碳交易对低碳供应链影响的博弈分析外文翻译资料

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碳交易对低碳供应链影响的博弈分析

摘要：碳交易的出现将会影响到制造商的低碳行为。为了分析不同生产模式下碳交易对低碳供应链(LCSC)的影响，我们建立了低碳产品与普通产品之间的博弈模型。基于游戏模型，比较分析了不同生产模式下碳交易对单位零售价格、销 售额、销售利润和消费盈余的影响。结果表明：1)碳交易可以提高普通产品和低碳产品的单位零售价，也可以提高 低碳产品的单位零售价格，以获得更多的收入。2)当制造商只生产低碳产品时，碳交易将促进低碳产品的销量。但是，在制造商同时生产两种产品的情况下，只有当单位普通产品与单位低碳产品的环境影响比大于一定的阈值时，碳交易才会促进低碳产品的销售。3)碳交易对利润的影响与两种单位产品的环境影响比有关。4)政府可以通过碳信用证来调整碳交易对消费者盈余的影响。

关键词：循环经济、碳交易、低碳供应链、考诺特博弈

1.介绍

随着经济的快速发展，二氧化碳的排放量正在急剧增加，这对人类的健康和生命构成了巨大的威胁（大卫·穆伦加和西齐亚，2019年）。同时，大量的二氧化碳排放会加剧温室效应，导致全球变暖。各国正在努力实现低碳经济等可持续经济发展模式，以解决二氧化碳排放的不利影响。随着低碳经济的发展，碳交易市场已逐渐在世界各国建立起来。相反，碳交易市场则有效地促进了低碳经济的发展。

制造商的碳排放限值由政府有效促进碳交易，这意味着允许一定数量的碳排放。当生产所需的碳排放超过政府的配额时，制造商必须购买所需的碳排放，以确保生产成功。相反，当制造商采用低碳技术，其生产碳排放低于政府许可时，可以通过碳交易市场销售过剩的碳排放来提高利。但是，当一个制造商购买碳排放配额时，就会增加生产成本，这最终会导致产品的单位销售价格的上涨。换句话说，碳交易将间接影响制造商之间的市场竞争。因此，研究碳交易对低碳市场的影响具有深远的现实意义。

如何构建一个基于这两种生产模式的游戏模型，以分析碳交易对LCSP的影响。此外，碳交易价格又如何影响低碳产品与普通产品之间的竞争。2)基于碳交易，对比分析了两种生产方式对单位零售价、销售额、利润和消费者盈余的影响。3)消费者的偏好将如何影响生产、销售和利润。

为了解决这些问题，本文首先从博弈论的角度构建了碳交易下低碳供应链的博弈模型。基于此游戏模型，研究了碳交易对两种生产模式（一是低碳生产企业只生产低碳产品，二是同时生产低碳生产低碳和普通产品）的零售价格、销售额、利润和消费盈余的影响。其次，在碳交易的基础上，分析了两种生产方式对单位零售价、销售额、利润和消费盈余的影响，并根据其影响给出了顺序。第三个是通过数字分析消费者对生产、销售和利润的偏好的影响。通过本研究，可以解决碳交易对不同生产方式的影响，并为政府和生产厂家制定和完善相关政策提供相关的科学依据。

本文的其余部分组织如下：第二节是关于碳交易和低碳供应链的相关研究的文献综述。第3节描述了建模前的准备工作，包括问题陈述、符号描述和模型需求函数。在第4节中，我们给出了该模型及其解决方案。第5节提供了研究结果和讨论。数值实验和分析方法见第6节。第7节是本研究的结论。

2.文献综述

到目前为止，本文主要有两个研究方向：一是碳交易对低碳产业发展的影响，二是碳交易对供应链减排的影响。

2.1.碳交易和低碳产业

鉴于碳交易对低碳产业发展的影响，研究内容多样、丰富。柴等人。（2018）考虑了碳交易对再制造行业的影响，得出结论，碳交易既有利于再制造产品的正常市场竞争，又有利于绿色市场竞争，即碳交易有利于促进再制造行业的发展。王等人。（2017）考察了碳交易对我国建筑业可再生能源利用的影响，建立了建筑业碳交易机制，实现了建筑业可再生能源的利用。他们等人基于Agent模拟，构建了中国碳交易的模拟分析模型，以衡量碳交易对中国经济和环境的影响。基于碳交易，Liu等人（2017）研究了2020 年中国石化行业减排目标的现状，通过对石化产业9个分区的减排项目的分析，提出了目前实现减排的政策建议，为制定科学的减排配额配置提供了至关重要的支持。钟等人（2019年）开发了一个非线性规划模型，以检验最佳减排策略和碳交易对集装箱终端行业的影响。

近年来，交通运输业一直被呼吁实施碳交易，以减少碳排放(Hanetal.，2017)。作为的碳排放量交通运输业规模较大，还引入了国家车辆排放标准和其他相关政策。研究人员研究了可能影响交通排放的不同因素，如道路定价(胡塞lou等，2016）、信号交叉口（Arkawazi，2018）和车辆路线(Liu等，2020)一些新兴行业都受益于碳交易机制。例如，Fang等人（2020）研究了碳交易对中国新能源产业的影响，指出成熟的碳交易市场可以促进新能源的发展。很明显，碳交易是减少碳排放的一种有效途径，并将影响到更多的行业。

2.2.碳交易和供应链

鉴于碳交易对供应链减排的影响，目前的主要研究包括以下几点。迪亚巴特等人（2013）提出了一个基于碳交易的多周期、多产品定位问题，分析了碳交易成本对供应链定位的影响。通过将碳交易引入供应链管理，Du等人（2015）通过比较分析，认为碳交易比政府的惩罚性措施更有效，可以更好地促进资源节约。根据欧盟的碳交易体系，Jaber等人（2013）构建了一个两阶段的供应链库存模型，分析了如何通过碳交易来最小化库存管理成本。华等（2011）建立了基于碳交易的EOQ模型，并对碳交易配额对供应链的影响进行了比较分析，认为碳交易价格是影响供应链运行的主要因素。基于碳交易，邓等人（2017）考虑了客户的环境偏好对企业竞争战略的影响，为制造商制定最优的市场竞争战略、技术减排投资和产品定价提供了科学依据。廖等人（2018）分析了碳交易政策对电力和煤炭供应链碳排放的影响，发现碳交易价格越高，对电力和煤炭供应链及所有厂家利润的负面影响越大。此外，他们还发现，碳还原的效果会先增加后减少。然而，碳交易可以有效提高整体减排效果(Liaoetal.，2018)。在碳交易试点下，Wang等人(2019a，b)建立了一个公平、高效的煤炭电力供应链碳排放配额分配模型。刘等人(2018a，b)分析了基于碳交易和消费者偏好的低碳供应链中碳技术选择问题，获得了降低成本、提高减排效率的双赢低碳技术条件。Wei（2018）基于碳交易，研究了由两家供应商和两家制造商组成的供应链，并对四种减排研发(Ramp;D)形式进行了比较分析。e, 竞争性研发、水平合作研发、垂直合作研发和综合合作研发，他认为综合合作研发是供应链上的最佳减排研发策略。夏等人（2018）设计了一个问题在供应链减排，低碳推广和成本信息共享制造商和双零售商基于碳交易，结果表明，只有当一个零售商共享成本信息，制造商不能让另一个零售商通过转移支付与他们共享信息。王等人(2019年a，b)比较了三种补充策略碳排放限额与交易政策，并从供应商和零售商那里确定了最佳策略。Xing等人（2020）考虑了两家回收商参与碳交易的闭环供应链，进一步分析了碳交易奖、消费者意识、碳排放量和竞争程度对制造商、零售商和回收商预期效用的影响。

以上研究为本研究的研究思路的提出和研究问题的建立提供了依据。然而，上述研究与本研究之间仍存在一些明显的差异。首先，本研究构建了一个基于碳交易的低碳产品和普通产品的博弈模型。其次，本研究考虑了基于游戏模型的低碳制造商的两种生产模式。第三，本文不仅研究了碳交易对低碳供应链单位价格、销量和销售利润的影响，还进一步分析了碳交易对消费者盈余的影响。基于以上三点，从博弈论的角度构建了低碳供应链博弈模型，比较分析了两种生产模式之间碳减排对低碳供应链的影响，为政府完善相 关低碳政策和厂家决策提供科学依据和支持。

3.建模前的准备工作

3.1.问题陈述

为了分析碳交易对低碳供应链的影响，构建了低碳产品与普通产品之间的博弈模型。在这个博弈模型中，两种产品的产量受到政府的碳排放配额的限制。如果一个制造商的碳排放量超过了限制，制造商可以从碳交易市场支付并获得额外的碳信用证，这间接增加了其生产成本。

根据实际情况，有两种生产模式。一是低碳制造商只生产低碳产品。例如，再制造的发动机，可以节省50%的成本，60%的能源和70%的原材料，并减少80%的环境影响。中国重型卡车集团只生产新发动机，济南繁荣动力有限公司。只生产再制造的发动机。另一种情况是，低碳制造商（或普通产品制造商）既生产低碳产品，又生产普通产品。例如，在中国，郑州宇通客车有限公司。它不仅生产纯电动汽车，还生产燃料汽车。

如果低碳制造商只生产低碳产品，则决策变量是低碳产品的单位零售价格。相应地，当普通制造商只生产普通产品时，普通产品的单位零售价格起着决策变量的作用。但是，两种厂家的碳排放配额应低于政府的碳排放限额。当低碳生产厂家同时生产两种产品时，决策变量为两种产品的零售单价。无论生产模式不同，两种产品在市场上的竞争都属于Cournot游戏，即两种产品在市场上处于同一位置，这使得两种产品的决策过程能够同时进行。两种生产模式的决策过程、变量和顺序如图所示。

图1两种生产模式的决策过程、变量和顺序

3.2.符号说明

表1参数、变量和函数的含义

3.3.模型需求函数

根据Ferrer和斯瓦米纳坦（2010）和Wu（2012）的研究，我们假设消费者购买单位产品的支付意愿(WTP)，并遵循[0,1]，feth;qTHORN;建frac12;0；1]。注6是单位普通产品的销售价格相对于单位低碳产品的销售价格的最低可接受程度。所以购买一单位低碳产品的消费者过剩是UiL=q-piL，而对于普通产品的一 个单位是UiH=6q-piH.只有当购买一单位低碳产品的消费者盈余大于购买一单位普通产品的消费者盈余时，即UiLgt;UiH，消费者将愿意选择低碳产品，而购买低碳产品的意愿区间为QiL={q:UiLgt;max{UiH;0gg.同样，消费者购买普通产品的意愿间隔为QiH= {q:UiHgt;max{UiL;0gg.因此，对低碳产品和普通产品的市场需求可以用式（1）计算，

最终，我们可以确定PiH; PiL;通过方程（2)

4.模型的建立和解决方案

4.1模型结构

当低碳产品制造商只生产低碳产品产品时

在方程（3）中，表示销售单位普通产品的利润，表示销售普通产品的总收入，表示当需求为q时所需的碳信贷DH, 是当政府采用碳排放限制时需要购买的碳排放信用额度，表示购买e的成本型碳排放量信用额度。根据以上分析，普通产品的收入应定义为销售总收入与购买碳排放信用额成本之间的差额。

在方程（4）中，表示销售低碳产品的利润，代表出售超额碳排放信用额度的利润。因此，低碳制造商的利润是低碳产品的销售利润和销售超额碳排放信贷的收益的总和。当低碳生产商同时生产两种产品时，该生产商的总利润为由方程（5）计算

其中表示销售低碳产品的利润，表示销售普通产品的利润，表示在碳交易市场上销售碳排放信用额的购买成本或利润。

4.2模型求解

为了得到这两种生产模式的最优纳什均衡解，我们首先给出了引理1。引理1。(i)方程（3）和（4）分别是q的可积函数和分别；(ii)方程（3）是q的凹函数和，根据引理1，我们可以得到两种生产模式的最优解，即命题1。便于讨论和分析时，我们设置：

命题1。两种生产模式下的纳什均衡的最优解，如表2所示。

表2 纳什均衡的最优解。

5.结果和讨论

根据命题1，可以得到政府碳税政策对低碳供应链的影响，命题2和命题3所示。

命题2，在生产模式D下，普通产品的销售单价，低碳产品是碳交易价格的上涨。普通产品的销量随着碳交易价格的增加而下降。低碳产品的销量是碳交易价格的增加H/ e Lgt;2.否则，低碳产品的销量将是碳交易价格的下降。

命题3。在生产模式G下，销售价格在普通产品中，低碳产品是碳交易价格的上涨。普通产品的销量随着碳交易价格的增加而下降。低碳产品的销量是碳交易价格的增加，产品随着碳交易价格的增加而下降，

命题2和命题3表明，无论低碳制造商采用何种生产策略，碳交易都会增加买家的购买成本，也会增加普通产品的生产成本。研究结果与Xing等人的研究结果一致。（2020年）认为，提高价格是在碳交易下的制造商的最佳策略。与此同时，普通产品制造商将通过推高单位零售价来转移碳交易成本，这意味着消费者将承担碳交易成本。对于低碳产品，碳交易对单位零售价没有直接影响。但由于低碳产品与普通产品在市场上的竞争关系，当普通产品的单位零售价格因碳交易而上涨时，低碳产品制造商将通过市场竞争来提高低碳产品的单位零售价格，以追求更多的利润。

无论低碳厂商采用何种产品策略，普通产品单位零售价格的上涨都会降低消费者购买普通产品的动机，从而间接降低了普通产品的销量，即碳交易会降低普通产品的销量。夏和黄（2019）的研究结果也表明了这一命题。当低碳生产企业同时生产两种产品时，对低碳产品的需求与碳交易的配额呈正相关。也就是说，碳交易促进了低碳产品的销量。当低碳制造商只生产低碳产品时，如果单位普通产品的碳排放比与单位低碳产品的碳排放比大于2，碳交易将促进低碳产品的销量。否则，碳交易将减少低碳产品的销量。

对于同时生产两种产品的低碳制造商，虽然碳交易提高了低碳产品的单位零售价格，但由于市场竞争，低碳产品的销量随着单位碳交易配额的增

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