碳交易及消费补贴下的服装行业碳减排决策问题

郑 路， 张明霞， 胡觉亮， 韩曙光

(1. 达利(中国)有限公司， 浙江 杭州 311200； 2. 浙江理工大学 服装学院, 浙江 杭州 310018；3. 浙江理工大学 理学院， 浙江 杭州 310018)

气候变化关乎全人类的共同命运，推动温室气体减排已成为世界各国的共同责任。中国长期致力于碳减排，已将碳达峰、碳中和纳入生态文明建设整体布局，实现“双碳”目标已成为全社会的共识。2021年7月16日，全国碳排放权交易市场正式启动，标志着我国碳减排进入市场化阶段。碳排放权交易将成为推进节能降碳，促进绿色低碳环保技术创新，引导产业结构优化，实现碳达峰、碳中和的重要手段。

纺织服装行业因具有高碳排放性，对环境带来一些负面影响，随着碳交易市场覆盖范围的不断扩大，其又将何去何从？碳交易下纺织服装企业碳排放成本将逐渐显现，碳中和倒逼企业由内而外改革。纺织服装企业可结合其行业特点，循环利用纺织纤维，设计服装生产中的低碳流程并将其转化为成衣上的“碳标签”，采用新能源，引进低能耗设备等方式实现绿色低碳转型。其中，服装再制造是指将回收的废旧服装经分拣、消毒、去除拉链等金属饰品后，经物理或化学方法生成再生纤维，而后再生纤维经纺纱、织造制成再制造服装的过程。现阶段服装再制造技术成本较高，消费者对再制造服装接受度较低，再制造服装不具备竞争优势，政府应在政策上给予支持。

越来越多的学者也在关注碳交易及减排投资的问题。Wang等[1]研究发现资金约束和碳交易政策均能促进制造商从事再制造活动。Xu等[2]研究了碳限额规制下两级供应链中零售价和碳足迹的最优决策问题。Du等[3]研究了碳交易下碳足迹和消费者低碳偏好对排放依赖型企业生产决策的影响。焦建玲等[4]针对企业加入碳交易体系和不加入而接受超额惩罚的情形建立模型，探究不同排放配额、交易价格和惩罚价格对企业定价决策的影响。Zhang等[5]探讨了消费者低碳意识、零售商公平关切和政府补贴下的最优碳减排决策问题。Yang等[6]在碳交易政策下建立了再制造闭环供应链模型，发现再制造可有效提高企业的碳减排水平及利润。Wang等[7]研究了制造商和零售商间的联合碳减排问题。Yang等[8]研究发现碳限额与交易下供应链企业间的纵向合作可提高碳减排率，制造商间的横向合作会损害消费者的福利。政府补贴政策也极具研究价值，Li等[9]从闭环供应链的角度探讨了政府如何实施碳补贴政策才能激励企业的碳减排行为。Zhao等[10]建立了考虑再制品消费偏好和政府补贴的决策模型，发现再制造企业与消费者分享一定比例的补贴可增加再制造企业的利润。狄卫民等[11]分析了无政府补贴、政府补贴经销商再制造及政府补贴制造商再制造下的企业决策影响。

本文在碳交易政策下建立由原料供应商(S)、制造商(M)、零售商(R)和回收商(T)组成的四级服装闭环供应链模型，对比分析碳交易政策下无政府补贴且无企业减排努力、仅政府再制造补贴、仅制造商减排努力及同时补贴和减排的4类情形，探讨政府对再制造服装消费者补贴和制造商碳减排投资对供应链碳排放总量、供应链成员利润及服装产业发展的影响。本文有别于以往研究之处：1)配额分配采用以强度控制为主的行业基准法，免费碳配额与实际产量线性相关；2)考虑政府对消费者直接进行补贴以鼓励再制造服装的销售，以往文献大多研究政府对企业补贴;3)考虑由原料供应商、制造商、零售商和回收商组成的服装闭环供应链模型，将服装生产过程中的面料生产与服装加工区分开来，并考虑再生面料和传统面料在生产过程中碳排放量不同的情形。

1 问题描述与基本假设

1.1 问题描述

本文考虑碳交易下由原材料供应商、制造商、零售商和回收商组成的四级服装再制造闭环供应链模型，如图1所示。原材料供应商从回收商处以废旧服装转移价格b收购废旧服装，并将其通过相应再生技术生成为再生面料，同时供应商也生产传统面料，单位再生面料的加工成本及碳排放量分别为cr和er，单位传统面料的生产成本及碳排放量分别为cn和es；λr表示再制造服装碳减排系数，0<λr<1。其中，令λs=1-λr且er=λses。

图1 碳交易下四级服装再制造闭环供应链模型Fig.1 Four-level closed-loop supply chain model for garment remanufacturing under carbon trading

供应商分别以kr和kn的批发价将再生面料和传统面料出售给制造商。制造商负责生产再制造服装和传统服装，并将其分别以wr和wn的批发价售卖给零售商，由面料加工至成衣过程的碳排放量为em。零售商最终以pr和pn的价格销售再制造服装和传统服装。回收商负责从消费者处以f的价格回收废旧服装。碳交易下供应商和制造商作为生产型企业，政府分配给其一定的免费碳配额，生产单位面料和单位服装的免费碳配额分别为δs和δm。按照行业基准法的碳配额分配方式，k和μ分别表示纺织行业及服装行业的基准碳排放强度系数，则δs=kes和δm=μem。企业碳排放权不足或剩余均可在碳市场进行交易，碳排放权交易价格为pe。其中：es、em、er、δs和δm的单位为“10 kg”；pe的单位为“元/(10 kg)”；b、cn、cr、kn、kr、pn、pr和f的单位为“元”。

1.2 基本假设

假设1：制造商是Stackelberg博弈的主导者;

假设2：结合再生面料生产技术成本较高的现状，故b+cr>cn;

假设3：假设供应商与制造商的碳排放均未达到行业标准，即0

假设4：废旧服装回收量I与再制造服装需求量Dr的关系为：I=hDr，其中:h≥1，h表示二者的倍数关系;

2 模型建立

2.1 无补贴且无减排模型(情形Ⅰ)

此情形关注碳交易下无政府扶持且无企业减排努力时，再制造闭环供应链受碳市场及消费市场作用的影响。

基于消费者效用理论[13]，消费者对传统服装的剩余效用Un=v-pn，v为消费者对传统服装的心理价位，v∈[0,Q]，服从均匀分布，Q为意愿支付的最高价格；消费者对再制造服装的剩余效用Ur=ρv-pr，其中ρ∈(0,1)，ρ表示消费者偏好系数。当Un>Ur时消费者选择购买传统服装；当Un

考虑供应商和制造商的生产受碳排放约束，零售商、回收商、制造商和供应商的利润模型如下：

供应链的碳排放总量为

E=(em+es)Dn+(em+λses)Dr

式中:ΠR、ΠT、ΠM和ΠS分别为零售商、回收商、制造商和供应商的利润，单位为“元”；碳排放总量E的单位为“10 kg”。

2.2 政府补贴及制造商碳减排模型(情形Ⅱ)

为有效降低供应链的碳排放，引导企业积极投入再制造生产活动，政府对购买再制造服装的消费者给予补贴，提高再制造服装的市场份额，进而间接影响企业的生产决策达到碳减排的目的。由相关文献[14]可知，男衬衫生产过程的碳排放量高于衬衫所用面料生产过程的碳排放量，其中缝制环节碳排放较高，故考虑服装制造商优化成衣缝制流程，对绿色环保缝制机械进行技术投资以降低成衣生产过程的碳排放。

政府对再制造服装消费补贴下传统服装和再制造服装的剩余效用分别为Un=v-pn，Ur=ρv-pr+s；传统服装和再制造服装在成衣生产过程中共用一套生产流程及设备，制造商碳减排举措对其影响相同，故满足条件的传统服装和再制造服装的需求函数分别为：

式中:s为政府补贴，元/件；ξ为制造商碳减排对需求的敏感系数；τ为制造商碳减排率。

零售商、回收商、制造商和供应商的利润模型如下：

供应链的碳排放总量为

E=[(1-τ)em+es]Dn+[(1-τ)em+λses]Dr

3 模型求解及分析

以制造商为主导者的Stackelberg博弈中，原材料供应商、制造商、零售商和回收商均追求各自利润最大化。制造商首先决策传统服装和再制造服装批发价，而后供应商确定传统面料和再生面料批发价，最后回收商和零售商分别决策废旧服装转移价格、传统服装及再制造服装零售价。

3.1 情形Ⅰ下的最优决策与分析

为简化表示，定义M1=pe(1-k)es，N1=pe(λs-k)es，X1=pe(1-μ)em。

命题1:情形Ⅰ下，通过逆向求解法得到供应链成员决策的均衡结果如下：

1)单位传统面料和再生面料的批发价分别为：

2)单位传统服装和再制造服装的批发价分别为：

ρh2B(3Q+cn+M1+X1)]/4[h2B+ρ(1-ρ)]

3)单位传统服装和再制造服装的批发价及需求量分别为:

ρh2B(7Q+cn+M1+X1)]/8[h2B+ρ(1-ρ)]

h2B(Q-cn-M1-X1)}/8[h2B+ρ(1-ρ)]

8[h2B+ρ(1-ρ)]

4)单位废旧服装的转移价格

bI*=[4ρ(1-ρ)(-nhB)+

h2B(ρcn-cr+ρM1+ρX1-N1-X1-

3nhB)]/4[h2B+ρ(1-ρ)]

进一步分析命题1，可得到以下推论。

碳交易价格的高低影响着服装市场的稳定与发展，尽管碳交易价格是由市场决定，政府也应给予适时调控，建议通过碳交易手续费的方式调节碳排放权的再分配，使市场自行调节排放权流动。此外，碳中和目标的推进下，碳交易价格上涨及免费碳配额收紧是大势所驱，行业基准线下的企业应主动寻求低碳生产方式。供应商可转移生产方向，着重生产再生面料，降低碳排放成本；制造商则可进行碳减排投资来应对挑战。

3.2 情形Ⅱ下的最优决策与分析

为简化表示，定义X2=pe(1-τ-μ)em，N2=pe(λs-k)es，M2=pe(1-k)es。

命题2：情形Ⅱ下，采用逆向求解法得到供应链成员的均衡结果如下。

1)单位传统面料和再生面料的批发价分别为：

X2+2ρξτ)+ρh2B(Q+cn+M2+X2+2ξτ-

2ρξτ)-2h2B(-3s-cr+nB-N2+X2)]/

4[h2B+ρ(1-ρ)]

2)单位传统服装和再制造服装的批发价分别为：

X2+4ρξτ)+ρh2B(3Q+cn+M2+X2+6ξτ-

2ρξτ)+4h2Bs]/4[B+ρ(1-ρ)]

3)单位传统服装和再制造服装的批发价及需求量分别为:

X2+12ρξτ)+ρh2B(7Q+cn+M2+X2+14ξτ-

2ρξτ)+8h2Bs]/8[h2B+ρ(1-ρ)]

N2-7ξτ+5ρξτ]+h2B(Q-cn-M2-X2+

2ρξτ-ρ2ξτ+ρ3ξτ)}/8[h2B+ρ(1-ρ)]

X2+7ρ2ξτ-5ρξτ-2ρh2Bξτ+ρ2h2Bξτ-h2Bξτ)/

8[h2B+ρ(1-ρ)]

4)单位废旧服装的转移价格为

bⅡ*=[4ρ(1-ρ)(-nhB)+h2B(ρcn-cr+

ρM2+ρX2+3s-N2-X2-3nhB+7ρ2ξτ-

5ρξτ-2ρh2Bξτ+ρ2h2Bξτ-h2Bξτ)]/

4[h2B+ρ(1-ρ)]

进一步分析命题2，可得到以下推论。

传统服装生产过程中碳排放量较大，其零售价、批发价和需求量对免费碳配额的变化更为敏感，随着供应商和制造商行业基准碳排放强度系数的增加，2类服装零售价和批发价降低、需求量增加。即随着免费碳配额的收紧，服装零售价及批发价升高、需求量降低，政府通过限制碳排放的方式倒逼企业碳减排。随着零售价的上涨，消费者也将承担部分碳排放成本，同时2类服装需求降低，碳排放总量也将减少，适量收紧碳配额有利于控制供应链的碳排放总量。

随着供应商碳配额的收紧即k减小，2种面料的批发价上升，随着制造商碳配额的收紧即μ减小，2种服装的批发价降低。表明供应商免费碳配额较少时，生产面料所需碳排放成本较高，故批发价上升；制造商免费碳配额收紧表明服装的需求量降低，面料供过于求，故面料批发价降低。

随着再制造碳减排系数λr的上升，再生面料的碳排放成本减少，降低了其生产成本，故再生面料的批发价降低，相应地再制造服装批发价及零售价也将下降，有助于增强消费者对再制造服装的购买力，降低传统服装的竞争力。同时，供应商为获得更大收益也将转向生产再生面料，形成良性循环，促进服装产业的低碳转型。

随着政府对购买再制造服装消费者补贴的增加，再制造服装的零售价和需求量均增加，传统服装需求量降低，再制造服装对传统服装形成了蚕食效应；政府对再制造服装消费者的补贴亦扩大了服装市场的总需求量。政府的扶持可激励企业参与再制造活动，促进再制造产业的发展，同时降低单位服装的碳减排量，增加服装市场的活力。

下文将考虑制造商碳减排但无政府补贴作为情形Ⅳ，即s=0。

4 算例分析

鉴于上述部分的数学表达式较为复杂，无法直接观察出变量间的关系，将通过数值算例对相关结果进行分析。参考服装生产过程中的实际数据及碳市场的交易价格，对参数作出如下假定：ρ=0.6，Q=100,B=1.6,n=0.1，h=1.3，cr=5.5，cn=5，pe=0.5，es=2，em=3，ξ=10，s=10，τ=0.4，λs=0.4，μ=0.6，k=0.6，β=800。

4.1 情形Ⅳ下碳减排率影响分析

图2示出情形Ⅳ下碳减排率对需求量、零售价、利润及碳排放总量的影响。

图2 情形Ⅳ下碳减排率对需求量、零售价、利润及碳排放总量的影响Fig.2 Impact of carbon emission reduction on demand (a), retail price (b), profit (c); and total carbon emission (d)

由图2对情形Ⅳ下的碳减排率影响分析知，考虑制造商碳减排但无政府补贴情形下随着制造商减排率的增加，2种服装的需求量和零售价均增加，供应链各成员的利润亦增加；传统服装的需求量和零售价均高于再制造服装，表明生产单位传统服装的利润较高，为获得较高的收益，企业更倾向于生产传统服装，单位传统服装的碳排放量也相对较高；碳排放总量出现先增高后降低的趋势，碳减排率较低时，2类服装需求量的增加使碳排放总量上升,而后随着碳减排率的不断提升，碳排放总量降低。仅当减排率接近1时，碳排放总量较减排前才有所降低，仅制造商碳减排虽能促进经济发展，却降低了环境效益，不能达到二者均衡发展的效果。

4.2 情形Ⅱ和Ⅲ下政府补贴的影响分析

图3示出政府补贴对碳减排率、需求量及零售价的影响。可知情形Ⅱ下随着政府对再制造服装消费者补贴的增加，制造商的最优碳减排率增加，传统服装的需求量减少，再制造服装的需求量增加，总需求量平稳上升，单位服装碳排放量降低且供应链碳排放总量降低。消费补贴促进了2种服装零售价的上涨，再制造服装零售价增长较快，同时企业从单位再制造服装中的获利增加，企业将扩大对再制造服装的生产。

图3 情形Ⅱ下政府补贴对碳减排率、需求量及零售价的影响Fig.3 Impact of government subsidies on carbon reduction rate (a), demand (b) and total carbon emission (c)

图4示出政府补贴对利润的影响。可知随着补贴的增加，制造商的利润先保持平稳，而后降低。制造商生产单位传统服装和单位再制造服装所需承担的碳排放成本相同，补贴导致传统服装减少的同时增加了再制造服装的需求量，总需求量增加，制造商从再制造服装中获得的利润不足以弥补碳排放增加的成本，导致利润降低。比较情形Ⅱ与情形Ⅲ下制造商的利润易知，情形Ⅱ下制造商利润更高，且碳减排投资属于一次性投资，下个生产周期内制造商的利润亦将有所增加。

图4 政府补贴对利润的影响Fig.4 Impact of government subsidies on profit

图5示出政府补贴对碳排放总量的影响。可知情形Ⅱ和Ⅲ下的碳排放总量随补贴的增加而降低，情形Ⅲ下的碳排放总量变化较快。仅政府补贴下，更有助于实现碳减排。

图5 政府补贴对碳排放总量的影响Fig.5 Impact of government subsidies on total carbon emissions

简言之，相对较低的再制造补贴能够保证制造商的利润水平；相对较高的补贴可增加环境效益，加速实现碳减排。

4.3 情形Ⅱ和Ⅳ下最优碳减排率影响分析

图6示出碳交易价格对最优减排率的影响。可知碳交易价格的增加，提升了制造商的最优碳减排率，碳交易政策在一定程度上能够推动生产型企业的碳减排投资。

图6 碳交易价格对最优减排率的影响Fig.6 Impact of carbon trading price on optimal emission reduction rate

碳交易政策下，仅制造商进行碳减排投资，可增加供应链企业的经济效益，但易造成碳排放总量的增加；仅依靠政府对再制造服装消费者的补贴，可减少碳排放总量同时推动再制造服装产业的发展，但补贴过高会降低制造商的利润，不利于调动制造商的减排积极性。因此，为平衡碳排放及服装产业发展，在制造商进行碳减排努力时，政府可适度对再制造服装消费者进行补贴。

5 结 论

为探究碳交易下服装企业如何兼顾绿色环保效率及企业效益，以绿色低碳可持续方式引领服装行业高质量发展。本文构建了由原料供应商、制造商、零售商和回收商组成的服装闭环供应链模型，分析政府对再制造服装消费者补贴和制造商碳减排投资对服装行业的发展、供应链成员利润及碳排放总量的影响,得到如下主要结论。

免费碳配额的收紧可降低传统服装和再制造服装的需求量，减少供应链碳排放总量；再制造碳减排系数的增加可增加再制造服装的市场份额同时降低供应链碳排放总量；碳交易价格在一定范围内的增加，能够推动再制造服装的发展。碳交易政策下，服装生产企业主动减排投资且政府对再制造产业进行扶持，可在一定程度上实现经济和环境的协调发展。

本文主要考虑制造商碳减排努力的情形，后续研究可进一步探究供应商和制造商共同进行碳减排投资对供应链碳排放总量的影响，且二手服装及服装租赁业务可提高服装使用率，具有节能减排作用，也值得未来深入研究。