王乙娜¹，張浩²，莊道元²

(1.淮北師范大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院，安徽淮北235000；2.淮北師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽淮北235000)

　　摘要：針對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電盈利能力弱、運(yùn)營(yíng)不理想的問題，構(gòu)建發(fā)電廠和中間商所構(gòu)成的農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈序貫博弈模型，求解了分散式?jīng)Q策與集中式?jīng)Q策下的變量值。研究表明：(1)集中式?jīng)Q策下，中間商農(nóng)林生物質(zhì)收集量和供應(yīng)鏈總收益優(yōu)于分散式?jīng)Q策，通過Shapley值法可以對(duì)該二級(jí)供應(yīng)鏈進(jìn)行協(xié)調(diào)。(2)政府補(bǔ)貼、生物質(zhì)密度是供應(yīng)鏈的關(guān)鍵影響因素；補(bǔ)貼退坡、生物質(zhì)密度降低對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈產(chǎn)生負(fù)面影響，但可以通過供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)在一定程度上減弱。

　　0引言

　　生物質(zhì)發(fā)電是利用生物質(zhì)所具有的生物質(zhì)能進(jìn)行的發(fā)電，包括農(nóng)林廢棄物、城鎮(zhèn)垃圾，從處理技術(shù)方面可分為農(nóng)林廢棄物直接燃燒發(fā)電、農(nóng)林廢棄物氣化發(fā)電、垃圾焚燒發(fā)電、垃圾填埋氣發(fā)電、沼氣發(fā)電。垃圾發(fā)電原料供應(yīng)穩(wěn)定，還可以收取垃圾處理費(fèi)，相比之下，農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈總成本高，商業(yè)化進(jìn)程較慢[1]，再加之2020年10月財(cái)政部、國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于〈關(guān)于促進(jìn)非水可再生能源發(fā)電健康發(fā)展的若干意見〉有關(guān)事項(xiàng)的補(bǔ)充通知》中關(guān)于實(shí)施補(bǔ)貼退坡政策的要求，進(jìn)一步使農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電陷入舉步維艱的境地。

　　當(dāng)前關(guān)于農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈管理的研究主要集中于三個(gè)方面：(1)供應(yīng)鏈成本研究。蘇世偉依據(jù)供應(yīng)鏈環(huán)節(jié)和生物質(zhì)原料生命周期理論將其物流成本分為收集成本、存儲(chǔ)成本和運(yùn)輸成本3類進(jìn)行研究[2]。張茜對(duì)生物質(zhì)能秸稈回收物流成本進(jìn)行了分析及測(cè)算[3]。Simon高精度估算木本生物質(zhì)生產(chǎn)的技術(shù)可用性和運(yùn)營(yíng)成本[4]。(2)生物質(zhì)回收模式研究。檀勤良通過供應(yīng)鏈中各主體的收益情況，研究了基金組織等三種生物質(zhì)回收模式[5－6]。Luo和Jiang考慮了村民委員會(huì)生物質(zhì)供應(yīng)模式[7－8]。(3)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)機(jī)制研究。檀勤良通過引入契約機(jī)制、信息共享機(jī)制和收益分配機(jī)制來構(gòu)建新的供應(yīng)鏈協(xié)同合作模式[9]，還建立了生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈系統(tǒng)協(xié)同模型，分析生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈系統(tǒng)的協(xié)同特性[10]。薛朝改從公平偏好的視角對(duì)秸稈發(fā)電供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)問題進(jìn)行了研究[11]。吳軍提出了秸稈發(fā)電供應(yīng)鏈上游收集與采購合作契約設(shè)計(jì)[12]。張濟(jì)建構(gòu)建了“政府—農(nóng)戶—秸稈發(fā)電企業(yè)”三方博弈模型，提出有限激勵(lì)、理性退坡下秸稈綠色處理協(xié)同機(jī)制[13]。Fan設(shè)計(jì)了農(nóng)民與制造商之間的“保護(hù)價(jià)+補(bǔ)貼”合同，以及中間商與制造商之間的“回購+收入共享”合同[14]。

　　當(dāng)前的研究為農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈的良好發(fā)展提供了豐富的理論依據(jù)，但對(duì)補(bǔ)貼退坡的影響較少考慮。本文在參考供應(yīng)鏈成本研究成果的基礎(chǔ)上，針對(duì)“中間商—發(fā)電廠”這一二級(jí)生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈決策進(jìn)行研究，為后補(bǔ)貼時(shí)代下農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。

　　1農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈模型構(gòu)建與分析

　　為了簡(jiǎn)化模型且不失一般性，假設(shè)農(nóng)林生物質(zhì)在收集區(qū)域內(nèi)具有廣泛性、周期性且分布密度均勻，則中間商會(huì)優(yōu)先收集周邊的生物質(zhì)，然后根據(jù)需求量逐步擴(kuò)大收集距離，因此，假設(shè)收集區(qū)域呈圓形狀態(tài)，收集距離也稱為收集半徑[15]。中間商對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)進(jìn)行收集、存儲(chǔ)、運(yùn)輸并銷售給發(fā)電廠，發(fā)電廠將電力銷售給國(guó)家電網(wǎng)并獲得生物質(zhì)發(fā)電補(bǔ)貼。模型相關(guān)參數(shù)如下：

　　1.1分散式?jīng)Q策模型

　　在分散式?jīng)Q策情形下，中間商和發(fā)電廠都以自身利益最大化為目標(biāo)，決策順序?yàn)榘l(fā)電廠確定從中間商收購生物質(zhì)的價(jià)格ω，中間商根據(jù)發(fā)電廠的收購價(jià)格確定生物質(zhì)的收集量q。發(fā)電廠和中間商的收益函數(shù)如下：

　　1.2集中式?jīng)Q策模型

　　在集中式?jīng)Q策情形下，發(fā)電廠和中間商視為一個(gè)合作的整體，兩者都以供應(yīng)鏈整體收益最大化為目標(biāo)進(jìn)行決策，將式(1)和式(2)相加得供應(yīng)鏈總收益函數(shù)為：

　　由于在集中式?jīng)Q策情形下，不能直接求得發(fā)電廠向中間商支付的收購價(jià)格，運(yùn)用Shapley值法對(duì)該情形下的供應(yīng)鏈整體利潤(rùn)進(jìn)行合理分配后再加以確定。與分散式?jīng)Q策相比，將發(fā)電廠、中間商兩個(gè)主體構(gòu)成利益分享集合，則發(fā)電廠應(yīng)分配的利潤(rùn)為：

　　1.3不同決策模型比較分析

　　對(duì)兩種決策情形下發(fā)電廠、中間商各變量值進(jìn)行對(duì)比分析，見表1所示。

　　對(duì)比表1中變量取值，得出以下結(jié)論。

　　結(jié)論1集中式?jīng)Q策下，中間商農(nóng)林生物質(zhì)收集量和供應(yīng)鏈總收益總是優(yōu)于分散式?jīng)Q策。

　　結(jié)論1表明，由發(fā)電廠和中間商構(gòu)成的二級(jí)供應(yīng)鏈，在分散式?jīng)Q策下存在雙重邊際效應(yīng)，使得供應(yīng)鏈總收益低于集中決策；中間商農(nóng)林生物質(zhì)收集量也低于集中決策，客觀上加重了發(fā)電廠原料不足的困境，也使得農(nóng)林生物質(zhì)未得到充分的資源化利用。

　　結(jié)論2集中式?jīng)Q策下，通過Shapley值法可以對(duì)發(fā)電廠、中間商構(gòu)成的二級(jí)供應(yīng)鏈進(jìn)行協(xié)調(diào)。

　　結(jié)論2表明，通過Shapley值法，可以對(duì)集中式?jīng)Q策下發(fā)電廠、中間商的收益根據(jù)貢獻(xiàn)度進(jìn)行合理分配，由于雙方收益均高于分散式?jīng)Q策，從而使得供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)。

　　結(jié)論3在其他參數(shù)取值不變的情況下，無論是集中式還是分散式?jīng)Q策，中間商收集量、發(fā)電廠收購價(jià)格、發(fā)電廠收益、中間商收益、供應(yīng)鏈總收益均隨著補(bǔ)貼降低、生物質(zhì)市場(chǎng)價(jià)格升高而降低。

　　證明：由表1各表達(dá)式分別對(duì)S、ω求導(dǎo)可證。

　　結(jié)論3表明，隨著補(bǔ)貼的降低、生物質(zhì)市場(chǎng)價(jià)格升高，無論是集中式?jīng)Q策還是分散式?jīng)Q策，發(fā)電廠、中間商收益、農(nóng)林生物質(zhì)收集量均降低，但集中式?jīng)Q策下降低速率更快，使得雙重邊際效應(yīng)減弱。

　　2數(shù)值算例

　　基于兩種決策模型，本文參考網(wǎng)絡(luò)資料及文獻(xiàn)[17]，參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果見表2、表3。

　　從表3可知，集中式?jīng)Q策下中間商生物質(zhì)收集量、供應(yīng)鏈總收益均優(yōu)于分散式?jīng)Q策，通過Shapley值法可使發(fā)電廠、中間商均獲得合理的收益，從而使供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)。從表1理論推導(dǎo)的結(jié)果可以看出，兩種決策方式下供應(yīng)鏈總收益受到多個(gè)參數(shù)的影響，為了識(shí)別出關(guān)鍵影響因素，有必要進(jìn)行靈敏度分析，由于發(fā)電轉(zhuǎn)換系數(shù)t、發(fā)電成本C1、收集成本C2等參數(shù)取值主要取決于技術(shù)水平等外生因素，本文不予討論，分析結(jié)果見表4。

　　靈敏度分析表明，無論是集中式還是分散式?jīng)Q策，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)和生物質(zhì)密度都是影響供應(yīng)鏈總收益的重要因素，下面進(jìn)行具體分析。

　　由表5、表6可以看出，當(dāng)其他參數(shù)取值不變，政府補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)、生物質(zhì)密度降低，均會(huì)導(dǎo)致中間商生物質(zhì)收集量、發(fā)電廠收益、中間商收益、供應(yīng)鏈總收益的持續(xù)降低，使得農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈的發(fā)展遇到阻礙。但是值得注意的是，補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.27元時(shí)集中式?jīng)Q策下的收集量、發(fā)電廠收益、中間商收益、供應(yīng)鏈總收益仍高于補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.3元時(shí)分散式；生物質(zhì)密度為0.0009t/m²下的集中式?jīng)Q策的收集量、發(fā)電廠收益、中間商收益、供應(yīng)鏈總收益也高于生物質(zhì)密度為0.001t/m²下的分散式?jīng)Q策，這表明農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈可以通過集中式?jīng)Q策在一定程度上減弱政府補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)、生物質(zhì)密度降低帶來的負(fù)面影響。

　　3結(jié)論與建議

　　農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的發(fā)展面臨著諸多困難。本文構(gòu)建發(fā)電廠和中間商構(gòu)成的農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈博弈模型，通過對(duì)分散式?jīng)Q策與集中式?jīng)Q策的對(duì)比得到以下結(jié)論：(1)集中式?jīng)Q策下，中間商農(nóng)林生物質(zhì)收集量和供應(yīng)鏈總收益總是優(yōu)于分散式?jīng)Q策，通過Shapley值法可以對(duì)發(fā)電廠、中間商構(gòu)成的二級(jí)供應(yīng)鏈進(jìn)行協(xié)調(diào)。(2)參數(shù)靈敏度分析表明，政府補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)、生物質(zhì)密度是供應(yīng)鏈總收益的關(guān)鍵影響因素；在其他參數(shù)取值不變的情況下，政府補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)、生物質(zhì)密度降低對(duì)供應(yīng)鏈各方面都會(huì)產(chǎn)生負(fù)面作用，但通過集中式?jīng)Q策可在一定程度上減弱負(fù)面作用的影響。一方面，政府應(yīng)積極推動(dòng)發(fā)電廠與中間商的合作，通過合理的利益分配來引導(dǎo)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)運(yùn)作，從而平穩(wěn)渡過補(bǔ)貼退坡、生物質(zhì)波動(dòng)帶來的影響；另一方面，在實(shí)施補(bǔ)貼退坡政策時(shí)，應(yīng)注意平穩(wěn)過渡，給發(fā)電廠和中間商應(yīng)對(duì)的時(shí)間，注重建立健全生物質(zhì)原料應(yīng)急機(jī)制，應(yīng)對(duì)惡劣氣候等因素造成作物減產(chǎn)進(jìn)而導(dǎo)致生物質(zhì)密度不足的問題。