可以看出,政府在制定碳限额政策时,需要考虑企业当前的碳排放水平。在企业当前的碳排放量比较高的情况下,政府在制定碳限额政策时应该适当放宽;否则,由于巨大的减排压力,企业可能会退出市场;在企业当前的碳排量比较低时,收紧的碳限额政策能更好地引导企业减排。

2.2 供应商融资

(3)

(4)

s.t.e0q2-e2≤T。

同样地,根据逆向归纳法可以求出供应商融资策略时的最优解,见定理2。

定理2 供应商融资时,根据碳排放上限T的取值范围有如下2种情况:

证明同定理1。证略。

根据定理2可得推论3、推论4。

推论3 供应商融资时,在低碳排放条件下,有如下结论:

证明同推论1。证略。

通过比较推论3与推论2可以发现,供应商融资下,在低碳排放条件下,随着碳限额政策逐渐放松,供应商和制造商的决策均取决于单位产品的初始碳排量。这是由于供应商融资时,供应商是碳减排活动的投资者,其决策受到碳排量决策的影响,而碳排量的决策又受到单位产品的初始碳排量的影响。

推论4 供应商融资时,2种碳限额政策下,批发价格、减排量和生产量满足以下关系:

证明同推论2。证略。

同推论3的结果类似,政府收紧碳限额政策时,如果单位产品的初始碳排量较低(e0

2.3 融资比较分析

本节主要比较银行融资和供应商融资下供应商和制造商的决策结果。

推论5 2种融资策略下,减排后的碳排量满足以下关系:

(1) 在高碳排放条件下,有Tm1

(2) 在低碳排放条件下,有Tm1=Tm2。

推论5说明:在政府放宽碳限额政策时,银行融资策略下制造商的碳排量小于供应商融资。这和绿色信贷政策是相符的,绿色信贷的目的是严格执行碳排放要求,支持企业发展绿色经济、低碳经济和循环经济,引导银行业金融机构配合国家节能减排战略的实施。

推论6 2种融资策略下,批发价格、减排量和生产量满足以下关系:

证明为简化证明过程,令

A1=2k(1+r)-θ2,

A2=4k(1+r)2-θ2(2+3r),

e0θk(2+3r)-θ2。

{k(1+r)[e0(a-c)+Te0θ-4T]+Tθ2}}/A3A4。

同理有:

证毕。

推论6说明:相较于银行融资,供应商融资策略下,供应商会降低产品的批发价格,从而激励了制造商加大减排力度和提升产量。因为供应商融资策略下,供应商不仅是制造商原材料的提供者,还是投资者,对制造商的减排活动进行投资,并获得一定的收益,所以供应商会降低批发价格激励制造商减排。即使是在一般碳限额政策下(对于供应商融资策略是碳排放收紧政策),也不会影响上述供应商的决策结果。由此可以看出,供应商融资更有利于提升供应链整体的运营效率。

证明

证毕。

3 数值仿真

T<57.142 9为银行融资时的低碳排放条件,T<57.266 8为供应商融资时的低碳排放条件。通过数值仿真进一步分析碳排放上限T对供应商和制造商决策结果的影响。

从图1a可以看出,供应商融资策略下的批发价格小于银行融资,因为供应商融资策略下,供应商作为减排活动的投资者,可以获得减排收益,所以供应商会降低批发价格从而激励制造商加大减排投资。而且随着碳限额政策逐渐宽松,制造商有提高生产量的碳排放空间,供应商也会适当地提升批发价格。当碳限额政策对于制造商来说是高碳排放条件时,供应商和制造商可以在其利润最大化的基础上进行决策,此时的批发价格处于均衡状态,不会随着碳限额政策的逐渐放宽发生变化。

从图1b可以看出,供应商融资策略下的减排量大于银行融资,这是因为供应商融资时,供应商降低批发价格的行为激励了制造商加大减排投入。此外，由于满足e0

从图1c可以看出,供应商融资策略的生产量高于银行融资策略,且随着碳限额政策逐渐放宽,制造商会增加生产量。这是因为供应商降低批发价格激励了制造商加大减排投入,此时制造商也会增加生产量以获得更多收益。随着碳限额政策逐渐放宽,制造商获得了更多的碳排放空间,制造商也会增加生产量以获得更多收益。

碳排放上限对供应商、制造商、供应链系统利润的影响如图2所示。

从图2a可以看出,在低碳排放条件下,因为银行融资对供应商是占优的,所以当政府收紧碳排放政策时,供应商不提供贷款给制造商。因为供应商融资时,供应商是减排活动的投资者,所以与制造商共担市场风险。因此,在低碳排放条件下,供应商为降低批发价格,激励制造商减排和增加产量,从而导致低碳排放条件下供应商的利润相对银行融资较低。

在高碳排放条件下,因为制造商可以在最大化自身利润的基础上进行决策,此时供应商选择借款给制造商减排,也可以获得更多的收益,所以碳排放宽松政策下,供应商融资时供应商的利润相对银行融资较高,该结论与推论7一致。

从图2b可以看出,无论何种碳限额政策,供应商融资都是制造商最优的选择。因为无论是低碳排放条件还是高碳排放条件,在供应商融资策略下,供应商会降低批发价格,所以减少了制造商的成本支出。但是随着政府逐渐放宽碳限额政策,制造商的利润逐渐降低,因为在低碳排放条件下,随着碳限额政策的逐渐放松,供应商会提升批发价格,所以导致制造商的利润逐渐降低。这也说明批发价格对制造商利润的影响超过生产量。因此,制造商在减排和增加产量的同时,也应寻找与供应商的合作途径,降低批发价格。

从图2c可以看出,从供应链系统来看,供应商融资是占优的,因为供应商融资是上游供应商和下游制造商之间的内部融资,供应商降低批发价格的行为,激励了制造商提高生产量,提高供应链整体的运营效率,所以在一定程度上缓解了双重边际效用。

4 结 论

本文在碳限额政策下,考虑制造商受到减排资金约束,分别构建银行融资和供应商融资策略下的供应链决策模型,分析了不同碳限额政策对供应链的减排与生产决策的影响,并对2种融资策略下供应链的决策结果进行了比较。研究结果表明:

(1) 2种融资策略下,供应商和制造商的最优决策取决于碳排放上限。当政府放宽碳排放政策时,制造商可以在其利润最大化的基础上进行决策;当政府收紧碳排放政策时,制造商必须将碳排放上限设定为排放上限,并根据碳排放上限最大化其利润。

(2) 银行融资策略下,当政府收紧碳限额政策时,供应商会降低批发价格激励制造商减排,制造商通过降低生产量减少碳排放,只有当单位产品的初始碳排量较低时,制造商才会考虑加大减排投入,提高减排量;供应商融资策略下,无论何种碳限额政策,供应商作为减排活动的投资者,均会降低批发价格以激励制造商加大减排投资。

(3) 通过比较2种融资策略下减排后的碳排放量发现,银行融资时的碳排量小于供应商融资,这与绿色信贷政策相符。绿色信贷的目的是严格执行碳排放要求,支持企业发展绿色经济、低碳经济和循环经济,引导银行业金融机构配合国家节能减排战略的实施。

(4) 从制造商和供应链系统利润最大化出发,无论何种碳限额政策,供应商融资更占优;从供应商利润最大化出发,供应商只有在高碳排放条件才会借款给制造商。

由此可得如下管理启示:对政府而言,政府在制定碳限额政策时,需要考虑企业当前的碳排放水平。当企业目前的碳排放量比较高的情况下,政府在制定碳限额政策时应该适当放宽,否则,由于巨大的减排压力,企业可能会退出市场;当企业目前的碳排量比较低时,收紧的碳限额政策更能引导企业减排。对于企业而言,加强上下游企业间的合作更有利于应对碳排放政策的压力。

此外,本文只考虑了单个供应商和单个制造商组成的供应链系统,市场需求是确定型的,在实际情况中,存在多供应商和多制造商组成的更复杂的供应链系统,市场需求也是随机的,这些都是下一步的研究方向。