政府研发补贴模式下企业绿色技术创新的供应链决策及合同选择

蔡中华 罗新宇

(北京化工大学经济管理学院, 北京 100029)

引 言

自2020 年我国提出“双碳”目标以来,碳达峰、碳中和的目标共识空前一致,为我国经济可持续发展提供了新的战略规划[1]。 在“双碳”战略实施路径中,绿色技术创新既能提高企业生产率与竞争力,又具备环境保护与节能减排的社会特性,已经成为解决经济发展与环境保护两难问题的必要途径[2-3]。

然而,企业进行绿色技术创新通常会面临研发成本较高、不确定性较大等不利因素,因此需要政府出台补贴政策以激励创新[4-5]。 Wang 等[6]和Fan等[7]的研究表明绿色创新具有技术溢出和环境效益溢出的双重外部性,政府补贴不仅能帮助企业提升技术水平而且有利于解决污染外部性问题。 这种双重外部性还要求供应链上下游协同发力,才能保证全链条环境效益提升和“双碳”目标的实现[8]。因此,在“双碳”战略背景下,政府补贴将如何影响供应链兼顾企业利润与环境效益? 针对上述问题的回答将对“双碳”战略的实施与达成具有重要的决策参考价值。

近年来,众多学者围绕政府补贴与绿色供应链决策开展研究,并取得了丰富的成果。 Sheu 等[9]运用三阶段博弈理论模型分析了政府财政干预对绿色供应链竞争的影响,结果表明政府应采取绿色税收和补贴方式以确保企业从事绿色产品生产。 Li等[10]使用演化博弈模型分析了碳补贴政策对制造业实现节能减排的作用,结果表明政府补贴能够显著提升环境效益。 Yang 等[11]基于不确定性需求背景,探讨了3 种绿色供应链博弈模型下政府补贴的效果,结果也表明政府补贴能够显著提升供应链绿色水平。 Liu 等[12]则在企业积极承担社会责任情形下,分析了政府补贴对企业社会责任努力水平和社会福利的影响,确立了企业社会责任水平与最优补贴率的关系。 针对政府补贴下不同供应链主体的策略对链路决策的影响,曹裕等[13]对比了无补贴、补贴制造商、补贴零售商这3 种模式,结果表明对制造商补贴优于对零售商补贴。

随着政府补贴模式的细化,学者们开始将政府对绿色创新进行补贴的依据划分为产品绿色度、生产成本和研发投资3 种模式,并围绕不同补贴模式对供应链绿色创新的影响进行了深入研究[11,14-15]。在政府依据产品绿色度进行补贴的情形下,田一辉等[16]分析了绿色供应链管理扩散的过程,研究表明政府补贴可以提升供应链群体收益。 江世英等[17]则探讨了收益共享系数对产品绿色度、制造商利润和零售商利润的影响。 在政府依据生产成本进行补贴的情形下,Yousaf 等[18]的研究表明恰当的政府补贴比例可以提升供应链业绩并助力可持续发展。 尚春燕等[19]则探讨了消费偏好与补贴策略对产品绿色度及供应链利润的影响。 此外,部分学者对3 种补贴模式的效率进行了对比,温兴琦等[20]在集中式供应链条件下证明了基于研发投资的补贴方式相比于绿色度与生产成本补贴方式的补贴效率更优。 尚文芳等[21]研究了3 种政府补贴模式下产品绿色度、销售努力以及零售价格等的变化趋势。 冯颖等[22]对比分析了政府基于产品绿色度补贴与研发投资补贴的运作效率,发现消费者、零售商和政府更偏向于根据研发成本补贴,而制造商更偏向于绿色度补贴。

既有文献主要针对政府依据产品绿色度和生产成本两种补贴方式对供应链绿色创新的影响,而深入分析政府依据研发投资进行补贴对企业绿色技术创新影响的研究则较为缺乏。 尽管部分学者已经对3 种模式进行比较,但在这类文献的模型中往往将绿色产品的需求设为固定值,而没有考虑消费者绿色偏好对生产成本与产品需求的变化的影响[23]。据此,考虑到消费者绿色偏好对需求的影响以及绿色创新后产品成本的变动,本文在不同供应链模式中分析政府依据研发投资进行补贴对企业绿色技术创新与供应链利润的影响,并针对分散式供应链中环链利润和绿色度较为低下的情形,证明了供应链企业应通过利润共享合同来提高供应链及其成员的利润以及绿色度,另外还讨论了消费者对绿色产品的偏好对供应链利润及产品绿色度的影响。

1 研发投资补贴模式下的模型构建

1.1 模型假设

考虑一个由政府、制造商(炼油厂)和零售商构成的三级单渠道化工供应链(如图1 所示),其中制造商占主导地位。 由于消费者有绿色偏好,制造商围绕绿色技术创新进行研发投资,零售商进行绿色产品销售,而政府为实现“双碳”目标,会对制造商的研发投资进行补贴。 此外,本文提出以下假设。

图1 模型简图Fig.1 Schematic diagram of the model

假设1 在供应链中制造商以单位成本c生产一种化工产品,然后以批发价格w销售给零售商,零售价格为p,用下标m 表示制造商,下标r 表示零售商。

假设2 为占据绿色产品市场份额,制造商选择投资研发绿色技术。 例如,制造商可以投资硫化催化裂化装置(FCCU)的催化剂再生器,利用其释放的CO2进行更有效地预热以降低产品的单位成本。 制造商的研发投资设为二次函数,η为绿色投资的成本系数,η＞0,θ为实现的绿色改进程度,θ≥0,θ=0 表示制造商没有进行研发投资。 绿色技术研发通过诸如提高二氧化碳排放的热量利用效率以及预热过程和二氧化碳的利用效率等手段来降低生产成本,但成本的降低效果除了与产品绿色改进程度有关,还取决于绿色技术的成本改进因子δ。 绿色技术改进后的单位产品生产成本为cδ(1 -θ)。

假设3 考虑到公众行为对供应链环境效益的影响[24],企业进行绿色技术研发会使产品对环境更加友好,因此在“双碳”背景下消费者的绿色偏好会产生额外的需求。 设β为额外需求系数,β＞0,市场的需求函数为Q=a-bp+βθ,其中b为需求价格弹性,a为潜在市场需求,βθ为由于产品更加绿色而额外增加的需求。

假设4 在绿色供应链中,制造商往往面临着技术研发资金短缺的困境,削弱了其进行绿色研发生产的积极性。 为达到“双碳”战略目标,政府依据企业研发投资进行补贴,以鼓励企业从事绿色技术创新。 设k为政府补贴系数。 综上,建立的模型关系如图1 所示。

制造商的利润函数为

零售商的利润函数为

1.2 集中式供应链

集中式供应链作为一种理想化供应链模式,旨在建立长期供应链合作关系,从整体出发作出决策。因此,集中式供应链(用下标c 表示)以追求整个供应链的利润最大化为决策目标,其利润函数表示如下。

设θ*、p*分别为最优绿色改进度和最优零售价格,则可以得到性质1(以下各性质的证明见附录)。

性质1 假设2cδβ＜(1 -k)η,则存在最优绿色改进度和最优零售价格分别为

其中,前提假设2cδβ＜(1 -k)η的现实意义是,绿色创新所产生的额外产品需求的生产成本低于绿色投资成本。

进一步可以得到供应链的最优整体利润为

式(4) ～(6)中,供应链的最优绿色改进度、价格和利润都是政府补贴系数的函数,因此可以得到性质2 如下。

性质2

性质2.1 证明了政府根据研发投资进行补贴能够提升供应链利润。 在其他条件不变的情况下,补贴系数越大,供应链最优利润越大,即政府补贴作为一种资源配置方式,可以帮助企业提升盈利能力,对企业的发展能够产生积极影响。

性质2.2 证明了政府补贴系数越大,则成本改进因子δ越小,即政府依据研发投资进行补贴对绿色技术的成本降低起到促进作用。 这说明了政府补贴具有双重效应,不仅可以帮助提高产品的绿色度,同时还可以达到降低生产过程成本的效果。

进一步,对供应链最优绿色度的参数求导,可以得到性质3。

性质3

性质3.2 表明政府补贴系数k越大,越能促进产品绿色水平的提高,进一步验证了政府补贴对于促进企业绿色转型以及环保方面起到的重要作用。

性质3.3 表明额外需求系数β能够促进供应链绿色水平的提高。 消费者的绿色偏好会使得绿色度高的产品在市场上受欢迎程度更大,则制造商将会努力提高产品的绿色度来提升市场份额。

1.3 分散式供应链

在分散式供应链(用下标d 表示)中,每一个供应链成员都以自身利润最大化为决策目标。 由于产品绿色度由制造商所决定,因此制造商与零售商两者之间存在着以一方为主导的斯塔克伯格博弈,过程为制造商利用零售商的响应函数先确定批发价格w和绿色改进度θ,然后零售商确定零售价格p,即

将式(7)带入式(1)中,就可以得到制造商的利润函数如式(8)所示。

通过对式(8)求极值,得到分散式供应链中的最优绿色度和最优批发价格分别为

进一步零售商可以制定出最优的零售价格

将式(9)、(10)代入到式(8)中可以得到制造商的最优利润,即

同理,可以确定零售商的最大利润,即

1.4 协调式供应链-利润共享合同

在分散式供应链中,制造商承担绿色技术研发的全部成本,由于其风险相对较高,因而会降低制造商从事绿色技术研发的意愿。 为鼓励制造商进行绿色研发投资,零售商和制造商之间可以建立各种合同以达到协调供应链的目的。

首先,讨论以零售商为主导的利润共享合同(revenue-sharing-contract),即零售商在确保自身利润最大化的同时确定利润分享的比例,其过程如下:产品的批发价格w和产品的绿色度θ这两个变量先由制造商决定,在此基础上零售商在确保自身利润最大化的条件下来确定零售价格p和利润共享比例λ(0 ＜λ＜1),零售商得到最终利润的λ,并将(1 -λ)的利润分享给制造商。 因此在以零售商为主导的利润共享合同中零售商与制造商的利润分别如式(14)、(15)所示。

即零售商的利润函数为

将利润函数对零售价格p求一阶导数和二阶导数,令其一阶导数为零,就可以求得价格p的反应函数以及制造商的利润函数分别为

由利润最大化条件,可以得到最优的λ如式(19)所示。

还可以得到在此合同下最优的θ、πr、πm,以及供应链总利润πSC如下所示。

以上结果表明,在制造商与零售商签订利润共享合同情形下,政府补贴可以影响到产品绿色度、供应链利润等,同时,只有满足和＞,制造商与零售商才会签订利润共享合同。

1.5 协调式供应链-成本共担合同

为增加市场需求,在促进创新研发的同时降低批发价格,零售商也可以选择承担部分制造商的研发投资成本,以促进供应链签订成本共担合同(costsharing-contract),具体过程如下:在成本共担比例φ和零售商反应函数的基础上,制造商决定产品的批发价格w和产品的绿色度θ,在成本分担比例φ、绿色度和批发价格确定的基础上确定零售价格p。 因此在成本共担合同中制造商与零售商的利润分别如式(24)、(25)所示。

由零售商利润函数得到价格p的反应函数如式(17)所示。 就可以得到在此合同下最优的θφ、πmφ、πrφ,为保证各决策变量为正,设1,则有

0,在此模型中φ无最优解,因此成本共担合同不存在最优的成本共担比例使得制造商与零售商实现帕累托改进。

将3 种模式供应链中的变量公式整理如表1 所示。

表1 各模式中的参数公式总结表Table 1 Summary table of parameter formulas in each mode

2 数值模拟

为了进一步研究政府补贴系数k、消费者绿色偏好β对供应链最优决策值(产品的绿色度、供应链总利润、制造商利润和零售商利润)的影响作用方向及大小,本文参照Ghosh 等[25]和Yousaf 等[18]的研究,设置参数如下:a=5,b=0.3,η=20,δ=0.4,c=5,并对系统进行数值仿真模拟。

图2、3 展示了β=0.2 下政府补贴系数k与产品最优绿色度和供应链利润间的关系。 图4、5 展示了绿色偏好系数与最优绿色度及供应链利润之间的关系。

图2 最优绿色度与政府补贴系数关系曲线Fig.2 The relationship between optimal greenness and government subsidy coefficient

图2 显示,随着补贴系数增加,企业研发动力变强,产品绿色度随之上升。 同时,还可以看出当补贴系数增大时,集中式供应链效果最优,而协调供应链的绿色度优于分散式供应链。 图3 中的供应链利润与政府补贴系数的关系也呈现相似的特征,即随着补贴系数增加,供应链利润上升,其中集中式供应链的利润明显高于分散式和协调供应链,协调供应链的利润优于分散式供应链。

图3 最优供应链利润与政府补贴系数关系曲线Fig.3 The relationship between optimal supply chain profit and government subsidy coefficient

Gardas 等[26]指出来自政府的干预是供应链绿色创新的重要驱动力,本文的数值模拟结果进一步展示了政府补贴对供应链绿色创新的积极作用,即政府采用研发投资补贴的方式可以有效地提升供应链的绿色水平及利润。 同时,通过比较可以发现利润共享合同在供应链协调中发挥着重要作用,协调供应链可以有效促进产品绿色度和供应链的利润,解决供应链中成员之间的利益冲突。

图4 显示,消费者的绿色偏好程度越大,产品所能达到的最优绿色度越大。 图5 则显示消费者的绿色偏好程度越大,供应链所能达到的利润越大。 政府补贴及消费者的绿色偏好具有正外部性,不仅可以增加供应链整体利润,同时还能提高产品绿色度,进一步验证了公众参与对绿色供应链建立及“双碳”战略实施的重要性。

图4 最优绿色度与绿色偏好系数关系曲线Fig.4 The relationship between optimal greennessand green preference coefficient

图5 最优供应链利润与绿色偏好系数关系曲线Fig.5 The relationship between optimal supply chain profit and green preference coefficient

从消费者的角度,其绿色偏好可以促使企业提高产品绿色度,是企业进行绿色技术创新的源动力;从零售商的角度,增加产品的绿色度可以增加销售收入,因此其会选择恰当的利润共享比例来协调绿色供应链。 进而,由于制造商在协调式供应链中的利润大于分散式供应链,因此制造商愿意接受利润共享合同并实施绿色供应链管理。

3 结论

(1)政府依据研发投资进行补贴的方式对提高供应链利润和促进绿色创新有积极作用。 在不同模式供应链中,供应链中各参与者的利润以及产品的绿色度都随着政府补贴系数的提高而增大。 在相同政府补贴条件下,集中式供应链比分散式供应链更能实现较大的利润与绿色度。

(2)协调供应链强化了政府补贴对绿色创新的促进作用,能够提升分散式供应链的利润与产品绿色度。 在合同选择中,本文证明了在政府依据研发投资进行补贴的模式下,利润共享合同比成本共担合同更能使供应链实现协调。

(3)产品绿色度带来的额外需求能够促进供应链绿色水平的提高。 消费者对绿色产品的偏好会促使制造商开展更多的绿色技术创新,以提升产品绿色度,满足消费者的绿色需求。

由上述结论可以得到如下政策启示:首先,考虑到政府补贴对供应链绿色技术创新的促进作用,应激发各级政府在“双碳”战略下对企业绿色技术创新进行补贴的主体责任,进而激励企业从事绿色技术创新;其次,鉴于协调供应链能够强化政府补贴的促进作用,应鼓励企业通过行业组织,联合上下游企业建立协调供应链,并通过强化全局意识、加强合作使得绿色供应链整体效益最大化;最后,由于消费者的绿色偏好能够显著促进供应链绿色创新,应进一步加强环保宣传,发挥公众对环境友好型产品的选择作用,倒逼企业从事绿色技术创新,尽早实现“双碳”目标。 将来我们计划对存在多个供应商与零售商之间博弈的情况作进一步的研究。