王乙娜，張 浩，莊道元①

（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）

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，主要包括農(nóng)林廢棄物、城鎮(zhèn)垃圾.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］，再加之補(bǔ)貼退坡政策的實(shí)施，使得農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的發(fā)展面臨更大的困難.在農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電過程中，涉及農(nóng)戶、中間商、發(fā)電廠等上下游主體，如何集成上下游相關(guān)主體，從而提升各主體收益、促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，是一個(gè)具有理論和現(xiàn)實(shí)意義的熱點(diǎn)問題.

生物質(zhì)回收存在基金組織［2］、中間商［3］、村民委員會(huì)生物質(zhì)供應(yīng)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(jìn)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(diào)機(jī)制來(lái)引導(dǎo)各主體一致性決策.檀勤良等［5-6］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(lái)構(gòu)建新的供應(yīng)鏈協(xié)同合作模式，還建立生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈系統(tǒng)協(xié)同學(xué)模型，分析生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈系統(tǒng)的協(xié)同特性.薛朝改等［7］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)行研究.吳軍［8］提出秸稈發(fā)電供應(yīng)鏈上游收集與采購(gòu)合作契約設(shè)計(jì).張濟(jì)建等［9］構(gòu)建“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.Fan等［10］設(shè)計(jì)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(gòu)+收入共享”合同.楊思琦等［11］提出林木生物質(zhì)中間商和生產(chǎn)商合并模式并驗(yàn)證可以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈得帕累托改進(jìn).

當(dāng)前的研究所提出的農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電單一契約和聯(lián)合契約協(xié)調(diào)機(jī)制只能實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈帕累托改進(jìn)［11］，無(wú)法實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈的帕累托最優(yōu).本文在此研究基礎(chǔ)上，探索農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈的優(yōu)化協(xié)調(diào)機(jī)制設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈帕累托最優(yōu)，為農(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

1.1 供應(yīng)鏈模型構(gòu)建分析

本文的研究對(duì)象是由中間商、發(fā)電廠構(gòu)成的二級(jí)供應(yīng)鏈.中間商對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)進(jìn)行收集、運(yùn)輸并銷售給發(fā)電廠，發(fā)電廠利用存儲(chǔ)的生物質(zhì)發(fā)電，將電力銷售給國(guó)家電網(wǎng)，獲得生物質(zhì)發(fā)電補(bǔ)貼.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)域呈現(xiàn)圓形狀態(tài)，收集距離也稱為收集半徑［12］.根據(jù)張茜等［13］和Simon等［14］對(duì)農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈成本收益的研究成果，模型相關(guān)參數(shù)如表1.

表1 模型參數(shù)及含義

根據(jù)李婭楠等［15］的研究成果，生物質(zhì)的收集量q=πr2η，收集總成本為

1.2 供應(yīng)鏈模型決策分析

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(gòu)生物質(zhì)的價(jià)格ω，中間商根據(jù)發(fā)電廠的收購(gòu)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：

2 基于“收集量激勵(lì)”的收益共享協(xié)調(diào)契約

通過契約的實(shí)施促使中間商與發(fā)電廠之間加強(qiáng)合作，使得分散式?jīng)Q策達(dá)到集中式?jīng)Q策的效果.本文使用供應(yīng)鏈集中式?jīng)Q策為基準(zhǔn).在分散式?jīng)Q策的均衡狀態(tài)中，中間商的生物質(zhì)收集量低于集中式?jīng)Q策，因此，考慮通過發(fā)電廠給與中間商激勵(lì)的方式來(lái)促使中間商提供更多的生物質(zhì)原料.由此提出“收集量激勵(lì)”的收益共享契約：發(fā)電廠按照分散式?jīng)Q策下的最優(yōu)收購(gòu)價(jià)格ω*進(jìn)行收購(gòu)，若中間商提供的生物質(zhì)量不低于集中決策下生物質(zhì)最優(yōu)收集量q**，發(fā)電廠再給與中間商一筆固定費(fèi)用K，即“收集量激勵(lì)”.對(duì)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(wú)法拿到收集量激勵(lì)費(fèi)用，僅依據(jù)發(fā)電廠的收購(gòu)價(jià)格決策收集量，該情況即為前文中沒有協(xié)調(diào)策略的分散式?jīng)Q策均衡狀態(tài)，中間商收益

為驗(yàn)證理論研究得出結(jié)論的正確性和有效性，通過設(shè)置相關(guān)模型參數(shù)進(jìn)行數(shù)值分析，參考文獻(xiàn)［16］中的數(shù)據(jù)，參數(shù)取值見表2.

表2 參數(shù)取值

將參數(shù)取值分別代入分散式與集中式?jīng)Q策模型中，計(jì)算結(jié)果見表3.從表3中可以看出，在未實(shí)施協(xié)調(diào)契約時(shí)，分散式?jīng)Q策下中間商生物質(zhì)收集量、供應(yīng)鏈總收益均低于集中式?jīng)Q策.根據(jù)理論分析的結(jié)果，基于“收集量激勵(lì)”的收益共享契約構(gòu)建如下：發(fā)電廠以367的價(jià)格從中間商收購(gòu)生物質(zhì)，承諾若中間商的收集量達(dá)到867，則在購(gòu)買費(fèi)用之外再向中間商支付一筆固定費(fèi)用作為獎(jiǎng)勵(lì)，根據(jù)式（12），固定費(fèi)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?jīng)Q策與集中式?jīng)Q策模型計(jì)算結(jié)果

3 結(jié)論

補(bǔ)貼退坡、原料市場(chǎng)價(jià)格升高、物流成本高等不利因素，使得農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電行業(yè)的發(fā)展陷入困境，通過加強(qiáng)供應(yīng)鏈中各主體之間的協(xié)作，提升各主體收益，是促進(jìn)供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展的重要途徑.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策對(duì)比，發(fā)現(xiàn)“中間商-發(fā)電廠”二級(jí)供應(yīng)鏈存在雙重邊際效應(yīng)，而基于中間商收集量激勵(lì)的發(fā)電廠收益共享契約可以完全消除雙重邊際效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)帕累托最優(yōu).政府應(yīng)通過發(fā)電廠和中間商之間合理的利益分配來(lái)積極引導(dǎo)供應(yīng)鏈的協(xié)調(diào)運(yùn)作，從而引導(dǎo)農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈逐步走出補(bǔ)貼退坡、生物質(zhì)原料市場(chǎng)價(jià)格升高帶來(lái)的困境.