碳稅政策下的雙渠道供應鏈碳減排技術創新協作策略

曹細玉，吳曉志

(電子科技大學中山學院，廣東 中山 528402)

隨著電子商務的快速發展及廣泛運用，各級政府和制造商高度重視電子商務發展與創新，眾多制造企業嘗試開展網上直銷業務，旨在傳統零售渠道的基礎上拓展網上銷售，實現網上直銷渠道與傳統零售渠道的雙渠道銷售融合.目前，國內外學者對雙渠道選擇、渠道沖突、定價策略與協調問題進行了深入的研究.Yao和Liu通過構建Bertrand和Stackelberg兩種競爭模型并進行分析，指出制造商引入網絡直銷渠道會引起傳統渠道和直銷渠道間的價格競爭，但也會激勵傳統零售渠道改善服務[1]；Chiang等指出網絡直銷渠道將影響傳統渠道零售商的銷售價格，有助于降低“雙重邊際化”現象，進而提升供應鏈總利潤[2]；Cai以及Chen等通過比較單一渠道和雙渠道模式下供應商和零售商的收益，就雙渠道選擇與協調問題進行了研究[3-4]；許傳永等就顧客購買成本及消費者對直銷渠道的接受程度，分析了直銷渠道對制造商的多重作用，指出在不同的情形下制造商的定價策略取決于批發價格和渠道的比較優勢[5]；但斌等指出在雙渠道供應鏈下制造商將直銷渠道訂單按一定比例提供給零售商作為利益補償可激勵零售商參與其合作，并可實現雙渠道供應鏈協調[6]；曹細玉研究了需求與退貨價格具有相關性的雙渠道供應鏈定價策略與協調問題[7].

隨著環境的持續惡化及氣候變暖，減少和控制碳排放成為國際社會的普遍共識.中國在2016年提出，到2030年單位國內生產總值的二氧化碳排放比2005年下降60%～65%，可見中國的碳減排任務十分艱巨.碳稅政策作為引導企業減少和控制碳排放的有效政策措施，在歐盟國家進行了很好的實踐，并取得了初步成效[8-9].目前，國內外學者就碳稅機制下單一渠道供應鏈的生產運作、碳減排策略及協調的研究比較多.熊中楷等研究了碳稅和消費者環保意識對供應鏈碳排放的影響[10]；馬秋卓等研究了碳交易政策下供應鏈的產品定價及生產決策問題[11]；Benjaafar等分析了三種碳排放政策對供應鏈碳排放的影響[12]；楊惠霄等研究了碳稅和消費者低碳偏好下的供應鏈碳減排策略[13].近年來，隨著低碳經濟的發展及雙渠道供應鏈的成功實踐，國內外學者開始將碳排放機制與雙渠道供應鏈結合起來進行研究，探討了低碳環境下供應鏈雙渠道選擇、雙渠道供應鏈的減排決策、價格決策及協調問題.楊仕輝等研究消費者低碳偏好下的供應鏈雙渠道選擇與協調問題[14]；周熙登研究了考慮品牌差異的雙渠道供應鏈減排與低碳宣傳策略[15]；楊磊等研究了碳交易機制下供應鏈渠道選擇與減排策略[16]；Ji等則研究了考慮消費者低碳偏好的雙渠道供應鏈碳減排策略問題[17].

從上述分析可知，現有文獻針對碳稅政策下的雙渠道供應鏈的研究比較少，考慮消費者低碳偏好及碳減排技術創新投入的研究比較缺乏.本文考慮碳稅政策下的消費者低碳偏好以及碳減排技術創新投入，分別建立制造商單獨碳減排技術創新投入和制造商與零售商分攤碳減排技術創新投入的雙渠道供應鏈模型，主要解決基于碳稅政策下的四個問題：1)制造商單獨碳減排技術創新投入及制造商與零售商分攤碳減排技術創新投入對雙渠道的最優銷售量、最優碳減排率、制造商利潤、零售商利潤及供應鏈利潤的影響；2)針對不同碳減排技術創新投入模式如何實現雙渠道供應鏈協調；3)市場競爭程度、消費者低碳偏好對雙渠道供應鏈銷售量、碳減排率、制造商利潤、零售商利潤及供應鏈系統利潤的影響；4)碳減排技術創新投入成本的分攤比例對雙渠道銷售量及供應鏈利潤的影響.

1問題描述與相關假設

考慮由風險中性的單個制造商和單個零售商組成的雙渠道供應鏈，制造商生產的產品一方面通過傳統渠道的零售商把產品銷售給消費者，另一方面制造商開設網絡直銷渠道將產品直接銷售給消費者.本文中相關的符號及含義如表1所示.

表1 相關符號及含義Tab.1 Related symbols and meanings

續表1

直銷渠道和傳統渠道都有各自的市場潛力，且兩渠道間相互存在一定的競爭關系，因而產品的渠道銷售價格將受兩個渠道的市場需求量影響，而且產品渠道銷售價格受本渠道市場需求量影響會更大.另外，由于消費者具有低碳偏好，消費者愿意購買低碳產品并愿意為其支付更高的價格，因而越低碳的產品其銷售價格越高.為此，假設市場需求是確定型的，且假設雙渠道的逆需求函數分別為pr=ar-Qr-θQd+βτe和pd=ad-Qd-θQr+βτe.

2 模型的構建與分析

2.1制造商單獨碳減排技術創新投入的決策模型

由于碳減排技術創新需要先期投入，設雙渠道供應鏈中制造商居于主導地位，制造商先確定自己的碳減排率τ，然后確定給予零售商的批發價格w和網絡直銷渠道銷售的產品數量Qd，零售商根據市場需求和批發價格確定自己的銷售量Qr，此均衡結果是一個子博弈納什均衡.由于碳減排技術創新投入可為制造商減少碳排放，為了計算分析的方便，這里只考慮碳減排為制造商節約的碳稅收益和碳減排技術創新投入成本，不考慮碳減排之前的碳排放成本，因而由前面的假設可知零售商的收益函數(πr)和制造商的收益函數(πm)分別為：

πr=(pr-w)Qr=(ar-Qr-θQd+βτe-w)Qr，

(1)

πm=(w-c+λτe)Qr+

(w-c+λτe)Qr+(ad-Qd-θQr+

(2)

(3)

將式(3)代入式(2)，可得：

πm=

(4)

(5)

(6)

(7)

由式(3)進而可得傳統渠道零售商的最優銷售量為：

命題1雙渠道供應鏈在制造商單獨碳減排技術創新投入的情況下，兩渠道總潛在需求越大，碳減排率越高；制造商直銷渠道的潛在需求越大，碳減排率越高.

證明由于

τ1*=

2.2制造商和零售商聯合碳減排技術創新投入的決策模型

現實中，由于消費者具有低碳偏好，制造商通過碳減排技術創新投入，減少了碳排放，因而可以提高雙渠道供應鏈各成員的競爭力并擴大銷售，因此，零售商有動力激勵制造商進行碳減排技術創新投入，降低產品的碳排放.假設制造商在碳減排技術創新投入前，零售商和制造商通過協商，零售商愿意分擔t(0

πr=(pr-w)Qr=

(8)

πm=(w-c+λτe)Qr+

(w-c+λτe)Qr+(ad-Qd-θQr+

(9)

(10)

將式(10)代入式(9)，可得：

(11)

(12)

(13)

(14)

由式(12)、式(13)和式(14)可得制造商的最優碳減排率、最優批發價格和最優網絡直銷量分別為：

進而由式(10)可得零售商的最優銷售量為：

證明由于成本分攤比例0

很顯然有τ2*>τ1*.

由前面計算推導可知：

3制造商碳減排技術創新投入下雙渠道供應鏈Pareto改進契約設計

在碳稅機制下，進行碳減排技術創新投入時集中式(centralized)雙渠道供應鏈的決策模型如下：

πC=(ar-Qr-θQd+βτe-c+λτe)Qr+

(ad-Qd-θQr+βτe-c+λτe)Qd-

(15)

由前面的假設4(1-θ)[(β+λ)2e2-(1+θ)η]<0，因而可得πC的Hessian矩陣為負定的，因而是關于Qr、Qd和τ的凹函數.求式(15)關于Qr、Qd和τ的一階偏導數并令其等于0，則有：

(16)

(17)

(18)

命題3在制造商單獨碳減排技術創新投入情況下，采用兩部定價契約能夠實現雙渠道供應鏈的Pareto改進.

證明為了實現雙供應鏈協調，采用兩部定價合同(w，f)，在制造商給予零售商單位產品批發價格為w的情況下，制造商從零售商處獲得一筆固定支付費用f，則兩部定價合同機制下零售商和制造商的利潤分別為：

(ar-Qr-θQd+βτe-w)Qr-f，

(19)

(20)

設從零售商利潤中轉移給制造商的固定收益f大于一個確定值δ，因而有：

f=(pr-w)Qr-δ=

(ar-Qr-θQd+βτe-w)Qr-δ，

(21)

將式(21)代入(20)，可知制造商采用兩部定價合同時的最大化利潤為：

(22)

由式(22)可得，當wT=c+λeτ時，分散式供應鏈傳統渠道的銷售量和集中式供應鏈傳統渠道的銷售量一致，從而能夠實現雙渠道供應鏈Pareto改進.

命題4在制造商和零售商聯合碳減排技術創新投入下，采用轉移支付補償契約能夠實現雙渠道供應鏈的Pareto改進.

4算例分析

考慮由制造商、零售商構成的一個雙供應鏈系統，假設ar=800，ad=1 000，c=400，e=5，β=0.2，λ=1，θ=0.3，η=10 000，t=0.1，則不同情形下最優結果如表2所示.

表2 不同情形下的最優決策與利潤Tab.2 Optimal decision and profit in different situations

由表2可知，1)無論制造商是否單獨承擔碳減排技術創新投入成本，集中化決策時最優的傳統渠道銷售量、系統利潤和碳減排率都大于分散化決策的最優值，而最優的直銷渠道銷售量小于分散化決策最優值.2)在分散化決策的最優結果中，與制造商和零售商分攤減排技術創新投入成本相比，在制造商單獨承擔碳減排技術創新投入成本情形下的碳減排率、傳統渠道的銷售量以及直銷渠道的銷售量更低，但批發價格更高，命題2得到驗證.3)兩部定價契約和轉移支付補償契約分別在兩種不同情形下能夠實現供應鏈系統的協調，命題3和命題4得到驗證.

接下來主要從兩個方面進行進一步分析：1)碳稅、渠道競爭程度、消費者低碳偏好對最優決策過程中最優的決策變量以及利潤的影響即敏感性分析.2)將分散化決策過程中兩種不同情形進行對比分析，也就是分析碳減排技術創新投入成本的分攤比例對雙渠道銷售量及供應鏈利潤的影響.

4.1敏感性分析

本小節主要是進一步分析碳稅λ、渠道競爭程度θ、消費者低碳偏好β對最優化決策過程中雙渠道銷售總量(直銷渠道與傳統渠道銷售量的總和)、碳減排率、制造商單獨承擔碳減排技術情形下制造商利潤和零售商利潤、雙渠道供應鏈利潤的影響，通過數值分析得圖1～圖15所示.

圖1 碳稅對雙渠道銷售總量的影響Fig.1 The effect of carbon tax on the total sale quantity

圖2 碳稅對碳減排率的影響Fig.2 The effect of carbon tax on carbon emission reduction rate圖3 碳稅對制造商利潤的影響Fig.3 The effect of a carbon tax on manufacturers profits圖4 碳稅對零售商利潤的影響Fig.4 The effect of a carbon tax on retailers profits圖5 碳稅對雙渠道供應鏈系統利潤的影響Fig.5 The effect of carbon tax on profit ofdual-channel supply chain system圖6 渠道競爭強度對雙渠道銷售總量的影響Fig.6 The effect of channel competition intensity on the total sales quantity of dual-channels圖7 渠道競爭強度對碳減排率的影響Fig.7 The effect of channel competition intensityon carbon emission reduction rate

由圖1～圖5可以看出，隨著碳稅的增加，最優的雙渠道銷售總量、碳減排率、制造商利潤和雙渠道供應鏈利潤分別增加，但零售商的最優利潤降低.這是因為碳稅越高，相同條件下碳排放成本越高，進而提高供應鏈相關企業碳減排的積極性和主動性，碳減排率增加，隨之具有低碳偏好的消費者需求增加，即雙渠道的銷售總量增加，此時單位產品的邊際成本降低，制造商利潤增加.而由前文假設的逆需求函數可知，銷售量的增加會造成產品銷售價格下降，零售商利潤降低，其降低的幅度小于制造商利潤的增幅，故雙渠道系統利潤增加.但由于企業碳減排投入等條件的限制，超過一定程度的碳稅對企業碳減排率的影響不是太明顯.因此，從政府角度來看，適當地提高碳稅能夠實現經濟效益和環境效益的最大化.

由圖6～圖10可以看出，最優的碳減排率和雙渠道銷售總量隨著渠道競爭強度的增加而降低，而制造商利潤、零售商利潤以及雙渠道供應鏈利潤分別隨著渠道競爭強度的增加呈先降低后增加的現象.因此，對企業來說，如何平衡或者削弱直銷渠道和傳統渠道之間的競爭關系是實現其利潤最大化的一種手段，而對政府來說，如何宏觀地把控消費市場是碳排放目標能否實現的一種策略.

由圖11～圖15可以看出，最優的雙渠道銷售總量、碳減排率、制造商利潤和雙渠道供應鏈利潤是消費者低碳偏好的增函數，而零售商最佳的利潤與消費者低碳偏好呈U型關系.消費者低碳偏好意識的增強，意味著低碳產品需求量更高，為實現市場份額的增加，供應鏈相關企業會提高碳減排率，進而雙渠道的銷售總量增加，低碳消費者需求得到滿足.銷售量的增加分擔了企業碳減排創新投入的成本，使得單位產品的邊際收益提高，制造商單獨進行碳減排創新技術投入情形下制造商利潤提高，再由逆需求函數可知，此時產品銷售價格降低，零售商利潤隨之降低，但由于碳減排率范圍的限制，超過某個消費者低碳偏好臨界值后碳減排投入不變.當消費者低碳偏好意識越強，產品的銷售價格會升高，零售商利潤增加，進而整個供應鏈系統的利潤增加.故對政府來說，可以加強低碳環保的宣傳等方式提高消費者低碳偏好意識，而對企業來說，提高碳減排技術投入，加強對低碳產品的品牌建設，控制產品的銷售價格，從而最大程度地滿足低碳消費者的需求.

4.2不同情形比較分析

本小節主要是在分散化的最優決策過程中，制造商單獨進行碳減排創新投入與制造商和零售商分擔碳減排創新投入兩種情形最優決策變量的比較分析，最終通過數值分析的結果如圖16～圖22所示.

圖16 分擔比例對碳減排率的影響Fig.16 The effect of contribution ratio on carbonemission reduction rate

圖18 分擔比例對傳統渠道銷售量的影響Fig.18 The effect of share proportion on traditional channel sale quantity

圖19 分擔比例對銷售總量的影響 Fig.19 The effect of share proportion on total sale quantity

圖20 分擔比例對制造商利潤的影響Fig.20 The effect of share ratio on manufacturers’ profit

圖21 分擔比例對零售商利潤的影響Fig.21 The effect of share ratio on retailers’ profits

圖22 分擔比例對雙渠道系統利潤的影響Fig.22 The effect of share proportion on profit of dual-channel system

由圖16～圖22可以看出：1)在制造商和零售商分擔碳減排技術創新投入的分散化最優決策過程中，最優的直銷渠道銷售量、傳統渠道銷售量、雙渠道銷售總量、碳減排率以及制造商利潤隨著零售商分擔碳減排創新投入比例的增加而增加，零售商利潤隨之降低，而雙渠道供應鏈系統利潤隨之先升高后降低.2)與制造商單獨進行碳減排創新投入情形相比較，分擔情形下直銷渠道銷售量、傳統渠道銷售量、雙渠道銷售總量、碳減排率以及制造商利潤更高，零售商利潤較低，雙渠道供應鏈系統利潤的大小取決于零售商分擔碳減排創新技術投入比例的大小.因此，從整個雙渠道供應鏈系統角度看，選擇合適的制造商和零售商碳減排創新技術投入比例，不僅能夠實現整個系統利潤的最大化，而且碳排放率得到提高，實現企業、政府與消費者的多贏局面.

5結論

本文研究碳稅政策下直銷渠道和傳統渠道共存時渠道供應鏈碳減排技術創新策略問題.首先分別建立了制造商單獨進行碳減排創新技術投入以及制造商和零售商分擔碳減排創新技術投入兩種情形下雙渠道供應鏈利潤的分散化決策模型；其次將兩種情形進行比較分析并建立了集中化決策的供應鏈利潤模型，然后分別通過兩部定價契約和轉移支付補償契約實現雙渠道供應鏈系統的協調；最后進行算例分析.研究結果表明：第一，無論制造商是否單獨承擔碳減排技術創新投入成本，集中化決策時最優的傳統渠道銷售量、系統利潤和碳減排率都大于分散化決策的最優值，而最優的直銷渠道銷售量小于分散化決策最優值，同時兩部定價契約和轉移支付補償契約分別在兩種不同情形下實現系統協調.第二，在分散化決策的最優結果中，與制造商和零售商分攤減排技術創新投入成本相比，在制造商單獨承擔碳減排技術創新投入成本情形下的直銷渠道銷售量、傳統渠道銷售量、雙渠道銷售總量、碳減排率以及制造商利潤更低，零售商利潤較高，雙渠道供應鏈系統利潤的大小取決于零售商分擔碳減排創新技術投入比例的大小.第三，在其他參數不變的情況下，雙渠道銷售總量、碳減排率、制造商利潤和雙渠道供應鏈利潤分別是碳稅的增函數，但零售商利潤是碳稅的減函數；碳減排率和雙渠道銷售總量是渠道競爭強度減函數，而制造商利潤、零售商利潤以及雙渠道供應鏈利潤都與渠道競爭強度呈U型關系；最優的雙渠道銷售總量、碳減排率、制造商利潤和雙渠道供應鏈利潤是消費者低碳偏好的增函數，而零售商最佳的利潤與消費者低碳偏好呈U型關系.從中可以得到一些啟示：對企業而言，首先要加大碳減排創新技術的投入和低碳產品的品牌建設；其次是要平衡直銷渠道和傳統渠道的渠道競爭程度；最后是要加強與相關企業的合作，選擇合適的制造商和零售商碳減排創新技術投入比例，進而實現整個社會經濟環境效益最大化.對政府而言，要實現碳排放目標，一方面要加大低碳宣傳力度，提高消費者低碳偏好；另一方面要制定合適的碳稅稅額，運用好宏觀調控手段.此外，本文的研究只考慮了確定性的逆需求函數，而且是由制造商和零售商組成的簡單二級供應鏈，但在實際情境中，低碳偏好消費者的需求是隨機的，存在三級或者四級等更加復雜的供應鏈網絡系統，這些都是有待進一步研究的方向.