低碳供应链减排及生产优化策略_赵道致

图1 企业碳排放权来源
pE B 企业 j 投资减排后， 物料利用率提高， j ； 同时 ， 节约物料的价值与企业 j 对供应链上游企业的中
n
（ 2 ） 企业减排投资主要用于革新净化和生产 工艺改进： 通过革新净化工艺， 企业新增碳排放降 低， 节约的碳排放权与减排水平和投资减排前的 碳排放有关； 通过革新生产工艺， 企业物料利用率 提高， 对上游企业的物料需求以及碳排放拉动降 低， 节约的物料价值与减排水平以及中间需求有 关。为了简化模型， 假设同一减排水平下， 净化和 生产工艺改善程度相同。 （ 3 ） 根据碳减排实践， 减排投资 I （ γ j ） 随减排 水平 γ j 的上升而加速上升， 当减排水平 γ j 趋近于 1 时， 减排成本 I j （ γ j ） 无限大， 如图 2 所示。因此， 可以假设减排投资 I（ γ j ） 与减排水平 γ j 存在如下 关系： I j （ γ j ） = f j tan π γ 2 j （ 1）
可以用 间需求∑ x ij 和企业 j 的减排水平 γ j 有关，
i =1 n
γ j ∑ x ij 表示。因此， 目标函数为：
i =1 n
min I j （ γ j ） + pE B j － γ j ∑ x ij
i =1
（ 2）
考虑碳排放权约束， 企业 j 有 3 种碳排放权 G B 来源， 包括政府分配 E j 、 市场交易 E j 和投资减排 E Ij ， 其最终排放量不会超过总的碳排放权 ， 即：
低碳供应链减排及生产优化策略
赵道致， 刘 姣， 焉 旭
（ 天津大学 管理与经济学部， 天津 300072 ）
摘
要：以碳排放成本最低为目标， 考虑政府分配、 市场交易以及投资减排 3 种碳排放权来源， 建立企业
求解企业在单周期、 给定碳排放约束下的最优减排策略， 从而实现企业利润最大化 。 减排优化模型， 关键词：低碳经济； 低碳供应链； 减排可行性； 减排水平 中图分类号：F203 DOI： 10． 3963 / j． issn． 2095 － 3852． 2014． 05． 030
* 当 γ j ＞ γ j 时， 企业 j 的碳排放成本随着减排
市场单位碳排放权价格为 0． 64 万元 / 百吨。 发动 机厂对上游的中间需求和为 2 000 万元， 优化前 碳排放量为 40 000 吨。 将数据代入式 （ 6 ） 可以得到， 发动机厂的最 减排投资为 660 万 优减排水平为 0． 371 6 。此时， 元， 通过投资减排节约的物料价值为 743 万元， 降 低碳排放 14 900 吨， 价值 95 万元。 通过算例发现， 目前企业投资减排的主要收 益来自于生产工艺改进后节约物料的价值 。相比 之下， 由于目前碳交易市场排放权价格大跌 ， 投资 减排获得的碳排放权收益比例相对较低 。随着各 国碳减排政策的陆续出台以及碳交易市场的不断 发展， 可以预见， 未来碳排放权交易价格将会出现 从而带动投资减排获得碳排放权收益 较大增长， 比例逐渐上升， 企业的最优减排水平不断增加， 推 动低碳供应链企业进一步加大投资减排力度 。
* 为了确定企业 j 最优减排水平 γ j ， 对企业 j n
图2
减排投资与减排水平关系
减排水平 γ j 求导， 低碳供应链企业在总产出不受 影响的情况下碳排放成本最低的减排水平为 ： γj
*
（ 4 ） 模型考虑单个生产周期内企业的最优减 企业的总产出不变。 排策略。在单个生产周期内， 同时， 碳排放权不会存留， 一旦盈余， 企业会通过 碳交易市场出售获利， 碳排放权不足时则需要投 资减排或者通过碳交易市场购买 。 模型所涉及的主要参数如下： x ij 为下游企业 j 从供应链上游企业 i 转入的 0 ≤ γ j ＜ 1 ； I j （ γ j ） 为企 产量； γ j 为企业 j 减排水平， I j （ γ j ） ≥0 ； p 为碳交易市场单位碳 业 j 减排投资，
1
研究背景
经济时代管理模式变革的理论与路径， 并构建了 ［5 ］ 全新的低碳发展体系 ； YILMAZ 认为低碳经济 背景下企业应该转变管理理念和发展战略 ， 提出 ［6 ］ 了顺应低碳经济发展要求的新型经营模式 ； 向 海燕等认为提升低碳核心竞争力将成为我国企业 ［7 ］ 长远发展的关键 ； 张弢等提出了低碳条件下注 重节约资源与环境保护的全新企业生产结构与经 ［8 ］ 营模式 。 在供应链层面， 对低碳问题的研究主要集中 在碳减排对供应链制造商利润或者绩效的影响 。 HON 等提出以层次分析为基础， 建立顶级低碳供 应链网络和供应链集群优化算法合成的网络图模 ［9 ］ 型， 对绿色供应链的低碳表现进行分析 ； FLAVIO 等对低碳供应链管理流程进行了分析， 建立 了涵盖环境保护以及碳足迹的低碳供应链绩效评 ［10 ］ 价指标体系 ； 章文燕建立了低碳经济环境下供 应链协同最优订货量模型， 提出利用折扣实现供 应链整体利润最大化， 同时将供应链碳排放降至 最低限度
水平的增加单调递增， 其原因在于， 减排投资的增 长速度大于节约的物料以及碳排放权价值增长速 企业可以考虑减少减排投资、 降低减排水平， 度， 通过碳交易市场购买不足的碳排放权更加经济 。
* 当 γ j = γ j 时， 企业 j 的碳排放成本最低。 此
时， 减排投资的增长速度等于节约的物料以及碳 排放权价值增长速度， 减排收益与减排投资之差 最大。 由式（ 6 ） 可知， 低碳供应链企业 j 的最佳减排
i =1 n
排的收益可以用 pγ j ΔE j + γ j ∑ x ij 表示。
i =1
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武汉理工大学学报（ 信息与管理工程版）
n
2014 年 10 月
企业 j 减排投资与收益的关系如图 3 所示。 从图 3 可知， 减排投资的增长速度最初小于节约 的物料以及碳排放权价值增长速度， 随着减排水 减排投资的增长速度逐渐接近并超过节 平增加， 约的物料以及碳排放权价值增长速度 。
为企业 j 通过政府分配获得的碳配额； E j 为企业 j EB 通过市场交易获得的碳排放权， j ＞ 0 为购买 ，
I EB j ＜ 0 为出售 ； E j 为企业 j 通过投资减排节约的 碳排放权。
B
2． 2
构建模型
目标函数为企业 j 在总产出不受影响的情况 下碳排放成本最低。 碳排放成本主要包括投资减 排成本 I j （ γ j ） 以及购买 （ 或出售 ） 碳排放权成本
G
减排策略算例 假设发机厂减排投资与减排水平之间的函 π γ 表示， 碳交易 2 j
数关系可以用 I（ γ j ） = 1 000tan
其原因在于， 减排投资的增 水平的增加单调递减， 长速度小于节约的物料以及碳排放权价值增长速 度， 企业继续追加减排投资、 提高减排水平可以扩 大盈利， 盈余的碳排放权可以通过碳交易市场出 售获利。
第 36 卷 第 5 期 2014 年 10 月
武 汉理工大学学报（ 信息与管理工程版） JOUＲNAL OF WUT（ INFOＲMATION ＆ MANAGEMENT ENGINEEＲING）
Vol． 36 No． 5 Oct． 2014 文献标志码：A
文章编号：2095 － 3852 （ 2014 ） 05 － 0718 － 04
对供应链上游的中间需求∑ x ij 的增加单调递增，
i =1 n
随着企业对供应链上游的中间需求 ∑ x ij 增加， 企
i =1
减排收益曲线 业投资减排节约的物料价值增加， 增长更快， 带动最优减排水平 γ j 向右移动， 如图 3 所示。 值得一提的是， 根据式 （ 6 ） ， 企业 j 的最优减
G B I ΔE j ≤ E j + E j + E j
（ 3）
由于碳排放权可以通过碳交易市场自由交 易， 在单周期情况下， 一旦碳排放权盈余， 企业会 上述不等式 通过碳交易市场将其出售获取收益， ： 可以转换成
G B I ΔE j = E j + E j + E j I j
（ 4）
f j 为大于 0 的常数， 其中， 与企业 j 的碳排放 结构等因素有关。
。
2
2． 1
低碳供应链中企业减排优化模型
基本假设及符号定义
低碳供应链中企业减排优化模型的基本假设 包括以下方面： （ 1 ） 企业碳排放权有 3 种来源： 政府分配、 市 场交易和投资减排。企业根据政府分配的碳配额 自我约束， 碳配额不足时， 可以选择从碳交易市场
收稿日期：2014 － 03 － 03． 作者简介：赵道致（ 1956 － ） ， 男， 江苏无锡人， 天津大学管理与经济学部教授； 博士生导师． 基金项目：国家自然科学基金资助项目（ 71072155 ） ．
企业 j 投资减排节约的碳排放权 E 可以用 γ j ΔE j 表示， 将式（ 1 ） 、 式（ 4 ） 代入目标函数可得： min f j tan π ] － γ j ∑ x ij γ + p [ （ 1 － γ j ） ΔE j － E G j 2 j i =1 （ 5） 2． 3 模型求解及分析
［2 ］
。 碳交易是在碳配额基础上
直接管制与经济激励相结合的减排手段 。企业根 据碳配额自我约束， 超出配额后通过碳交易市场 向其他企业或者绿化组织购买碳排放权， 否则将 会受到法律制裁。 同时， 企业可以通过投资革新 生产或净化技术， 节约碳排放权， 多余的碳排放权 可以在碳交易市场出售获取利润 。 综上所述， 企业的碳排放权来源主要包括 3 ［3 ］ 个方面： 政府分配、 市场交易和投资减排 。 低碳经济浪潮下， 国内外学者从不同角度论 证了低碳转型的必要性。 POLETIKA 探讨了低碳 经济模式下企业低碳管理的客观必然性， 分析了 ［4 ］ ； BIKAI 如何有效地实施低碳管理 研究了低碳
=
2 arccos π
fj π