基于階段劃分的企業主動碳減排創新策略實施研究

程發新，邵世玲

(江蘇大學管理學院，江蘇 鎮江 212013)

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基于階段劃分的企業主動碳減排創新策略實施研究

程發新，邵世玲

(江蘇大學管理學院，江蘇 鎮江 212013)

基于環境策略在被動階段和主動階段的不同，且一些企業已啟動主動減排階段的產品創新策略。本文在碳減排階段劃分的基礎上，對企業主動碳減排創新策略實施進行研究，引入碳排放交易制度及政府補貼激勵，構建了政策驅動下的企業主動碳減排成本收益模型和行業成本收益模型。以矩陣正定性判定企業碳減排是否存在最優策略，同時探討該最優策略能否實現行業帕累托最優以及如何實現。研究表明，企業主動碳減排創新策略存在最優，企業對碳減排策略的投入隨著其相應減排效果系數、減排收益系數與碳排放交易下政府超額補貼系數的增加而加大；行業實現帕累托最優需要政府激勵政策引導，且碳排放交易下政府超額補貼系數為行業內定值，隨行業內各企業減排效果與創新收益的增加而減少。此外，根據實地調研和相關文獻的數據，對模型中的各項參數進行賦值，并以水泥企業為例，通過典型算例分析和關鍵參數靈敏度分析進行模型有效性驗證。算例分析結果證實了創新收益和政府碳排放交易下的補貼激勵是企業主動碳減排的關鍵因素。本文從階段劃分的視角對碳減排問題進行嘗試性研究，可為企業主動碳減排創新策略的實施提供決策依據，同時也為政府政策制定提供參考。此外在政府引導企業碳減排帕累托改進過程中，應保障企業碳減排效率在同一水平，創新力較強的企業，減排量相應較大，從而實現碳減排的帕累托最優。

階段劃分；主動碳減排；政府政策；帕累托最優

1 引言

CO2過度排放引發的全球氣候變暖已成為國內外關注的熱門議題。2014年中美雙方共同發表《中美氣候變化聯合聲明》，宣布2020年后各自CO2減排的行動目標。中國國務院辦公廳印發《2014-2015年節能減排低碳發展行動方案》，要求單位GDP，CO2排放量在2014和2015年分別下降4%和3.5%以上。碳減排目標作為約束性指標將最終落實到各行業相關企業。為順利實現碳減排目標，企業作為碳減排實施的主體，面對來自各方面的挑戰和壓力，必須實施有效的碳減排策略。關于碳減排等環境策略的研究包括以下討論，一方面，環境策略階段的劃分，Hart[1]認為在嚴格的環境規制下，污染防治、產品責任、可持續發展是企業經營策略決策的引導性因素。Berry和Rondinelli[2]主張把企業的環境保護策略劃分為處理危機的應急模式、跟蹤環境政策的成本模式和事前防治的前饋模式。朱清和余瑞祥[3]從企業最優污染控制水平、社會最優污染控制水平和污染完全治理水平三個目標層次出發，闡述企業對應三個層次的環境策略和政策取向。Josefina和Murillo-Luna等[4]建議將企業環境策略劃分為被動環境策略、關注政府環境法規策略、關注利益相關者策略和全面環境質量管理策略，并對它們的屬性和特征進行了描述。另一方面，企業主動環保創新策略實施的積極作用，Sezen等[5]通過實證研究表明環保工藝創新與企業可持續發展之間存在正相關關系。張倩等[6]分析強制性監管下的最優環境策略，建議企業不斷地完善環境政策規制，激勵企業進行污染治理環保技術創新。Cheng等[7]認為環保組織創新、生態產品和工藝創新能夠提升企業的績效。Przychodzen等[8]研究發現環保創新與資產和股權回報率之間存在正相關關系。

雖然學者認為環境策略在被動階段和主動階段是不同的，且學者也對主動環保創新的積極作用進行了相關闡述。然而，一方面，現有關于企業碳減排策略實施的研究并沒有考慮減排的不同階段，這可能導致企業在不同階段碳減排策略選取不當，碳減排效果不明顯。張海燕等[9]認為企業被動階段的環境策略，對局部環節進行減排投入，主要表現為末端治理。企業主動階段的環境策略側重于產品、工藝技術和組織管理等創新行為[7,9]。本文從朱清和余瑞祥[3]和王琳等[10]對企業積極環境行為中環境策略邊際成本(收益)和污染控制量的分析出發，結合企業碳減排的行為特征，將企業碳減排策略劃分為被動減排階段和主動減排階段。另一方面，少有文獻在環保主動創新積極作用的基礎上進一步詳細分析企業主動碳減排最優策略。由于主動減排階段創新行為與局部投入等其他替代方案相比能夠帶來環境方面的顯著改善[11]，Aragon-Correa[12]提出企業環境策略由被動型向主動型轉變。且已有相關企業實施主動減排的產品創新策略。那么，基于階段劃分的企業主動碳減排創新策略如何有效實施，特別是如何實現碳減排政策下的有效優化策略，這是本文要探討的問題。

對于主動碳減排階段政策的考慮，碳排放交易以市場為媒介，引導企業自行決定是減少排放，亦或是增加排放并為此支付成本，而非直接規定哪些企業該如何減排，有效克服了科斯定理的缺陷，最大限度發揮了企業碳減排的主觀能動性。另外，企業在主動減排階段，碳減排邊際收益小于其邊際成本，且小于社會邊際收益，同時還面臨低碳創新成本高和風險大等障礙因素。出于自身利益和規避風險的考慮，在沒有相應的政府補貼激勵時，它們主動碳減排動力不足[13]。趙書新[14]認為政府補貼是企業主動減排的外部驅動力。楊仕輝等學者[15]表明，政府補貼激勵企業碳減排技術研發，有利于企業生產低碳產品，實施低碳產品創新策略。王文軍等[16]則建議加大政府扶持力度，擴大低碳工藝技術創新的空間。張國興等[17]構建了企業與政府補貼信號博弈模型以分析兩方策略的選擇機制，由此提出完善政府補貼的對應策略。激勵經濟學理論認為在節能減排策略下，政府通過補貼機制規范企業行為，引導企業節能減排行為以實現企業利益最大化，同時有助于實現帕累托最優。為此，本文認為碳排放交易制度及政府補貼有助于企業主動碳減排創新策略的形成和實施。

那么，在考慮補貼及排放交易時，基于階段劃分的企業主動碳減排階段是否存在最優策略？如何實施該策略？該策略能否實現帕累托最優以及如何實現？為解決此問題，本文在碳減排階段劃分的基礎上，借鑒現有碳減排策略的研究成果，針對企業主動碳減排階段，構建補貼及排放交易下企業實施主動碳減排創新策略的成本收益模型，通過矩陣正定性判定是否存在最優策略，以數學微分法研究該最優策略的實施。同時，構建行業成本收益模型，以拉格朗日乘數法探討帕累托最優并討論如何通過政府政策激勵企業進行帕累托改進，最終實現帕累托最優。最后通過典型算例分析，對最優碳減排策略選擇與政策調節帕累托改進的優化過程進行演算，并采用靈敏性分析對參數影響加以分析。以期為企業碳減排階段識別、企業主動碳減排創新策略實施以及政府相應政策制定提供決策參考。其主要的貢獻是：(1)研究企業主動減排階段的具體策略，考慮碳減排創新收益，構建企業碳減排成本收益模型，利用矩陣正定性判定最優碳減排策略存在的同時用數學微分法得出企業最優策略；(2)構建行業碳減排成本收益模型，運用矩陣正定性判斷是否存在帕累托改進，并通過拉格朗日乘數法得出帕累托最優策略；(3)輔以政府政策激勵機制，探索企業最優碳減排策略與帕累托改進協調的過程。

2 問題描述與模型參數設定

2.1 碳減排階段劃分

企業碳減排可分為兩個階段：被動減排階段和主動減排階段，具體如圖1所示。圖1中橫軸代表碳排放控制量，縱軸表示碳減排的邊際收益與邊際成本。MC表示碳減排的邊際成本，MPB代表碳減排的企業邊際收益，MSB為碳減排的社會邊際收益。OC段的MC小于MPB，企業碳減排能夠盈利，則OC段定義為企業被動碳減排階段。在CD段，MC大于MPB，企業碳減排投入成本超越其收益，定義為企業主動碳減排階段。在該CD階段若政府采取補貼政策激勵企業創新碳減排行為，企業碳減排有可能產生創新收益，使得MPB接近社會邊際收益MSB，當MPB= MSB=MC 時，有可能實現碳減排帕累托最優?；诖?，本文探索CD段補貼及排放交易下企業主動減排的最優策略和帕累托改進協同過程。

圖1 碳排放控制量與邊際收益(成本)關系示意圖

2.2 企業主動減排策略及政府政策分析

企業主動減排的創新碳減排策略主要是：一為低碳產品創新策略。該策略將低碳理念引入產品設計中，如低碳原材料的選擇，研發低碳新產品[7,18]，旨在降低企業碳排放強度[19]。二為工藝技術創新策略。企業通過研發資金投入、先進低碳技術和低碳工藝引進等措施降低碳排放強度[7,18,20]。三是低碳管理創新策略。企業通過革新組織制度，融入低碳管理理念降低企業碳排放量[7,18,21]。企業碳減排策略的創新行為能夠抵消部分投入成本，從而可能產生收益[21-22]。文中認為企業主動碳減排過程中的收益主要為減少運行成本和提高生產率[23]。

針對政府政策，在碳排放交易市場中，相關部門依據不同行業的排放水平，分配給行業內不同企業一定的碳排放配額，當碳排放配額不足時需要從排放交易市場以碳交易價格購買，剩余時企業可以以碳交易價格銷售獲利。另外，政府部門補貼視為企業碳減排的收益。根據郭本海等[24]，文中認為政府部門對企業主動減排的補貼分為兩部分：一是與減排成果無關的固定補貼部分，只要企業主動創新減排，政府部門就補貼該企業。二是超額補貼部分，設定政府部門的補貼上限，當企業碳排放強度低于補貼上限時，給予超額補貼，而當高于補貼上限時，超額補貼為負數。

2.3 企業碳減排策略的社會效益分析

3 碳減排模型構建與分析

3.1 基于成本收益的企業碳減排模型構建及分析

(1)主動減排成本投入

(2)主動減排收益分析

企業在碳減排過程中的收益可分為兩個方面：一是減少企業自身的運行成本和提高生產率。企業通過產品創新和工藝技術的研發，能夠在降低碳排放的同時減少運行成本，將企業碳減排策略對成本降低的影響系數設為θ1i，則減少的運行成本為θ1i(x1i+x2i)。由于企業通過革新組織制度、改善流程等可提高生產率，將低碳管理創新投入對生產率的影響系數設定為θ2i。則企業通過低碳管理創新策略帶來的減排收益為θ2iεi(mi-ei-μ1ix1i1/2-μ2ix2i1/2)2。二是政府政策引起的碳減排收益。令政府固定補貼為d，設定其補貼上限為ki，也為企業從政府碳交易制度中可獲得的碳配額。且設市場碳交易價格為ci，βi為政府部門對低于碳排放強度上限企業i的補貼系數，則超額補貼部分為βi(ki-ei)。出售碳配額的收益為c(ki-ei)。若購買碳配額，則c(ki-ei)為負收益。

(3)企業碳減排成本最小化模型構建

我們采用成本收益法，考慮政府政策下企業主動碳減排成本收益，構建企業減排成本最小化函數。

min[x1i+x2i+εi(mi-ei-μ1ix1i1/2-μ2ix2i1/2)2-d-(βi+ci)(ki-ei)-θ1i(x1i+x2i)-θ2iεi(mi-ei-μ1x1i1/2-μ2x2i1/2)2]

(1)

在(1)中，x1i+x2i+εi(mi-ei-μ1x1i1/2-μ2x2i1/2)2為企業碳減排創新投入成本；d+(βi+ci)(ki-ei)是政府補貼和碳排放交易市場給企業帶來的收益；θ1i(x1i+x2i)+θ2iεi(mi-ei-μ1x1i1/2-μ2x2i1/2)2是企業創新收益。

基于紀躍芝[28]的分析，由式(1)對x1i,x2i,ei的二階混合偏導矩陣為正定，且駐點唯一，可得企業存在最優策略。用數學微分法對式(1)中的變量x1i,x2i,ei分別求偏導數，且x3i=εi(mi-ei-μ1x1i1/2-μ2x2i1/2)2，求得最優策略為：

(2)

分析式(2)，得出結論1和結論2，并對結論2進行證明。

結論1 企業碳減排策略中創新投入x1i和x2i與減排效果系數μ1i和μ2i之間正相關。

結論2 企業主動減排階段的產品創新投入x1i、工藝技術研發投入x2i隨成本降低率θ1i的增大而增加；管理創新投入x3i隨產品質量提高率θ2i的增大而增加；企業目標碳排放強度ei隨著θ1i，θ2i的增大而減少。

證明：由式(2)中減排投入x1i,x2i,x3i,ei對θ1i,θ2i分別求一階導數，得到：

(3)

觀察(3)式可知隨著θ1i的增大，x1i和x2i增大，ei減少。隨著θ2i的增大，x3i增大，ei減少。這表明企業主動減排階段的創新行為帶來的創新收益能引導企業加大碳減排力度，實現更少的企業碳排放強度。

進一步觀察式(2)中政府超額補貼βi和碳交易價格ci，可認為補貼及碳交易市場下，超額補貼系數由βi提高到βi+ci，為方便后面討論，本文定義碳排放交易制度下的超額補貼系數為Yi=βi+ci。進一步分析其與各個決策變量的關系可知結論3。

結論3 企業的碳減排投資策略與政府的超額補貼系數Yi有密切關系。若超額補貼系數Yi=0，即政府不采取超額補貼激勵措施，也不構建碳排放交易市場，此時企業被動減排的本質完全暴露，則企業的產品創新投入x1i、工藝技術創新投入x2i、管理創新投入x3i都為0，實際CO2排放強度就是mi。

3.2 基于成本收益的行業碳減排模型構建及分析

由此構建目標函數：

(4)

對于帶約束條件的目標函數，由于其拉格朗日函數二階偏導數矩陣是正定的，且駐點是唯一的，則行業最優碳減排策略存在最優解。

運用拉格朗日數乘法解式(4)，且式(4)中x3i=εi(mi-ei-μ1x1i1/2-μ2x2i1/2)2，可得最優解：

(5)

對比分析式(2)和式(5)，可得結論4和結論5。

結論5 政府對每個企業碳排放交易制度下的超額補貼系數γi為行業內定值，且隨行業內各企業的碳減排創新收益影響系數θ1i，θ2i、碳減排效果系數μ1i，μ2i的增加而相應減少，隨行業內管理創新成本系數εi的增大而有所增加。

結論4和5可為政府對企業主動創新減排的政策制定提供參考意見。

進一步分析式(5)中ei的值可得結論6。

4 算例與靈敏度分析

為了驗證主動階段的企業碳減排最優策略選擇和補貼調節過程的有效性。本文以水泥企業為例進行分析，這主要是項目組在國家統計局江蘇調查總隊工業調查處、鎮江市水泥散裝辦公室等單位協助下，已于2013年3月對江蘇鶴林水泥有限公司、句容臺泥水泥有限公司、江蘇遠東水泥有限公司、江蘇北固水泥集團有限公司以及江蘇美聯水泥有限公司等進行實地調查。同時，水泥行業作為“十二五”降碳工程的重中之重，其2013年CO2總排放量約占我國工業生產CO2排放總量的20%。根據調研和相關文獻分析，對模型中的各項參數進行賦值，通過典型算例分析和關鍵參數靈敏度分析，以期為政府政策和企業的減排策略決策提供指導。

4.1 算例分析

通過對水泥企業的調查研究，設定區域內水泥行業6家企業進行主動碳減排。模擬參數如表2所示。此外，利用LINGO仿真出帕累托最優策略，進而與企業i的最優碳減排策略進行對比，得出碳排放交易下的政府超額補貼系數γi，算例運行結果如表3所示。

在實際應用中，若行業內主動創新減排企業數量變化，可以利用LINGO軟件中矩陣生成器建模語言，根據進入主動階段企業數量的變化，增加(或減少)程序中的企業數量及對應的屬性，快速仿真出最優解。

表2 仿真實驗基本參數

表3 政府補貼機制下最優碳減排策略

4.2 靈敏度分析

為進一步分析模型關鍵參數的影響，本文一方面從企業碳減排模型出發，探討關鍵參數值的變化如何影響模型的最優策略及企業成本最小化函數(用fi表示)的值，為企業碳減排努力提供準確的方向。另一方面，分析γi對企業主動減排階段碳減排策略、碳排放強度及減排成本的影響程度，為政府政策制定提供準確指導意見。對企業創新減排的關鍵參數θ1i，θ2i，γi作靈敏度分析，結果如圖2到圖7所示，不同參數對投資策略的影響分別如下所示。

圖2 θ1i對投資策略x1i，x2i，x3i的影響

圖3 θ1i對碳排放強度ei和減排成本fi的影響

圖4 θ2i對投資策略x1i，x2i，x3i的影響

圖5 θ2i對碳排放強度ei和減排成本fi的影響

圖6 γi對投資策略x1i，x2i，x3i的影響

圖7 γi對碳排放強度ei和減排成本fi的影響

分析靈敏度的結果，有一些新發現：

(1) 分析圖2到圖5可知，x1i，x2i受減排收益系數θ1i影響較大，x3i受系數θ2i影響較大，且目標碳排放量ei和企業減排成本fi隨系數θ1i，θ2i增大而減少，由此認為在現有的碳減排策略模型中考慮創新收益是必要的。由圖2中曲線x1i，x2i的斜率逐漸增大可知，碳減排創新投入因θ1i的變動而發生變化的幅度逐漸增大。即隨著成本降低率θ1i逐漸增大，企業對產品創新和工藝技術創新的投入會更大，由此不斷減少企業目標碳排放量ei和降低減排成本fi(見圖3)，最終可能越過倒U型環境庫茲涅茨(EKC)曲線的頂點，實現企業經濟收益與碳排放強度的共同優化。由圖4中θ2i對曲線x3i的斜率逐漸增大可得，低碳管理創新投入隨著θ2i的不斷增大而遞增，即低碳管理創新投入不斷提高生產率，會反過來促使企業不斷加大對管理創新的投入，實現碳排放量和企業成本的同時下降，且下降的幅度逐漸增大(見圖5)。

(2) 分析圖6到圖7可知，由于管理創新的投入風險大，成本系數εi偏高，使得碳排放交易制度下的超額補貼系數γi對碳減排管理創新投入的激勵作用更明顯，此結論進一步證實了企業面臨低碳創新等風險較大的障礙因素時，政策的激勵作用顯得尤為重要。另外，隨著γi的不斷增大，企業增加創新減排投入，此時企業碳排放強度ei呈線性下降，碳減排成本fi減少幅度逐漸增大。

(3) 企業的碳減排成本fi隨著企業收益影響系數θ1i，θ2i和排放交易下的超額補貼系數γi增大逐漸降低，甚至有可能為負數，成為企業的減排利潤。這為企業主動創新碳減排提供了理論依據。

5 結語

在全球低碳化迅速發展的背景下，政府應激勵企業主動碳減排，與企業形成合力，實現碳減排的創新突破，實現我國積極碳減排目標。本文基于階段劃分，研究企業主動碳減排最優創新策略，根據其研究結果，提出如下建議：

(1) 針對企業主動碳減排策略選擇，企業在主動階段存在最優碳減排策略，其中產品創新投入和工藝技術創新投入應隨其對應減排效果系數、收益影響系數的增大而適當加大；管理創新投入應隨收益影響系數增大而適當加大，且其對政府激勵政策的反應更靈敏。

(2) 針對政府政策的制定，政府碳排放交易制度和補貼激勵下能實現行業碳減排帕累托最優，且其超額補貼系數為行業內定值，應隨行業內各企業創新收益、碳減排效果的增加而相應減少，隨管理創新成本的增大而增加。同時通過靈敏度分析可知，政府有效制定政策的關鍵是獲取準確信息。且若政府在一定范圍內加大碳交易制度下超額補貼系數，會引導企業加大創新減排投入，使企業碳排放強度呈線性下降，碳減排成本減少幅度逐漸增大。

(3) 在政府政策引導企業碳減排帕累托改進過程中，應保障企業碳減排效率在同一水平上，即創新力較強的企業，減排量相應較大，從而實現碳減排的帕累托最優。

今后，還可以在如下方面做進一步研究：充分考慮碳減排帶來的企業效益和社會效益，例如能源結構的改變等；不斷完善碳減排的成本收益模型，為企業和政府政策提供準確的參考意見。

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The Study of Innovation Strategy in the Stage of Active Carbon Reduction Based on Stage Division

CHENG Fa-xin，SHAO Shi-ling

(School of Management, Jiangsu University, Zhenjiang 212013,China)

The environmental policy in passive and active phases is different,and some enterprises have started product innovation strategy in the stage of active carbon reduction stage.On the basis of theory of stage division, an exploratory study on innovation strategies in the stage of active carbon reduction is conducted carbon emissions trading and government subsidies constructed are introduced, a Cost-benefit model of enterprises and industry active carbon reduction is, whether there is an optimal strategy is determined by matri positive definiteness, and wether this strategy can realize Pareto optimality and how.The result shows an optimal carbon reduction strategy, enterprises investment in which increases with the increase of corresponding emission reduction effect coefficient, reduction benefit coefficient, and government extra subsidy coefficient on the carbon emissions trading; realization of industrial Pareto optimality needs the subsidy, and the extra subsidy coefficient is an industrial default value, which declines with the increase of enterprises emission reduction effect coefficient and innovation revenue coefficient.Values are assigned for the parameters in the model based on field research and related literature data,and cement industry is taken as an example to validate the model, sensitivity analysis of key parameters is also completed. Example analysis confirms the benefits of innovation and the subsidies are the key factors for enterprises initiative carbon reduction. The results will provide a basis for enterprises selection of optimal initiative carbon reduction strategy and reference for government′s fiscal policy. Furthermore, it indicates that government should ensure efficiency of carbon emissions at the same level in the process of Pareto improvement of enterprises carbon-reduction and the enterprises with strong innovation ability should correspond larger emission reduction to achieve Pareto optimality of carbon reduction.

stage division；active carbon reduction；government policy；Pareto optimality

2015-01-23；

2015-10-28

國家自然科學基金資助項目(71273118，71171099)；國家自然科學基金面上資助項目(71473107)

簡介：程發新(1966-)，男(漢族)，甘肅張掖人，江蘇大學管理學院教授，博士，研究方向：低碳運營管理、群體決策方法與應用，E-mail：chengfaxin@163.com.

F205

A

1003-207(2016)08-0028-09

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2016.08.004