碳排放约束下的供应链碳减排技术投资博弈分析

论文总字数：24304字

摘 要

随着全球气候变化问题的加剧，世界各国都致力于减少自身产生的碳排放，碳排放约束已经被许多发达国家作为环保政策而施行，发展中国家也不同程度的学习、借鉴发达国家的碳排放政策，总的来说，在不久的将来，有可能会达成世界性的碳排放约束公约。在这种情况下，供应链想要保证自身的核心竞争力以及盈利能力，必须减少碳排放。碳减排技术投资是一种重要的碳减排方式，供应链为了满足环境政策的要求，必然要采取不同程度的碳减排技术投资。

论文以我国电力行业供应链为例，建立了一个包含电厂和电网的二级供应链碳减排博弈模型，通过分析不同博弈组合的结果，试图得到最优策略。研究表明，当电厂选择碳减排投资，电网选择碳减排补贴时，电力供应链能够在实现碳减排目标的同时，获得最大利润。论文随后结合我国电力行业碳减排现状，分析了电力行业中关键指标对于模型博弈结果的影响，并向作为监管者的政府提供了决策建议。在论文的最后，总结了论文之前所获得的结论，并指明了未来的研究方向。

关键词：碳排放约束；碳减排投资；博弈论；供应链管理；电力行业

A game-theory analysis of supply chain carbon abatement investment under carbon emission constraints

Abstract

Along with the intensification of global climate change,countries in the world are devoted to reducing their carbon emissions.Developed countries use carbon emission constraints as their environmental policy.Developing countries learn from the carbon emission policy of the developed countries in some degree.In general,there will probably achieve a worldwide carbon emission constraint convention in the near future. Under this circumstances,supply chain has to reduce carbon emission to ensure its core competitiveness and profitability.As one of the important carbon abatement methods,carbon abatement investment is inevitable used by supply chain to meet the requirements of environmental policy.

This thesis focus on the power industry supply chain,building a two-stage supply chain carbon abatement game model.It consist of two parts:power plant and grid company.This thesis tries to obtain the optimal strategy by analyzing the different combination strategy.The results show that when power plant invests in carbon abatement and grid company pay for the subsidy,the power industry can achieve both carbon abatement target and maximum profit.In the following section,the thesis combines with the status quo and analyzes how key indicators of power industry influences the results.Then,the thesis gives advice to government which acts as the regulator for decision-making.In the last part,the thesis concludes and sets a direction for future research.

Key words: carbon emission constraints;carbon abatement investment;game theory;supply chain management；power industry

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2研究意义 1

1.3研究内容 2

1.4研究思路 3

第二章 文献综述 4

2.1低碳经济与低碳供应链相关文献综述 4

2.2碳排放约束相关文献综述 4

2.3供应链碳减排相关文献综述 5

2.4电力行业碳减排相关文献综述 6

第三章 电力供应链碳减排技术投资博弈模型 9

3.1 问题描述与基本假设 9

3.2 决策变量与参数说明 10

3.3 不同决策组合的投资博弈模型 11

3.4 模型分析与总结 16

第四章 电力行业碳减排博弈分析 19

4.1 电力行业碳减排现状 19

4.2 不同策略组合的实例分析 21

4.3 电力行业中关键指标对碳减排投资博弈最优策略的影响 22

第五章 结论与展望 26

致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1研究背景

随着人口数量的激增和工业生产力的提高，人类所排放的工业废气数量已经远远超过了地球自净能力的上限，因此而引发的全球气候变化问题已经成为了全人类共同面临的重要问题。为了控制温室气体排放，各国已就碳排放约束问题达成了共识，在气候变化问题得到显著改善之前，碳排放约束只会随着时间的推移而日益严格。目前，各国根据自身的经济发展水平和科技水平，推行自身可承受的碳排放约束政策，并据此设立具体的约束措施。在碳排放约束背景下，供应链为了在满足碳排放约束政策要求的同时提高自身核心竞争力以及盈利能力，必须选择合适的减排方式，而碳减排技术投资是碳减排的重要方式之一，因此，供应链碳减排技术投资博弈是供应链上企业正面临着的现实问题。此外，发展中国家在实施碳排放约束的同时还要坚持发展本国经济、工业，因此，其环保政策所设定的碳排放约束水平通常低于发达国家。与此同时，在国际供应链中，核心企业往往是总部位于发达国家的大型跨国公司，其对于碳减排投资的意愿较高；而供应链中的上下游中小企业通常是发展中国家的本土企业，其所遵行的政策对于碳排放的限制较为宽松，对于碳减排投资的意愿不高。因此，除去供应链整体的碳减排技术投资博弈，还存在着供应链上企业间的碳减排技术投资博弈。

1.2研究意义

当前，碳排放的相关话题已经成为了供应链管理领域的新热点，低碳供应链、碳足迹、碳减排等名词越来越多的出现在公众的视野中，随着社会经济的发展以及人民收入水平的提高，消费者对于低碳消费的需求将迅速增涨，而政府对于供应链的碳排放约束也会随时间的推移而不断收紧。在这一背景下，供应链碳减排已经成为了关乎供应链命运的重要一环，经济、快速的实现供应链碳减排，能够提高供应链整体的竞争力，在日益激烈的供应链竞争中立于不败之地，而供应链上企业实现自身的生产流程碳减排，有利于提高自身的核心竞争力，规避因碳排放超额而面临的惩罚成本，可以采取最优生产策略而获得最大利润。然而，碳减排技术的投资额度必须适度，过度投资将增加供应链的运营成本，降低由碳减排带来的利润；投资不足将无法达到预期的效果，同样无法获得最大利润，因此，碳排放约束下的碳减排技术投资博弈问题是供应链管理中的管理者所面临的实际问题，各个供应链应当根据自身的实际情况来选择合适的碳减排技术投资额度。

论文在研究和学习已有的碳减排技术投资相关文献的基础上，结合供应链管理的相关理论，以电力行业供应链为研究对象，进行碳减排投资博弈的分析，随后结合电力行业的行业碳减排现状，研究博弈结果与实际情况间的联系与区别，最终将博弈结果进行总结归纳，为电力行业碳减排投资博弈提供建议。此外，还指出作为监管者的政府相关部门在当前工作中存在的问题，并提供了改进建议。

1.3研究内容

1. ：阐述论文的研究背景、意义、内容和思路，确立整篇论文的结构，是论文的基础部分。
2. ：对以往的相关研究进行系统的文献综述，分为五部分：1.低碳经济与低碳供应链相关文献综述；2.碳排放约束相关文献综述；3.供应链碳减排相关文献综述；4.中国2020年碳减排目标的相关文献综述；5.电力行业碳减排相关文献综述。
3. ：建立包含发电集团和电网公司的二级供应链博弈模型。结合我国电力行业的实际情况，建立包含发电集团和电网公司的二级供应链碳减排技术投资博弈模型，通过数学方法分析不同策略组合的优劣。
4. ：电力行业碳减排博弈分析。第一节简单介绍了我国电力行业碳减排现状。第二节将第三章中四种不同的策略组合与现实中的实际例子相对应，用实例分析前一章所获得结论的可行性。第三节分析了电力行业中关键指标对碳减排技术投资博弈的最优策略所产生的影响，为电力行业供应链碳减排提出了相应的建议，并对作为监管者的政府提出了几点意见。
5. ：结论与展望。将第三章和第四章所获得的结论进行归纳整理，并提出了未来进一步研究的方向。

1.4研究思路

本文通过建立数学模型来进行碳减排技术投资博弈分析，在建立模型时，从我国电力行业供应链的实际情况出发，力图建立符合我国国情的电力行业碳减排技术投资博弈模型，此时，该模型中仅包含两个核心节点：发电集团与电网公司，政府作为监管者与政策制定者，不参与电力行业内部的博弈。通过模型求解，得出电力行业的碳减排最优策略，随后在电力行业现阶段的实际情况中寻找可以支持模型结论的实例，结合实例分析模型结果的实用性，并介绍了电力行业中对碳减排技术投资博弈的结果可能产生影响的关键指标。最终，总结之前所得到的结论，为电力行业提供策略性建议，并提出了后续研究的方向。

第二章 文献综述

2.1低碳经济与低碳供应链相关文献综述

低碳经济的理念雏形诞生于上世纪90年代后期，其首次由官方进行定义是在2003年英国能源白皮书《Our energy future:create low-carbon economy》中：在降低自然资源消耗、减少环境污染的同时获得更多经济产出^[1]。时至今日，低碳经济仍未得到统一定义，下面引用一个较为全面的定义：低碳经济以低消耗、低排放、高产出的增长模式为核心，涵盖了从原料开采、加工、使用和消费的各个过程，是由碳足迹、低碳能源、低碳技术、低碳产业、低碳生产生活方式、低碳城市和低碳社会等一系列新名词支撑的体系^[2]。

低碳供应链是随着低碳经济理念的兴起而衍生出的新的供应链管理理念。顾名思义，低碳供应链是供应链上各个环节均符合低碳理念，供应链整体资源利用率高，产品的单位碳排放量低于市场平均水平，能够同时实现自身经济效益与社会效益的供应链。赵道致(2013)^[3]等认为供应链结构必然会因低碳而改变。Kumar(2014)^[4]等提出了基于碳足迹检测的绿色包络分析法，从而帮助核心企业在低碳供应链中选择供应商。陈剑（2012）^[5]提出，低碳供应链管理的基础是碳排放的科学度量以及其在供应链上的分配，不解决这一基本问题，就无法实现低碳供应链的结构设计和运营优化。张新（2011）^[6]提出，低碳供应链除了在常规的采购、生产等环节应保持低碳外，还应保证逆向物流的回收，这样才能实现供应链产品全生命周期的低碳目标。秦新生（2015）^[7]通过分析敦豪公司的低碳供应链管理具体案例，为中国物流公司的低碳化提供了建议。

2.2碳排放约束相关文献综述

碳排放约束是各国为了实现向低碳经济转型而采取的环境保护政策，其具体的严格程度受各国国情和承诺的碳减排水平影响。一般情况下，各国的碳排放约束政策是在不影响本国经济正常发展和国民生活水平的前提下设定的，通过对各行业设立碳排放额度，分配碳排放权以限制碳排放量。

Ravi Subramanian（2007）^[8]等研究了企业在遵守碳排放约束政策要求的前提下如何获得最大利润，他们分别研究了减排投资、购买碳排放权和调整产量三种情况下的博弈情况，认为在监管者收紧政策约束的条件下，相对环保的企业受到的影响更小，能够获得比污染程度较重的企业更多的利润。Kerr（2002）^[9]等以美国国内的碳排放约束体系为框架，分析碳排放权的最优分配方式，认为在采取标准向上叫价时钟拍卖的方式分配碳排放权，并允许二手碳交易市场的情况下，政府实施的碳排放约束政策可以高效实现国内的碳减排目标。Zakeri(2015)^[10]等研究了最主要的两种碳排放约束方式——碳税和碳排放交易间的优劣，认为尽管市场存在着众多的不确定性，碳排放交易相较于碳税在提升供应链绩效方面更为出色。

2.3供应链碳减排相关文献综述

供应链管理同传统管理学的本质区别在于：供应链管理将整条供应链视为一个整体，链上单一企业的效益最大化并不等同于供应链整体效益的最大化，供应链管理是对由供应商、生产商、分销商、零售商和消费者组成的网络的管理，供应链内部双向传递的物流、信息流和资金流是供应链管理的重点。供应链层面的竞争是未来市场竞争的主流，只有提高供应链整体竞争力，才能获得更大的市场份额，实现供应链效益最大化。

碳减排就是减少碳排放，此处的碳泛指六种主要的温室气体：二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物和六氟化硫。孙天晴（2014）^[11]等认为碳减排技术是能够有效减少碳排放量的手段、方法或措施。供应链日常生产活动的各个环节都会产生碳排放，供应链碳减排是现阶段供应链所面临的重大机遇与挑战，供应链上企业应本着“利益共享，风险共担”的原则共同面对供应链碳减排的要求。现阶段，供应链节点上的碳减排主要措施有：使用清洁能源；更换节能设备；优化生产流程；合理减少库存；运用低碳运输工具；配备智能管理系统等。

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