碳交易下政府与制造企业碳减排演化博弈.pdf

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 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 discussed 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-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-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-C2C30（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）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，结合我国实际市场情况对初始参数进行赋值，使用MATLAB2021软件把赋值代入式子运算。（1）各参数初始值设定为：C1=60，C2=50，R1=100，R=90，S=15，F=25，=0.1，P=20，=0.1，T=25，T1=24，T2=26。此时条件满足F-C2+p20，R1+R-RC1，与情形1吻合，系统会收敛于（0，0）（不监管，不减排）。00.511.522.533.544.55-0.200.20.40.60.81图2情形1中政府动态演化路径00.511.522.533.544.55-0.200.20.40.60.81图3情形1中企业动态演化路径由图2、图3可以看出，随着时间的推移，政府和企业都趋近于选择不监管,不减排的决策，形成（不监管，不减排）的博弈均衡。（2）调整各参数设定为：C1=60，C2=50，R1=140，R=80，S=15，F=25，=0.1，P=20，=0.1，T=25，T1=24，T2=26，此时条件满足F+p2C2，C1+R-R-R1C2，C1(S+F+p1+p2）R1+RR，即罚金大于政府监管成本，罚金和补贴与减排带来的增量收益之和小于减排的成本，企业会选择不减排策略，理智的政府会选择监管策略得到更高的收益，与情形3吻合，系统会收敛于（1，0），形成（监管，不减排）的博弈均衡。具体演化路径如图6、图7所示。00.511.522.533.544.55-0.200.20.40.60.811.2图6情形3中政府动态演化路径00.511.522.533.544.55-0.200.20.40.60.81图7情形3中企业动态演化路径政府监管概率时间企业减排概率时间政府监管概率时间企业减排概率时间政府监管概率时间企业减排概率时间-76供应链管理（4）调整各参数设定为：C1=90，C2=40，R1=100，R=90，S=30，F=60，=0.1，P=20，=0.1，T=25,T1=24,T2=26，在其他参数不变情况下调整罚金与补贴，此时条件满足FC2，C1(S+F+p1+p2）C2，C1(S+F）R1+RR，即罚金大于政府监管成本，减排带来的增量收益大于减排成本减去罚金与补贴。此种情形下系统演化存在一个中心点，不存在演化稳定结果。如图10所示，系统演化的最终结果是围绕中心点（x,y）运动的闭轨线环，政府和企业两个群体博弈过程表现出一种周期行为模式。说明提高消费者偏好系数后更加有利于企业和政府进行周期性的博弈，更有利于促进企业碳减排。-0.200.20.40.60.811.2-0.200.20.40.60.811.2图10情形5中政企双方动态演化路径3结语本文的研究结果表明，在政府与企业演化博弈的过程中，双方可能会达成几种博弈均衡组合。通过调整成本、罚金、补贴、消费者低碳敏感系数、初始碳配额、碳交易价格等可能会促进政企双方达成（监管，减排）的均衡状态或进行周期性的博弈状态，有利于企业进行碳减排。从地方政府的角度来看，首先应加大对积极减排企业的激励，包括给予多种政策倾斜、加大补贴力度、加大宣传力度以增加公众对减排企业的认可等。同时加大对不遵守碳约束减排企业的处罚，使其认识到不减排的严重性，从而更自觉地参与减排行动。其次应进行宏观调控，适当提高碳市场碳交易价格，使得企业出售富余碳配额的收入增加，而超额排碳时购买碳配额的成本也提高，迫使企业改进技术、改善生产流程，生产出更加低碳的产品，降低碳排放。第三，应降低地方政府监管时的成本。如果监督成本降低，政府将可以增加对企业检查监督的频率或加大监管的力度，从而提高监管效率。而当监管成本降低，理智的企业更倾向于认为政府的监管程度会变高，从而作出减排决策，使得企业在既定碳配额内排放，实现减排目标。对于企业而言，消费者的低碳偏好和生产低碳产品的成本与企业低碳生产的收益密切相关，提高消费者的低碳偏好和降低低碳生产的成本非常重要。当消费者的低碳偏好程度和生产低碳产品的成本达到一定水平，使企业进行碳减排生产低碳产品的收益高于不减排生产普通产品时，在利益推动下，企业会进行碳减排。另外，企业要重视生产流程的优化，员工低碳生产技术培训等，以降低低碳生产的成本，提升低碳产品质量，提高消费者的认可程度，更利于消费者选择低碳产品，从而通过生产低碳产品获得更高的利润。参考文献1国务院发展研究中心课题组,刘世锦,张永生.全球温室气体减排:理论框架和解决方案J.经济研究,2009,44(3):4-13.2习近平在气候雄心峰会上发表重要讲话J.世界知识,2021(1):6.3KOMMISSION E.Europeans attitudes towards the issue ofsustainable consumption and productionR.2009.4EDWARDS-JONES G,PLASSMANN K,YORK E H,et al.Vulnerability of exporting nations to the development of acarbon label in the United KingdomJ.Environmental Sci-ence&Policy,2009,12(4).5ZHANG J J,NIE T F,DU S F.Optimal emission-dependentproduction policy with stochastic demandJ.InternationalJournal of Society Systems Science,2011(3).6蒋雨珊,李波.碳管制与交易政策下企业生产管理优化问题J.系统工程,2014,32(2):150-153.7吴茵茵,齐杰,鲜琴,等.中国碳市场的碳减排效应研究:基于市场机制与行政干预的协同作用视角J.中国工业经济,2021(8):114-132.8CRAMTON P,KERR S.Tradeable carbon permit auctions:how and why to auction not grandfatherJ.EnergyPolicy,2002,30(3):333-345.（下转第147页）政府监管概率时间企业减排概率时间兰智谦：碳交易下政府与制造企业碳减排演化博弈企业减排概率政府监管概率-77物流教育以及人才需求情况，征集不同类别企业真实的生产物流及供应链管理案例，参照职业标准（国家标准、行业标准、企业标准）和真实的企业高级职位需求，汇集整理成相应的教学素材。不过一般而言，来源于企业生产建设、研究设计、经营管理等工程项目一线的案例素材可能并不适合直接用于教学，需要根据教学目标对企业案例进行甄选与提炼，优先选择科技成果转化成功的案例，使案例素材尽可能发挥最大的价值。“物流与供应链管理”课程案例库涉及搬运技术与装备设计、仓储管理技术与设备、分拣技术及设备、供应链管理系统等4大核心主题。为了提高案例库在混合式教学中的应用效果，不同的案例采用不同的形式呈现，例如图片、视频、文本、虚拟仿真等。案例基本素材要尽可能充实完备，做到背景生动真实，知识点粗细均衡，数据翔实全面，任课教师可根据学生特点及混合式案例教学之需进行二次开发，其中典型工程案例包括：（1）多环行穿梭车优化调度问题的自学习算法。分析研究环形穿梭车的工作特点和调度策略，同时考虑其起停、等待、复合作业对搬运能力的影响，创建环形搬运作业的多目标优化调度数学模型，在此基础上提出基于自学习和改进遗传算法的环形实时调度算法，讨论调度算法的编码、选择、交叉变异操作规则方法，提出改进种群和妥协解的专家库自学习方法，提高计算速度。通过计算仿真，验证模型和自学习算法的可行性和有效性。（2）非连续截面薄壁立柱稳定性预测方法。影响薄壁多孔立柱稳定性能的因素较为复杂，已有的研究更多地考虑了截面的连续属性，而对于工程上常见的非连续截面（如孔洞尺寸）则讨论较少。基于立柱力学性能试验及有限元物理模拟，采用基于XGBOOST和SHAP的智能计算方法，建立立柱稳定性认知预测模型，调试模型结构参数使其具有良好的预测能力。以此为基础，深度挖掘并认知影响立柱稳定性的主要因素及规律，验证预测模型的可行性与有效性。（3）四向车密集仓储系统设备配置选优。以Flexsim仓储作业性能仿真模型为基础，以单次任务平均作业时间为评价指标，分别研究库存规模、货架整体布局、四向车运行参数以及系统作业模式对于系统作业效率的影响；考虑四向车换层作业并结合主要设备的空闲率指标，优化选配四向车以及提升机的数量与性能，在满足用户出入库基本需求的基础上，整体上提高设备利用率、降低设备资金投入。4结语基于企业用人需求和实际工程项目联合开展专业学位硕士研究生案例教学，激发了企业参与联合培养的积极性，充分发挥了高校帮助企业解决技术难题的人才、成果优势，使高校老师能够通过横向项目合作积极参与企业的项目研发，并进一步积累案例教学经验，高校为地方服务的主动性大大增强。百年变局与世纪疫情相互交织背景下，高校更需要与企业强化产学研合作，精心准备案例教学资料，针对性开展智能物流领域高素质复合型人才的培养，帮助专业硕士研究生经过“物流与供应链管理”课程学习深入一线，对企业研发与管理工作过程产生新的认知，使其技术创新意识得到强化，职业素养得到进一步提升，最终成为智能制造行业急需的中坚力量。参考文献1陆大明.中国物流仓储装备产业发展研究报告(2016-2017)M.北京:机械工业出版社,2018.2DEVINDER K,RAJESH K S,RUCHI M,et al.Applicationsof the internet of things for optimizing warehousing and lo-gistics operations:A systematic literature review and futureresearch directionsJ.Computers&Industrial Engineering,2022,171.3袁俊丽,裴爱晖.物流新技术、新业态发展动因及趋势分析J.物流技术,2020,39(4):1-4.4周奇才.数字化和人工智能技术助推制造业物流智能化发展J.起重运输机械,2021(3):7.5CORINNA E-N,RAUERA H O,RICHARD O.Research-based teaching in Digital Manufacturing and Robotics-the Digital Factory at the UAS Technikum Wien as a CaseExampleJ.Procedia Manufacturing,2020,45:164-170.6AZLAN C A,WONG J H D,TAN L K,et al.Teaching andlearning of postgraduate medical physics using Internet-based e-learning during the COVID-19 pandemic-A casestudy from MalaysiaJ.Physica Medica,2020,80:10-16.7唐丽敏,计明军,孙家庆,等.物流工程专业学位研究生教学案例库建设探讨J,航海教育研究,2021,38(2):78-818刘伟成.物流工程硕士专业课程案例教学资源库建设研究J,物流技术,2015,34(2-1):303-305.9杨昆,陈明,张比鹏.基于Flexsim的设施规划与物流分析课程实践教学的设计与实现J.物流工程与管理,2014,36(7):320-322.10 李睿,汪贻生,郭凌,等.Web信息抓取技术在物流案例库建设中的应用J.物流技术,2020,39(8):120-122.9DU S,MA F,FU Z,et al.Game-theoretic analysis for anemission-dependent supply chain in a cap-and-tradesystemJ.Annals of Operations Research,2015,228(1):135.10 王文利,程天毓.碳交易背景下供应链运营决策的演化博弈分析J.系统工程理论与实践,2021,41(5):1 272-1 281.11 郭军华,孙林洋,张诚,等.碳限额交易政策下考虑消费者低碳偏好的供应链定价与协调J.工业工程与管理,2020,25(2):134-145.12 PANG Q,LI M,YANG T,et al.Supply chain coordinationwith carbon trading price and consumers environmentalawarenessdependentdemandJ.MathematicalProblemsin Engineering,2018(PT.3):1-11.13 焦建玲,陈洁,李兰兰,等.碳减排奖惩机制下地方政府和企业行为演化博弈分析J.中国管理科学,2017,25(10):140-150.14 ZU Y,CHEN L,FAN Y.Research on low-carbon strategies insupply chain with environmental regulations based on differ-ential gameJ.Journal of Cleaner Production,2018,177.15 庞晶,李文东.低碳消费偏好与低碳产品需求分析J.中国人口 资源与环境,2011,21(9):76-80.（上接第77页）吕志军，等：基于复合型人才需求的校企协同案例教学模式研究与实践-147