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补贴退坡视角下农林生物质发电供应链决策研究

摘要：针对农林生物质发电盈利能力弱、运营不理想的问题，构建发电厂和中间商所构成的农林生物质发电供应链序贯博弈模型，求解了分散式决策与集中式决策下的变量值。研究表明：(1)集中式决策下，中间商农林生物质收集量和供应链总收益优于分散式决策，通过Shapley值法可以对该二级供应链进行协调。(2)政府补贴、生物质密度是供应链的关键影响因素；补贴退坡、生物质密度降低对农林生物质发电供应链产生负面影响，但可以通过供应链协调在一定程度上减弱。

引言

生物质发电是利用生物质所具有的生物质能进行的发电，包括农林废弃物、城镇垃圾，从处理技术方面可分为农林废弃物直接燃烧发电、农林废弃物气化发电、垃圾焚烧发电、垃圾填埋气发电、沼气发电。垃圾发电原料供应稳定，还可以收取垃圾处理费，相比之下，农林生物质发电供应链总成本高，商业化进程较慢[1]，再加之2020年10月财政部、国家发改委、国家能源局联合发布《关于〈关于促进非水可再生能源发电健康发展的若干意见〉有关事项的补充通知》中关于实施补贴退坡政策的要求，进一步使农林生物质发电陷入举步维艰的境地。

当前关于农林生物质发电供应链管理的研究主要集中于三个方面：(1)供应链成本研究。苏世伟依据供应链环节和生物质原料生命周期理论将其物流成本分为收集成本、存储成本和运输成本3类进行研究[2]。张茜对生物质能秸秆回收物流成本进行了分析及测算[3]。Simon高精度估算木本生物质生产的技术可用性和运营成本[4]。(2)生物质回收模式研究。檀勤良通过供应链中各主体的收益情况，研究了基金组织等三种生物质回收模式[5－6]。Luo和Jiang考虑了村民委员会生物质供应模式[7－8]。(3)供应链协调机制研究。檀勤良通过引入契约机制、信息共享机制和收益分配机制来构建新的供应链协同合作模式[9]，还建立了生物质发电供应链系统协同模型，分析生物质发电供应链系统的协同特性[10]。薛朝改从公平偏好的视角对秸秆发电供应链的协调问题进行了研究[11]。吴军提出了秸秆发电供应链上游收集与采购合作契约设计[12]。张济建构建了“政府—农户—秸秆发电企业”三方博弈模型，提出有限激励、理性退坡下秸秆绿色处理协同机制[13]。Fan设计了农民与制造商之间的“保护价+补贴”合同，以及中间商与制造商之间的“回购+收入共享”合同[14]。

当前的研究为农林生物质发电供应链的良好发展提供了丰富的理论依据，但对补贴退坡的影响较少考虑。本文在参考供应链成本研究成果的基础上，针对“中间商—发电厂”这一二级生物质发电供应链决策进行研究，为后补贴时代下农林生物质发电供应链可持续发展提供决策支持。

1农林生物质发电供应链模型构建与分析

为了简化模型且不失一般性，假设农林生物质在收集区域内具有广泛性、周期性且分布密度均匀，则中间商会优先收集周边的生物质，然后根据需求量逐步扩大收集距离，因此，假设收集区域呈圆形状态，收集距离也称为收集半径[15]。中间商对农林生物质进行收集、存储、运输并销售给发电厂，发电厂将电力销售给国家电网并获得生物质发电补贴。模型相关参数如下：

1.1分散式决策模型

在分散式决策情形下，中间商和发电厂都以自身利益最大化为目标，决策顺序为发电厂确定从中间商收购生物质的价格ω，中间商根据发电厂的收购价格确定生物质的收集量q。发电厂和中间商的收益函数如下：

1.2集中式决策模型

在集中式决策情形下，发电厂和中间商视为一个合作的整体，两者都以供应链整体收益最大化为目标进行决策，将式(1)和式(2)相加得供应链总收益函数为：

由于在集中式决策情形下，不能直接求得发电厂向中间商支付的收购价格，运用Shapley值法对该情形下的供应链整体利润进行合理分配后再加以确定。与分散式决策相比，将发电厂、中间商两个主体构成利益分享集合，则发电厂应分配的利润为：

1.3不同决策模型比较分析

对两种决策情形下发电厂、中间商各变量值进行对比分析，见表1所示。

对比表1中变量取值，得出以下结论。

结论1集中式决策下，中间商农林生物质收集量和供应链总收益总是优于分散式决策。

结论1表明，由发电厂和中间商构成的二级供应链，在分散式决策下存在双重边际效应，使得供应链总收益低于集中决策；中间商农林生物质收集量也低于集中决策，客观上加重了发电厂原料不足的困境，也使得农林生物质未得到充分的资源化利用。

结论2集中式决策下，通过Shapley值法可以对发电厂、中间商构成的二级供应链进行协调。

结论2表明，通过Shapley值法，可以对集中式决策下发电厂、中间商的收益根据贡献度进行合理分配，由于双方收益均高于分散式决策，从而使得供应链协调。

结论3在其他