第二节 第三方治理模式下中国煤电清洁化发展路径

在第一种自身投资运维模式中，燃煤电厂首先需要支付建设环保设施的高昂投资，在后期的环保设施运营和维护中也需要投入大量的人力、物力和财力。而在第二种绿色供应链模式下，燃煤电厂可以选择污染减排服务委托方式，即采用环境污染第三方治理模式进行绿色升级。这也是本章研究的第二种煤电清洁化发展路径。

一 模型假设条件

为保证自身投资运维和第三方治理两种污染减排模式在后续的数值模拟中具有可比性，本节的假设条件如与第一节的假设条件基本相同，不再单独设定。对第三方治理模式下的特有假设进行界定，具体如下：

第一，第三方环保企业为燃煤电厂提供了污染减排技术和服务，保证了燃煤电厂达到了政府设定的污染减排标准和环境约束条件，与燃煤电厂自身投资运维的效果相同，环保企业获得政府给予的污染减排和环境保护补贴。

第二，燃煤电厂支付给环保企业的污染减排和环境保护服务费由双方基于自身的优势讨价还价确定，双方会通过谈判获得相应的收益。政府提供的环保激励补贴会通过二者达成的污染减排和环境保护合同，以支付污染减排服务费的方式支付给第三方环保企业。

第三，燃煤电厂获得的环保补贴电量也是整个供应链获得的环保补贴电量，由燃煤电厂的污染减排与环境规制约束条件对比决定。环保补贴电价是根据燃煤电厂购买污染减排服务费的生产经营成本决定的，这与第一节的假设不同，但本质上都体现了环保补贴电价用于降低燃煤电厂清洁化成本的思想。

此外，需要说明的是，与自身投资运维模式下仅考虑燃煤电厂收益净现值最大化问题不同，第三方治理模式下需要同时考虑燃煤电厂收益净现值、环保企业收益净现值以及绿色供应链（燃煤电厂和环保企业共同）收益净现值三者同时实现最大化的问题。

二 无补贴政策下最优路径分析

无环保补贴政策状况的设定与燃煤电厂自身投资运维模式下面临的情况一致，政府制定了污染减排标准和环境约束条件，但不会对燃煤电厂和环保企业给予任何的环保补贴和政策优惠，燃煤电厂支付给第三方环保企业的污染减排服务费由燃煤电厂自身承担。

（一）模型建立

以绿色供应链为整体（包括燃煤电厂和第三方环保企业两部分）进行考虑，在环保企业收回初始投资以实现整体盈亏平衡前，燃煤电厂生产经营的收益净现值为：

式（4-30）中， 表示燃煤电厂采用环境污染第三方治理模式下在盈亏平衡前的收益净现值； 、 P ^u 、 分别表示燃煤电厂的上网电量、上网电价和每度电的生产经营成本； 表示燃煤电厂支付给第三方环保企业的每度电的单位污染减排服务费； r 表示燃煤电厂的投资回报率； t 和 t ₀ 分别表示燃煤电厂的经营年限和整个供应链实现盈亏平衡的时间期限。

可以看到，在第三方治理模式下，燃煤电厂因达到政府制定的污染减排标准和环境约束条件，已不需要支付排污费了，但新增加的成本是支付给第三方环保企业的污染减排服务费 。 的数值由燃煤电厂和第三方环保企业通过一轮轮的讨价还价进行协商确定，这也是第三方治理模式下绿色供应链整体收益最大化的重要变量。

绿色供应链盈亏平衡前第三方环保企业的收益净现值为：

式（4-31）中， 表示在采用环境污染第三方治理模式下，环保企业在盈亏平衡前的收益净现值； 表示采用环境污染第三方治理模式下环保企业的运营成本； I _E 表示采用环境污染第三方治理模式下第三方环保企业的初始投资。

式（4-31）右边第一项表示第三方环保企业收益净现值，由其获得的燃煤电厂支付的污染减排服务费和为此付出的环保设施建设和服务的运行、维护的成本决定；第二项表示第三方环保企业为提供给燃煤电厂污染减排服务而进行的初始投资额。

在燃煤电厂和第三方环保企业达成合作，污染减排设施运行之后，如果式（4-31）在 t = t ₀ 时， 大于0，这表明第三方环保企业通过 t ₀ 年的污染减排服务费实现了盈亏平衡。

将式（4-30）与式（4-31）相加即为绿色供应链整体的收益净现值 NPV _{SC 1} ，其表达式为：

对其进行简化可得：

与自身投资运维模式下式（4-3）相比，两种模式下的收入来源和数值相等，但在成本方面不同，第三方治理模式下的成本是燃煤电厂的生产经营成本和第三方环保企业的投资运维成本；燃煤电厂自身投资运维模式下的成本为其自身的生产经营成本和环保投资运维成本，经营方面存在显著差异。

在整个供应链实现盈亏平衡即第三方环保企业收回初始投资 I _E 之后，燃煤电厂会与第三方环保企业进行重新谈判，协商新的污染减排服务费 ，此时燃煤电厂生产经营和第三方环保企业收益的净现值变为：

与式（4-31）相比，第三方环保企业收益净现值等式右边少了初始投资 I _E ，这是燃煤电厂要和第三方环保企业进行重新协商的原因，基于此也可以得到 的结论。

将式（4-33）与式（4-34）相加即可得到绿色供应链在盈亏平衡后的整体收益净现值 ，其表达式为：

综上所述，分别将盈亏平衡前后燃煤电厂生产经营收益净现值，第三方环保企业收益净现值、绿色供应链整体收益净现值相加，即可得到第三方治理模式下、无政府环保补贴情况下三个主体的最终收益净现值表达式为：

（二）模型求解

与燃煤电厂自身投资运维模型相同，第三方治理模式下的模型求解同样需要考虑环境约束与收益最大化两个问题。

在环境约束方面，以燃煤电厂和第三方环保企业组成的绿色供应链的整体污染排放必须在政府制定的排放标准和排放容量之内，即燃煤电厂的上网电量 与单位发电量的污染排放 乘积不能超过政府制定的环境容量标准Y，存在：

在绿色供应链整体收益利润最大化方面，首先要明确的是，燃煤电厂和第三方环保企业的收益应优于二者分别进行生产经营的收益时才会组成绿色供应链进行联合污染减排，否则不会进行联合。具体来说，燃煤电厂如果为达到政府制定的污染减排标准则会被强制关停，其收益为0，因此燃煤电厂进行联合的条件就是经过一段时间（ t ₀ 年）后能够实现生产经营收益大于0。第三方环保企业为进行污染减排联合前也不会存在相关的收益，其参与绿色供应链联合进行污染减排的条件同样是经过一段时间（ t ₀ 年）后能够实现生产经营收益大于0。因此，燃煤电厂和第三方环保企业在盈亏平衡前，能够达成绿色供应链的条件就是各自的收益净现值不小于0，即存在：

根据燃煤电厂和第三方环保企业达成绿色供应链的条件可以确定双方有关污染减排服务费的价格 。进一步假定该价格与第三方环保企业平均污染减排成本正相关，即存在：

式（4-39）中， β ₁ 为第三方环保企业提供污染减排服务费的系数，也表示燃煤电厂单位电量对应的第三方环保企业平均污染减排成本的比例系数；式（4-39）右边括号中的第二部分表示环保企业初始投资在 t ₀ 时间内的平均摊派。

确定燃煤电厂支付给第三方环保企业单位污染减排服务费系数成为双方讨价还价的关键。当β ₁ =1时，燃煤电厂支付给第三方环保企业的污染减排服务费刚好能够满足环保企业的减排成本，环保企业实现了盈亏平衡，无收益也无损失；当β ₁ ＞1时，燃煤电厂支付给第三方环保企业的污染减排服务费大于环保企业的减排成本，第三方环保企业能够获得一定的收益；当β ₁ ＜1时，燃煤电厂支付给第三方环保企业的污染减排服务费不能满足环保企业的减排成本，此时第三方环保企业必然不愿意参与绿色供应链，因此，这种情况本书不讨论。

将式（4-39）分别带入燃煤电厂和第三方环保企业在盈亏平衡前达成绿色供应链的条件不等式中，可得燃煤电厂支付给第三方环保企业污染减排服务费的系数β ₁ 的最大值和最小值分别为：

最优的污染减排服务费系数 必然处于[ β _1min ， β _1max ]。根据鲁宾斯坦博弈论理论，燃煤电厂和第三方环保企业的讨价还价过程可以看成是一个合作博弈过程，假定燃煤电厂和第三方环保企业的贴现因子为 δ ₁ 和 δ ₂ ，则根据纳什均衡理论可以求得最优解 ，表示为：

根据 的具体值就可以求出由燃煤电厂和第三方环保企业组成的绿色供应链的盈亏平衡时间 t ₀ 。同时也可以根据上述分析求得第三方治理模式下、政府无环保补贴情况燃煤电厂生产经营收益净现值、第三方环保企业环境污染减排服务收益净现值和绿色供应链整体收益净现值最大化的最优解 、 、 。

在绿色供应链整体实现盈亏平衡后，燃煤电厂和第三方环保企业达成绿色供应链的条件变为：

此时，新的污染减排服务费 表达式变为：

式（4-40）中， 为绿色供应链整体实现盈亏平衡后新的污染减排服务费系数。

将式（4-40）分别带入绿色供应链整体实现盈亏平衡后燃煤电厂和第三方环保企业达成绿色供应链的条件不等式中，可以得到新的污染减排环保服务费系数 的最大值和最小值，如下所示：

根据绿色供应链盈亏平衡前使用的方法可以求出盈亏平衡后的污染减排服务费系数最优解 、新的污染减排服务费最优解 ，进而可以得到绿色供应链盈亏平衡后燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体三者收益净现值最大化的最优解 、 、 。

三 环保电量补贴政策下的最优路径分析

环保电量补贴政策同样是指政府通过增加燃煤电厂设备平均利用时间的方式，给予污染减排达标，符合环境保护约束的燃煤电厂更多的额外上网电量配额，以缓解燃煤电厂和第三方环保企业的经营压力，增加二者盈利能力，从而激励燃煤电厂进行清洁化生产，改善生态环境质量的激励政策措施。在这种激励政策下，在实现绿色供应链整体盈亏平衡前，第三方治理模式下的燃煤电厂和第三方环保企业在满足政府制定的污染减排标准和环境保护约束条件后会获得额外增加的上网电量 。

（一）模型建立

在燃煤电厂和第三方环保企业组成的绿色供应链实现盈亏平衡时间 t ₀ 之前，当燃煤电厂和第三方环保企业通过讨价还价确定的污染减排服务费价格为 时，燃煤电厂、第三方环保企业以及绿色供应链整体三者收益净现值 、 和 可以表示为：

同理可以得到在燃煤电厂和第三方环保企业组成的绿色供应链实现盈亏平衡时间 t ₀ 之后，当燃煤电厂和第三方环保企业通过讨价还价确定的污染减排服务费价格为 时，燃煤电厂、第三方环保企业以及绿色供应链整体三者收益净现值 、 和 可以表示为：

可以看到，在政府环保电量补贴政策激励下，燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体三者在盈亏平衡后的收益净现值表达式基本相同，差别主要体现在盈亏平衡的时间 t ₀ 和第三方治理服务价格 可能不同。

进一步将绿色供应链盈亏平衡前，燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体三者收益净现值相加，可以得到在第三方治理模式下，政府提供环保电价补贴政策情况下三者收益的净现值表达式分别为：

（二）模型求解

与燃煤电厂自身投资运维模式下相同，第三方治理模式下享受政府环保电量补贴政策情况下的模型求解同样是先求得政府每年的环保补贴电量 。政府提供的环保补贴电量 必须满足环境约束条件：

将环境约束不等式与绿色供应链盈亏平衡前燃煤电厂生产经营收益的净现值公式结合构建拉格朗日函数，可得：

进一步运用库恩—塔克条件进行求解可得方程组：

同样假定政府每年制定的环保补贴电量相同即 ，则可求得第三方治理模式下政府提供的环保补贴电量最优值为：

同样按照无政府环保补贴政策下的求解思路可知，绿色供应链盈亏平衡前，燃煤电厂和第三方环保企业愿意组成绿色供应链进行联合污染减排的条件为：

根据上述不等式可知，需要确定的核心变量就是燃煤电厂和第三方环保企业组成绿色供应链时达成的污染减排服务的交易价格 。同样将燃煤电厂和第三方环保企业达成的污染减排服务费界定为与第三方环保企业的平均污染减排成本比例正相关，表达式为：

式（4-44）中参数 β ₂ 为政府提供环境补贴电量模式下第三方环保企业的污染减排服务费系数，表示燃煤电厂生产单位电量所对应环保企业平均污染物减排成本的比例。将式（4-44）分别带入绿色供应链盈亏平衡前燃煤电厂和第三方环保企业愿意组成绿色供应链的条件中，可以得到环保服务费系数 β ₂ 的最大值 β _2max 和最小值 β _2min 如下所示：

根据鲁宾斯坦博弈论理论和纳什均衡理论可以得到第三方环保企业的污染减排服务费系数的最优解 ，表示为：

根据式（4-45），并引入相关数值即可求得第三方治理模式下、绿色供应链盈亏平衡前的第三方环保企业的污染减排服务系数最优值 、盈亏平衡时间 t ₀ 以及燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链收益的最优净现值 、 、 。

同理可得在绿色供应链实现盈亏平衡之后，燃煤电厂和第三方环保企业达成绿色供应链的条件变为：

式中，燃煤电厂和第三方环保企业达成的新的环保服务费价格 的表达式可表示为：

式（4-46）中， 为绿色供应链整体盈亏平衡后第三方环保企业提供的污染减排服务的系数。

将式（4-46）分别带入绿色供应链实现盈亏平衡之后燃煤电厂和第三方环保企业达成绿色供应链的条件不等式中，可以得到第三方环保企业污染减排新的服务系数 的最大值 和最小值 ，表示为：

再次利用鲁宾斯坦博弈论理论和纳什均衡理论，可求得绿色供应链整体盈亏平衡后的第三方环保企业的污染减排服务系数的最优解 和污染减排服务价格最优解 。

通过对比无政府环保补贴政策和政府提供环保电量补贴政策下的第三方环保企业污染减排服务系数可知， 、 的表达式和 、 的表达式相同，这也导致两种政策下第三方环保企业的污染减排服务系数最优解 与 相同，进一步可以求得在两种情况下燃煤电厂和第三方环保企业达成的污染减排服务费价格最优解 与 也必然相同。这是因为在绿色供应链整体盈亏平衡之后，第三方环保企业的污染减排设施的初始投资已经收回，政府的环保补贴电量政策已经取消，两种情况下燃煤电厂和第三方环保企业面临的情况完全相同，所以第三方环保企业的污染减排服务系数和与燃煤电厂达成的污染减排服务价格也完全相同。进一步将污染减排服务价格带入燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体收益的净现值表达式中，也可以得到两种状态下的最优解 、 、 三者和 、 、 三者相同。

四 环保电价补贴政策下最优路径分析

环保电价补贴政策同样是指政府通过给予额外的上网电价的方式，对污染减排达标，符合环境保护约束的燃煤电厂和第三方环保企业组成的绿色供应链给予激励的政策，该激励政策同样能够有效地缓解燃煤电厂和第三方环保企业的经营压力，增加其盈利能力，从而激励燃煤电厂进行清洁化生产，改善生态环境质量。在这种激励政策下，符合条件的燃煤电厂会获得额外增加的补贴电价 。

（一）模型建立

同样假设政府提供的环保电价补贴与燃煤电厂生产经营的平均增量成本ΔC ₃ 正相关，二者的关系可表示为：

式（4-49）中， α （0＜ α ＜1）表示政府对燃煤电厂或者绿色供应链在污染减排方面的激励补贴系数，其设定与上一节中燃煤电厂自身投资运维模式下的设定相同。

此时燃煤电厂生产经营的平均增量成本可表示为：

式（4-50）中， 表示政府提供环保电价补贴政策下燃煤电厂和第三方环保企业达成的污染减排服务价格； 表示采用第三方治理模式下燃煤电厂因污染减排而节约的单位发电量成本。相关设定与燃煤电厂自身投资运维模式下的设定一致。

因此，绿色供应链整体实现盈亏平衡前，燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体三者收益的净现值 、 和 NPV _{SC 3} 分别可以表示为：

可以看到，与无政府环保补贴政策情况相比，燃煤电厂获得了额外的上网补贴电价 ，但该变量未体现在第三方环保企业收益净现值表达式中，但第三方环保企业收益的净现值仍然会受到影响，这实际上会体现在燃煤电厂与第三方环保企业达成的污染减排服务价格 中。

进一步可以得到绿色供应链模式下燃煤电厂和第三方环保企业提供讨价还价达成的污染减排服务价格的表达式为：

将燃煤电厂生产经营的平均增量成本式（4-50）、污染减排服务价格式（4-51）带入式（4-49）中，可以将静态条件下政府提供的环保补贴电价改写为：

进一步可以求出在绿色供应链实现盈亏平衡之后，在燃煤电厂和第三方环保企业重新确定污染减排服务价格 基础上，燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体收益的净现值可表示为：

分别将绿色供应链实现盈亏平衡前后的燃煤电厂、环保企业和绿色供应链三者的收益净现值表达式相加，可以得到在第三方治理模式下三者全过程收益净现值的表达式为：

（二）模型求解

先分析绿色供应链实现盈亏平衡前燃煤电厂和第三方环保企业收益净现值最大化的条件。参照无政府环保补贴和政府环保电量补贴状况下燃煤电厂和第三方环保企业通过讨价还价组成绿色供应链的条件可知，政府环保电价补贴状况下，燃煤电厂和第三方环保企业达成绿色供应链的条件为：

可以得到政府提供环保电价补贴政策下，第三方环保企业的污染减排服务系数 β ₃ 的最大值 β _2max 和最小值 β _2min 分别为：

进而通过鲁宾斯坦讨价还价博弈理论求得第三方环保企业污染减排服务的最优服务系数 、绿色供应链盈亏平衡时间 t ₀ 以及燃煤电厂和第三方环保企业达成的污染减排服务的最优价格 。并最终可以求得在绿色供应链盈亏平衡前的燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体收益的最优净现值 、 、 。

在绿色供应链整体收益实现盈亏平衡之后，燃煤电厂和第三方环保企业能够达成绿色供应链的条件变为：

盈亏平衡后燃煤电厂和第三方环保企业通过讨价还价达成的污染减排服务价格可表示为：

式中， 为绿色供应链盈亏平衡之后第三方环保企业提供污染减排服务的新的系数。其最大值 和最小值 为：

同样利用鲁宾斯坦博弈论理论和纳什均衡理论，可求得绿色供应链盈亏平衡后的第三方环保企业提供污染减排服务的最优系数 、燃煤电厂与第三方环保企业达成的污染减排服务的最优价格 。并最终求得绿色供应链实现盈亏平衡后的燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体收益的最优净现值 、 、 。

五 环保电量和电价双重补贴政策下最优路径分析

政府为促进煤电产业清洁化发展，还可以对第三方治理模型下燃煤电厂和第三方环保企业同时给予环保电量 和环保电价 双重补贴。第三方环保企业通过与燃煤电厂达成绿色供应链共享政府提供的相关补贴激励政策。

（一）模型建立

与上述分析中的政府电价补贴界定一致，假定绿色供应链实现盈亏平衡前政府提供的环保补贴电价表示为：

式中，Δ C ₄ 表示第三方治理模式下燃煤电厂发电量的单位增量成本。因为燃煤电厂同时享有环保电价和电量双重补贴，其单位增量成本表达式可表示为：

进而可以求得此时政府为绿色供应链提供的环保电价补贴的表达式为：

从而得到绿色供应链盈亏平衡前，燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体收益的净现值表达式分别为：

由绿色供应链整体收益净现值表达式可以看到，由于政府同时提供了环保电量和电价双重补贴，燃煤电厂的发电量变为 ，上网电价同时变为 ，这能够大幅度改善燃煤电厂和第三方环保企业组成的绿色供应链的收益状况。

通过上述公式可以求得双重环保补贴政策下燃煤电厂和第三方环保企业关于污染减排服务达成的服务价格为：

在绿色供应链实现盈亏平衡之后，政府同样不再提供环保电量补贴 和环保电价补贴 ，此时燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体收益的净现值表达式分别为：

可以看到，政府提供环保电价和电量双重补贴模式与其他补贴模式的差异，也体现在绿色供应链实现盈亏平衡的时间 t ₀ 和绿色供应链双方达成的污染减排服务的价格 不同。

分别将绿色供应链盈亏平衡前后，环保电量和电价双重补贴条件下燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体收益的净现值表达式相加，可以得到全过程中三者收益的净现值表达式为：

（二）模型求解

同样参照前文的求解方法对政府环保电量和电价双重补贴条件下的模型进行求解，这里相似的内容不再重复赘述，仅分析重点内容。

首先，求出政府提供的环保补贴电量，构建燃煤电厂收益净现值最大化求解的拉格朗日函数，表达式为：

运用库恩—塔克求解可得：

从而求出政府提供的最优补贴电量为：

其次，确定燃煤电厂和第三方环保企业达成的污染减排最优服务系数。燃煤电厂和第三方环保企业在绿色供应链盈亏平衡前达成绿色供应链的条件为：

根据上述绿色供应链盈亏平衡前燃煤电厂和第三方环保企业收益净现值的不等式可以求得第三方环保企业为燃煤电厂提供污染减排服务的系数 β ₄ 的最大值 β _4max 和最小值 β _4min ，表达式为：

同样通过鲁宾斯坦博弈论理论和纳什均衡理论可求得第三方环保企业提供污染减排服务的最优系数 。

在绿色供应链实现盈亏平衡后，政府将不再为燃煤电厂和第三方环保企业提供环保电量和环保电价双重补贴，此时为达成绿色供应链，燃煤电厂和第三方环保企业会对污染减排服务价格进行重新谈判以确定新的污染减排服务系数，其表达式为：

继续用燃煤电厂和第三方环保企业在绿色供应链盈亏平衡后还能进行合作的条件即二者收益的净现值满足 ≥和 ≥两个条件，求出绿色供应链实现盈亏平衡后第三方企业新的污染减排服务系数 上下限分别为：

并继续通过新一轮的鲁宾斯坦讨价还价博弈理论和纳什均衡理论求出政府环保电量和环保电价双重补贴情况下，第三方企业的污染减排最优服务系数 和其与燃煤电厂达成的污染减排服务最优价格 。进而求出绿色供应链盈亏平衡后及全程的燃煤电厂、第三方环保企业和绿色供应链整体收益的净现值最优解。

本章主要基于企业视角讨论了我国煤电产业清洁化发展的路径选择问题。具体讨论了政府提供四种环保补贴模式（无环保补贴、环保电量补贴、环保电价补贴、环保电量和环保电价双重补贴）对采用两种污染减排治理模式（自身投资运维模式和第三方治理模式）的燃煤电厂、第三方环保企业生产经营行为的影响。通过理论分析可以发现，环保补贴政策会对燃煤电厂的污染减排和生产经营行为产生显著影响。为更直观地观察这一影响，第五章将采用数值模拟的方式对燃煤电厂、第三方环保企业的生产经营活动和最优行为选择进行模拟分析。 IrnNTufiOMf4HWtINOR1hzzBgAbd7auZR6F6wi8+NGcJXBIUh3bOgxV13wHGMkpX