摘 要：“雙碳”目標背景下，退役動力電池如何實現(xiàn)低碳處理是亟待解決的難題?；谘莼┺睦碚?，構(gòu)建碳交易背景下動力電池梯次利用的三方主體的演化博弈模型，并借助系統(tǒng)動力學(xué)方法進行模擬仿真，研究三方主體的最終演化狀態(tài)以及相關(guān)因素對演化路徑的影響。結(jié)果表明：動力電池回收再利用產(chǎn)業(yè)鏈中三方主體最終在政府引入碳交易、回收處理商選擇梯次利用、汽車生產(chǎn)企業(yè)消極回收處達到穩(wěn)定均衡狀態(tài)；政府策略決定了回收處理商的策略選擇，增加補貼和提高罰金都會提高回收處理商選擇梯次利用的概率，增加對汽車生產(chǎn)企業(yè)的補貼也能提高積極回收的概率。最后提出研究啟示，政府應(yīng)該盡快將新能源汽車行業(yè)納入碳交易市場中，明確其在退役動力電池回收方面的監(jiān)管作用，促進汽車生產(chǎn)企業(yè)積極回收，加快新能源汽車行業(yè)實現(xiàn)“碳中和”的目標。

關(guān)鍵詞：碳交易；動力電池；演化博弈；梯次利用；系統(tǒng)動力學(xué)

中圖分類號：F720 文獻標志碼：A DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.18.018

Abstract： Under the background of the "dual carbon" goals， how to achieve low-carbon treatment for retired power batteries is an urgent problem to be solved. Based on the evolutionary game theory， the evolutionary game model of the three-party subject of power battery cascade utilization under the background of carbon trading is constructed， and the simulation is carried out with the help of system dynamics method to study the final evolution state of the three-party subject and the influence of related factors on the evolution path. The results show that the three parties in the power battery recycling industry chain finally reach a stable and balanced state at the place where the government introduces carbon trading， recycling processors choose cascade utilization， and automobile manufacturers choose passive recycling. The government's strategy determines the strategic choice of recycling processors， increasing subsidies and increasing fines will increase the probability of recycling processors to choose ladder utilization， and increasing subsidies to automobile manufacturers can also increase the probability of active recycling. Finally， the research enlightenment is put forward， the government should include the new energy automobile industry in the carbon trading market as soon as possible， clarify the regulatory role in the recycling of retired power batteries， promote the active recycling of automobile manufacturers， and accelerate the goal of "carbon neutrality" of the new energy automobile industry.

Key words： carbon trading; power battery; evolutionary games; cascade utilization; system dynamics

0 引 言

隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展和能源消耗日益增加，我國對降低碳排放量高度關(guān)注，新能源汽車作為減少碳排放、降低碳足跡的一種解決方案，其產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L。2022年新能源汽車產(chǎn)量超過700萬輛，銷量也達到688萬輛，同比分別增長96.9%和93.4%，市場占有率達到25.6%，高于上年12.1個百分點，即將開啟加速發(fā)展的新階段。伴隨著全球新能源車市場規(guī)模的爆發(fā)式增長，退役的動力電池數(shù)量也在迅速上升，預(yù)計2030年退役總量將超過7105t[1]。目前我國政府鼓勵新能源電池行業(yè)回收采取梯次利用的處理方式，2017年2月，《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理暫行辦法》提出按照先梯次利用后再生利用原則合理利用退役動力電池。2021年又在《辦法》里提出要加大技術(shù)、裝備的研發(fā)與推廣應(yīng)用支持力度，推動形成有利于梯次利用行業(yè)健康發(fā)展的長效機制。但是由于梯次利用行業(yè)仍處于起步階段，在市場規(guī)模尚未成熟前回收企業(yè)需要投入大筆資金用以技術(shù)研發(fā)，回收所得的退役電池個體間存在差異，不同的使用年限和不同容量損耗情況提高了梯次利用企業(yè)回收成本。此外，在沒有政府干預(yù)的情況下，電池梯次利用的環(huán)保效益未能直接體現(xiàn)在市場競爭中，不利于梯次利用的推廣應(yīng)用，所以回收企業(yè)的積極性并不高。

碳交易的引入或許可以成為新的助力。碳交易市場是指以溫室氣體排放配額或溫室氣體減排信用為標的物所進行的交易的市場，減排效益明顯的企業(yè)可以通過碳交易市場出售剩余碳配額以此來增加企業(yè)收益。2021年7月，我國建立全國性的碳交易市場并取得初步成效，截至2021年12月31日，全國碳市場碳排放配額（CEA）累計成交量達1.79億噸，成交額達76.84億元。動力電池的梯次利用是一種高效率減排的措施，根據(jù)碳排放的計算結(jié)果，梯次利用過程中相對原生材料排放的溫室氣體減少量達到62.94%[2]。在碳交易背景下，梯次利用企業(yè)可以憑借優(yōu)異的減排成果將剩余的碳配額在碳交易市場出售。此外，碳交易引導(dǎo)下，超額排放將給企業(yè)帶來更高的生產(chǎn)成本，這將直接促進企業(yè)選擇更減排的措施，加快推動企業(yè)向低碳節(jié)能方向轉(zhuǎn)變。

現(xiàn)階段國內(nèi)外學(xué)者對動力電池回收的研究集中在政府策略、回收模式和動力電池回收的影響因素三個角度，還有學(xué)者從多個角度考慮問題?；谡呗越嵌龋钚赖茸C明在政府規(guī)制回收率的情況下，動力電池回收率高于無政府參與的情況[3]；Shao 等發(fā)現(xiàn)政府補貼政策能夠影響制造商的回收策略[4]；楊康康等發(fā)現(xiàn)相較于補貼政策，獎懲機制下動力電池回收率更高[5]。基于回收模式角度，Zhao 等研究了動力電池制造商、制造商和零售商以及第三方回收三種不同的回收模式在政府補貼情況下的最優(yōu)定價策略[6]；馬亮等以單渠道回收模式為基礎(chǔ)，發(fā)現(xiàn)制造商和零售商雙渠道回收時能夠降低新能源汽車的價格、擴大市場需求[7]；Li 等分析了三種不同的雙渠道回收模式下最優(yōu)定價策略，發(fā)現(xiàn)在一定條件下汽車制造商和零售商回收是最優(yōu)的回收模式[8]；郝碩碩等發(fā)現(xiàn)市場成熟后由動力電池生產(chǎn)企業(yè)、新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)、第三方綜合利用企業(yè)組成的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟回收相對于單渠道回收模式更具有優(yōu)勢，回收成本最低[9]?；谟绊懟厥盏囊蛩亟嵌?，Gu等研究發(fā)現(xiàn)動力電池回收數(shù)量受回收價格的影響較大，并且相較于制造商，再制造商的利潤較低[10]；盧超等研究發(fā)現(xiàn)降低市場的需求風險和回收渠道的質(zhì)量風險對完善動力電池回收體系非常重要[11]。此外，隨著雙碳目標的確定，在逆向供應(yīng)鏈研究中碳排放因素變得愈發(fā)重要，焦建玲等探討了動力電池制造商、新能源汽車制造商和第三方回收三種回收模式下，再生材料對閉環(huán)供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放的影響[12]；伊輝勇等對比分析無碳交易政策和實施碳交易政策兩種情況下供應(yīng)鏈各成員的決策，發(fā)現(xiàn)政府實施碳交易政策時動力電池的回收數(shù)量和回收價格都有提升[13]。

綜上所述，碳交易市場的開放對于回收企業(yè)對動力電池梯次利用的積極影響是值得研究的。本文構(gòu)建了碳交易背景下政府、回收處理商和汽車生產(chǎn)企業(yè)的三方演化博弈模型，借助被廣泛應(yīng)用于數(shù)值模擬仿真的系統(tǒng)動力學(xué)方法，模擬退役動力電池回收利用中各主體的策略變化及交互影響，旨在為碳交易背景下提高回收企業(yè)積極性提供政策參考。

1 動力電池回收產(chǎn)業(yè)主體利益與博弈模型構(gòu)建

1.1 模型假設(shè)與參數(shù)設(shè)定

參與動力電池回收產(chǎn)業(yè)的三個主體包括政府、回收處理商、汽車生產(chǎn)企業(yè)。三方主體會根據(jù)有限的知識和信息選擇行為策略，作出最佳決策。本文構(gòu)建的碳交易背景下動力電池梯次利用的三方演化博弈主體之間的邏輯關(guān)系如圖1所示，涉及的參數(shù)及其解釋，如表1所示。

1.2 模型構(gòu)建與分析

根據(jù)各主體的行為策略和博弈關(guān)系，分別列出政府選擇引入碳交易政策和不引入碳交易政策時政府、回收處理商、汽車生產(chǎn)企業(yè)的收益支付矩陣，如表2和表3所示。

上述復(fù)制動態(tài)方程組反映了政府、回收處理商和汽車生產(chǎn)企業(yè)之間策略選擇調(diào)整的速度和方向。根據(jù)李雅普諾夫第一法，均衡點的穩(wěn)定性可以通過該系統(tǒng)雅克比矩陣特征值的正負性來判斷，但由于三方主體涉及到的參數(shù)眾多，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法往往難以考慮到所有因素之間的相互作用。由此，本文利用系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件Vensim來建立演化博弈模型，研究碳交易背景下動力電池梯次利用系統(tǒng)的穩(wěn)定情況，以及影響系統(tǒng)參與者決策的相關(guān)因素。

2 系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析

2.1 SD的建模

2.2 純策略博弈仿真分析

本文采用演化博弈和系統(tǒng)動力學(xué)相結(jié)合的方法，分析三方主體均衡狀態(tài)的穩(wěn)定性以及達到均衡狀態(tài)的過程。在演化博弈純策略仿真分析中，我們可以通過微小改變參與者的初始值，來分析不同策略的穩(wěn)定性和均衡點的唯一性，將初始策略選擇0的情況下初始值設(shè)為0.01，將初始策略選擇1的情況下初始值設(shè)為0.99，將八種初始策略從政府的角度出發(fā)分兩種情況進行討論分析。

2.2.1 政府初始策略選擇不引入碳交易

政府初始策略選擇不引入碳交易市場時，政府、回收處理商、汽車生產(chǎn)企業(yè)有（0，0，0）（0，1，0）（0，0，1）（0，1，1）四種初始策略，三方主體對應(yīng)策略演化路徑如圖3所示。

如圖3（a）、圖3（c）所示，當政府初始策略不引入碳交易，回收處理商初始策略選擇直接拆解時，政府選擇引入碳交易的意愿逐漸上升并最終穩(wěn)定在引入碳交易狀態(tài)，具有碳減排意識的回收處理商選擇梯次利用的概率逐漸增大并最終穩(wěn)定在梯次利用狀態(tài)，汽車生產(chǎn)企業(yè)初始策略選擇積極回收時其積極回收意愿逐漸下降穩(wěn)定在消極回收狀態(tài)。如圖3（b）、圖3（d）所示，由于政府初始策略選擇不引入碳交易，回收處理商梯次利用的意愿逐漸降低，但隨著政府引入碳交易的意愿逐步上升，回收處理商梯次利用意愿也逐步上升最后穩(wěn)定在梯次利用狀態(tài)，汽車生產(chǎn)企業(yè)初始策略選擇消極回收時會一直穩(wěn)定在消極回收狀態(tài)，選擇積極回收時由于積極回收付出的成本較大，其積極回收意愿逐漸降低，最終穩(wěn)定在消極回收狀態(tài)。政府的初始策略選擇不引入碳交易的情況下，政府、回收處理商、汽車回收企業(yè)的策略最終會在（1，1，0）處達到均衡。

2.2.2 政府初始策略選擇引入碳交易

政府初始策略選擇引入碳交易時，政府、回收處理商、汽車生產(chǎn)企業(yè)有（1，0，0）（1，1，0）（1，0，1）（1，1，1）四種初始策略，三方主體對應(yīng)策略演化路徑如圖4所示。

如圖4（a）、圖4（c）所示，政府初始策略選擇引入碳交易時會一直穩(wěn)定在引入碳交易狀態(tài)；回收處理商初始策略選擇直接拆解時，由于政府選擇引入碳交易策略，所以具有碳減排意識的回收處理商選擇梯次利用的概率逐漸增大并最終穩(wěn)定在梯次利用狀態(tài)；汽車生產(chǎn)企業(yè)初始策略選擇積極回收時，由于積極回收付出的成本等原因會逐漸選擇消極回收策略并最終穩(wěn)定在消極回收狀態(tài)。如圖4（b）、圖4（d）所示，回收處理商初始策略選擇梯次利用時會一直穩(wěn)定在梯次利用狀態(tài)，政府也一直穩(wěn)定在引入碳交易狀態(tài)，汽車生產(chǎn)企業(yè)初始策略與否最終都會穩(wěn)定在消極回收狀態(tài)。因此，政府的初始策略選擇引入碳交易的情況下，三方主體的策略最終也會在（1，1，0）處達到均衡。

2.3 外生變量對博弈策略的影響分析

為了進一步探討政府、回收處理商、汽車生產(chǎn)企業(yè)的策略選擇對外生變量的敏感程度，本文選取初始策略組合（0.5，0.5，0.5）為仿真對象。在參數(shù)初始賦值條件下，通過調(diào)控系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)，對政府對回收商的補貼、政府對汽車生產(chǎn)企業(yè)的補貼、政府對回收處理商的罰金進行重點討論，探究主要因素對動力電池回收演化狀態(tài)的影響。

2.3.1 政府對回收商的補貼S1對主體策略的影響

從圖5可以看出，政府對回收處理商的補貼力度越大，政府引入碳交易的意愿隨著補貼額度增大而減小，回收處理商梯次利用的意愿隨著補貼額度的增加而上升，汽車生產(chǎn)企業(yè)的積極回收意愿隨著補貼的增大而減小。

如圖5（a）所示，當政府的補貼力度較小時，政府付出的成本較小，達到引入碳交易狀態(tài)所需要的時間也越少，隨著補貼力度的增大，政府付出的成本增加，政府引入碳交易的意愿持續(xù)下降，政府達到引入碳交易狀態(tài)所需要的時間也越長。在補貼力度較大時，政府付出高額的補貼沒有得到合適的反饋，導(dǎo)致其直接收益小于其付出的成本，政府最終會選擇放棄引入碳交易。如圖5b所示，可以看出回收處理商梯次利用的概率隨著政府補貼數(shù)額的增大也逐漸增大，當政府補貼系數(shù)較高時，回收處理商迅速收斂于梯次利用，但是隨著時間變化又逐漸收斂于直接拆解狀態(tài)，這是由于當補貼過高時政府選擇不引入碳交易策略，回收處理商無法獲得碳減排的收益，直接拆解的收益大于梯次利用的收益最終會選擇直接拆解策略。如圖5（c）所示，政府對于回收處理商的補貼越大，政府引入碳交易的意愿越小，從而給予汽車生產(chǎn)企業(yè)的補貼越少，汽車生產(chǎn)企業(yè)達到消極回收狀態(tài)所需要的時間也越少。所以，合理的補貼額度不僅能讓政府選擇引入碳交易政策，還可以讓回收處理商更快趨于梯次利用狀態(tài)。

2.3.2 政府對汽車生產(chǎn)企業(yè)的補貼S2對主體策略的影響

從圖6可以看出，隨著政府對汽車生產(chǎn)企業(yè)補貼力度的增大，政府引入碳交易的意愿達到穩(wěn)定狀態(tài)的所需要時間越長，而汽車生產(chǎn)企業(yè)隨著政府補貼的增加，其積極回收的概率也增大，對于回收處理商的策略來說影響較小。

如圖6（a）所示，隨著補貼額度的增大，政府所付出的成本越高，政府達到引入碳交易狀態(tài)的時間越長，但是總的來說引入碳交易的收益還是非?？捎^的，所以政府最終還是會穩(wěn)定在引入碳交易狀態(tài)。如圖6（c）所示，由于汽車生產(chǎn)企業(yè)積極回收所付出的成本較高，所以當政府給予的補貼較低時，汽車生產(chǎn)企業(yè)最終還是選擇消極回收，隨著政府補貼的增加，汽車生產(chǎn)企業(yè)選擇積極回收的概率逐漸增大。當政府補貼達到一定額度時，汽車生產(chǎn)企業(yè)會從消極回收策略轉(zhuǎn)向積極回收策略。如圖4（b）所示，回收處理商隨著補貼額度增大幾乎沒有變化。所以，合理的補貼額度不僅能讓政府選擇引入碳交易政策，還可以讓汽車生產(chǎn)企業(yè)由消極回收狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉e極回收狀態(tài)。

2.3.3 政府對回收商的罰金F對主體策略的影響

如圖7所示，過低的罰金會導(dǎo)致政府向不引入碳交易方向演化，回收處理商向直接拆解的方向演化。當政府提高對回收處理商的罰金時，政府會更快速地向引入碳交易方向演化，回收處理商也會更快地穩(wěn)定在梯次利用狀態(tài)，而汽車生產(chǎn)企業(yè)也需要更長的時間演化到消極回收狀態(tài)。

如圖7（a）所示，過低的罰金相當于政府的直接利益減少，因此政府最終選擇不引入碳交易，此時回收處理商的碳減排收益為0，所以回收處理商最終選擇直接拆解。隨著懲罰力度的增大，回收處理商選擇直接拆解時上交的罰金越多，政府收到的罰金可以用于引入碳交易的建設(shè)，所以政府引入碳交易的意愿逐步升高。如圖7（b）所示，當政府懲罰力度較小時，政府選擇不引入碳交易政策，回收處理商無法獲得碳減排收益最終會選擇直接拆解策略。隨著政府懲罰力度的增大，回收處理商如果堅持直接拆解，不僅需要支付高額的罰金，還需要考慮如何滿足政府的節(jié)能減排標準，以確保其回收處理行為得到政府的認可和支持。所以，當政府提高罰金額度時，回收處理商會更快地選擇梯次利用策略。如圖7（c）所示，政府對回收處理商的罰金越高，政府引入碳交易的概率越大，回收處理商梯次利用的概率也越大，從而給予汽車生產(chǎn)企業(yè)的獎勵越多，但是由于積極回收成本過高，汽車生產(chǎn)企業(yè)最終還是會選擇消極回收。所以，合理的懲罰額度不僅能讓政府選擇引入碳交易政策，還可以讓回收處理商更快趨于梯次利用狀態(tài)。

3 結(jié) 論

本文基于演化博弈理論構(gòu)建退役動力電池梯次利用中政府、回收處理商和汽車生產(chǎn)企業(yè)的演化博弈模型，探討了各參與者的策略選擇，并利用系統(tǒng)動力學(xué)仿真刻畫了三方博弈策略選擇的動態(tài)演化過程，進一步分析了政府對回收商的補貼、政府對汽車生產(chǎn)企業(yè)補貼、政府對回收處理商的罰金對系統(tǒng)演化的影響。結(jié)合上述分析，得出以下結(jié)論。第一，政府、回收處理商、汽車生產(chǎn)企業(yè)的初始策略有八種情況，無論哪種初始策略經(jīng)過不斷博弈的過程，三方最終會在政府引入碳交易、回收處理商選擇梯次利用、汽車生產(chǎn)企業(yè)消極回收處達到穩(wěn)定均衡，但是政府初始策略選擇引入碳交易政策會使各方的達到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間減少，政府在動力電池梯次利用系統(tǒng)中起引導(dǎo)作用。第二，政府的參與與否會直接影響回收處理商的最終選擇。當政府不干預(yù)時，回收處理商傾向于收益更高的直接拆解方式處理退役動力電池；當政府參與進來時，政府增加對回收商的補貼和罰金都會讓回收處理商傾向于梯次利用；政府對汽車生產(chǎn)企業(yè)的補貼也決定了汽車生產(chǎn)企業(yè)回收的態(tài)度，高補貼可以提高汽車生產(chǎn)企業(yè)回收的積極性。

因此，政府可以將汽車產(chǎn)業(yè)納入碳交易市場中，推進動力電池逆向供應(yīng)鏈的低碳發(fā)展，加快汽車產(chǎn)業(yè)的“碳中和”進程。此外，政府要明確在退役動力電池梯次利用中的監(jiān)管作用，建立完善的退役動力電池回收利用的監(jiān)管平臺，加強退役動力電池的回收再處理管理。政府要設(shè)置合理的補貼和罰金，適當?shù)难a貼可以提高回收處理商和汽車生產(chǎn)企業(yè)的積極性，合適的罰金可以規(guī)范回收處理商的行為。

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