碳交易及消費補貼下的服裝行業碳減排決策問題

鄭 路， 張明霞， 胡覺亮， 韓曙光

(1. 達利(中國)有限公司， 浙江 杭州 311200； 2. 浙江理工大學 服裝學院, 浙江 杭州 310018；3. 浙江理工大學 理學院， 浙江 杭州 310018)

氣候變化關乎全人類的共同命運，推動溫室氣體減排已成為世界各國的共同責任。中國長期致力于碳減排，已將碳達峰、碳中和納入生態文明建設整體布局，實現“雙碳”目標已成為全社會的共識。2021年7月16日，全國碳排放權交易市場正式啟動，標志著我國碳減排進入市場化階段。碳排放權交易將成為推進節能降碳，促進綠色低碳環保技術創新，引導產業結構優化，實現碳達峰、碳中和的重要手段。

紡織服裝行業因具有高碳排放性，對環境帶來一些負面影響，隨著碳交易市場覆蓋范圍的不斷擴大，其又將何去何從？碳交易下紡織服裝企業碳排放成本將逐漸顯現，碳中和倒逼企業由內而外改革。紡織服裝企業可結合其行業特點，循環利用紡織纖維，設計服裝生產中的低碳流程并將其轉化為成衣上的“碳標簽”，采用新能源，引進低能耗設備等方式實現綠色低碳轉型。其中，服裝再制造是指將回收的廢舊服裝經分揀、消毒、去除拉鏈等金屬飾品后，經物理或化學方法生成再生纖維，而后再生纖維經紡紗、織造制成再制造服裝的過程?，F階段服裝再制造技術成本較高，消費者對再制造服裝接受度較低，再制造服裝不具備競爭優勢，政府應在政策上給予支持。

越來越多的學者也在關注碳交易及減排投資的問題。Wang等[1]研究發現資金約束和碳交易政策均能促進制造商從事再制造活動。Xu等[2]研究了碳限額規制下兩級供應鏈中零售價和碳足跡的最優決策問題。Du等[3]研究了碳交易下碳足跡和消費者低碳偏好對排放依賴型企業生產決策的影響。焦建玲等[4]針對企業加入碳交易體系和不加入而接受超額懲罰的情形建立模型，探究不同排放配額、交易價格和懲罰價格對企業定價決策的影響。Zhang等[5]探討了消費者低碳意識、零售商公平關切和政府補貼下的最優碳減排決策問題。Yang等[6]在碳交易政策下建立了再制造閉環供應鏈模型，發現再制造可有效提高企業的碳減排水平及利潤。Wang等[7]研究了制造商和零售商間的聯合碳減排問題。Yang等[8]研究發現碳限額與交易下供應鏈企業間的縱向合作可提高碳減排率，制造商間的橫向合作會損害消費者的福利。政府補貼政策也極具研究價值，Li等[9]從閉環供應鏈的角度探討了政府如何實施碳補貼政策才能激勵企業的碳減排行為。Zhao等[10]建立了考慮再制品消費偏好和政府補貼的決策模型，發現再制造企業與消費者分享一定比例的補貼可增加再制造企業的利潤。狄衛民等[11]分析了無政府補貼、政府補貼經銷商再制造及政府補貼制造商再制造下的企業決策影響。

本文在碳交易政策下建立由原料供應商(S)、制造商(M)、零售商(R)和回收商(T)組成的四級服裝閉環供應鏈模型，對比分析碳交易政策下無政府補貼且無企業減排努力、僅政府再制造補貼、僅制造商減排努力及同時補貼和減排的4類情形，探討政府對再制造服裝消費者補貼和制造商碳減排投資對供應鏈碳排放總量、供應鏈成員利潤及服裝產業發展的影響。本文有別于以往研究之處：1)配額分配采用以強度控制為主的行業基準法，免費碳配額與實際產量線性相關；2)考慮政府對消費者直接進行補貼以鼓勵再制造服裝的銷售，以往文獻大多研究政府對企業補貼;3)考慮由原料供應商、制造商、零售商和回收商組成的服裝閉環供應鏈模型，將服裝生產過程中的面料生產與服裝加工區分開來，并考慮再生面料和傳統面料在生產過程中碳排放量不同的情形。

1 問題描述與基本假設

1.1 問題描述

本文考慮碳交易下由原材料供應商、制造商、零售商和回收商組成的四級服裝再制造閉環供應鏈模型，如圖1所示。原材料供應商從回收商處以廢舊服裝轉移價格b收購廢舊服裝，并將其通過相應再生技術生成為再生面料，同時供應商也生產傳統面料，單位再生面料的加工成本及碳排放量分別為cr和er，單位傳統面料的生產成本及碳排放量分別為cn和es；λr表示再制造服裝碳減排系數，0<λr<1。其中，令λs=1-λr且er=λses。

圖1 碳交易下四級服裝再制造閉環供應鏈模型Fig.1 Four-level closed-loop supply chain model for garment remanufacturing under carbon trading

供應商分別以kr和kn的批發價將再生面料和傳統面料出售給制造商。制造商負責生產再制造服裝和傳統服裝，并將其分別以wr和wn的批發價售賣給零售商，由面料加工至成衣過程的碳排放量為em。零售商最終以pr和pn的價格銷售再制造服裝和傳統服裝?；厥丈特撠煆南M者處以f的價格回收廢舊服裝。碳交易下供應商和制造商作為生產型企業，政府分配給其一定的免費碳配額，生產單位面料和單位服裝的免費碳配額分別為δs和δm。按照行業基準法的碳配額分配方式，k和μ分別表示紡織行業及服裝行業的基準碳排放強度系數，則δs=kes和δm=μem。企業碳排放權不足或剩余均可在碳市場進行交易，碳排放權交易價格為pe。其中：es、em、er、δs和δm的單位為“10 kg”；pe的單位為“元/(10 kg)”；b、cn、cr、kn、kr、pn、pr和f的單位為“元”。

1.2 基本假設

假設1：制造商是Stackelberg博弈的主導者;

假設2：結合再生面料生產技術成本較高的現狀，故b+cr>cn;

假設3：假設供應商與制造商的碳排放均未達到行業標準，即0

假設4：廢舊服裝回收量I與再制造服裝需求量Dr的關系為：I=hDr，其中:h≥1，h表示二者的倍數關系;

2 模型建立

2.1 無補貼且無減排模型(情形Ⅰ)

此情形關注碳交易下無政府扶持且無企業減排努力時，再制造閉環供應鏈受碳市場及消費市場作用的影響。

基于消費者效用理論[13]，消費者對傳統服裝的剩余效用Un=v-pn，v為消費者對傳統服裝的心理價位，v∈[0,Q]，服從均勻分布，Q為意愿支付的最高價格；消費者對再制造服裝的剩余效用Ur=ρv-pr，其中ρ∈(0,1)，ρ表示消費者偏好系數。當Un>Ur時消費者選擇購買傳統服裝；當Un

考慮供應商和制造商的生產受碳排放約束，零售商、回收商、制造商和供應商的利潤模型如下：

供應鏈的碳排放總量為

E=(em+es)Dn+(em+λses)Dr

式中:ΠR、ΠT、ΠM和ΠS分別為零售商、回收商、制造商和供應商的利潤，單位為“元”；碳排放總量E的單位為“10 kg”。

2.2 政府補貼及制造商碳減排模型(情形Ⅱ)

為有效降低供應鏈的碳排放，引導企業積極投入再制造生產活動，政府對購買再制造服裝的消費者給予補貼，提高再制造服裝的市場份額，進而間接影響企業的生產決策達到碳減排的目的。由相關文獻[14]可知，男襯衫生產過程的碳排放量高于襯衫所用面料生產過程的碳排放量，其中縫制環節碳排放較高，故考慮服裝制造商優化成衣縫制流程，對綠色環?？p制機械進行技術投資以降低成衣生產過程的碳排放。

政府對再制造服裝消費補貼下傳統服裝和再制造服裝的剩余效用分別為Un=v-pn，Ur=ρv-pr+s；傳統服裝和再制造服裝在成衣生產過程中共用一套生產流程及設備，制造商碳減排舉措對其影響相同，故滿足條件的傳統服裝和再制造服裝的需求函數分別為：

式中:s為政府補貼，元/件；ξ為制造商碳減排對需求的敏感系數；τ為制造商碳減排率。

零售商、回收商、制造商和供應商的利潤模型如下：

供應鏈的碳排放總量為

E=[(1-τ)em+es]Dn+[(1-τ)em+λses]Dr

3 模型求解及分析

以制造商為主導者的Stackelberg博弈中，原材料供應商、制造商、零售商和回收商均追求各自利潤最大化。制造商首先決策傳統服裝和再制造服裝批發價，而后供應商確定傳統面料和再生面料批發價，最后回收商和零售商分別決策廢舊服裝轉移價格、傳統服裝及再制造服裝零售價。

3.1 情形Ⅰ下的最優決策與分析

為簡化表示，定義M1=pe(1-k)es，N1=pe(λs-k)es，X1=pe(1-μ)em。

命題1:情形Ⅰ下，通過逆向求解法得到供應鏈成員決策的均衡結果如下：

1)單位傳統面料和再生面料的批發價分別為：

2)單位傳統服裝和再制造服裝的批發價分別為：

ρh2B(3Q+cn+M1+X1)]/4[h2B+ρ(1-ρ)]

3)單位傳統服裝和再制造服裝的批發價及需求量分別為:

ρh2B(7Q+cn+M1+X1)]/8[h2B+ρ(1-ρ)]

h2B(Q-cn-M1-X1)}/8[h2B+ρ(1-ρ)]

8[h2B+ρ(1-ρ)]

4)單位廢舊服裝的轉移價格

bI*=[4ρ(1-ρ)(-nhB)+

h2B(ρcn-cr+ρM1+ρX1-N1-X1-

3nhB)]/4[h2B+ρ(1-ρ)]

進一步分析命題1，可得到以下推論。

碳交易價格的高低影響著服裝市場的穩定與發展，盡管碳交易價格是由市場決定，政府也應給予適時調控，建議通過碳交易手續費的方式調節碳排放權的再分配，使市場自行調節排放權流動。此外，碳中和目標的推進下，碳交易價格上漲及免費碳配額收緊是大勢所驅，行業基準線下的企業應主動尋求低碳生產方式。供應商可轉移生產方向，著重生產再生面料，降低碳排放成本；制造商則可進行碳減排投資來應對挑戰。

3.2 情形Ⅱ下的最優決策與分析

為簡化表示，定義X2=pe(1-τ-μ)em，N2=pe(λs-k)es，M2=pe(1-k)es。

命題2：情形Ⅱ下，采用逆向求解法得到供應鏈成員的均衡結果如下。

1)單位傳統面料和再生面料的批發價分別為：

X2+2ρξτ)+ρh2B(Q+cn+M2+X2+2ξτ-

2ρξτ)-2h2B(-3s-cr+nB-N2+X2)]/

4[h2B+ρ(1-ρ)]

2)單位傳統服裝和再制造服裝的批發價分別為：

X2+4ρξτ)+ρh2B(3Q+cn+M2+X2+6ξτ-

2ρξτ)+4h2Bs]/4[B+ρ(1-ρ)]

3)單位傳統服裝和再制造服裝的批發價及需求量分別為:

X2+12ρξτ)+ρh2B(7Q+cn+M2+X2+14ξτ-

2ρξτ)+8h2Bs]/8[h2B+ρ(1-ρ)]

N2-7ξτ+5ρξτ]+h2B(Q-cn-M2-X2+

2ρξτ-ρ2ξτ+ρ3ξτ)}/8[h2B+ρ(1-ρ)]

X2+7ρ2ξτ-5ρξτ-2ρh2Bξτ+ρ2h2Bξτ-h2Bξτ)/

8[h2B+ρ(1-ρ)]

4)單位廢舊服裝的轉移價格為

bⅡ*=[4ρ(1-ρ)(-nhB)+h2B(ρcn-cr+

ρM2+ρX2+3s-N2-X2-3nhB+7ρ2ξτ-

5ρξτ-2ρh2Bξτ+ρ2h2Bξτ-h2Bξτ)]/

4[h2B+ρ(1-ρ)]

進一步分析命題2，可得到以下推論。

傳統服裝生產過程中碳排放量較大，其零售價、批發價和需求量對免費碳配額的變化更為敏感，隨著供應商和制造商行業基準碳排放強度系數的增加，2類服裝零售價和批發價降低、需求量增加。即隨著免費碳配額的收緊，服裝零售價及批發價升高、需求量降低，政府通過限制碳排放的方式倒逼企業碳減排。隨著零售價的上漲，消費者也將承擔部分碳排放成本，同時2類服裝需求降低，碳排放總量也將減少，適量收緊碳配額有利于控制供應鏈的碳排放總量。

隨著供應商碳配額的收緊即k減小，2種面料的批發價上升，隨著制造商碳配額的收緊即μ減小，2種服裝的批發價降低。表明供應商免費碳配額較少時，生產面料所需碳排放成本較高，故批發價上升；制造商免費碳配額收緊表明服裝的需求量降低，面料供過于求，故面料批發價降低。

隨著再制造碳減排系數λr的上升，再生面料的碳排放成本減少，降低了其生產成本，故再生面料的批發價降低，相應地再制造服裝批發價及零售價也將下降，有助于增強消費者對再制造服裝的購買力，降低傳統服裝的競爭力。同時，供應商為獲得更大收益也將轉向生產再生面料，形成良性循環，促進服裝產業的低碳轉型。

隨著政府對購買再制造服裝消費者補貼的增加，再制造服裝的零售價和需求量均增加，傳統服裝需求量降低，再制造服裝對傳統服裝形成了蠶食效應；政府對再制造服裝消費者的補貼亦擴大了服裝市場的總需求量。政府的扶持可激勵企業參與再制造活動，促進再制造產業的發展，同時降低單位服裝的碳減排量，增加服裝市場的活力。

下文將考慮制造商碳減排但無政府補貼作為情形Ⅳ，即s=0。

4 算例分析

鑒于上述部分的數學表達式較為復雜，無法直接觀察出變量間的關系，將通過數值算例對相關結果進行分析。參考服裝生產過程中的實際數據及碳市場的交易價格，對參數作出如下假定：ρ=0.6，Q=100,B=1.6,n=0.1，h=1.3，cr=5.5，cn=5，pe=0.5，es=2，em=3，ξ=10，s=10，τ=0.4，λs=0.4，μ=0.6，k=0.6，β=800。

4.1 情形Ⅳ下碳減排率影響分析

圖2示出情形Ⅳ下碳減排率對需求量、零售價、利潤及碳排放總量的影響。

圖2 情形Ⅳ下碳減排率對需求量、零售價、利潤及碳排放總量的影響Fig.2 Impact of carbon emission reduction on demand (a), retail price (b), profit (c); and total carbon emission (d)

由圖2對情形Ⅳ下的碳減排率影響分析知，考慮制造商碳減排但無政府補貼情形下隨著制造商減排率的增加，2種服裝的需求量和零售價均增加，供應鏈各成員的利潤亦增加；傳統服裝的需求量和零售價均高于再制造服裝，表明生產單位傳統服裝的利潤較高，為獲得較高的收益，企業更傾向于生產傳統服裝，單位傳統服裝的碳排放量也相對較高；碳排放總量出現先增高后降低的趨勢，碳減排率較低時，2類服裝需求量的增加使碳排放總量上升,而后隨著碳減排率的不斷提升，碳排放總量降低。僅當減排率接近1時，碳排放總量較減排前才有所降低，僅制造商碳減排雖能促進經濟發展，卻降低了環境效益，不能達到二者均衡發展的效果。

4.2 情形Ⅱ和Ⅲ下政府補貼的影響分析

圖3示出政府補貼對碳減排率、需求量及零售價的影響?？芍樾微蛳码S著政府對再制造服裝消費者補貼的增加，制造商的最優碳減排率增加，傳統服裝的需求量減少，再制造服裝的需求量增加，總需求量平穩上升，單位服裝碳排放量降低且供應鏈碳排放總量降低。消費補貼促進了2種服裝零售價的上漲，再制造服裝零售價增長較快，同時企業從單位再制造服裝中的獲利增加，企業將擴大對再制造服裝的生產。

圖3 情形Ⅱ下政府補貼對碳減排率、需求量及零售價的影響Fig.3 Impact of government subsidies on carbon reduction rate (a), demand (b) and total carbon emission (c)

圖4示出政府補貼對利潤的影響?？芍S著補貼的增加，制造商的利潤先保持平穩，而后降低。制造商生產單位傳統服裝和單位再制造服裝所需承擔的碳排放成本相同，補貼導致傳統服裝減少的同時增加了再制造服裝的需求量，總需求量增加，制造商從再制造服裝中獲得的利潤不足以彌補碳排放增加的成本，導致利潤降低。比較情形Ⅱ與情形Ⅲ下制造商的利潤易知，情形Ⅱ下制造商利潤更高，且碳減排投資屬于一次性投資，下個生產周期內制造商的利潤亦將有所增加。

圖4 政府補貼對利潤的影響Fig.4 Impact of government subsidies on profit

圖5示出政府補貼對碳排放總量的影響?？芍樾微蚝廷笙碌奶寂欧趴偭侩S補貼的增加而降低，情形Ⅲ下的碳排放總量變化較快。僅政府補貼下，更有助于實現碳減排。

圖5 政府補貼對碳排放總量的影響Fig.5 Impact of government subsidies on total carbon emissions

簡言之，相對較低的再制造補貼能夠保證制造商的利潤水平；相對較高的補貼可增加環境效益，加速實現碳減排。

4.3 情形Ⅱ和Ⅳ下最優碳減排率影響分析

圖6示出碳交易價格對最優減排率的影響?？芍冀灰變r格的增加，提升了制造商的最優碳減排率，碳交易政策在一定程度上能夠推動生產型企業的碳減排投資。

圖6 碳交易價格對最優減排率的影響Fig.6 Impact of carbon trading price on optimal emission reduction rate

碳交易政策下，僅制造商進行碳減排投資，可增加供應鏈企業的經濟效益，但易造成碳排放總量的增加；僅依靠政府對再制造服裝消費者的補貼，可減少碳排放總量同時推動再制造服裝產業的發展，但補貼過高會降低制造商的利潤，不利于調動制造商的減排積極性。因此，為平衡碳排放及服裝產業發展，在制造商進行碳減排努力時，政府可適度對再制造服裝消費者進行補貼。

5 結 論

為探究碳交易下服裝企業如何兼顧綠色環保效率及企業效益，以綠色低碳可持續方式引領服裝行業高質量發展。本文構建了由原料供應商、制造商、零售商和回收商組成的服裝閉環供應鏈模型，分析政府對再制造服裝消費者補貼和制造商碳減排投資對服裝行業的發展、供應鏈成員利潤及碳排放總量的影響,得到如下主要結論。

免費碳配額的收緊可降低傳統服裝和再制造服裝的需求量，減少供應鏈碳排放總量；再制造碳減排系數的增加可增加再制造服裝的市場份額同時降低供應鏈碳排放總量；碳交易價格在一定范圍內的增加，能夠推動再制造服裝的發展。碳交易政策下，服裝生產企業主動減排投資且政府對再制造產業進行扶持，可在一定程度上實現經濟和環境的協調發展。

本文主要考慮制造商碳減排努力的情形，后續研究可進一步探究供應商和制造商共同進行碳減排投資對供應鏈碳排放總量的影響，且二手服裝及服裝租賃業務可提高服裝使用率，具有節能減排作用，也值得未來深入研究。