基于收集量激励的农林生物质发电供应链协调研究

王乙娜，张 浩，庄道元①

（1.淮北师范大学 数学科学学院，安徽 淮北 235000；2.淮北师范大学 经济与管理学院，安徽 淮北 235000）

0 引言

生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，主要包括农林废弃物、城镇垃圾.垃圾发电原料供应稳定，还可以收取垃圾处理费，相比之下，农林生物质发电供应链总成本高，商业化进程较慢［1］，再加之补贴退坡政策的实施，使得农林生物质发电行业的发展面临更大的困难.在农林生物质发电过程中，涉及农户、中间商、发电厂等上下游主体，如何集成上下游相关主体，从而提升各主体收益、促进可持续发展，是一个具有理论和现实意义的热点问题.

生物质回收存在基金组织［2］、中间商［3］、村民委员会生物质供应模式［4］等多种模式，不同的回收模式中参与主体也有所不同.但由于各主体出于自身利益最大化进行决策，忽视上下游的收益，造成行业整体利益受损，因此，需要通过协调机制来引导各主体一致性决策.檀勤良等［5-6］通过引入契约机制、信息共享机制和收益分配机制来构建新的供应链协同合作模式，还建立生物质发电供应链系统协同学模型，分析生物质发电供应链系统的协同特性.薛朝改等［7］从公平偏好的视角对秸秆发电供应链的协调问题进行研究.吴军［8］提出秸秆发电供应链上游收集与采购合作契约设计.张济建等［9］构建“政府—农户—秸秆发电企业”三方博弈模型，提出有限激励、理性退坡下秸秆绿色处理协同机制.Fan等［10］设计农民与制造商之间的“保护价+补贴”合同，以及中间商与制造商之间的“回购+收入共享”合同.杨思琦等［11］提出林木生物质中间商和生产商合并模式并验证可以实现供应链得帕累托改进.

当前的研究所提出的农林生物质发电单一契约和联合契约协调机制只能实现供应链帕累托改进［11］，无法实现供应链的帕累托最优.本文在此研究基础上，探索农林生物质发电供应链的优化协调机制设计，以实现供应链帕累托最优，为农林生物质发电供应链可持续发展提供决策支持.

1 农林生物质发电供应链模型构建与分析

1.1 供应链模型构建分析

本文的研究对象是由中间商、发电厂构成的二级供应链.中间商对农林生物质进行收集、运输并销售给发电厂，发电厂利用存储的生物质发电，将电力销售给国家电网，获得生物质发电补贴.为了简化模型且不失一般性，假设农林生物质在收集区域内具有广泛性、周期性且分布密度均匀，则中间商会优先收集周边的生物质，然后根据需求量逐步扩大收集距离.因此，假设收集区域呈现圆形状态，收集距离也称为收集半径［12］.根据张茜等［13］和Simon等［14］对农林生物质发电供应链成本收益的研究成果，模型相关参数如表1.

表1 模型参数及含义

根据李娅楠等［15］的研究成果，生物质的收集量q=πr2η，收集总成本为

1.2 供应链模型决策分析

在分散式决策情形下，中间商和发电厂都以自身利益最大化为目标，决策顺序为发电厂确定从中间商收购生物质的价格ω，中间商根据发电厂的收购价格确定生物质的收集量q.发电厂和中间商的收益函数如下：

2 基于“收集量激励”的收益共享协调契约

通过契约的实施促使中间商与发电厂之间加强合作，使得分散式决策达到集中式决策的效果.本文使用供应链集中式决策为基准.在分散式决策的均衡状态中，中间商的生物质收集量低于集中式决策，因此，考虑通过发电厂给与中间商激励的方式来促使中间商提供更多的生物质原料.由此提出“收集量激励”的收益共享契约：发电厂按照分散式决策下的最优收购价格ω*进行收购，若中间商提供的生物质量不低于集中决策下生物质最优收集量q**，发电厂再给与中间商一笔固定费用K，即“收集量激励”.对于中间商而言，有3种选择，分别是收集量低于q**、等于q**、高于q**.

（1）收集量低于q**，中间商无法拿到收集量激励费用，仅依据发电厂的收购价格决策收集量，该情况即为前文中没有协调策略的分散式决策均衡状态，中间商收益

为验证理论研究得出结论的正确性和有效性，通过设置相关模型参数进行数值分析，参考文献［16］中的数据，参数取值见表2.

表2 参数取值

将参数取值分别代入分散式与集中式决策模型中，计算结果见表3.从表3中可以看出，在未实施协调契约时，分散式决策下中间商生物质收集量、供应链总收益均低于集中式决策.根据理论分析的结果，基于“收集量激励”的收益共享契约构建如下：发电厂以367的价格从中间商收购生物质，承诺若中间商的收集量达到867，则在购买费用之外再向中间商支付一笔固定费用作为奖励，根据式（12），固定费用的取值范围为(141 498,336 057)，具体取值取决于发电厂和中间商的谈判能力.

表3 分散式决策与集中式决策模型计算结果

3 结论

补贴退坡、原料市场价格升高、物流成本高等不利因素，使得农林生物质发电行业的发展陷入困境，通过加强供应链中各主体之间的协作，提升各主体收益，是促进供应链可持续发展的重要途径.本文构建发电厂和中间商构成的农林生物质发电供应链博弈模型，通过对分散式决策与集中式决策对比，发现“中间商-发电厂”二级供应链存在双重边际效应，而基于中间商收集量激励的发电厂收益共享契约可以完全消除双重边际效应，实现帕累托最优.政府应通过发电厂和中间商之间合理的利益分配来积极引导供应链的协调运作，从而引导农林生物质发电供应链逐步走出补贴退坡、生物质原料市场价格升高带来的困境.