王乙娜，張 浩，莊道元①

（1.淮北師范大學 數學科學學院，安徽 淮北 235000；2.淮北師范大學 經濟與管理學院，安徽 淮北 235000）

0 引言

生物質發(fā)電是利用生物質所具有的生物質能進行的發(fā)電，主要包括農林廢棄物、城鎮(zhèn)垃圾.垃圾發(fā)電原料供應穩(wěn)定，還可以收取垃圾處理費，相比之下，農林生物質發(fā)電供應鏈總成本高，商業(yè)化進程較慢［1］，再加之補貼退坡政策的實施，使得農林生物質發(fā)電行業(yè)的發(fā)展面臨更大的困難.在農林生物質發(fā)電過程中，涉及農戶、中間商、發(fā)電廠等上下游主體，如何集成上下游相關主體，從而提升各主體收益、促進可持續(xù)發(fā)展，是一個具有理論和現實意義的熱點問題.

生物質回收存在基金組織［2］、中間商［3］、村民委員會生物質供應模式［4］等多種模式，不同的回收模式中參與主體也有所不同.但由于各主體出于自身利益最大化進行決策，忽視上下游的收益，造成行業(yè)整體利益受損，因此，需要通過協(xié)調機制來引導各主體一致性決策.檀勤良等［5-6］通過引入契約機制、信息共享機制和收益分配機制來構建新的供應鏈協(xié)同合作模式，還建立生物質發(fā)電供應鏈系統(tǒng)協(xié)同學模型，分析生物質發(fā)電供應鏈系統(tǒng)的協(xié)同特性.薛朝改等［7］從公平偏好的視角對秸稈發(fā)電供應鏈的協(xié)調問題進行研究.吳軍［8］提出秸稈發(fā)電供應鏈上游收集與采購合作契約設計.張濟建等［9］構建“政府—農戶—秸稈發(fā)電企業(yè)”三方博弈模型，提出有限激勵、理性退坡下秸稈綠色處理協(xié)同機制.Fan等［10］設計農民與制造商之間的“保護價+補貼”合同，以及中間商與制造商之間的“回購+收入共享”合同.楊思琦等［11］提出林木生物質中間商和生產商合并模式并驗證可以實現供應鏈得帕累托改進.

當前的研究所提出的農林生物質發(fā)電單一契約和聯合契約協(xié)調機制只能實現供應鏈帕累托改進［11］，無法實現供應鏈的帕累托最優(yōu).本文在此研究基礎上，探索農林生物質發(fā)電供應鏈的優(yōu)化協(xié)調機制設計，以實現供應鏈帕累托最優(yōu)，為農林生物質發(fā)電供應鏈可持續(xù)發(fā)展提供決策支持.

1 農林生物質發(fā)電供應鏈模型構建與分析

1.1 供應鏈模型構建分析

本文的研究對象是由中間商、發(fā)電廠構成的二級供應鏈.中間商對農林生物質進行收集、運輸并銷售給發(fā)電廠，發(fā)電廠利用存儲的生物質發(fā)電，將電力銷售給國家電網，獲得生物質發(fā)電補貼.為了簡化模型且不失一般性，假設農林生物質在收集區(qū)域內具有廣泛性、周期性且分布密度均勻，則中間商會優(yōu)先收集周邊的生物質，然后根據需求量逐步擴大收集距離.因此，假設收集區(qū)域呈現圓形狀態(tài)，收集距離也稱為收集半徑［12］.根據張茜等［13］和Simon等［14］對農林生物質發(fā)電供應鏈成本收益的研究成果，模型相關參數如表1.

表1 模型參數及含義

根據李婭楠等［15］的研究成果，生物質的收集量q=πr2η，收集總成本為

1.2 供應鏈模型決策分析

在分散式決策情形下，中間商和發(fā)電廠都以自身利益最大化為目標，決策順序為發(fā)電廠確定從中間商收購生物質的價格ω，中間商根據發(fā)電廠的收購價格確定生物質的收集量q.發(fā)電廠和中間商的收益函數如下：

2 基于“收集量激勵”的收益共享協(xié)調契約

通過契約的實施促使中間商與發(fā)電廠之間加強合作，使得分散式決策達到集中式決策的效果.本文使用供應鏈集中式決策為基準.在分散式決策的均衡狀態(tài)中，中間商的生物質收集量低于集中式決策，因此，考慮通過發(fā)電廠給與中間商激勵的方式來促使中間商提供更多的生物質原料.由此提出“收集量激勵”的收益共享契約：發(fā)電廠按照分散式決策下的最優(yōu)收購價格ω*進行收購，若中間商提供的生物質量不低于集中決策下生物質最優(yōu)收集量q**，發(fā)電廠再給與中間商一筆固定費用K，即“收集量激勵”.對于中間商而言，有3種選擇，分別是收集量低于q**、等于q**、高于q**.

（1）收集量低于q**，中間商無法拿到收集量激勵費用，僅依據發(fā)電廠的收購價格決策收集量，該情況即為前文中沒有協(xié)調策略的分散式決策均衡狀態(tài)，中間商收益

為驗證理論研究得出結論的正確性和有效性，通過設置相關模型參數進行數值分析，參考文獻［16］中的數據，參數取值見表2.

表2 參數取值

將參數取值分別代入分散式與集中式決策模型中，計算結果見表3.從表3中可以看出，在未實施協(xié)調契約時，分散式決策下中間商生物質收集量、供應鏈總收益均低于集中式決策.根據理論分析的結果，基于“收集量激勵”的收益共享契約構建如下：發(fā)電廠以367的價格從中間商收購生物質，承諾若中間商的收集量達到867，則在購買費用之外再向中間商支付一筆固定費用作為獎勵，根據式（12），固定費用的取值范圍為(141 498,336 057)，具體取值取決于發(fā)電廠和中間商的談判能力.

表3 分散式決策與集中式決策模型計算結果

3 結論

補貼退坡、原料市場價格升高、物流成本高等不利因素，使得農林生物質發(fā)電行業(yè)的發(fā)展陷入困境，通過加強供應鏈中各主體之間的協(xié)作，提升各主體收益，是促進供應鏈可持續(xù)發(fā)展的重要途徑.本文構建發(fā)電廠和中間商構成的農林生物質發(fā)電供應鏈博弈模型，通過對分散式決策與集中式決策對比，發(fā)現“中間商-發(fā)電廠”二級供應鏈存在雙重邊際效應，而基于中間商收集量激勵的發(fā)電廠收益共享契約可以完全消除雙重邊際效應，實現帕累托最優(yōu).政府應通過發(fā)電廠和中間商之間合理的利益分配來積極引導供應鏈的協(xié)調運作，從而引導農林生物質發(fā)電供應鏈逐步走出補貼退坡、生物質原料市場價格升高帶來的困境.