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碳配额分配方式对双渠道供应链的减排影响研究

1引言

目前，各国政府针对碳减排问题都在加紧制定各自的碳排放政策，常见的碳排放政策主要包括：碳税、碳配额以及碳配额与交易3种形式。其中，碳配额与交易政策因为其易操作性和灵活性被视为控制企业碳排放的重要措施之一。如何合理分配碳配额是各国实行碳配额与交易政策之前必须考虑的问题，国际上主要的初始分配方式有3种，分别是免费分配、固定价格与拍卖。其中，免费分配方式是全球碳交易市场中应用最广泛的碳配额分配方式，其能显著降低因政策执行为企业带来的阻力，并且更易于执行。历史排放法（Grandfathering）和基准线法（Benchmarking）是免费分配碳配额的两种方式，前者从总量控制的角度，以企业历史碳排放水平为依据确定当年获得的免费碳配额；后者从单位产品碳排放量的角度，以企业所在行业的平均单位产品碳排放量为标准，确定单位产品碳排放量的基准线，基准线与产品产量的乘积为其应得到的免费碳配额。

随着电子商务的快速发展，许多传统制造商在维持传统零售渠道的同时开辟了线上直销渠道。许多研究都表明开辟双渠道具有必要性[1-3]，能促使供应链更好表现。随着环境污染等问题日益严重，低碳环境下的双渠道供应链运作管理问题备受关注[4-6]。本文在碳配额与交易政策下考虑历史排放法与基准线法两种碳配额分配方式对双渠道供应链决策的影响，主要研究以下问题：①在两种不同碳配额分配方式下，双渠道供应链碳减排量、产品定价如何决策？②哪种碳配额分配方式下供应链成员收益更高？

2问题描述与模型假设

2.1问题描述

本文以一个制造商与一个零售商组成的二级双渠道供应链系统作为研究对象，建立Stackelberg博弈模型，研究在不同碳配额分配方式下供应链碳减排决策问题。在双渠道供应链系统中，制造商为博弈的领导者，零售商为跟随者。制造商具有生产与销售能力，其生产的产品同时通过传统零售渠道与网络直销渠道进行销售，是受到碳配额约束的高耗能、高排放的制造企业。单一周期内政府对制造商分配一定的免费碳排放配额，具体分配方式有两种，即历史排放法与基准线法。制造商在生产过程中剩余或者不足的碳配额可在碳交易市场以单位价格pc（pc＞0）进行买卖。零售商从事传统零售渠道的零售活动，其活动不产生碳排放，不受政府碳交易政策的直接约束。双渠道供应链系统博弈的决策顺序如下：首先，在碳配额与交易政策下，制造商先确定单位产品的碳减排量ei；其次，确定传统零售渠道的批发价wi与直销渠道的直销价pid；最后，零售商确定传统零售渠道的零售价pir。相关符号及含义如表1所示。

表1符号及其含义

2.2模型假设

假设1：假设制造商无库存成本，所有产品都能出清，即制造商采用订单式生产策略。为简化计算，假设制造商的制造成本为0。

假设2：参考相关文献[7]，假设消费者从零售商购买产品的意愿v服从[0,Q]的均匀分布，即，消费者从传统零售渠道购买产品的效用为Uir=v-pir+γei。消费者从网络直销渠道购买的意愿为θv，其中θ∈[0,1]，表示消费者网购偏好，所以其在网络直销渠道购买产品的效用为Uid=θvpid+γei。传统零售渠道和网络直销渠道的需求函数如下：

假设3：参考相关文献[8]，假设制造商进行减排投资是一次性支出，如改进生产工艺、购入低碳生产技术等，因此，制造商的减排投资成本只与减排量有关是减排量的凹函数，减排投资成本表示为kei2，减排投资成本系数是一个较大的数值，且满足

3模型建立与分析

本文构建了两个模型对两种不同碳配额分配方式下的双渠道供应链减排决策进行分析，分别为历史排放法（模型T）与基准线法（模型N）。

3.1历史排放法

在基于历史排放法的碳配额与交易政策下，政府根据制造商过去的碳排放数据确定免费分配给制造商的碳配额T，在模型T中，制造商与零售商的收益函数分别为：

证明：将式（1）、式（2）带入式（3）、式（4），根据逆向求解法，对πTr求关于pTr的二阶导数：，故存在最优pTr使得πTr取得最大值，令得将带入πTm，得到关于pTd与wT的海瑟矩阵：

不难判断该海瑟矩阵为负定，所以存在最优的pTd与wT使πTm取得最大值，令，联立方程可得与：，进一步可得

3.2基准线法

在基于基准线法的碳配额与交易政策下，政府根据制造商所处行业的平均碳排放水平确定单位产品碳排放基准A，在模型N中，制造商与零售商的收益函数分别为：

定理2的证明与定理1同理，在此省略。求出的均衡解如下：

4模型对比

通过上文对两种不同碳配额分配方式下的双渠道供应链模型进行建模与求解，得到供应链成员关于减排与定价的最优决策，接下来进一步对两种碳配额分配方式下最优决策时的供应链成员收益进行对比分析，并由此得到以下结论：

结论1表明，在基准线法下制造商的碳减排