碳排放约束下绿色技术创新供需双方的利益均衡博弈分析

武亮，董莹锘，周建华，唐洪雷，肖汉杰,2

（1. 湖州师范学院 经济管理学院，浙江 湖州 313000；2. 昆明理工大学 复杂有色金属资源清洁利用国家重点实验室，云南 昆明 650093）

随着工业化、城市化的快速发展，发展中国家经济发展呈现高碳特征[1]。绿色技术以清洁无污染的能源为载体，有效地降低污染排放、改善生态环境，为绿色经济发展提供有效支持，正成为发展中国家协调经济、社会、环境矛盾的主要途径[2]。

绿色技术创新普遍存在高成本、高风险和收益不确定性等问题，且其具有正的外部性，导致企业创新动力不足[3]。世界各国政府为鼓励企业开展绿色技术创新推出了碳税、碳交易与碳补贴等多种宏观层面的碳排放机制[4]。然而，从实践来看，企业作为创新供给端的核心主体，其创新的内生动力不足的原因在于，需求端的高碳消费路径依赖还没有根本破除[5]，绿色技术创新供需双方（创新供给方和创新消费方）利益诉求不一，严重制约着绿色技术创新进程与成效，亟待寻求新的破解机制[6-7]。

1 文献综述

针对当前绿色技术创新中供需双方利益矛盾冲突问题，国内外很多学者引入博弈论为破解当前绿色技术创新囚徒困境做出了有益探索，主要可归纳为三类：第一类，政产学研金间的博弈。例如，LI 等[8]、CUI 等[9]、卞晨等[10]、肖振红等[11]等专家学者针对企业研发投入高、收益不确定的问题，分析了政府部门、金融机构与企业以及科研院所在绿色技术创新决策过程中的相关影响，多是强调政府应该引导金融机构支持企业开展技术创新。例如创新金融产品、拓展融资渠道等。第二类，企业间博弈。例如，LIU 等[12]、孙明波等[13]、刘丽等[14]从绿色技术创新供应链入手，聚焦于制造商、供应商和零售商之间的博弈，得到了主体间合作的条件与策略。第三类，政府部门、企业和公众（消费者）间的博弈。例如，马光红等[15]、汪明月等[16]、徐乐等[17]、LI 等[18]、苏屹等[19]专家学者重点探讨了政府、企业和消费者之间的在市场机制下和政府环境规制下的博弈策略选择问题，主要探讨了绿色产品需求、消费者绿色认知、政府规制力度等因素对各主体策略选择的影响，并提出相应的政策。梳理现有文献发展脉络发现，当前绿色技术创新博弈研究，从最初双主体博弈逐步演化至多主体博弈，并且更加关注消费者群体决策对绿色技术创新系统的影响，同时，全球学者都十分重视政府部门在博弈系统中扮演的政策供给决策及其影响，并指出单纯依赖市场机制，绿色技术创新系统演进非常缓慢[20-21]，甚至出现 “劣币驱逐良币” 的现象，从而导致绿色技术创新失败。

上述研究为破解绿色技术创新困境提供了重要参考，特别是第三类博弈研究将消费者作为核心主体纳入博弈系统，更加贴近现实场景。然而，现有研究多关注政府层面对企业的碳约束机制，而对消费者的碳约束或者碳激励机制关注程度有限[22-24]。实践中，很多地方政府开始探索家庭或者个人的碳约束机制，例如湖州市德清县探索实行的 “生态绿币” 、深圳市盐田区创新全国首个以 “碳币” 为核心的全民行动体系、江西省人民政府推行（绿宝）蓝币和福建省三明市 “碳票” 等，都极大激励了消费者参与生态环境保护，主动参与绿色创新产品消费。因此，非常有必要考察碳约束机制对绿色技术创新供需双方的决策行为[25-26]。鉴于此，本文首先通过利益相关者理论分析政府、企业和消费者之间利益关系，以供需双方利益均衡为目标，引入碳价、碳补贴、碳积分等参数，构建碳排放约束下政府、企业和消费者之间的三方动态演化博弈模型，探讨供需双方的决策过程以及博弈系统的演化规律，从而反思当前绿色技术创新激励机制存在的问题，并提出对策建议。

2 利益均衡博弈模型假设

2.1 利益均衡问题描述

绿色技术创新的利益相关者指受到绿色技术创新过程影响的个体和群体，并且各群体间相互影响、相互制约，某一方的利益改变会影响其他主体的利益，进而影响整个绿色技术创新过程[27-28]。现实中，由于政府、企业和消费者三大主体间存在信息不对称，企业和消费者会利用信息优势而造成 “逆向选择” 和 “道德风险”[29]。

绿色技术创新中政府、企业和消费者的利益关系可以概括为三类：第一，政府和企业属于协作约束关系，虽然政府要求企业通过绿色技术创新实现碳减排，由于企业研发绿色技术创新的过程存在高成本和高风险的特点，企业的 “短视” 导致其不会主动进行绿色技术创新，因此政府和企业间博弈的利益焦点在于社会责任与企业利益的均衡[30-33]。第二，政府和消费者属于委托代理关系，虽然政府提倡绿色消费行为，但消费者依旧存在高碳消费行为，政府和消费者间博弈的利益焦点在于政府的支持力度与消费者自身效用的均衡[17,19,34]。第三，企业和消费者属于利益均衡关系，企业和消费者间的博弈的利益焦点是企业生产策略与市场需求的均衡[35-37]。综上，政府、企业和消费者的行为对绿色技术创新产生影响，本文基于此构建政府—企业—消费者三方演化模型，从而探究绿色技术创新多主体行为的均衡条件。绿色技术创新博弈系统中政府、企业和消费者的利益关系简图见图1。

图1 绿色技术创新博弈系统中政府、企业和消费者的利益关系简图

2.2 利益均衡模型假设

假设1：本文定义博弈过程的参与主体包括政府、企业和消费者，三者均为有限理性群体。三者行为选择依赖于博弈策略带来的收益，在演化博弈过程中的博弈主体的行为是重复且动态的，可以根据收益情况改变其策略，最终达到 “演化稳定策略” 。

假设2：政府的纯策略空间由扶持和不扶持策略组成。若采取扶持策略时，政府会获得实施扶持绿色技术和激励所带来的公信力、声誉的社会收益A，同时需要给予研发绿色技术企业碳收益R1和给予消费者碳积分R2。当政府采取不扶持策略，政府会受到社会期望损失L，社会期望损失为公众评价的量化描述，为体现社会期望的正向激励作用，该值应大于社会收益（L＞A）。

假设3：企业作为绿色技术创新的核心供给主体，企业的纯策略空间由研发绿色技术和不研发绿色技术策略组成。企业研发绿色技术需花费的成本为C2，企业对政府补贴的感知价值，用传递系数β1（β1＞1）表示，在这种情况下企业会获得超额收益β1R1。同时，在政府的扶持下，碳排放量wq在碳市场是可以自由交易的，当企业有剩余的碳排放权，可以市场碳价PC进行碳排放额的交易以此获得额外收益。若企业采取不研发策略，原有技术的成本为C1，并把碳减排成本当作机会成本，因此收益为-PC-C1。

假设4：消费者是产品的购买者，消费者的纯策略空间由购买绿色创新产品和购买传统产品策略组成。消费者购买绿色创新产品与传统产品的价格为P2和P1，若国内企业不研发绿色技术，消费者有购买绿色创新产品的需求，只能从国外引进，消费者购买国外的绿色创新产品的价格为P3。不考虑政府的价格补贴，满足P3＞P2＞P1。考虑到绿色创新产品的额外效用，消费者对政府补贴的感知价值，用传递系数β2（β2＞1）表示，在这种情况下消费者会获得超额收益β2R2。政府为鼓励消费者购买绿色创新产品，发放碳积分，消费者存储积分并可以市场碳价PC交易以此获得额外收益，例如可以乘坐共同交通、冲抵电费、获得绿色产品价格折扣等。

假设5：在政府、企业、消费者的三方博弈中，政府选择扶持策略的概率为x，则不扶持的概率为1-x；企业选择研发绿色技术策略的概率为y，则不研发的概率为1-y；消费者选择购买绿色创新产品的概率为z，购买传统产品的概率为1-z。

3 利益均衡博弈模型分析

3.1 复制动态方程及均衡策略分析

根据上述假设和参数，依据博弈论支付矩阵分布，可得出绿色技术创新博弈系统主体间8种策略组合（表1）。

表1 绿色技术创新博弈收益矩阵

3.1.1 政府的复制动态方程及均衡策略

设UG1和UG2分别为政府选择扶持、不扶持策略的期望收益，为政府行为的平均期望收益，则有：

政府种群的复制动态方程为：

对FG(x)一阶求导可得：

对政府的演化稳定策略进行分析，令FG(x)=0，则：若-yzR2+y(A-R1)+zA-2yzA+L=0， 即时，此时FG(x)=0，无论x取何值，博弈均处于稳定状态；若-yzR2+y(A-R1)+zA-2yzA+L≠0，令FG(x)=0，得x1=0，x2=1 是两个稳定状态。

根据演化博弈稳定策略的性质可知，要使政府达到稳定演化策略，需要满足dFG(x)/dt＜0，此时对若-yzR2+y(A-R1)+zA-2yzA+L的不同情况进行分析：当此时x=1 为演化的稳定点，即政府倾向于选择扶持绿色技术创新；当此时x=0 为演化的稳定点，即政府倾向于选择不扶持绿色技术创新。

根据上述条件可绘制政府行为策略的演化过程，如图2 所示。

图2 政府行为选择策略的演化过程

3.1.2 企业的复制动态方程及均衡策略

企业种群的复制动态方程为

对FE(y)一阶求导可得：

令FE(y)=0， 则：x=(C2-C1-zP2)/(2Pc+β1R1)， 若x(2Pc+β1R1)+zP2+C1-C2=0，即时，此时FE(y)=0，无论y取何值，博弈均处于稳定状态；若x(2Pc+β1R1)+zP2+C1-C2≠0，令FE(y)，此时FE(y)=0，得y1=0，y2=1 是两个稳定状态。

要使企业达到稳定演化策略，需要满足dFE(y)/dt＜0，此 时 对x(2Pc+β1R1)+zP2+C1-C2的 不 同 情 况进行分析：当此时y=1 为演化的稳定点，即企业倾向于选择研发绿色技术；当时，此时y=0 为演化的稳定点，即企业倾向于选择不研发绿色技术。

根据上述条件可绘制企业行为策略的演化过程，如图3 所示。

图3 企业行为选择策略的演化过程

由图3 可知，企业行为策略的稳定性，受政府碳收益补贴额和市场碳价的影响，同时还受到企业研发绿色技术成本和消费者购买绿色创新产品的价格等因素的共同影响。当企业行为策略稳定在 “不研发” 时，存在若企业积极研发绿色技术，通过降低绿色技术的研发成本和销售价格，提高碳价和政府补贴的碳收益。

3.1.3 消费者的复制动态方程及均衡策略

设UC1和UC2分别为消费者购买绿色创新产品、不购买绿色创新产品策略的期望收益，为消费者行为的平均期望收益，则有：

消费者种群的复制动态方程为：

对FC(z)一阶求导可得：

对消费者的演化稳定策略进行分析，令FC(z)=0，则： 若xyPc+xyβ2R2+y(P3-P2)+xPC+P1-P3=0 即FC(z)=0，无论z取何值，博弈均处于稳定状态；xyPc+xyβ2R2+y(P3-P2)+xPC+P1-P3≠0，令FC(z)=0，得z1=0，z2=1 是两个稳定状态。

根据演化博弈稳定策略的性质可知，要使消费者达到稳定演化策略，需要满足此时对xyPc+xyβ2R2+y(P3-P2)+xPC+P1-P3的 不 同 情 况 进行分析：当此时z=1 为演化的稳定点，即消费者倾向于选择购买绿色创新产品；当时，此时z=0 为演化的稳定点，即消费者倾向于选择购买传统产品。

根据上述条件可绘制消费者行为策略的演化过程，如图4 所示。

图4 消费者选择行为策略的演化过程

由图4 分析可知，消费者行为策略的稳定性，受政府碳积分补贴额和市场碳价的影响，同时还受到消费者购买绿色创新产品和传统产品的价格等因素的共同影响。当消费者行为策略稳定在 “购买传统产品” 时，存在若消费者购买绿色创新产品，通过降价绿色创新产品价格和提高传统产品价格，可提高碳价和政府补贴的碳收益。

3.2 演化稳定策略分析

整理式（2）、式（5）、式（8），可得政府、车企以及消费者的复制动态方程FG(x)、FE(y)、FC(z)。Friedman研究结果指出，通过求解复制动力系统的雅可比矩阵的局部稳定性，可以得到复制动力系统的演化均衡解。三维动力系统的雅可比矩阵J：

令FG(x)=FE(y)=FC(z)=0，可以得到9 个稳定均衡点。根据Lyapunov 间接法判断各纯策略均衡点是否演化稳定点，复制动力系统的演化稳定点（EES）满足雅可比矩阵的所有特征值非正条件，见表2。

表2 均衡点稳定分析

从以上结果可知，E8(1, 1, 1)为系统的稳定点。结合现实情况考虑，在 “双碳” 目标下，政府会大力扶持绿色技术发展，进行绿色技术创新政策引导和资金支持，在此状态下，企业更倾向于 “研发绿色技术” 策略，而消费者更偏好于绿色创新产品，即博弈系统最终收敛到E8(1, 1, 1)。由于我国目前绿色技术市场的发展水平和创新主体参与积极性水平不高，政府的扶持是必不可少的，通过碳排放约束机制有利于引导企业研发和刺激消费者购买欲望，达到完全竞争市场，促使绿色技术创新市场供需平衡。

4 数值模拟仿真分析

为了更直观、清晰地展示复制动态系统中核心要素对政府、企业及消费者三方演化过程及结果的影响。本文借助于Matlab 软件对均衡点E8(1, 1, 1)进行数值模拟仿真，并对参数敏感性进行分析。假定x、y、z的初始值均为0.4、0.3、0.3，模型其余参数的初始值设定如表3 所示。

表3 博弈系统数值仿真参数设置

4.1 博弈系统对碳价的敏感性分析

在碳价为5、10、20、30、40 时的仿真结果如图5 所示。根据图5 可知，随着PC的增大，博弈系统将收敛于E8(1, 1, 1)。当PC∈[0 ～5]时，企业 “研发绿色技术” 的概率为0，表示市场碳价在极低的范围内不会对企业 “研发绿色技术” 产生激励作用，这时企业的策略选择为 “不研发绿色技术” ，这可能是极低的碳价导致企业没有追求绿色技术创新的动力。当PC∈[10 ～40]时，y、z收敛于1。当碳价升高时，企业和消费者的收敛速度提高。可见碳价的提高会影响企业和消费者的演化策略选择，较高的碳价对绿色技术创新升级产生较强的激励作用。这主要是由于碳价的提升，能够使得绿色技术创新企业获得更多的额外收益，例如通过碳交易市场出售多余的碳权，同时，还能够获得政府的补贴和其他政策激励，从而获得更大收益。此时，绿色技术创新产品将会替代原有产品市场，消费者获得绿色创新产品的成本将会下降，购买绿色创新产品必将成为其偏好。

图5 PC变化时博弈系统演化仿真图

4.2 博弈系统对政府碳补贴的敏感性分析

4.2.1 企业对碳收益的敏感性分析

在碳收益2、4、8、10、12 时的仿真结果如图6 所示。

图6 R1变化时企业演化仿真图

由图6 可知，随着R1的增大，企业将选择 “研发” 策略。当R1∈[0 ～4]时，企业 “研发绿色技术” 的概率为0，表明企业的碳收益在极低范围波动时不会对企业 “研发” 产生激励作用。对于企业的成本收益而言，当边际研发成本大于碳收益，企业选择 “不研发” 策略会使企业的利润最大化。当R1∈[4 ～12]时y收敛于1。政府对技术创新的碳补贴能够降低企业绿色技术创新的研发成本，有助于企业开展创新和研发活动。实际中，企业研发离不了政府部门的支持，不仅需要政府部门的财政扶持，也需要税费减免的激励，更为重要的是，需要政府部门为企业研发提供人才、资源等平台服务和支持。

4.2.2 消费者对碳积分的敏感性分析

在碳积分2、4、8、10、12 时的仿真结果如图7 所示。

图7 R2变化时消费者演化仿真图

根据图7 可知，随着R2的增大，消费者将选择 “购买绿色创新产品” 策略。当R2∈[2 ～12]时，z收敛于1。可见，政府给购买绿色创新产品的消费者发放碳积分，可提高消费者对绿色创新产品的认可程度与接受能力。因为绿色创新产品的生产比传统产品在资源、工艺上有着更高投入要求，因而生产成本较高，导致绿色创新产品的价格高于传统产品。所以，政府对消费者采取非经济手段的碳激励，促使绿色创新产品在合理的价格范围靠近传统产品的价格，以逐步降低替代效应对绿色创新产品的需求产生积极影响。与碳积分类似的政策，例如 “绿币” 在德清县已经推行，消费者能够绿色低碳行为，包括参与公益、保护生态环境、购买绿色低碳产品等都能够获得 “绿币” ，从而能够换购多种类型的绿色产品，较好地引导消费者进行绿色生活行为。

4.3 博弈系统对感知价值的敏感性分析

4.3.1 企业对传递系数的敏感性分析

传递系数在0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 时的仿真结果如图8 所示。根据图8 可知，企业实施 “研发绿色技术” 概率y对传递系数β1很敏感。当传递系数较低为0.6和0.8时，企业选择绿色技术创新的意愿越弱；当传递系数大于1 时，y收敛于1。可见，企业心理感知研发绿色技术所获得碳收益大于政府给予企业的真实碳收益时，企业获得超出心理预期的额外收益，企业感知利益大于感知风险，因而企业主动实施绿色技术创新。企业感知通常受到整个经济社会的影响，当整个经济社会高度认可绿色消费行为时，预期收益将会不断增加，从而增强企业绿色技术创新意愿。因此，政府部门需要引导消费者对绿色产品的认同，并且积极参与消费。

图8 β1变化时企业演化仿真图

4.3.2 消费者对传递系数的敏感性分析

在传递系数0.6、0.8、1.0、1.2、1.4 时的仿真结果如图9 所示。

图9 β2变化时消费者演化仿真图

根据图9 可知，消费者实施 “购买绿色创新产品” 概率z对传递系数β2很敏感。当传递系数较低时为0.6 和0.8，消费者购买绿色创新产品的消费偏好较弱，更偏好于购买同等性能下的传统产品。当传递系数大于1 时，z收敛于1，并且消费者演化至购买绿色创新产品策略的速度随着传递系数β2增大而变快。可见消费感知利益的变化对购买新产品意愿有显著正向影响。表明消费者对绿色创新产品的感知利益程度越高，消费者越容易购买绿色创新产品。绿色创新产品通常价格要高于传统产品，因此，消费者对绿色创新消费的感知利益，不仅仅是功能创新的认可，更需要是对绿色理念和绿色文化的认同，从而愿意支付更多的成本完成消费行为。

5 结论与启示

本文得出以下结论：

（1）政府、企业和消费者三方策略会根据不同条件发生动态变化，没有任何一方具有严格的优势策略，且博弈系统演化至均衡点E8(1, 1, 1)受到碳价、碳补贴和碳积分等多种因素的共同影响。

（2）绿色技术创新供给端的碳约束机制和消费端的碳激励机制具有良好的协同效应。目前大部分碳约束机制的研究聚焦于生产端，即碳税、碳权交易等机制对企业碳减排的作用机制，而较少关注碳排放机制对于消费者的激励作用。在部分地方探索实行 “绿币” “蓝币” “碳积分” 等关联消费者的方式，应该受到重视和推广。

（3）企业的绿色技术创新行为受到政府和消费者行为的综合影响，刺激绿色产品需求是优化绿色技术创新政策的关键。企业基于自身利益最大化，对于绿色技术创新的高风险、高成本、收益不确定特征具有天然的规避倾向，只有良好的消费市场需求和绿色技术研发政策环境带来的预期收益才能够激励企业主动开展绿色技术创新。

鉴于以上结论，得出以下启示：

（1）要处理好 “双碳” 目标实现与绿色创新市场发展的统一问题。政府部门不能一味强调通过碳约束机制促进企业创新绿色技术，降低碳排放，要根据消费群体的收入水平、人力资本水平制定绿色技术创新相关的积极策略，引导市场发挥决定性作用，即在控制社会总排放量的前提下，激励生产端和消费端更多主体参与绿色技术创新活动，协调并处理好 “双碳” 目标实现过程中与绿色创新市场发展的矛盾与冲突。

（2）政府补贴政策需要更加精准化和科学化，在刺激生产端降低碳排放的同时，也应该强化消费端的补贴政策优化。在有限的政府补贴资源下，政府应该联合多部门共同制定普适性的绿色创新补贴政策，同时兼顾企业需求特色和政府部门激励资源差异，构建特色型部门激励政策，例如政府部门推行 “碳减排挂钩” 机制，实现对传统生产能力的挂钩削减，从而促进企业进行绿色技术创新。此外，在消费端应该着重探索对绿色消费偏好和绿色消费倾向有引导和督促作用的管理机制，例如探索消费者碳排放配额（可简称为 “消费碳票” ）的补贴机制，从根本上促使绿色生活方式的形成。

（3）提高消费者绿色消费意识，主动与消费者形成一种良性的监督关系。政府部门一方面应该不断加强提升消费者对绿色技术创新的主动认可，鼓励消费者优先选购绿色产品，并引导消费者把保护生态的公共利益与满足需求的个人利益相结合，发挥个人行为的外部性，建立正确的绿色消费主观规范；另一方面应加强绿色消费教育，提高消费者的绿色意识，提高消费者对绿色创新产品的认可程度，进而引导企业绿色技术创新行为。