碳限额及交易下低碳补贴和低碳宣传成本分摊的双渠道供应链联合减排策略

曹细玉，覃艳华，王 静，刘 录，阳 创

(1.电子科技大学中山学院 经贸学院，广东 中山 528402；2.电子科技大学 经济与管理学院，四川 成都 611731)

碳排放引发的全球气候变暖日益加剧，给人类社会的生存和发展带来巨大影响。控制和减少碳排放已成为全世界共同关注的焦点，许多国家纷纷采取诸如碳限额、碳排放权交易、碳税等碳减排政策与措施，而碳限额及交易政策为控制和减少碳排放最为有效的政策工具。中国作为世界第一大碳排放国也于2017年在全国启动了碳排放交易系统。企业作为碳排放的主体，在碳限额及交易机制下如何控制和减少碳排放以提高企业的效益是企业亟待解决的问题。目前，有学者针对低碳环境下企业的生产决策与碳减排问题进行研究[1-4]。当前，企业与企业的联系日益紧密，不能只考虑单个企业的碳减排和运作优化，必须从整个供应链的角度来考虑碳减排和运作优化问题。Jaber等[5]研究两阶段供应链的联合减排与协调问题；曾伟等[6]研究碳限额及交易机制下的供应链运作优化问题；覃艳华等[7]研究碳交易机制下的供应链运作优化与协调问题；魏守道[8]在碳交易政策下通过构建供应链碳减排研发的微分博弈模型，给出相应的策略；郭军华等[9]研究碳限额及交易下考虑消费者低碳偏好的供应链定价策略与协调问题。

移动互联网技术的普遍应用使电子商务快速发展。为此，制造企业在大力研发低碳产品的同时，积极开设网络直销渠道，促进双渠道供应链的发展，使得低碳环境下的双渠道供应链管理成为当前研究的热点[10-13]。随着消费者低碳环保意识的普遍提高，消费者不仅关心产品的质量和服务，也开始关注企业在低碳环保方面的表现，且在产品购买时会考虑企业的环境记录和产品的低碳情况。因此，双渠道供应链企业在加大低碳技术研发减少碳排放的同时，加强双渠道供应链企业的低碳宣传非常必要。张永明等[14]研究供应链上下游企业的联合减排和低碳宣传策略问题。周熙登[15]针对渠道品牌差异研究双渠道供应链碳减排与低碳宣传策略问题。陈山等[16]研究低碳环境下双渠道供应链线下线上广告策略问题。从现有的文献看，虽然不少学者针对双渠道供应链的碳减排与低碳宣传问题进行了研究，但并没有把双渠道供应链放在碳限额及交易机制下进行研究，而且也没有把当前政府对企业碳减排研发补贴考虑进来进行研究。因此，本文在碳限额及交易下考虑政府低碳补贴和低碳宣传成本分摊的双渠道供应链联合减排策略，主要研究以下问题：1) 在碳限额及交易下考虑政府低碳补贴和低碳宣传成本分摊的双渠道供应链碳减排、低碳宣传的最优决策；2) 不同情形下制造商和零售商的最优决策；3) 双渠道供应链如何实现协调；4) 碳交易价格、低碳宣传对线上线下渠道需求的影响系数、碳减排成本系数、低碳宣传成本系数、消费者低碳偏好、政府低碳补贴比例等参数变化对最优决策及双渠道供应链利润的影响。

1 问题描述与相关假设

考虑由一个制造商和一个零售商组成的双渠道供应链，制造商生产的产品一方面通过传统渠道由零售商销售，另一方面制造商也开设网上直销渠道进行产品的销售。假设碳排放主要是发生在制造商的生产过程。在碳限额及交易机制下，政府给予制造商一定的免费碳排放限额，超出或节省的碳排放量可以通过碳交易市场进行交易。假设消费者具有低碳偏好，即消费者愿意购买低碳产品并为其支付更高的价格；为了让消费者购买更多的低碳产品，零售商进行低碳宣传。本文相关的符号及含义如表1所示。

表1 相关符号及含义Table 1 Related symbols and meanings

根据实际情况和文中的假设，假设网络直销渠道和传统零售渠道的市场需求量分别为Qd=αD0+βτ+γ2A，Qr=(1-α)D0+βτ+γ1A。假设初始的市场需求较大，满足D0＞2β，且Mr＞ep，Md＞ep，否则制造商不会进行产品生产。

2 模型建立与分析

2.1 政府碳减排补贴与低碳宣传下的双渠道供应链集中式决策

根据前文的假设，双渠道供应链集中式决策时，政府给予制造商碳减排投入成本的补贴比例为λ，低碳宣传水平A和碳减排率τ为决策变量。此时，碳限额及交易机制下双渠道供应链的利润函数为

由式 (2)和式 (3)可得集中式决策下双渠道供应链的最优碳减排率和低碳宣传水平，分别为

2.2 无政府碳减排补贴且无低碳宣传成本分摊的双渠道供应链分散式决策

2.3 有政府碳减排补贴但无低碳宣传成本分摊的双渠道供应链分散式决策

2.4 政府碳减排补贴和低碳宣传成本分摊的双渠道供应链分散式决策

此时，制造商的利润函数关于θ和τ的Hessian矩阵的行列式为

性质3 当政府低碳补贴和制造商分摊零售商的低碳宣传成本时，双渠道供应链集中式决策与分散式决策相比有τ*＞τccn，A*＞Accn。

2.5 碳限额及交易下低碳补贴和低碳宣传成本分摊的双渠道供应链的协调

由前文可知，如果只是政府补贴制造商碳减排投入成本和制造商分摊零售商的低碳宣传成本，并不能实现双渠道供应链的协调。为此，假设政府补贴制造商碳减排成本的比例为λ(0＜λ＜1)，制造商分摊零售商的低碳宣传成本比例为θ(0＜θ＜1)，零售商分摊制造商的碳减排成本比例为φ(0＜φ+λ＜1)，则零售商和制造商的利润函数分别为

3 数值计算与分析

考虑一个由制造商和一个零售商组成的双渠道供应链，为了进一步验证前面模型分析的结论，根据前文假设条件及模型成立要求，结合碳减排实际并借鉴文献[7]和文献[16]的相关数据，选取合适的数据，分析其对决策变量以及双渠道供应链利润的影响。基本运营参数设定如表2所示。

表2 基本运营参数Table 2 Basic operating parameters

3.1 最优值分析

在不同条件和决策模式下，数值模拟如表3所示。从表3可知，当政府碳减排补贴时，集中式决策下的最优碳减排率、最优低碳宣传水平、双渠道供应链利润均大于无政府补贴且无成本分摊、有政府补贴但无成本分摊、有政府补贴和低碳宣传成本分摊的分散式决策下的最优碳减排率、最优低碳宣传水平、双渠道供应链利润；在无成本分摊的情况下，有政府补贴时决策变量的最优值以及零售商、制造商的利润要大于没有政府补贴时的值；在政府补贴的情况下，有低碳宣传成本分摊时决策变量的最优值以及零售商、制造商的利润要大于没有低碳宣传成本分摊时的值；当政府补贴且制造商分摊零售商低碳宣传成本以及零售商分摊制造商碳减排成本时，双渠道供应链可实现协调。

表3 不同情形下的最优化结果Table 3 Optimization results for different scenarios

3.2 参数对最优值及利润的影响

在碳限额及交易机制下，当初始市场规模D0、单位产品初始碳排放量e、消费者渠道偏好α以及政府给予的免费碳排放限额E0取表2中的数值时，各参数变化对最优值及双渠道供应链利润的影响如图1 ～ 7所示。

图1 p 对最优碳减排率τ、最优低碳宣传水平A、双渠道供应链利润 πC的影响Figure 1 Impact of p on optimal carbon emission reduction rate τ, optimal low carbon publicity level A, and profit of dual-channel supply chain πC

由图1可知，最优碳减排率与市场碳交易价格成正向变化关系，双渠道供应链的利润与市场碳交易价格成反向变化关系，最优低碳宣传水平与市场碳交易价格成正U型变化关系。可见，政府通过调节碳排放交易价格，可促进企业减少碳排放，同时合适的碳排放交易价格内也促进企业加大低碳宣传。

由图2可知，最优碳减排率、最优低碳宣传水平、双渠道供应链利润与政府补贴比例成正向变化关系，且当政府补贴比例达到0.6后，最优碳减排率、最优低碳宣传水平和双渠道供应链利润会随政府补贴比例的增加会急剧上升，可见政府给予企业合适的碳减排补贴具有良好的社会效益和经济效益。

图2 λ对最优碳减排率τ、最优低碳宣传水平A、双渠道供应链利润 πC的影响Figure 2 Impact of λ on optimal carbon emission reduction rate τ, optimal low carbon publicity level A, and profit of dual-channel supply chain πC

由图3可知，最优碳减排率、最优低碳宣传水平与消费者低碳偏好系数成正向变化关系，可见，提高消费者的低碳环保意识对企业减少碳排放和提高企业效益具有积极作用。

图3 β对最优碳减排率τ、最优低碳宣传水平A、双渠道供应链利润 πC的影响Figure 3 Impact of β on optimal carbon emission reduction rate τ, optimal low carbon publicity level A, and profit of dual-channel supply chain πC

由图4可知，最优碳减排率、最优低碳宣传水平、双渠道供应链的利润与低碳宣传对线下消费者需求的影响系数成正向变化关系。因此，要引导企业加大低碳宣传的力度，提高消费者对低碳产品的购买意愿。

图4 γ1对最优碳减排率τ、最优低碳宣传水平A、双渠道供应链利润 πC的影响Figure 4 Impact of γ1 on optimal carbon emission reduction rate τ, optimal low carbon publicity level A, and profit of dual-channel supply chainπC

图7 η对最优碳减排率 τ、最优低碳宣传水平A、双渠道供应链利润 πC的影响Figure 7 Impact of η on optimal carbon emission reduction rate τ, optimal low carbon publicity level A, and profit of dual-channel supply chain πC

由图5可知，最优碳减排率、最优低碳宣传水平、双渠道供应链利润都与低碳宣传对线上消费者需求的影响系数成正向变化关系。因此在低碳宣传时不仅要考虑线下消费者的影响，而且要考虑线上消费者的影响。

图5 γ2对最优碳减排率τ、最优低碳宣传水平A、双渠道供应链利润 πC的影响Figure 5 Impact of γ2 on optimal carbon emission reduction rate τ, optimal low carbon publicity level A, and profit of dual-channel supply chainπC

由图6 ～ 7可知，最优低碳宣传水平、最优碳减排率、双渠道供应链的利润与低碳宣传成本系数、碳减排成本系数成反向变化关系。因此，政府需要加大对企业碳减排技术研发的补贴，激发企业碳减排技术研发的积极性，同时还可以通过相关渠道协助企业进行低碳宣传，以减少企业的低碳宣传成本。

图6 µ 对最优碳减排率 τ、最优低碳宣传水平A、双渠道供应链利润 πC的影响Figure 6 Impact of µ on optimal carbon emission reduction rate τ, optimal low carbon publicity level A, and profit of dual-channel supply chain πC

4 结论

在碳限额及交易下，考虑政府碳减排补贴及零售商低碳宣传，分别就无政府补贴且无低碳宣传成本分摊、有政府碳减排补贴但无低碳宣传成本分摊、有政府碳减排补贴且有低碳宣传成本分摊的分散式决策及政府碳减排补贴和低碳宣传下的集中式决策构建博弈模型并进行决策分析，给出了政府碳减排补贴、碳减排成本分摊和低碳宣传成本分摊能够实现双渠道供应链协调，并进行数值分析。研究结果表明，在碳限额及交易且政府碳减排补贴及低碳宣传下，第一，最优碳减排率、最优低碳宣传水平和双渠道供应链利润与政府补贴比例、低碳偏好与需求的影响系数、低碳宣传与线上消费者需求的影响系数、低碳宣传与线下消费者需求的影响系数都成正向变化关系；第二，最优碳减排率、最优低碳宣传水平和双渠道供应链利润与低碳宣传成本系数、碳减排成本系数成反向变化关系；第三，最优碳减排率与碳排放交易价格成正向变化关系，而最优低碳宣传水平、双渠道供应链利润与碳排放交易价格成反向变化关系。为此，要减少和控制碳排放，政府一方面可以通过碳排放交易价格的调整来促使企业进行碳减排，另一方面政府要加大对企业碳减排技术研发的支持，加强对消费者低碳行为的宣传，提升消费者的环保意识；同时企业要加大低碳产品的宣传，让更多的消费者了解和认可低碳产品，进而提升双渠道供应链的利润。此外，本文只考虑单周期的情况，且考虑的是确定性需求，实际生活中低碳宣传的效果具有滞后性，需要对多周期的随机需求市场情况进行研究。这些是今后要研究的内容。

(责任编辑: 张广珍)