需求不确定下碳期权采购对供应链决策及协调机制的影响研究

doi:10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2024.1404

摘要/Abstract

摘要：

产品市场需求的不确定导致碳排放依赖型制造商对配额的需求也存在不确定，而碳期权赋予制造商在履约之前锁定配额价格的权利，既能回避碳交易市场价格不确定带来的风险，也能弱化配额需求数量不确定带来的影响。针对碳排放依赖型制造商和其零售商形成的两阶段供应链，探讨碳期权采购对供应链决策及协调机制的影响，研究发现：（1）分散决策下，碳期权采购扩大了制造商的配额采购量，使其生产更具柔性，更好地满足了零售商的弹性订货需求，零售商利润进而得以提升；且当期权价格和行权价格满足阈值条件时，制造商能够以较低的成本对冲碳配额采购量不确定产生的风险，同时改善自身利润。（2）集中决策下，碳期权采购的风险弱化效应延伸到整个供应链系统，供应链的总利润在合理参数区间内也能得到提升。（3）零售商和制造商共担碳期权购买及行权成本时，若成本共担系数与固定费用满足激励相容条件，可同时实现供应链整体利润最优和两成员利润改进目标，制造商和零售商利润都能超过无协调机制下的分散决策，验证了碳期权成本共担机制的有效性。

关键词: 需求不确定, 碳期权, 配额采购, 成本共担

Abstract:

The uncertainty of product market demand leads to the uncertainty of emission dependent manufacturers' demand for quotas. Carbon option gives manufacturers the right to lock the price of quotas before the implementation of the contract， which can not only avoid the risk caused by the uncertain price of carbon trading market， but also mitigate the impact of the uncertain quantity of quota demand. Aiming at the two-stage supply chain formed by emission-dependent manufacturers and their retailers， the impact of carbon option procurement on supply chain decision-making and coordination mechanism is discussed. The findings are as follows：（1） Under decentralized decision-making， carbon option procurement expands manufacturers' quota procurement volume， making their production more flexible， thus better meeting retailers' flexible order demand and driving retailers' profits to increase； In addition， when the option price and exercise price meet the threshold conditions， the manufacturer can hedge the risk caused by the uncertainty of carbon quota purchase at a lower cost and improve its own profits. （2） Under centralized decision-making， the risk weakening effect of carbon option procurement extends to the entire supply chain system， and the total profit of the supply chain can also be improved within a reasonable parameter range. （3） When retailers and manufacturers share the cost of carbon option purchase and exercise， if the cost sharing coefficient and fixed cost meet the incentive compatibility conditions， the optimal profit of the whole supply chain and the profit improvement goal of the two members can be achieved at the same time， and the profits of both manufacturers and retailers exceed the decentralized decision-making without coordination mechanism， which verifies the effectiveness of the carbon option cost sharing mechanism.

Key words: demand uncertainty, carbon options, quota procurement, cost sharing

中图分类号:

F274

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图/表 17

图1

图2

表1

符号及意义说明"

符号	说明	符号	说明
$w 1$	第一阶段的批发价格	$g$	单位产品的商誉损失
$w 2$	第二阶段的批发价格	$s$	单位碳配额的转售价格
$c 1$	第一阶段的生产成本	$p$	单位产品的零售价格
$c 2$	第二阶段的生产成本	$λ$	成本共担比例
v	单位缺货成本	$T$	固定费用
$r$	单位产品的残值	$π r i$	零售商的利润
$k$	单位产品的碳排放上限	$π m i$	制造商的利润
$e$	单位产品的实际碳排放量	$π i$	供应链的总利润
$p e$	单位碳配额的行权价格	决策变量
$p 0$	单位碳配额的价格	$q i$	制造商购买的碳配额量
$p b$	单位碳配额的期权价格	$Q i$	零售商第一阶段订货量

表1

图3

表2

分散决策下供应链各成员最优决策"

最优决策	基准模型	碳期权模型	碳期权协调模型
$q i * e - k$	$F - 1 w 2 - c 2 + g - p 0 e - k w 2 - c 2 + g - s e - k$	$F - 1 w 2 - c 2 + g - p e + p b e - k w 2 - c 2 + g - p e e - k$	$F w 2 - c 2 + g - 1 - λ p b + p e e - k w 2 - c 2 + g - 1 - λ p e e - k - 1$
$Q i *$	$F - 1 w 2 - w 1 w 2 - r$	$F - 1 w 2 - w 1 w 2 - r$	$F w 2 - w 1 w 2 - r + λ p e e - k - 1$

表2

表3

集中决策下供应链各成员最优决策"

最优决策	基准模型	碳期权模型
$q i *' e - k$	$F - 1 p + v - c 2 + g - p 0 e - k p + v - c 2 + g - s e - k$	$F - 1 p + v - c 2 + g - p e + p b e - k p + v - c 2 + g - p e e - k$
$Q i *'$	$F - 1 c 2 - c 1 s e - k - r + c 2$	$F - 1 c 2 - c 1 c 2 - r$

表3

图4

图5

图6

表4

第一阶段批发价格对均衡解的影响"

参数	$w 1 = 220$	$w 1 = 230$	$w 1 = 240$	$w 1 = 250$	$w 1 = 260$	$w 1 = 270$	$w 1 = 280$
$q b *$	490.84	490.84	490.84	490.84	490.84	490.84	490.84
$Q b *$	274.67	261.47	247.56	232.55	215.84	196.36	171.84
$q b *'$	520.58	520.58	520.58	520.58	520.58	520.58	520.58
$Q b *'$	300.00	300.00	300.00	300.00	300.00	300.00	300.00
$π r b *$	46124.3	43443.17	40897.3	38495.62	36251.91	34187.97	32341.18
$π m b *$	19867.05	22422.55	24760.8	26857.19	28670.42	30126.89	31075.87
$π b *'$	66084.03	66084.03	66084.03	66084.03	66084.03	66084.03	66084.03

表4

表5

第二阶段批发价格对均衡解的影响"

参数	$w 2 = 270$	$w 2 = 280$	$w 2 = 290$	$w 2 = 300$	$w 2 = 310$	$w 2 = 320$	$w 2 = 330$
$q b *$	480.27	484.13	487.64	490.84	493.79	496.53	499.07
$Q b *$	181.32	203.26	219.54	232.55	243.41	252.72	260.88
$q b *'$	520.58	520.58	520.58	520.58	520.58	520.58	520.58
$Q b *'$	300.00	300.00	300.00	300.00	300.00	300.00	300.00
$π r b *$	41404.73	40297.5	39341.47	38495.62	37735.2	37043.66	36409.16
$π m b *$	22318.87	24211.71	25669.39	26857.19	27858.22	28721.31	29478.04
$π b *'$	66084.03	66084.03	66084.03	66084.03	66084.03	66084.03	66084.03

表5

表6

第一阶段生产成本对均衡解的影响"

参数	$c 1 = 110$	$c 1 = 120$	$c 1 = 130$	$c 1 = 140$	$c 1 = 150$	$c 1 = 160$	$c 1 = 170$
$Q b *$	232.55	232.55	232.55	232.55	232.55	232.55	232.55
$q b *$	518.94	518.94	518.94	518.94	518.94	518.94	518.94
$Q b *'$	418.68	378.68	348.53	322.30	297.54	272.63	245.86
$q b *'$	546.26	546.26	546.26	546.26	546.26	546.26	546.26
$π r b *$	38582.29	38582.29	38582.29	38582.29	38582.29	38582.29	38582.29
$π m b *$	36537.95	34212.44	31886.93	29561.42	27235.91	24910.40	22584.89
$π b *'$	79849.90	76143.80	72570.40	69472.01	66480.14	63716.38	61194.79

表6

表7

第二阶段生产成本对均衡解的影响"

参数	$c 2 = 170$	$c 2 = 180$	$c 2 = 190$	$c 2 = 200$	$c 2 = 210$	$c 2 = 220$	$c 2 = 230$
$Q b *$	232.55	232.55	232.55	232.55	232.55	232.55	232.55
$q b *$	526.48	524.14	521.64	518.94	516.00	512.80	509.28
$Q b *'$	241.05	265.71	283.58	297.54	308.96	318.60	326.91
$q b *'$	549.77	548.64	547.47	546.26	545.00	543.69	542.32
$π r b *$	38596.97	38592.73	38587.88	38582.29	38575.77	38568.08	38558.88
$π m b *$	29693.30	28873.85	28054.71	27235.91	26417.51	25599.59	24782.23
$π b *'$	68299.58	67568.02	66976.46	66480.14	66053.31	65679.52	65347.62

表7

图7

图8

图9

图10

参考文献 35

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