碳交易下政府与制造企业碳减排演化博弈.pdf
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1、供应链管理收稿日期2022-11-26作者简介兰智谦(1998-),男,河南平顶山人,江苏大学硕士研究生,主要研究方向:供应链管理、企业经济。doi:10.3969/j.issn.1005-152X.2023.09.019碳交易下政府与制造企业碳减排演化博弈兰智谦(江苏大学管理学院,江苏镇江212001)摘要基于演化博弈理论,在消费者低碳偏好等变量约束下,构建了碳交易市场完善情况下政府与制造企业碳减排演化博弈模型。通过对政企双方演化路径的分析,探讨了交易驱动下双方可能存在的博弈情况,并基于结果分析给出建议。关键词碳交易;碳减排;政府;制造企业;演化博弈;消费者低碳偏好中图分类号F274文献标识
2、码A文章编号1005-152X(2023)09-0073-05Evolutionary Game of Carbon Emissions Reduction in Carbon Trading between Governmentand Manufacturing EnterprisesLANZhiqian(SchoolofManagement,JiangsuUniversity,Zhenjiang 212001,China)Abstract:Based on evolutionary game theory,and under the constraint of variables such
3、 as consumers low-carbon preference,this paper constructedan evolutionary game model of carbon emissions reduction between the government and manufacturing enterprises within a sound carbon trading market.Through the analysis of the evolutionary path of the government and the enterprises,we discusse
4、d the possible transaction-driven game situations between thetwo parties,andgavesuggestions basedon theanalyticresult.Keywords:carbon trading;carbonemissionsreduction;government;manufacturingenterprise;evolutionarygame;consumerslow-carbon preference兰智谦:碳交易下政府与制造企业碳减排演化博弈0引言近年来,环境污染和全球气候变暖已成为国际社会高度关注
5、的问题。如何控制温室气体排放,减缓全球气候变暖已成为世界政治、经济、能源、环境等领域的重要议题1。改革开放以来,中国制造业快速增长,制造业发展高投入、高消耗、高排放、低产出、少循环、不可持续的特征使得生态资源保护和环境污染治理所面临的形势日益严峻,碳减排工作面临巨大挑战。2020年习近平在气候雄心峰会上表示:中国将以新发展理念为引领,在推动高质量发展中促进经济社会发展全面绿色转型,脚踏实地落实2030年前二氧化碳排放达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和目标,为全球应对气候变化作出更大贡献2。随着社会的发展与进步,越来越多的消费者开始注重更加健康的生活消费方式,环保意识逐渐增强,对于绿色产品
6、的关注度也越来越高,除了考虑产品的价格和质量等因素外,消费者开始倾向于选购更加环保的商品。有数据表明,2008年有75%的欧洲人愿意支付更高的价格去购买环保商品,远高于2005年的31%3。Edward,等4比较了三种不同产地供应到英国市场的易逝商品的碳足迹,发现消费者对碳排放量较低的产品存在一定的偏好。双碳目标的提出以及消费者低碳意识的增强为企业碳减排提供了契机。目前大量学者围绕企业碳排放问题进行了研究。考虑到碳排放权的因素对运营决策的影响,Zhang,等5研究了在随机需求和碳排放权交易机制作用下,通过多种渠道获得碳排放权的企业的生产优化模型。蒋雨珊,等6研究了企业在碳排放权交易模式下,如何
7、解决碳足迹的管理、控制库存和调整生产决策等问题,确定了一个企业进行碳排放权交易的阈值,探讨了碳排放权限额、碳交易价格、碳足迹等因素对企业生产决策的影响。吴茵茵,等7从市场机制与行政干预机制的视角,分析并检验北京等8个地区碳市场促进碳减排的理论与实际成果。Cramton,等8提出为使二级市场的流动性最大化,碳排放权将是完全可交易的,政府将进行季度拍卖,拍卖比原先根据历史排放量分配配额要更受欢迎。Du,等9利用Stackelberg博弈模型,深入探讨碳交易机制如何影响供应链中制造商和供应商的决策行为以及整个系统的绩效,同时也将碳交易价格和市场风险因素纳入考虑范围。分析政企在碳交易中的博弈不仅有助于
8、企业碳减排,也能为碳市场的发展建设提供思路。许多文献在碳限额交易背景下对企业的决策协调展开研究。王文利,等10基于消费者低碳偏好,研究碳交易政策下制造商主导的低碳供应链中制造商的低碳减排和零售商的低碳营销策略,探讨双方的演化稳定策略。郭军华,等11在碳交易政策及消费者低碳偏好条件下,针对两个制造商和一个零售商组成的二级供应链,分析了碳配额和消费者碳排放敏感系数对产品零售价和最优碳减排量的影响,并利用Shapley值法对供应链-73供应链管理物流技术2023年第42卷第9期(总第444期)进行协调。Pang,等12研究了碳配额政策下碳交易价格和消费者低碳偏好对不同类型制造商碳排放的影响,发现清洁
9、型制造商对碳交易价格的敏感度更高。焦建玲,等13在动态碳减排奖惩机制下,考虑地方政府和企业群体行为的演化博弈,分析了碳配额、碳交易价格、政府监督成本等对演化稳定策略的影响,并进行了数值仿真分析。Du,等9在碳交易机制下对依赖型供应商和生产商组成的两级供应链的决策和系统绩效进行分析,将碳交易价格、市场风险等考虑其中,建立了Stackelberg博弈模型,计算各自的最优目标值。Zu,等14在消费者低碳偏好、政府补贴的基础上加入渠道协调效应,通过微分博弈探讨了供应链上下游成员的最优减排与定价决策。由此可知,企业想要追求利益最大化,就必须积极配合政府进行碳减排,在变化的经济环境中优化自身的减排策略,在
10、长期发展中占据优势。而政府的引导对于企业碳减排具有显著作用。因此,政府应该采取政策措施来推动企业减排,争取早日实现承诺的减排目标。1碳交易下政府与制造企业碳减排演化博弈模型以制造企业和政府群体为研究对象,并假设各参与方均为有限理性,采取多次博弈需求稳定策略。制造企业的行为策略空间为采取减排措施,不采取减排措施,相应的概率为(x,1-x),政府的行为策略空间为采取监管措施,不采取监管措施,其概率为(y,1-y)。1.1模型参数及其定义模型参数及其定义见表1。表1模型参数及其定义参数U1(U2)RR1RC1C2SFpTT1(T2)N2P1P2定义企业减排(不减排)时政府的收益企业不减排时的综合收益
11、企业减排时的综合收益消费者低碳偏好敏感系数企业减排后因消费者低碳偏好带来的增量收益企业采取减排措施需要付出的成本政府的监管成本政府给予企业的减排补贴企业不减排时政府收取的罚金交易额分配系数碳交易价格免费分配的碳配额企业减排(不减排)时的碳排放量企业不减排带来的污染费用碳配额的出售收入碳配额的购入花费1.2模型基本假设(1)博弈双方为地方政府与企业,双方皆是有限理性的,会根据有限的知识和信息做出判断,在博弈过程中会根据对方的行为与决策来调整自身的策略。(2)市场中的消费者具有低碳偏好,愿意以更高的支付成本购买低碳产品15。若企业选择不减排策略,就无法获取减排带来的额外收益,此时企业的综合收益记为
12、R。企业采取积极减排措施时,会对生产流程进行优化、提高产品质量以及提高企业声誉等,由此获取更多收益,此时企业的综合收益记为R1。企业采取积极减排措施,生产出更为低碳的产品,此时企业获得消费者低碳偏好带来的增量收益记为R(为消费者低碳偏好敏感系数)。企业采取减排措施需要付出相应的成本,记为C1。(3)政府采取监管措施,在企业采取减排措施时,政府及时给予补贴,把补贴记为S。政府对不进行减排的企业采取惩罚措施,惩罚记为F。政府在对企业进行监管时必然要付出人力、物力,还需制定成文的奖惩政策等。政府的监管成本记为C2。(4)碳配额交易因素的引入也将对政企双方形成有效约束,有助于改善政企博弈结果,有助于企
13、业进行碳减排。政府给予企业的初始碳排放额为T。碳交易市场完善的情况下,企业可以选择购入或出售碳配额。T1为企业进行减排后的碳排放量,假设企业在采取减排措施后,碳排放量会大幅下降,TT1。T2为企业不进行减排时的碳排放量,TU2。当企业不采取减排策略时,其高碳排放可能会对环境产生污染,由此造成的污染治理费用N2也由政府承担。1.3政府和企业的博弈矩阵政府和企业的博弈矩阵见表2。表2碳交易机制下收益矩阵企业策略Y(y)策略N(1-y)政府策略Y(x)U1C2S+p1R+R1c1+S+P1U2+FC2N2+p2RFP2策略N(1-x)U1R+R1c1U2N2R政府Y策略的期望:UAY=y(U1-C2
14、-S+P1)+(1-y)(U2+F-C2-N2+P2)政府N策略的期望:UAN=yU1+(1-y)(U2-N2)政府平均期望收益:UA=xUAY+(1-x)UAN=xy(U1-C2-S+P1)+(1-y)(U2+F-C2-N2+P2)+()1-xyU1+()1-y()U2-N2由以上三个期望得到政府的复制动态方程:Xt=dxdt=x(UAY-UA)=x(1-x)y(-C2-S+P1)+(1-y)(F-C2+P2)-74供应链管理同理可得企业的复制动态方程:Yt=dydt=y(UBY-UB)=y(1-y)x(R+R1-C1+S+P1)-(R-F-P2)+(1-x)(R+R1-C1-R)联立政府和
15、企业的复制动态方程得到一个二维微分方程系统(Lt),即:dxdt=x(1-x)y(-C2-S+P1)+(1-y)(F-C2+P2)dydt=y(1-y)x(R+R1-C1+S+P1)-(R-F-P2)+(1-x)(R+R1-C1-R)令Xt,Yt都为0,系统的平衡点为(0,0),(1,1),(1,0),(0,1),(x,y)。1.4雅克比矩阵判断稳定对Xt,Yt分别求x,y的一阶导数,得到雅克比矩阵:J=dxdtxdxdtydydtxdydty=C1C2C3C4C1=(1-2x)y(U1-C2-S+P1-U1)+(1-y)(U2+F-C2-N2+P2-U2+N2)C2=x(1-x)U1-C2-
16、S+P1-U1)+(U2+F-C2-N2+P2-U2+N2)C3=y(1-y)(R+R1-C1+S+P1)-(R-F-P2)+R-(R+R1-C1)C4=y(1-2y)x(R+R1-C1+S+P1-R+F+P2)+(1-x)(R+R1-C1)根据雅克比矩阵判定复制动态方程局部渐进稳定的方法,可由以下条件来判断该均衡点是否为该演化稳定的均衡策略:当且仅当均衡点在雅克比(Jacobian)矩阵中同时满足行列式大于零,迹小于零时,才是系统的演化稳定策略(ESS)。根据雅克比(Jacobian)矩阵,计算得出五个均衡点处行列式和迹的取值,见表3。(1)Det(J)=|C1C2C3C4=C1C4-C2C
17、30(2)Tr(J)=C1+C40表3各平衡点的数值平衡点(0,0)(0,1)(1,0)(1,1)(x,y)C1()FC2+p2()C2S+p1)(C2Fp2)()C2+Sp10C20000*C30000*C4(R+R1c1R)R(R+R1c1)(RR+R1c1+S+F+p1+p2)(RR+R1c1+S+F+p1+p2)01.5演化博弈相位图根据上述式子命题情况,可以描绘出不同情况下的博弈系统演化相位图(如图1所示),更好地阐述其经济含义,印证命题式子。Friedman提出若平衡点雅克比矩阵的行列式Det()J为正,并且该矩阵的迹Tr(J)为负,则该点就是博弈系统的演化稳定策略,博弈系统在各均
18、衡点处的稳定性存在5种情形,即:(1)当 F-C2+p20 时,可得 F+p2C2,R+R1-RC1,无论是政府还是企业在演化过程中减排带来的收益都小于减排的成本,如图1(a)所示,作为理智的群体,政府和企业在动态演化过程中会达成(不监管,不减排)的博弈均衡,系统演化均衡点是(0,0)。(2)当()-C2-S+p10,C1+R-R-R10时,可得p1C1,可以看出政府监管获得利润小于支出的补贴和成本,因此政府不会选择监管策略。企业减排增加的利润大于减排的成本,如图1(b)所示,这种情况下,政府不会选择监管,而企业则会选择减排,从而达成(不监管,减排)的博弈均衡系统演化均衡点是(0,1)。(3)
19、当F-C2+P20,0S+F+P1+P20,C1+R-R-R1C2+S,R+R1-R+S+F+p1+p2C1,可以看出政府碳交易获得的收益大于政府监管成本与给予企业的补贴,企业减排所带来的利润大于企业的减排成本,如图1(d)所示,此种情况下,政企双方都有动机积极推动碳减排,系统的演化均衡点是(1,1)(5)当F-C2+p20,()-C2-S+p1S+F+p1+p20时,可 得F-p2C2,p1 R+R1R,R+R1R+S+F+p1+p2C1,如图1(e)所示,此种情形下政企双方会根据对方行为不断改变自身策略,存在周期性行为,此时系统会有一个中心点(x,y)。2算例分析在满足模型要求的前提下,结
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