焦建玲, 汪耘欣, 李蘭蘭(合肥工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院,安徽 合肥 230009)

基于碳配額交易的閉環(huán)供應(yīng)鏈定價(jià)決策研究

焦建玲, 汪耘欣, 李蘭蘭
(合肥工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院,安徽 合肥 230009)

文章引入了外生消費(fèi)者偏好對(duì)新品和再造品進(jìn)行區(qū)分,針對(duì)企業(yè)加入碳交易體系和不加入而接受超額懲罰2種情形建立模型,并運(yùn)用二層規(guī)劃方法對(duì)模型進(jìn)行求解,通過(guò)數(shù)值仿真探究了不同排放配額、交易價(jià)格和懲罰價(jià)格對(duì)企業(yè)定價(jià)決策的影響。模型結(jié)果表明,雖然碳配額機(jī)制在一定程度上降低了企業(yè)利潤(rùn)并提高了產(chǎn)品售價(jià),但是能夠促使企業(yè)擴(kuò)大回收力度、改變生產(chǎn)模式和降低二氧化碳排放,且碳限排政策相比于碳交易政策對(duì)企業(yè)排放約束更為直接有效，且更具穩(wěn)定性。

閉環(huán)供應(yīng)鏈;碳配額交易政策;消費(fèi)者偏好;再制造;二層規(guī)劃

0 引 言

隨著社會(huì)對(duì)氣候變化問(wèn)題的關(guān)注日益密切,各國(guó)政府皆在努力尋求節(jié)能減排與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的平衡。2005年,歐盟開(kāi)始實(shí)施溫室氣體排放交易機(jī)制(European Union emissions trading scheme,EU-ETS),把碳排放權(quán)作為一種商品在歐盟市場(chǎng)流通,通過(guò)經(jīng)濟(jì)激勵(lì)來(lái)促使企業(yè)采取減排措施。該機(jī)制是第1個(gè)由多個(gè)經(jīng)濟(jì)體共同參與的,也是迄今為止最成熟的碳配額交易體系[1]。我國(guó)政府于2011 年10月29日發(fā)布了關(guān)于開(kāi)展碳排放權(quán)交易試點(diǎn)工作的通知,批準(zhǔn)北京市、天津市、上海市、重慶市、湖北省、廣東省及深圳市作為碳排放權(quán)交易試點(diǎn)省市。全國(guó)碳排放權(quán)交易市場(chǎng)在2017年啟動(dòng),將覆蓋我國(guó)的主要排放行業(yè)。

在低碳經(jīng)濟(jì)背景和相關(guān)立法驅(qū)動(dòng)下,閉環(huán)供應(yīng)鏈由于在經(jīng)濟(jì)價(jià)值、環(huán)境價(jià)值、顧客價(jià)值和信息價(jià)值方面的優(yōu)勢(shì)而受到關(guān)注[2-3],越來(lái)越多的企業(yè)在傳統(tǒng)的生產(chǎn)消費(fèi)模式中加入廢品回收再利用的環(huán)節(jié)，從而形成閉環(huán)供應(yīng)鏈。碳排放限制和交易會(huì)改變閉環(huán)供應(yīng)鏈企業(yè)的成本構(gòu)成和贏利模式,最終影響企業(yè)最優(yōu)定價(jià)決策。對(duì)上述問(wèn)題的研究將對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈企業(yè)在低碳背景下的減排決策提供借鑒,并對(duì)政府在相關(guān)領(lǐng)域的規(guī)則制定提供一定的指導(dǎo)。

1 相關(guān)研究綜述

定價(jià)作為閉環(huán)供應(yīng)鏈中至關(guān)重要的職能,直接影響到產(chǎn)品的需求狀況和企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；文獻(xiàn)[4]考慮了單一制造商和在制造商競(jìng)爭(zhēng)情形下各自的定價(jià)決策問(wèn)題；文獻(xiàn)[5]在兩周期、多周期以及無(wú)限周期情形下,研究了單寡頭壟斷和雙寡頭壟斷情形下的閉環(huán)供應(yīng)鏈定價(jià)策略；文獻(xiàn)[6]考慮再造品對(duì)新產(chǎn)品市場(chǎng)需求量的沖擊,對(duì)回收品的最優(yōu)回收價(jià)格和銷(xiāo)售價(jià)格進(jìn)行了研究；文獻(xiàn)[7]引入了隨機(jī)性,研究了不確定需求和回收情形下閉環(huán)供應(yīng)鏈的分散和集中決策時(shí)的定價(jià)問(wèn)題。上述研究認(rèn)為新產(chǎn)品、再制造品的性能完全相同,對(duì)它們應(yīng)實(shí)行無(wú)差異的定價(jià)策略；文獻(xiàn)[8-9]引入消費(fèi)者效用構(gòu)建偏好市場(chǎng),研究了壟斷生產(chǎn)商在兩周期和無(wú)限周期下的最優(yōu)生產(chǎn)和定價(jià)策略；文獻(xiàn)[10] 根據(jù)消費(fèi)者對(duì)新產(chǎn)品和再制造品估值差異化,研究了市場(chǎng)劃分情形下閉環(huán)供應(yīng)鏈定價(jià)決策問(wèn)題。

與本文相關(guān)的另一個(gè)研究領(lǐng)域是回收渠道的選擇；文獻(xiàn)[11]在制造商作為斯塔克伯格博弈領(lǐng)導(dǎo)者情形下,比較了制造商直接回收和間接回收的供應(yīng)鏈成員績(jī)效；文獻(xiàn)[12]對(duì)新產(chǎn)品和再制造品區(qū)別對(duì)待,考慮了消費(fèi)者偏好,在確定需求下對(duì)零售商回收和第三方回收模式進(jìn)行比較分析。上述研究沒(méi)有考慮回收競(jìng)爭(zhēng),文獻(xiàn)[13]則通過(guò)建立非合作博弈模型,闡述了閉環(huán)供應(yīng)鏈中制造商之間相互的競(jìng)爭(zhēng)與零售商之間相互的競(jìng)爭(zhēng)力度共同對(duì)回收渠道博弈模型的演化結(jié)果產(chǎn)生影響；文獻(xiàn)[14]研究了零售商和第三方回收商競(jìng)爭(zhēng)回收時(shí)的閉環(huán)供應(yīng)鏈回收渠道選擇問(wèn)題；文獻(xiàn)[15]在閉環(huán)供應(yīng)鏈雙渠道競(jìng)爭(zhēng)回收情形下引入?yún)f(xié)調(diào)機(jī)制,對(duì)博弈定價(jià)和聯(lián)合定價(jià)進(jìn)行比較。

近年來(lái),學(xué)者對(duì)碳配額交易體系下的供應(yīng)鏈領(lǐng)域研究進(jìn)行積極的探索；文獻(xiàn)[16]研究了不同碳排放政策對(duì)物流企業(yè)配送模式的影響,并發(fā)現(xiàn)碳交易政策下企業(yè)減排效果好且易于接受；文獻(xiàn)[17]將碳排放引入企業(yè)再制造生產(chǎn)模型,分析了碳稅和碳配額交易政策對(duì)生產(chǎn)決策的影響；文獻(xiàn)[18]在供應(yīng)鏈運(yùn)作決策層面對(duì)碳交易和碳稅政策進(jìn)行比較,并基于澳大利亞公司的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)證分析。

綜上可知,目前基于碳配額交易政策的閉環(huán)供應(yīng)鏈定價(jià)決策研究還比較少,有關(guān)研究并沒(méi)有將碳排放作為供應(yīng)鏈的評(píng)價(jià)指標(biāo)。而碳配額交易機(jī)制的設(shè)計(jì)存在2個(gè)主要問(wèn)題：① 碳配額的分配；② 當(dāng)企業(yè)排放超出配額而不購(gòu)買(mǎi)排放許可時(shí),政府對(duì)其懲罰金額的設(shè)置[18]。鑒于此,本文主要研究在碳配額交易政策下,閉環(huán)供應(yīng)鏈企業(yè)的最優(yōu)定價(jià)決策問(wèn)題。具體地說(shuō),本文研究了由單一制造商和單一零售商組成的、考慮產(chǎn)品區(qū)分和消費(fèi)者偏好的閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng),其中制造商負(fù)責(zé)回收并處于主導(dǎo)地位,面對(duì)外生給定的消費(fèi)者偏好、碳排放配額、碳交易價(jià)格和碳超額懲罰時(shí),來(lái)決定其最優(yōu)定價(jià)策略。

另外對(duì)于閉環(huán)供應(yīng)鏈基于博弈論的定價(jià)決策研究,目前的學(xué)者大都采用逆向歸納的方法,通過(guò)解析的方式得到各決策變量的最優(yōu)表達(dá)式,很少有使用近似的方法對(duì)模型進(jìn)行求解[19]。但精確的解析方法往往需要復(fù)雜的求解過(guò)程,而且對(duì)于問(wèn)題的規(guī)模有所限制。本文將通過(guò)求解二層規(guī)劃問(wèn)題的方法對(duì)模型進(jìn)行求解,對(duì)該類(lèi)問(wèn)題求解方法進(jìn)行補(bǔ)充[20-21]。

2 模型的建立

2.1 問(wèn)題描述

本文建立制造商負(fù)責(zé)回收的單一制造商和單一零售商的閉環(huán)供應(yīng)鏈模型。在正向供應(yīng)鏈中,制造商分別用新材料和回收的廢舊品生產(chǎn)新產(chǎn)品和再造品；制造商將新產(chǎn)品和再制造品分別以批發(fā)價(jià)格批發(fā)給零售商;零售商再以零售價(jià)將新品和再制造品銷(xiāo)售給消費(fèi)者;消費(fèi)者根據(jù)對(duì)不同產(chǎn)品的認(rèn)可程度選擇購(gòu)買(mǎi)新品或再制造品或不進(jìn)行消費(fèi)。

在逆向物流中,制造商以一回收努力C(a)從銷(xiāo)售的產(chǎn)品中獲得回收率a的廢舊品,并根據(jù)市場(chǎng)情況對(duì)回收品進(jìn)行再制造或廢棄處理,廢棄處理的回收品可以獲得每單位s元的收益。考慮生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放,生產(chǎn)單位新產(chǎn)品和再制造品的碳排放分別為en和er。政府對(duì)企業(yè)設(shè)置一個(gè)排放配額,企業(yè)加入碳配額交易體系則根據(jù)配額決定買(mǎi)入或賣(mài)出碳排放額度,企業(yè)不加入交易體系則接受超額懲罰。制造商和零售商的定價(jià)策略基于stackelberg博弈,制造商是博弈的領(lǐng)導(dǎo)者,制造商和零售商均基于完全信息,彼此了解對(duì)方的定價(jià)策略。

2.2 符號(hào)說(shuō)明和模型假設(shè)

2.2.1 符號(hào)說(shuō)明

(1) 決策變量。設(shè)wn為制造商售出單位新產(chǎn)品的價(jià)格;wr為制造商售出單位再制造品的價(jià)格;a為制造商回收廢舊新產(chǎn)品的回收率;pn為零售商售出單位新產(chǎn)品的價(jià)格;pr為零售商售出單位再制造品的價(jià)格。

(2) 一般變量。設(shè)β為消費(fèi)者對(duì)再制造品的偏好;Qn為新產(chǎn)品的產(chǎn)(銷(xiāo))量;Qr為再制造品的產(chǎn)(銷(xiāo))量;C(a)為制造商對(duì)廢舊新產(chǎn)品進(jìn)行回收的成本;E為制造商生產(chǎn)中的碳排放總量;P為碳交易價(jià)格;H為碳懲罰價(jià)格;M為制造商的碳排放限額。

(3) 常數(shù)。設(shè)cn為制造商生產(chǎn)單位新產(chǎn)品的固定成本;cr為制造商生產(chǎn)單位再制造品的固定成本;en為制造商生產(chǎn)單位新產(chǎn)品的碳排放;er為制造商生產(chǎn)單位再制造品的碳排放;s為制造商對(duì)回收品進(jìn)行廢棄處理的單位收益;Q為市場(chǎng)最大潛量。

2.2.2 模型假設(shè)

(1) 假定市場(chǎng)對(duì)于新產(chǎn)品和再制造品的需求具有確定性,由兩者的價(jià)格線性決定。新產(chǎn)品的市場(chǎng)需求表示為Qn(pn,pr),再制造品的市場(chǎng)需求表示為Qr(pn,pr),根據(jù)文獻(xiàn)[8]的結(jié)論,當(dāng)消費(fèi)者對(duì)新產(chǎn)品和再制造品的認(rèn)可程度存在差異,假設(shè)其對(duì)新產(chǎn)品的認(rèn)可程度為1,對(duì)再制造品的認(rèn)可程度為β,市場(chǎng)最大潛量為Q,則Qn、Qr滿(mǎn)足如下替代公式:

Qn=Q-(pn-pr)/(1-β),

Qr=(βpn-pr)/β(1-β)。

其中，0<β<1,表示消費(fèi)者對(duì)新品的認(rèn)可不小于再制造品。

(2) 制造商為了獲得回收率a,將其需要的回收努力C(a)等價(jià)為貨幣成本,并且滿(mǎn)足C′(a)>0和C″(a)>0,表示為了獲得更高的回收率,制造商需要投入的成本是增加的,且增速加快。假設(shè)C(a)=1/(2ga2),其中g(shù)>0,為努力成本系數(shù)。

(3) 假設(shè)再制造品的生產(chǎn)成本小于新產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,即cr

(4) 假設(shè)回收品來(lái)自新產(chǎn)品,再制造品不可用于回收再制造,且一單位的回收品可以用于一單位再制造品的生產(chǎn);沒(méi)有用于再生產(chǎn)的回收品,制造商以每單位s元的價(jià)格出售,進(jìn)行廢棄處理。并且廢棄處理的收益小于再制造的收益,即s

2.3 碳交易政策下的定價(jià)決策模型

碳交易政策是為了減少全球二氧化碳排放所采用的市場(chǎng)機(jī)制。其基本原理如下：每個(gè)企業(yè)有一定的排放額度,如果企業(yè)排放量超出給定額度，那么必須向外購(gòu)買(mǎi)排放差額,而如果企業(yè)排放小于給定額度,那么可以向外賣(mài)出差額。本文將在模型中加入碳交易機(jī)制來(lái)分析碳交易政策對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈定價(jià)決策的影響。根據(jù)前述假設(shè),制造商的利潤(rùn)為批發(fā)產(chǎn)品、處理剩余回收品所得和碳交易所得收益與制造成本、回收成本的差;而零售商的利潤(rùn)為銷(xiāo)售產(chǎn)品的凈收益。制造商和零售商分別以各自利潤(rùn)最大為目標(biāo)，并由此建立以制造商為主導(dǎo)的stackelberg博弈模型,其本質(zhì)是一個(gè)雙層非線性規(guī)劃模型。

上層目標(biāo)函數(shù)為制造商的利潤(rùn)最大化,即

maxπM(wn,wr,a)=

(wn-cn)Qn+(wr-cr)Qr+s(aQn+

aQr-Qr)-c(a)-P(E-M)；

s.t.cn

(1)

0≤a≤1

(2)

下層目標(biāo)函數(shù)為零售商利潤(rùn)最大化,即

maxπR(pn,pr)=(pn-wn)Qn+

(pr-wr)Qr；

s.t.wn

(3)

0

(4)

(5)

上層規(guī)劃中決策變量為新產(chǎn)品與再制造品的批發(fā)價(jià)格wn、wr和回收率a,目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式中第1項(xiàng)表示新品銷(xiāo)售收益,第2項(xiàng)表示銷(xiāo)售再造品收益,第3項(xiàng)表示處理剩余回收品的收益,第4項(xiàng)表示回收成本;最后一項(xiàng)表示碳交易的收益。下層規(guī)劃中決策變量為新品與再造品的零售價(jià)格pn、pr。目標(biāo)函數(shù)中2項(xiàng)分別表示零售商銷(xiāo)售新產(chǎn)品和再制造品的收益。其中,(1)式表示批發(fā)價(jià)格不小于生產(chǎn)成本；(2)式限制了回收率的合理范圍；(3)式表示零售價(jià)格不小于批發(fā)價(jià)格;(4)式表示實(shí)際產(chǎn)量非負(fù);(5)式表示再制造品的產(chǎn)量不能超過(guò)回收產(chǎn)品的數(shù)量。

2.4 碳限排政策下的定價(jià)決策模型

碳懲罰政策是本文設(shè)計(jì)的行政減排手段,政府給其分配一定的排放限額,若企業(yè)排放量超額，則對(duì)其超出部分進(jìn)行懲罰。設(shè)計(jì)該政策的依據(jù)是當(dāng)前碳交易市場(chǎng)處于試點(diǎn)階段,規(guī)模小、運(yùn)行不規(guī)范,不能完全滿(mǎn)足市場(chǎng)需求,該政策可以作為碳交易政策完善前的替代或補(bǔ)充措施。模型原理與碳交易政策相似,區(qū)別在于當(dāng)企業(yè)超出排放限額時(shí)需要接受懲罰,但低于排放限額時(shí)并不能出售其剩余的排放額度,根據(jù)假設(shè)構(gòu)造模型如下。

上層目標(biāo)函數(shù)為制造商的利潤(rùn)最大化,即

maxπM(wn,wr,a)=

(wn-cn)Qn+(wr-cr)Qr+s(aQn+

aQr-Qr)-c(a)-Hmax(E-M,0)；

s.t.cn

0≤a≤1

(6)

下層目標(biāo)函數(shù)為零售商利潤(rùn)最大化,即

maxπR(pn,pr)=(pn-wn)Qn+

(pr-wr)Qr；

s.t.wn

0

(7)

(6)式和(7)式中各項(xiàng)含義與碳交易模型相似,區(qū)別在于上層目標(biāo)函數(shù)的最后一項(xiàng)懲罰成本,當(dāng)企業(yè)排放超過(guò)排放限額M時(shí)，需要支付每千克H元的懲罰,低于限額時(shí)不能出售。

3 數(shù)值仿真與分析

3.1 求解算法

本文建立的定價(jià)決策模型是由上層非光滑的非線性規(guī)劃問(wèn)題和下層二次規(guī)劃問(wèn)題組成的雙層規(guī)劃問(wèn)題,設(shè)計(jì)的模型求解算法流程為:將一組上層初始可行解帶入下層二次規(guī)劃,應(yīng)用Matlab二次規(guī)劃求解器quadprog求解下層問(wèn)題,并將得到的下層最優(yōu)決策變量反饋到上層應(yīng)用模擬退火算法對(duì)上層進(jìn)行尋優(yōu),將得到的最優(yōu)上層決策變量再代入下層問(wèn)題;迭代尋優(yōu),直到滿(mǎn)足終止條件。由于算法的設(shè)計(jì)不是本文重點(diǎn),這里不做詳細(xì)介紹。

3.2 數(shù)值仿真分析

對(duì)于模型中的常量分別賦值:cn=100,cr=50,en=500,er=250，Q=1 000,g=10 000,s=10,β=0.8,在此基礎(chǔ)上對(duì)碳交易政策和碳限排下的定價(jià)決策模型進(jìn)行分析。

3.2.1 碳交易政策

碳交易政策中有2個(gè)控制變量,即排放限額M和碳交易價(jià)格P,首先控制排放限額為70 000 kg,研究碳交易價(jià)格對(duì)模型的影響如圖1所示。根據(jù)我國(guó)各交易所的交易數(shù)據(jù),我國(guó)碳交易歷史成交價(jià)格在0.02～0.17元/kg之間,控制碳交易價(jià)格在此范圍內(nèi)均勻變化,可求得模型在不同碳交易價(jià)格下的最優(yōu)定價(jià)決策和各指標(biāo)值。

從圖1a～圖1f可以看出，隨著碳交易價(jià)格的升高,制造商和零售商的利潤(rùn)都有所減少,制造商碳排放總量降低,回收率升高,新產(chǎn)品產(chǎn)量減少,再制造品產(chǎn)量增加。制造商利潤(rùn)的減少主要是由于購(gòu)買(mǎi)排放額度增加了額外成本,零售商的利潤(rùn)減少主要是由于制造商生產(chǎn)策略的改變引起的。這說(shuō)明碳交易政策對(duì)制造商的碳排放起到了一定的抑制作用,提高回收率促進(jìn)再制造,且效果與碳交易價(jià)格正相關(guān)。

但在本模型中,碳交易政策的減排效果并不顯著,即使交易價(jià)格達(dá)到0.17元/kg時(shí),制造商的碳排放仍達(dá)到95 000 kg,超過(guò)70 000 kg的限排額度。

圖1d和圖1e反映了碳交易價(jià)格對(duì)產(chǎn)品批發(fā)價(jià)格和銷(xiāo)售價(jià)格的影響。從圖1d可以看出，新產(chǎn)品和再制造品的批發(fā)價(jià)格波動(dòng)較大,因?yàn)榕l(fā)價(jià)格對(duì)市場(chǎng)不直接產(chǎn)生影響,作為制造商和零售商的內(nèi)部交易價(jià)格,呈現(xiàn)“新產(chǎn)品增再制造品減”的互補(bǔ)趨勢(shì),從而不影響制造商和零售商的最大利潤(rùn)。但從趨勢(shì)上可以看出,隨著碳交易價(jià)格的升高,新產(chǎn)品和再制造品批發(fā)價(jià)格的替代程度不斷降低,說(shuō)明碳交易價(jià)格的增高使得再制造品價(jià)值提升。從圖1e中看到產(chǎn)品售價(jià)的變化規(guī)律,新產(chǎn)品價(jià)格由于消費(fèi)者更高的認(rèn)可度明顯高于再制造品,兩者都呈現(xiàn)緩慢提高的趨勢(shì),且新產(chǎn)品價(jià)格增速較高。

進(jìn)一步分析碳交易政策中排放額度對(duì)模型的影響,控制碳交易價(jià)格不變,設(shè)置不同排放限額對(duì)模型求解。從模型求解結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)碳交易價(jià)格不變時(shí),排放限額的變化只對(duì)制造商的利潤(rùn)產(chǎn)生影響,而對(duì)模型的決策變量不產(chǎn)生影響。這說(shuō)明碳交易政策中,碳交易價(jià)格對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)決策起決定作用,給企業(yè)分配較低的額度并不能減少其碳排放。

3.2.2 碳限排政策

碳限排政策中也有2個(gè)控制變量,排放限額M和碳懲罰價(jià)格H,首先研究碳懲罰價(jià)格對(duì)模型結(jié)果的影響,控制碳限排額M=90 000 kg,碳懲罰價(jià)格H在0.1～0.3 元/kg之間均勻變動(dòng),求解得模型在不同懲罰價(jià)格下的結(jié)果如圖2所示。

圖2 碳懲罰價(jià)格對(duì)模型的影響

從圖2可以看出,隨著懲罰價(jià)格的升高,制造商和零售商的利潤(rùn)都有所降低,回收率不斷提高,新產(chǎn)品產(chǎn)量減少,再制造品產(chǎn)量提高,碳排放量不斷降低,當(dāng)排放量減少至低于排放限額時(shí),制造商和零售商不再改變定價(jià)策略,模型中各指標(biāo)保持不變。說(shuō)明當(dāng)懲罰價(jià)格足夠高時(shí),可以有效地保證減排目標(biāo),當(dāng)制造商的排放不超過(guò)排放限額時(shí),懲罰價(jià)格不對(duì)模型產(chǎn)生影響。進(jìn)一步探究排放限額對(duì)模型結(jié)果的影響,選取4個(gè)懲罰價(jià)格H為0.1、0.2、0.3、0.4元/kg,控制排放限額M在110 000～60 000 kg之間均勻變化,模型計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 碳排放限額對(duì)模型的影響

圖3b～圖3d反映了碳排放限額對(duì)零售商利潤(rùn)、碳排放和回收率的影響。在同一懲罰價(jià)格下,隨著排放限額的減少,零售商利潤(rùn)和碳排放量降低,回收率升高,當(dāng)排放限額達(dá)到一定程度時(shí),供應(yīng)商和零售商的決策不再發(fā)生變化,從而使零售商利潤(rùn)、碳排放和回收率也不再發(fā)生變化。由此可知，懲罰價(jià)格越高,排放限額減少帶來(lái)的影響程度也隨之增高。圖3a反映了碳排放限額對(duì)制造商利潤(rùn)的影響,在同一懲罰價(jià)格下,制造商利潤(rùn)隨著排放限額的減少而降低,當(dāng)排放限額達(dá)到一定程度時(shí),制造商利潤(rùn)線性減少,表明此時(shí)制造商的定價(jià)決策不再變化,利潤(rùn)變化由懲罰成本決定,懲罰價(jià)格越高對(duì)制造商利潤(rùn)影響越大。圖3e～圖3f反映了碳排放限額對(duì)售價(jià)和銷(xiāo)量的影響,圖中實(shí)線和虛線分別代表不同懲罰價(jià)格下新產(chǎn)品和再制造品的變化情況。在同一懲罰價(jià)格下,隨著排放限額的減少,新產(chǎn)品和再制造品的售價(jià)升高,同時(shí)新產(chǎn)品銷(xiāo)量減少,再制造品銷(xiāo)量升高,且新產(chǎn)品售價(jià)和銷(xiāo)量的變化速度較快。當(dāng)排放限額達(dá)到一定程度時(shí),兩者的售價(jià)和銷(xiāo)量都不再發(fā)生變化。

綜上可知,碳限排政策中懲罰價(jià)格和排放限額都對(duì)模型產(chǎn)生影響,懲罰價(jià)格越高,限額越低,對(duì)制造商的排放約束越強(qiáng)。但在確定懲罰價(jià)格下,排放限額對(duì)企業(yè)的決策影響有限,當(dāng)限額達(dá)到一定程度時(shí),企業(yè)不再改變其決策。

3.3 政策比較

從政策的設(shè)置與實(shí)施來(lái)看,碳配額懲罰政策的參數(shù)都由政府通過(guò)行政命令設(shè)定,排放配額和超額懲罰價(jià)格可以根據(jù)減排需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,可以提供較為穩(wěn)定的價(jià)格信號(hào),促使企業(yè)調(diào)整生產(chǎn),減少排放。而碳交易政策中的排放配額由政府分配,碳交易價(jià)格則由市場(chǎng)決定,但根據(jù)上文的分析可知排放限額的變化只影響制造商的利潤(rùn),并不影響企業(yè)的決策,因此，碳配額交易政策下政府對(duì)于閉環(huán)供應(yīng)鏈減排的結(jié)果缺乏可控性。同時(shí)市場(chǎng)的不確定因素較多,特別是在碳交易市場(chǎng)建立初期,法律法規(guī)不完善,投機(jī)行為等會(huì)導(dǎo)致碳交易價(jià)格不穩(wěn)定。本文分析是在我國(guó)各交易所的歷史交易數(shù)據(jù)為0.02～0.17元/kg之間進(jìn)行的,當(dāng)碳交易價(jià)格存在異常時(shí),對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈的影響也會(huì)有所不同。碳交易價(jià)格在0.2～1.4元/kg時(shí),閉環(huán)供應(yīng)鏈的利潤(rùn)分配和產(chǎn)量變化情況如圖4所示。由圖4可以看出,隨著碳交易價(jià)格的升高,新產(chǎn)品的產(chǎn)量不斷降低,再制造品的產(chǎn)量一開(kāi)始有所提升,但當(dāng)碳交易價(jià)格超過(guò)0.5元/kg后開(kāi)始降低,總產(chǎn)量不斷縮減。制造商的利潤(rùn)一開(kāi)始有所降低,但隨著碳交易價(jià)格的升高,制造商排放低于配額從而得以出售剩余額度獲得收益,其利潤(rùn)開(kāi)始有所提高。零售商的利潤(rùn)隨著碳交易價(jià)格的升高不斷降低。這是由于當(dāng)碳交易價(jià)格較高時(shí),制造商由碳交易獲得的收益高于其進(jìn)行生產(chǎn)的收益,制造商會(huì)縮減生產(chǎn)規(guī)模,導(dǎo)致零售商收益減少,供應(yīng)鏈總效益降低。因此碳交易價(jià)格的不穩(wěn)定性使得政策的實(shí)施效果難以預(yù)測(cè)。

圖4 異常碳交易價(jià)格對(duì)利潤(rùn)和產(chǎn)量的影響

4 結(jié) 論

本文基于Stackberg博弈理論和低碳政策約束建立了制造商負(fù)責(zé)回收的閉環(huán)供應(yīng)鏈定價(jià)決策模型。通過(guò)基于模擬退火算法的非線性規(guī)劃求解方法,獲得模型的近似最優(yōu)解,并分析了碳交易政策和碳限排政策對(duì)閉環(huán)供應(yīng)鏈決策的影響,主要結(jié)論如下:

(1) 碳交易政策可以促使企業(yè)加大回收力度,提高產(chǎn)品回收率,擴(kuò)大再制造品生產(chǎn)規(guī)模,以降低碳排放,但會(huì)導(dǎo)致制造商和零售商的利潤(rùn)減少,產(chǎn)品售價(jià)升高。碳交易政策中,碳交易價(jià)格對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)決策起決定作用,碳交易價(jià)格越高對(duì)企業(yè)的決策影響越顯著,給企業(yè)分配較低的額度只降低企業(yè)利潤(rùn),并不能減少其碳排放。

(2) 碳限排政策可以有效地影響企業(yè)決策,降低碳排放。碳限排政策中懲罰價(jià)格和排放限額都對(duì)模型產(chǎn)生影響,懲罰價(jià)格越高,限額越低,對(duì)制造商的排放約束越強(qiáng)。但在確定懲罰價(jià)格下,排放限額對(duì)企業(yè)的決策影響有限,當(dāng)限額達(dá)到一定程度時(shí),企業(yè)不再改變其決策,此時(shí)進(jìn)一步減少排放限額只會(huì)降低制造商的利潤(rùn)。

(3) 碳限排政策相比于碳交易政策對(duì)企業(yè)的排放約束更為直接有效,并且更具可控性和穩(wěn)定性。碳交易政策的有效實(shí)施還需要市場(chǎng)機(jī)制的完善和相關(guān)法規(guī)的健全,因此,在碳交易市場(chǎng)培育初期,輔以碳限排政策,不僅有利于現(xiàn)階段我國(guó)減排任務(wù)的實(shí)現(xiàn),而且對(duì)培養(yǎng)企業(yè)減排責(zé)任和意識(shí)、促進(jìn)碳交易市場(chǎng)發(fā)展都具有積極作用。

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(責(zé)任編輯 萬(wàn)倫來(lái))

Closed-loop supply chain pricing decision under carbon cap-and-trade system

JIAO Jianling, WANG Yunxin, LI Lanlan
(School of Management, Hefei University of Technology, Hefei 230009, China)

In this paper, the exogenous consumer preference is introduced to classify new and remanufactured products. Enterprises may join the carbon trading mechanism or not join and accept the punishment for exceeding quotas. According to the two situations, the models are built. The bi-level programming approach is used to solve the models. Through numerical simulation, the influence of different emission quotas, trading prices and penalty prices on the pricing decisions of enterprises is analyzed. The modeling results show that although the carbon quota mechanism reduces the profits of enterprises and raises the selling price to some extent, it can promote the enterprises to enhance the recycling intensity, change the production mode and reduce carbon dioxide emissions. Compared with the carbon emission trading policy, the effect of the carbon emission restriction policy on the carbon emission constraint of enterprises is more direct, efficient and stable.

closed-loop supply chain; carbon cap-and-trade policy; consumer preference; remanufacturing; bi-level programming

2016-04-18；

2016-06-15

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71271074;71573069)

焦建玲(1966-),女,安徽黃山人,博士,合肥工業(yè)大學(xué)教授,博士生導(dǎo)師.

10.3969/j.issn.1003-5060.2017.06.023

F272.3

A

1003-5060(2017)06-0840-08