碳配额机制下绿色供应链决策及收益分享合同研究

张 煜, 何雪峰

(西南科技大学 经济管理学院, 四川 绵阳 621010)

随着全球变暖和温室气体排放不断增加,人类逐渐意识到节能减排的重要性[1]。研究表明,具有社会责任感的消费者更倾向于购买绿色产品[2]。2017年,我国正式推行了碳配额交易机制,覆盖了全国市场范围。碳配额交易是指政府向生产企业发放一定量的碳排放权,当企业的碳配额用完时,可以从碳交易市场购买额外的配额;而如果企业未使用完碳配额,还可以将其出售给其他生产企业。通过这种机制,政府鼓励企业减少碳排放,促进碳交易市场的发展。这一机制考虑到了消费者对低碳产品的偏好,在这种机制下,协调绿色供应链具有重要意义。

部分学者致力于研究碳配额机制对绿色供应链运营决策的影响。张令荣等[3]构建了在碳配额交易政策下制造商进行减排技术投入、回收再制造、同时进行减排技术投入与回收再制造3种模式的博弈模型。马秋卓等[4]研究了基于碳配额机制的碳交易体系下单个企业低碳产品最优定价及碳排放策略问题,考虑了消费者不同偏好的影响因素。张令荣等[5]考虑碳配额交易政策下制造商回收努力难度和新产品单位碳排放量信息不对称,探讨不同权力结构下制造商的谎报行为及其对供应链绩效的影响。

近年来,绿色供应链的减排决策研究受到关注。黄帝和张菊亮[6]研究了不同权力结构下的供应链最优减排和定价决策问题,分别给出了零售商主导和制造商主导的博弈均衡解。鲁其辉和廖昌华[7]基于3种供应链权力结构,采用博弈论方法定量研究了由单一制造商和单一零售商组成的竞争型绿色供应链决策问题。冉文学等[8]在碳税环境下考虑二级绿色供应链,构建了基于政府进行低碳补贴的决策模型,并引入收益共享契约。

在供应链领域,学者们关注于不同合同对供应链的协调作用。韩梦玮等[9]研究了绿色供应链在传统零售渠道和网络直销渠道上的最优渠道定价和最优产品绿色度决策,并设计二部定价契约以促进制造商和零售商实现共赢。吴成锋等[10]研究发现,通过采用绿色成本分担+二部定价契约,能够使存在公平关切行为的双渠道绿色供应链达到完全协调。其中,收益分享合同在协调供应链方面起到了重要作用。Giri和Bardhan[11]发现收益分享合同可以有效地协调差异供应链,实现供应链成员的双赢。Xu等[12]研究了在总量管制与交易制度下,收益分享契约对双渠道二级供应链的影响。

现有基于碳配额交易机制研究绿色供应链的文献并不多,且鲜有同时考虑收益分享合同和消费者低碳偏好的情况。为此,基于碳配额机制,构建绿色供应链的集中化和分散化决策模型,并引入收益共享契约分析绿色供应链企业的订购决策和最优减排策略。

1 供应链结构

根据面向订单生产(make to order,MTO)供应链假设,上游制造商生产产品,并由零售商负责包装和销售给最终消费者(图1)。在这个过程中,没有考虑制造商的库存成本,因为产品数量完全取决于市场需求越来越多的消费者倾向于购买节能降耗的产品,即使价格更高也愿意支付。越来越多的消费者倾向于购买更环保的产品,即使价格更高也愿意支付,这种消费趋势鼓励制造商提高单位产品的减排量,以获得更多低碳消费者市场份额。在这种情况下,零售商可能会与制造商达成合作协议,其中一部分收益归制造商所有,并且零售商可以享受较低的批发价。因此,在研究中考虑碳配额交易机制,并构建一个二级绿色供应链模型,其中包括单一制造商、零售商和环保型消费者,研究重点是集中化决策、分散化决策以及收益分享合同这3种供应链模型的最优决策分析。

图1 供应链结构

2 绿色供应链决策模型的构建

假设政府分配给制造商的初始碳排放额度为E。制造商需要根据这个初始碳排放额度来规划和控制自己的碳排放行为。此时单位产品的碳排放量为e0-e,其中e0为制造商初始单位产品碳排放量,制造商在制造过程中的碳排放总量为(e0-e)q,其中q为制造商的生产数量,这表示若制造商能够剩出部分碳排放额度,可以在碳交易市场上出售剩余碳排放权,表示为E-(e0-e)q。如果他们发现自己的碳排放超过了政府分配的初始碳额度,则需要从碳交易市场处购买额外的碳排放权,碳交易的总量是(e0-e)q-E;综上,碳排放交易的成本或者盈利可以表示为|d[(e0-e)q-E]|,其中d为单位碳价格。

产品需求与零售商设定的销售价格以及制造商的减排水平呈线性关系。同时,碳排放也会影响产品的需求情况。制造商的减排水平越高,其产品单位碳排放量越低,市场需求也会相应增加。随着消费者环保意识的提高,他们更倾向于购买低碳产品。与Zhang等[13]的研究类似,需求函数由q=a-p+be,其中,a为最初的市场需求,b为消费者低碳偏好,e(e≥0)代表制造商单位产品碳减排量。

3 绿色供应链决策分析与讨论

3.1 集中化决策

供应链成员以供应链总利润最大化为目标进行集中决策。供应链利润函数T为

(1)

式中:p为零售商零售单价;q为制造商的生产数量。

根据式(1)可以得到命题1及其推论。

命题1最优减排量e*和最优零售价p*为

(2)

(3)

将最优减排量和最优零售价代入式(1),可以得到集中决策下供应链最优总利润T*为

T*=(-ka2+2kade0+2Eb2d+4Ebd2+2Ed3-

(4)

根据上述最优解得到推论1。

推论1在集中化决策中:

1)最优减排量e*随着消费者低碳偏好b的增加而增加。

3)当b≥d,最优零售价p*随着消费者低碳偏好b的增加而增加。

证明:对消费者低碳偏好求一阶导数,可以得到:

很明显可以看出消费者低碳偏好对最优减排量和最优总利润的影响,只需要讨论最优零价的变化趋势。

在集中决策模式下,提高消费者的低碳偏好有利于提高绿色产品的环保水平。当消费者的低碳偏好大于单位碳价格时,消费者的低碳偏好越高,最优零售价就越高。当单一碳价格高于低碳消费者偏好时,最优零售价格的变化是不确定的。虽然提高最优零售价格可能会导致产品需求下降,但消费者低碳偏好的增加必定会提高整个供应链的收益。

3.2 分散化决策

在碳配额交易体系下,分散决策下制造商和零售商的利润函数R、M可分别表示为

R=(p-w)q

(5)

(6)

根据逆向归纳求解,先求出最优零售价的表达式p,再求出制造商的最优批发价格w和单位产品碳减排量e,即得到以下命题2及其推论。

命题2最优减排量e*、批发价格w*、零售价p*以及市场最优需求为

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

根据命题2可得出推论2。

推论2当供应链企业生产,在分散决策模型中:

证明:

由推论2中1)可知,消费者对低碳的偏好日益增加,迫使制造商加强低碳创新,减少碳排放。消费者低碳偏好越大,消费者的低碳敏感性越高,生产者的碳排放量减少越多。同时,提高消费者对商品的低碳属性的兴趣也有利于整个供应链。

由推论2中2)、3)可知,最优批发和零售价格趋势是不确定的,且受单一碳价格和碳减排成本的双重因素影响。

根据推论3可知,在集中决策模型中,制造商所生产的产品相较于分散化决策模型下的产品更加环保,并且供应链整体的总利润也要远超过分散决策模型下的总利润。因此,为了实现在分散决策模型下提升盈利能力和产品绿色度的目标,应该努力提高供应链的盈利能力,并采取措施提升产品的绿色度。

3.3 收益分享合同

为了促进制造商的碳减排投入,零售商采取了一项策略:向制造商提出收益分享合同。根据这个合同,在制造商确定产品的碳减排量之前,每售出一单位低碳产品,零售商将保留一定比例t的收入,并将剩余收入的(1-t)返还给制造商。这样一来,零售商就能够激励制造商更积极地参与碳减排活动。

供应链实施收益分享合同时制造商和零售商的利润函数表示为

(13)

R=t(p-w)q

(14)

命题3根据式(13)、式(14)求解可得:

w*=(e0b2d+ab2+e0bd2+3abd+2ad2-

2e0kd-2ak)/{2[(b+d)2-2k]};

M*=(-ka2+2kade0+4Eb2d+8Ebd2+

T*=(-3ka2+6kade0+8Eb2d+16Ebd2+

推论4消费者低碳偏好影响收益分享合同的最优决策,具体如下:

2)最优的单位减排量、产量和供应链总利润与低碳偏好之间呈正相关关系。消费者对低碳产品的偏好越强,制造商减少的碳排放量就越大。这表明,强低碳偏好型的消费者市场对推动制造商减排工作具有显著效果。

尽管收益分享合同下供应链的收益水平无法完全达到集中决策模型下的水平,但实际上,集中决策在现实中可能较难实现,同时常见的分散决策会导致双重边缘化问题,收益分享合同仍然是协调分散决策并提高效益的有效手段。

4 结论

基于碳配额交易机制,构建一条由单一制造商、单一零售商和具有消费者低碳偏好的消费者构成的二级绿色供应链。利用斯坦伯格博弈模型分析了绿色供应链在集中、分散和收益分享合同下3种模型下的最优决策,同时考察了消费者低碳偏好和单位碳价格对供应链最优决策的影响。通过研究得出以下结论。

1)消费者低碳偏好对于制造商的决策起着重要影响。当消费者对低碳产品有较强偏好时,制造商会更倾向于生产具有绿色属性的产品。通过教育和宣传,可以增加消费者对环境问题的认识,并鼓励他们在购买决策中考虑产品的绿色属性和减排量。

2)碳配额机制可以有效推动制造商生产更绿色的产品。政府在限制企业碳排放方面采取盲目取消措施是不利于遏制温室气体排放的。过高的单一碳价格可能会导致零售价格上涨,从而减少对绿色产品的总体需求。为了降低碳排放量,制造商可以采取一系列措施,如优化生产流程、投资清洁能源技术以及与供应链合作伙伴合作等,以提高可持续发展水平。

3)收益分享合同在很大程度上提高了供应链成员的利润,提升了整个供应链的绩效。尽管收益分享合同没有达到集中决策模型下的水平,但考虑到集中减排决策在现实情况下较难实现,收益分享合同在绿色供应链中仍然起到积极作用。

本文中只考虑了制造商和零售商信息对称的情形,而在实际情况中,信息不对称的情形普遍存在,因此,下一步研究可以考虑制造商和零售商在信息不对称的情况下,绿色供应链的决策选择及协调问题;此外,在绿色供应链中引入了收益分享合同,在下一步的研究中,可以将合同拓展到纵向联盟下的收益分享合同以及收益分享-成本分担等不同双向组合契约。