低碳环境下农产品冷链动态减排协调策略研究——基于绿色技术采纳视角
时间：2023-01-18 18:25:11 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李影 周叶，2
(1.南昌航空大学经济管理学院，江西 南昌 330063；
2.区域航空物流研究所，江西 南昌 330063)
当前全球气候变暖形势日益严峻,农业生产活动所产生的温室气体排放是全球碳排放总量的重要组成部分[1]。大量的农产品在预冷、加工、运输、销售等环节需要冷藏设备进行恒温保存,冷库的大量建设使用与全程温度控制需要消耗大量的能源,导致更多的碳排放,加大了我国实现“双碳”目标的难度[2]。为了减少农产品从生产到销售过程中产生的碳排放,采纳绿色技术进行碳减排是有效减少农产品碳排放的重要手段。
目前,在运用绿色技术进行减排量研究方面,Xia等建立绿色技术采用壁垒识别系统解决绿色技术采用和转化过程中遇到的障碍[3]。Shen等研究在采纳清洁技术下,考虑一个制造商和一个零售商组成的2级纺织供应链的最优定价和策略问题[4]。周键和刘阳分析得出企业绿色技术创新对创业企业减排量呈现正向作用[5]。在农产品冷链物流碳排放方面,绿色低碳一直是国内外学者研究的热点问题。Babagolzadeh等研究了在碳税监管下冷链储运产生的碳排放的影响,研究结果表明更高的排放价格并不总是有助于提高冷链系统的效率[6]。As′ad等提出2种整数混合规划模型来解决产品在存储和运输中产生的碳排放问题[7]。此外,还有学者通过优化冷链物流配送路径来实现生鲜农产品减排量的目的[8-12]。考虑到企业在绿色低碳环境下进行减排量是一个长期的过程,不少学者主要是以供应链为主体来展开减排量策略优化问题的研究。武丹和杨玉香构建了一个供应商和一个制造商2级供应链微分博弈模型,在考虑消费者低碳偏好的情况下,得出消费者低碳偏好度越高,减排量越大的结论[13]。魏守道研究发现2个供应商和2个制造商在碳交易政策下,比较分析了研发竞争、水平合作研发、垂直合作研发和全面合作研发4种的减排研发形式效果,得出减少减排量的最优策略[14]。
从上述文献回顾可以发现:农产品减排量是长期动态变化的过程,大多数文献只是考虑通过路径优化来减少农产品碳减排,很少通过建立微分博弈模型来考虑农产品冷链碳减排协调策略优化问题；
现有的文献很少将绿色技术采纳与农产品减排量结合起来研究。因此,本文考虑绿色技术采纳这个关键因素,构建集中决策和分散决策2种模式下的长期动态减排量微分博弈模型,来研究农产品冷链碳排放协调策略问题。
1.1 问题描述
农产品从生产到销售的全过程会产生大量的碳排放,导致环境污染加重。为了有效地减少碳排放,采用绿色技术是目前企业尝试的新手段。农户通过采用绿色技术对农产品进行种植、采摘、处理和预冷,然后在冷链运输过程采用绿色技术对农产品进行冷藏、加工、包装和分拣,再通过冷链物流企业采用新能源运输车辆把农产品运输到超市。超市作为冷链运输的终点站,为了保持农产品的品质和新鲜度,也需要采用绿色技术对农产品进行冷藏和销售。农产品冷链碳排放主要是通过农产品减排量的动态过程予以体现,农产品减排量受冷链物流企业、农户合作社、超市各自绿色技术采纳程度的影响。因此,建立由冷链物流企业、农户合作社和超市组成的3级冷链系统,考虑采纳绿色技术对农产品冷链进行联合减排的微分博弈模型。
1.2 基本假设
文中涉及的主要参数说明见表1。
表1 主要变量和参数说明
本文的假设条件如下。
假设1:假设绿色技术采纳成本为绿色技术采纳程度的凸函数,即农户合作社、冷链物流企业和超市的绿色技术采纳成本Cf,Cc,Cs,随绿色技术采纳程度增加而增加,满足C′f(Ef(t))＞0,C′c(Ec(t))＞0c,C′s(Es(t))＞0。则t时刻农户合作社、冷链物流企业和超市的绿色技术采纳成本分别为:
假设2:不考虑价格、成本等其他因素的影响,假设农产品减排量是一个动态变化的过程,最终农产品减排量受当期农户合作社、冷链物流企业和超市的绿色技术采纳程度的影响。农产品碳排放量的微分方程可表示为:
且在初始时刻,冷链农产品减排量χ0()＝χ0≥0。
假设3:农产品碳排放量越小为整个冷链系统带来的收益越大,农产品冷链的减排量影响农产品的市场需求。假设t时刻市场需求与产品减排量呈线性关系即:
其中,D0＞0为常数,表示产品的初始需求。
假设4:农户合作社、冷链物流企业和超市基于完全信息进行决策,且主要考虑农产品减排量是否会影响农户合作社、冷链物流企业和超市的决策,同时不计各自的库存和缺货成本,在无限时间范围内,假设农户合作社、冷链物流企业和超市的贴现率均为ρ ρ＞0( ),目标函数均为无限时间下的利润最大化。
基于上一节对问题的描述和分析,本节将分别探讨协调控制的集中决策和分散决策模式下的农户合作社、冷链物流企业和超市的均衡策略、冷链利润和农产品减排量,分析各种关键参数对决策主体均衡策略的影响。
2.1 集中决策
在集中决策下,农户合作社、冷链物流企业和超市是完全合作的,假设以冷链系统整体利益最大化进行集中决策,决策变量为农户合作社、冷链物流企业和超市的绿色技术采纳程度,冷链系统利润的目标函数为:
命题1:在集中决策下,农户合作社、冷链物流企业、超市组成的三级冷链减排量决策中,农产品减排量最优轨迹为:
冷链系统达到最优减排量时的农户合作社、冷链物流企业、超市的均衡策略为:
冷链的总利润为:
2.2 分散决策
在分散决策下农户合作社、冷链物流企业和超市均以自身利润最优为目标进行决策(分散决策用上标N来表示)。假定冷链物流企业为领导者,农户合作社和超市为跟随者,冷链物流企业先做出采纳绿色技术的决策,随后,农户合作社和超市做出是否采纳绿色技术的决策。根据假设4农户合作社、冷链物流企业、超市的利润目标函数分别为:
命题2:在分散决策下,农户合作社、冷链物流企业、超市组成的三级冷链减排量决策中,农产品减排量的最优轨迹为:
冷链系统达到最优减排量时农户合作社、冷链物流企业和超市的均衡策略分别为:
农户合作社、冷链物流企业和超市的最优利润为:
其中,
由命题2农户合作社、冷链物流企业和超市的均衡策略可以得到以下推论。
2.3 2种模式下的比较分析
本节主要对比分析集中决策和分散决策这2种情形下农户合作社、冷链物流企业和超市的绿色技术采纳程度、各自的最优利润以及冷链系统的最优总利润,由此得到命题3。
命题3:在集中决策模式下,农户合作社、冷链物流企业和超市的绿色技术采纳程度均高于分散决策的情形,即冷链系统的总利润也高于分散决策的情形,即Vscf(χ)＞实现了冷链系统的帕累托最优。
证明:
同理可证得:
命题3说明在集中决策下,农户合作社、冷链物流企业和超市的绿色技术采纳程度和农产品减排量都高于分散决策模式。在集中决策的情况下,农户合作社、冷链物流企业和超市对绿色技术的采纳程度越高,冷链系统的总利润实现帕累托最优,即集中决策模式下的冷链系统的最优利润大于分散决策下的最优利润。虽然在实际情况中,集中决策模式下冷链各成员很难实现冷链系统的最优利润,但是可以通过协同合作,共同采纳绿色技术进行联合减排。与此同时也需要注意,只有使农户合作社、冷链物流企业和超市在集中决策下的各自利润大于分散决策时各自利润的最优策略,才能被农户合作社、冷链物流企业和超市所接受。
为了进一步对第3节的结论进行验证分析,验证命题1～3的有效性,本文应用MATLAB软件进行数值仿真分析。根据前文对参数的分析,对算例中的相关参数进行赋值,πf＝5,πs＝7,πc＝10,Kf＝11,Ks＝13,Kc＝14,D0＝15,μ＝4,χ0＝0,λ＝1,βf＝2,βs＝3,βc＝6,ρ＝0.2
由于篇幅有限,本文仅选取了部分参数进行验证分析。
图1说明冷链物流企业分散决策和集中决策2种情况下,冷链物流企业在集中决策的情况下的利润曲线比分散决策时的利润曲线高,表明冷链物流企业在集中决策情况下与农户合作社、超市进行合作减排,比分散决策时各自减排得到的利润高,从而实现利润的帕累最优。同时也验证了命题3的结论。
图1 2种决策情况下冷链物流企业的利润比较
由图2可以看出,在集中决策和分散决策2种情况下,农产品减排量都随着冷链物流企业的绿色技术采纳成本系数的增大而减小,说明冷链物流企业在单位投入绿色技术减少农产品的碳排放时,绿色技术采纳成本越高,冷链物流企业得到的利润越少,结果是冷链物流企业减少绿色技术采纳,从而导致整个冷链系统长期减排量效果不明显。超市和农户合作社也表现出与冷链物流企业同样的特征。
图2 参数Kc对农产品减排量的影响
由图3可以看出,在2种决策情况下,在任意时刻农产品减排量随着冷链物流企业绿色技术采纳的敏感系数增大而增大,即冷链物流企业和超市的绿色技术采纳程度越高,农产品减排量越大,集中决策的农产品减排量明显优于分散决策。
图3 参数βc对农产品减排量的影响
由图4可以看出,集中决策的农产品减排量高于分散决策的,农产品减排量的运动轨迹随着时间的变化逐渐上升到趋于平缓。说明外部市场环境的变化、政策的改变等都会影响冷链物流企业,农户合作社和超市对绿色技术的采纳,导致农产品减排量在一定程度上趋于均衡状态。
图4 2种决策情形下农产品减排量的最优轨迹
在集中决策下,农户合作社、冷链物流企业和超市各自的绿色技术采纳程度,农产品减排量、市场需求以及冷链系统成员的利润都得到了一定程度的提高,并且在集中决策情形下冷链系统的总利润达到最高水平,实现冷链系统的协调优化。这在一定程度上促进冷链物流企业、农户合作社和超市共同采纳绿色技术进行联合减排,实现利润的帕累托最优。
随着冷链物流企业、农户合作社和超市的绿色技术采纳程度对农产品减排量的影响以及农产品冷链减排量对市场需求的影响,农产品减排量呈现上升趋势。说明冷链系统各成员绿色技术采纳程度越高,农产品减排量越大,绿色度程度越高,进一步满足消费者对绿色低碳农产品的需求。
在集中决策和分散决策2种情况下,随着农户合作社、冷链物流企业和超市的绿色技术采纳成本的增大,农产品减排量呈下降趋势；
说明冷链系统各成员在单位投入绿色技术减少农产品的碳排放时,绿色技术采纳成本越高得到的利润越少,结果导致冷链系统各成员减少绿色技术的采纳,从而导致整个冷链系统长期减排量效果不明显。
本文侧重于研究由农户合作社、冷链物流企业和超市组成的冷链动态减排量问题,但是没有考虑多个农户合作社、冷链物流企业和超市采纳绿色技术进行联合减排的问题,也是未来需要进一步研究的方向。
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