基于碳交易的供应链运作研究进展

蓝海燕，兰海鹏

（1.辽宁工业大学，辽宁锦州120001；2.塔里木大学，新疆阿拉尔843300）

基于碳交易的供应链运作研究进展

蓝海燕1，兰海鹏2

（1.辽宁工业大学，辽宁锦州120001；2.塔里木大学，新疆阿拉尔843300）

碳交易是目前世界范围内广泛运用的减排机制之一，在碳交易市场上，排放权成为企业有价值的碳资产。在低碳理念之下，环保绿色成为供应链运作所追求的目标。供应链低碳化运作涉及各个组成部分的节能减排，而目前关于低碳供应链的文献研究大多集中于某一个或某几个方面。运用文献研究法，基于采购、生产、配送、仓储、消费、回收六个方面，综合梳理分析碳交易下供应链运作活动的相关研究，结果表明：当前碳交易下供应链运作的研究模型单一，很少涉及成本和利润以外的决策因素，消费阶段的碳交易问题研究最少，而政府在供应链减排中所发挥的作用相对较弱。

碳交易；供应链；采购；生产加工；产品配送；消费与回收

一、碳交易的内涵

碳交易是以二氧化碳排放权为交易对象，以期通过市场机制减少全球二氧化碳排放数量。1992年6月，世界上第一个控制二氧化碳排放的国际公约——《联合国气候变化框架公约》在里约热内卢签署，涉及全球155个国家和地区。1997年，气候框架谈判取得阶段性成果——通过《京都议定书》，按照“共同但有区别”的原则，进行碳减排责任分配，提出清洁发展机制（CDM）、排放贸易（ET）和联合履约（JI）三种碳交易机制，允许缔约方之间进行碳配额的转让与获得。在《京都议定书》之下，原本不具有任何商品属性的二氧化碳成为可交易的碳资产，交易机制也由此成为世界范围内重要的减排手段。美国曾运用交易制度实施“酸雨计划”，成功地减少二氧化硫排放；包括27个成员的欧盟排放交易体系（EU-ETS），每年减排两亿吨二氧化碳[1]。中国的碳交易市场正处于起步阶段，北京、上海、天津、杭州、武汉、大连、广州、沈阳等地先后成立了环境交易所，但只有一些零星的交易，尚未形成规模。2012年9月11日，中国首例碳排放权配额交易在广州碳排放交易所完成。4家企业为扩大产能项目合计认购130万吨、总价7 800万元的二氧化碳排放权配额[2]，这是中国一级市场首例配额交易，在我国碳交易市场建设中具有里程碑式的重要意义。

碳交易通常分成两种：基于配额的交易和基于项目的交易。第一种交易的前提是获得减排配额，如源于《京都议定书》的分配数量单位（AAUs）或欧盟配额（EUAs）；第二种交易配额主要通过项目取得，如通过清洁发展项目取得核证减排量（CERs），或通过联合履行机制获得减排单位（ERUs）[3]。因此，《京都议定书》和欧盟排放交易体系是目前世界上最大的两个强制性减排市场。除此之外，还有一个形成更早、潜力巨大的自愿交易市场，采用碳汇标准和无碳标准两种形式，一些企业或个人出于社会责任自愿参与减排行动，实现无碳目标。碳交易市场具体结构如图1所示。

图1 碳交易市场结构

碳交易机制为企业完成预定减排目标提供更多更灵活的选择。在供应链运作中，所涉及的碳交易以配额交易为主，还有一部分具有减排责任的企业主动购买减排量进行自愿碳交易。无论是哪种交易行为，传统供应链的运作决策势必受到环境因素的影响而发生改变。目前基于碳交易机制视角对供应链运作管理进行全面总结的文献综述并不多，非常有必要对此进行深入的归纳分析，以得出减排机制与供应链管理有效融合的启示。

二、碳交易下供应链运作相关研究现状

碳交易与供应链各组成部分的绩效密切相关[4]，碳排放控制目标将供应链各节点企业与碳交易市场联系起来，采购、生产、产品储存与配送等各个环节都有碳排放发生，具体如图2所示。图2是一个完整的碳排放闭环供应链，本文据此将供应链运作分成采购、生产、配送、仓储与库存、消费、回收再利用六个具体方面，对碳交易下的供应链管理问题进行归纳总结。

图2 供应链碳排放图

（一）供应链采购

减少供应链碳排放的一个主要因素是在采购中考虑环境问题。《京都议定书》对于发达的工业化国家与发展中国家所规定的减排责任不同，同一单位碳排放权在不同国家之间存在成本差异，这就产生碳排放国际交易的可能。因此，在碳交易机制下，供应商选择可以演变成减少供应链碳排放的重要手段。选择对碳排放监管或立法不太严格的发展中国家作为原料来源地，整个供应链排放水平会大幅度降低，这一点由库马尔（Kumar）等[5]提出的绿色数据包络分析模型（GDEA）所证明，这种制度规避所形成的减排优势被供应链在更大空间内利用，不仅转移采购地，企业更做出生产迁移决策，将生产企业转移到发展中国家，形成供应链的跨国战略转移，如Nike和Gap的服装加工供应链[6]。李（Lee）[7]以现代公司旗下一款轿车的10个一级供应商为例，改变供应商选择方式，更多地从环境监管力度弱的国家采购，供应链排放明显降低。很明显，战略转移方式使供应链企业受益，却没有减少全球碳排放总量，因此这种所谓“环保采购”的真正价值受到质疑，阿卜杜拉（Abdallah）等[8]的研究表明：企业应该致力于运用绿色技术降低供应链碳排放，而不是通过采购环节。也可以进行环境投资，供应商对环境的关切程度会直接影响产品碳排放数量[9]。改变订货策略是从运营层面减少供应链采购环节碳排放的另一种有效方式。陈（Chen）等[10]使用经济订购批量（EOQ）模型证明，通过订货数量调整能够实现碳排放显著减少而又无成本大幅增加，这为通过调整运营策略实现减排目标提供了可能。订货批量大小与订货频次与库存成本、运输成本相关，库存成本过高，企业则减少库存持有数量，订货次数增加[11]。引入碳交易理论到传统的EOQ模型，扩展出可持续订货数量（SOQ）模型，同时考察经济、环境、社会三个标准下的最优订货策略，结果表明，限额与交易政策能有效降低供应链碳排放数量[12]。

（二）生产加工

生产方式改变会引起企业碳排放数量变化，特别是排放依赖型的生产企业[13]。在限额与交易机制下，企业会优先选择自主净化处理生产过程，降低碳排放水平，生产策略可依据排放限额进行调整，以应对碳限额要求[13]。企业获得初始配额的数量多少，会影响制造企业的生产技术选择，再决定生产数量[14]。例如生产生物质与聚丙烯两种材质的托盘，生物质托盘的加工温度更低，热定型周期更短，产生碳足迹很低，所以，在特定的碳限额下，可生产更多的生物质托盘[15]。或直接选择能源效率高的原材料进行生产，也可达到类似效果[16]。对于一个复杂的生产系统，很难进行全面技术升级，可考虑模块升级，加速子系统替换，也能减少供应链碳排放数量[17]。

企业的生产数量也会因碳交易机制而发生改变，威尔（Wirl）[18]研究碳约束下的管理政策，结果表明，由于满足环境需求而产生额外支出会使企业生产水平波动。多博什（Dobos）[19]在此基础上，进一步研究不同的碳限额对于最优生产水平的影响，企业水平会随着限额增加而增加，并证明碳交易机制的有效性[20]。如果排放权能够跨期交易，当成本增加时，厂商会出售一部分排放权来降低成本[21]。若可以像银行存款一样使用企业剩余碳配额，这样就形成排放许可银行，其对企业生产水平的影响趋势与多博什的结论相同[22]，当考虑碳减排技术投资时，企业的生产趋势保持不变[23]。当企业生产多种产品时，碳交易机制会改变产品组合策略，产品单位排放水平成为组合的重要依据[24]。如果将生产批量与运输方式结合考察，碳交易下的批量决策，多数属于NP（Non-determinis⁃tic Polynomial）难问题[25]。

（三）产品配送

供应链产品配送涉及配送中心选址、路径选择、运输模式等具体问题，生产企业的产品通常以整车方式运至配送中心，而配送中心进行二级配送时输出量相对较小。因此，配送中心位置与数量会影响产品运输排放率。迪亚巴特（Diabat）等[26]用混合整数规划模型研究碳限额约束下两级多商品供应链的配送中心选择问题，配送中心的位置影响运输及库存的成本和碳排放数量，而且碳限额越小，供应链的成本越高。莫里迪斯（Mallidis）等[27]通过多目标整数规划研究配送中心分配问题，配送中心租赁或外包会影响运输及仓库运营决策。由此可见，配送中心的选择关系到运输和库存的运营，是产品配送的关键。

配送时间、行驶距离、行驶路径不同会产生二氧化碳排放差异。帕尔默（Palmer）[28]建立的车辆路径模型，通过路径选择优化可以使二氧化碳排放量减少约5%。依据燃料消耗数量与对应的含碳比率可直接换算出特定行驶距离的碳排放数量[29]，在燃料消耗最小和行驶时间最短的条件下，排放数量一定最小，德米尔（Demir）等[30]基于这两个目标，确定出最佳的供应链配送路线。车辆负载利用率不同（如负载60%、75%、90%），物流成本与二氧化碳排放水平在负载60%时是最低效的[31]。然而，车辆负载过高又会对路面造成损害，负载整合虽然可以缓解交通拥堵，但载重增加却导致路面维护和施工的排放量更高[32]。

公路、铁路、轮船、飞机等运输方式的便利性、时间、碳排放等存在着很大差异，企业在选择运输方式时，要考虑产品类型、时间敏感性、行驶距离等因素。例如，时令果蔬等生鲜品要将到达时间作为选择运输方式的首要依据。帕恩（Pan）等[33]分析了运输模式组合对法国零售连锁分销网络碳排放的影响，如果采用单一的公路运输，通过供应链集中运作可减少14%的二氧化碳排放，而使用公路和铁路两种模式组合运输时，供应链减排比率竟然高达52%。由于公路、铁路、海运的能源消耗和碳排放强度不同，海运的氮氧化物排放量高，而卡车要比电气化铁路排放量高，但这又涉及发电资源的碳排放问题[34-35]。运输模式组合减少供应链碳排放，但选择决策还依赖于碳减排规制[36]，碳交易机制是有效的[37]。

（四）仓储与库存

仓储与库存在供应链运作中具有重要地位，相比于生产、配送、运输环节，仓储与库存的碳排放水平要低一些，所以仓储与库存环节减排具有研究空间。传统的EOQ理论被扩展，用于研究库存减排问题。华（Hua）等[38]在EOQ理论基础上建立的环境库存模型，表明库存水平与碳排放数量密切相关，而且还受到企业分配的碳限额数量与碳交易价格的影响。同样，邦尼（Bonney）等[39]也认为传统的EOQ模型已经不能解决环境约束的库存问题，利用革新的环境EOQ模型证明碳交易机制下最优订货量高于传统订货量，而且碳交易机制下供应链的订货成本更低[40]。这是由于碳排放参数能调节订货数量与库存水平[41]，使供应链的碳排放显著减少而又不会导致成本大幅增加[10]。而在碳交易下对企业进行减排技术投资时，库存水平却会下降[42]。改变库存水平是企业具体的运营决策，但能够有效减少库存环节甚至整个供应链的碳排放数量。

改变仓储模式也是碳交易机制下供应链常用的运作方法。巴洛塔（Ballota）等[43]研究通过库存共享减少供应链碳排放的方法，结果表明仓库集中使用时至少减少25%的二氧化碳排放量。特别是第三方物流更应该使用共享仓库，这样可以降低企业的成本，提高环境绩效[44]。

（五）消费阶段

消费阶段的碳排放研究与消费者的环境意识密切相关，消费者的环保意识越强，越愿意接受环保产品的高价格[45]。这种“低碳”要求使企业开始关注产品的碳足迹，沃尔玛、乐购用“碳标签”标注产品的碳排放水平[46]，而且顾客对带有碳标识的产品反响也比较强烈[47]。然而，麦金农（McKin⁃non）[48]的研究表明，核算产品层面的碳标签工作充满困难且成本很高，结果却难以令人信服，企业应该致力于管理时间和资源，进行低碳创新。

当顾客驱车购物时，与商场的距离直接影响碳排放数量[49]。而在碳排放计算方法上，莫内尔（Mózner）[50]认为，基于消费角度，核算的碳排放总量更低。只要碳交易机制的设计合理，能够被大多数人接受，个人同样能够加入碳交易中[51]。

（六）回收再利用

当产品消耗完毕后，大多都有一部分剩余价值可以再利用，即产生逆向物流问题。例如，施乐公司在全球范围内回收报废的复印机进行再制造，这不仅节约原材料费用，更减少再生产的碳排放。然而，当前对于逆向物流减排的研究相对较少。多默（Dormer）等[52]研究塑料托盘整个生产过程的碳足迹，发现在原材料回收与生产阶段碳足迹减少最多。而在回收和再制造阶段需要更多的运输，但一般认为产品回收再利用是环保的[53]。

三、研究不足及未来研究趋势

（一）不足之处

碳交易已经成为国际公认的碳减排机制，在此机制下，传统的供应链运作方式发生许多变化，低碳供应链成为研究热点，并取得许多成果。然而，本文通过对碳交易机制下供应链六个具体的运作内容进行分析，发现存在以下几方面的不足。

1.决策模型单一，很少涉及成本与利润以外的其他决策因素。融入碳约束后，使企业成本最小或利润最大依然是当前文献研究所采用的主要方法。因为碳交易制度、供应链企业所获得的环保收益、为社会带来的福利等研究相对缺失。

2.对碳排放参数的技术处理方法多样，没有明确标准。当前研究中对于碳排放参数的设定每个文献的表达形式各异。例如，计算库存环节碳排放，由于运输、库存的碳排放因子设定不同，就会得出碳交易使库存水平上升和库存水平下降两种相反的结论。在既定的碳限额下运营，由于碳参数存在差异，供应链碳排放的度量也相对比较模糊。

3.碳交易价格的确定多是来源于假设条件，与现实市场结合不够紧密。市场是价格的最终决定者，碳排放权与其他商品一样，其供给与需求受到世界经济形势的影响。源于美国的次贷危机几乎波及整个西方国家，碳交易价格一路走低曾接近于零，这种市场的不确定性在现有的文献研究中很少见到。

4.在供应链中，消费与产品回收再利用阶段排放问题的研究较少。生产制造、配送运输过程中碳排放数量最多，约占全部供应链碳排放总量的一半以上，因此这些环节的减排效果最显著。然而，完整的低碳供应链涉及全过程的控排减排，每一个环节都不容忽视。

5.除消费阶段外，其他方面的研究假设大多基于企业在碳约束下被动地接受碳交易机制。由于气候变化的迫切要求，工业化国家开始履行减排责任，将减排任务分解到石油、钢铁等大规模的工业排放实体中进行碳减排监管。供应链企业在政府减排制度面前不得不调整运营策略，以权衡企业经济效益与环保水平的最佳匹配。

6.政府在供应链减排中所扮演的角色相对较弱。企业遵守政府碳规制，选择运输路径、改变运输模式以及库存水平等，尽可能将排放水平降到最低。而在实际运作中，有时收效并不明显。如果政府改变强制制度为积极引导，通过税收优惠、政府补贴鼓励企业加入自主减排行列，就会激励企业自觉努力减排，但是现有文献中对这一方面的研究相对较少。

（二）未来研究方向

针对目前研究中存在的不足，本文提出在碳交易机制下供应链运作研究可继续深入的几个方面。

1.增加供应链社会效益决策目标，特别是用定量模型衡量碳交易所带来的社会福利、效用在当前的研究中非常鲜见，具有潜在研究价值。既可改变成本、利润这类传统的单目标决策基础，又可以扩大决策维度。若碳交易所带来的社会福利能够度量，公众将更加认可碳减排行为。

2.改变政府决策地位，激励企业自主减排。减排行动已经迫在眉睫，政府要改变其在碳规制方面的主体地位，由制定者向引导者转变。在供应链运作中引入政府补贴，对企业在技术减排上的投资给予税收优惠或直接的财政补贴，并结合适当的碳惩罚措施对碳排放水平不同的企业实行分级管理，激励企业自觉降低排放量。

3.碳交易的市场影响与供应链优化运作结合问题。在碳交易制度下，碳排放权成为企业的碳资产，其交易价格受世界性资产流动的影响，特别是工业化国家对碳排放权的需求，这种市场价格的不确定性如何反映在供应链的研究模型中，而不是仅仅用设定的高价与低价来表示，让研究理论更接近于实际。此外，供应链消费阶段的减排研究可进一步深入，基于消费者的碳偏好、碳意识，通过数量模型抽象过程有一定的挑战性。

4.供应链各企业协调优化有一定的研究空间。每个企业依据自身利益最大化原则进行经营决策，但是这种决策结果对于供应链整体未必是最优的，即“供应链双边际”问题。供应链中并不总是存在一个绝对的领导者，使供应链上下游形成一个整体。在碳交易机制下，供应链企业间如何分配碳资源，如何实现碳资源内部交易，在政府监管下，供应链各主体的利益协调更加复杂。因此，碳交易下多方利益主体博弈问题、协调机制问题、协同减排问题都有待于进一步研究。

四、结语

碳交易机制已经成为世界范围内控排的主要手段，碳交易与供应链融合程度也逐渐深入，形成了低碳供应链理论，这些科学方法必将为减排行动提供一定指导。本文基于供应链的运作环节，从供应链采购、加工、配送、仓储等六个阶段对碳交易的相关文献进行归纳总结，通过分析发现一些潜在的研究方向。这些文献大部分来自于国外企业的实践，中国作为生产性大国，碳排放数量位居世界前列，非常有必要学习国外的减排经验，结合我国企业的具体实践与国情进行有针对性的研究，这必将有助于提高企业科学决策水平，有益于企业开展减排实践。

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责任编辑：林英泽

The Supply Chain Operation Based on Carbon Trading from the Perspective of Literature Review

LAN Hai-yan1and LAN Hai-peng2
（1.Liaoning University of Technology，Jinzhou，Liaoning120001，China；2.Tarim University，Alar，Xinjiang843300，China）

Carbon trading is one of the emission reduction mechanisms that has been used broadly in the world；in carbon trading markets，emission right is the enterprises’valuable carbon asset.With the idea of low carbon，environmental protection and green has become the target of supply chain operation.Low carbon supply chain operation is related to every different component of energy conservation and emission reduction；while at present，the related literatures only focus on one or several aspects of energy conservation and emission reduction.With the help of literature review，and from such six aspects as procurement，production，distribution，storage，consumption and recycling，the authors analyze the related literatures of supply chain operation from the angle of carbon trading.It is found that the related research model is too simplified；there is little decision factor other than cost and profit has been covered；there is least literature related to carbon trading in the stage of consumption；and the role of government in supply chain emission reduction istooweak.

carbontrading；supplychain；procurement；productionprocessing；productdistribution；consumptionandrecycling

F205

A

1007-8266（2017）02-0073-07

2016-12-17

国家自然科学基金地区项目“基于成熟度的库尔勒香梨后熟特性及对运贮品质影响数值化研究”（31660475）；辽宁省社会科学规划基金重点项目“环保税驱动下具有网络营销渠道的企业供应链生产-库存协调机制研究”（L15AGL001）

蓝海燕（1980—），女，黑龙江省哈尔滨市人，辽宁工业大学教师，管理学博士，主要研究方向为物流系统建模与优化、低碳供应链；兰海鹏(1982—)，本文通讯作者，男，黑龙江省哈尔滨市人，塔里木大学副教授，主要研究方向为农产品加工与贮藏。