بررسی مقالات حوزه پایداری زنجیره تامین با درنظر گرفتن مکانیزم مدت اعتبار- بررسی مقاله دهم

عنوان: تحلیل و شبیه‌سازی بازی تکاملی با استفاده از بررسی پویایی‌های سیستمِ رفتار تولیدکننده در کاهش انتشار کربن تحت قانون تجارت کربن

چکیده:

در زمینه قوانین کنترل انتشار کربن این مقاله مدل‌ بازی تکاملی بین دولت‌ها و تولیدکننده‌ها را توسعه می‌دهد و اثر سیاست دولت‌ها بر تصمیم‌گیری‌های تولیدکنندگان و دینامیک بودن بازار تجارت کربن را تحلیل می‌کند. این مقاله اثرات سیاست‌های دولت را بر بازار تجارت کربن تحت دو سناریو بررسی می‌کند: قیمت ثابت نسبت به زمان و قیمت دینامیک (وابسته به زمان) در معاملات کربن. تحت قیمت دینامیک در معاملات کربن، استراتژی تعادل بازی تکاملی قابل‌دسترسی است. نتایج شبیه‌سازی پویایی‌های سیستم نشان داده است اگر دولت‌ها قیمت ثابت نسبت به زمان در معاملات کربن را پیاده‌سازی ‌کنند، بازی تکاملی نمی‌تواند به استراتژی پایدار تکاملی برسد. اما تحت قیمت دینامیک در معاملات کربن، بازی تکاملی استراتژی پایدار تکاملی دارد. همچنین سیاست قیمت دینامیک در معاملات کربن در شتاب‌دهی به کاهش کربن مؤثر واقع می‌شود. علاوه بر این، احتمال ارائه تکنولوژی سبز توسط تولیدکنندگان با هزینه‌های مداخله دولت هم‌بستگی منفی و با جریمه دولت برای تولیدکنندگان هم‌بستگی مثبت دارد. 

 

مقدمه:

گرایش به کنترل انتشار کربن موضوعی است که همه تصمیم‌گیرندگان و مطالعات به ‌ضرورت آن توجه دارند. با وضع قوانین کنترل انتشار کربن، تولیدکنندگان ممکن است اطلاعات غیر واقعی درباره میزان انتشار کربنشان به دولت ارائه دهند که منجر به توزیع اعتبار بیشتر کربن برای تولیدکنندگان خواهد شد. ازاین‌رو، دولت ناچار به توقف این عدم شفافیت است. این مطالعه مکانیسم تعامل بین بازیکنان بازار کربن را بر اساس نظریه بازی تکاملی موردبررسی قرار داده است. در روش پیشنهادی، جمعیت دولت‌ها و تولیدکنندگانِ به‌عنوان بازیکنان در نظر گرفته‌شده‌اند. به‌منظور انتخاب بهترین استراتژی در هر مرحله بازی، دولت‌ها و تولیدکنندگان سعی بر اتخاذ یک استراتژی دارند که بیشترین میزان مطلوبیت را برای آن‌ها ایجاد کند. در نهایت، بازی به یک استراتژی پایدار تکاملی خواهد رسید و استراتژی پایدار تکاملی برای جمعیت تولیدکنندگان و دولت­ها محاسبه‌ می‌گردد. با توجه به پیچیدگی زمان و کیفیت جواب‌ها در مقایسه با شیوه‌های دیگرِ نظریه بازی، استفاده از نظریه بازی تکاملی برای این مسئله مناسب‌تر است. با استفاده از نظریه بازی تکاملی، برای توسعه مدل نوآورانه تحت فضای تجارت کربن، تولیدکنندگان دو استراتژی دارند: اتخاذ تکنولوژی سبز (GT) و خرید اعتبارِ کربن (PC). دولت‌ها نیز دو استراتژی دارند: مداخله (I) و عدم‌مداخله (NI). تولیدکنندگان تحت رفتار عقلانی به دنبال بیشینه کردن سودشان هستند. هنگامی‌که تولیدکنندگان استراتژی تکنولوژی سبز (GT) را اتخاذ می‌کنند، قادر خواهند بود میزانی از اعتبار کربن را در بازار تجارت کربن ‌بفروشند. هنگامی‌که تولیدکنندگان استراتژی خرید اعتبارِ کربن (PC) را اتخاذ می‌کنند، از بازار تجارت کربن اعتبار کربن خریداری می‌کنند. در این مقاله، منظور از تکنولوژی سبز استفاده از انرژی و مواد اولیه تمیز به‌منظور کاهش انتشار کربن است. اگر برای تولیدکنندگانی که استراتژی GT را اتخاذ می‌کنند، استفاده از مواد اولیه سودآورتر باشد و درآمد فروش اعتبار انتشار کربن بسیار کمتر از هزینه استفاده از انرژی و مواد اولیه تمیز باشد، تولیدکنندگان مواد اولیه معمولی را انتخاب خواهند کرد. هنگامی‌که اعتبار کربن تولیدکنندگان کمتر از میزان موردنیازشان باشد، آنان از بازار تجارت کربن اعتبار خریداری می‌کنند. وقتی دولت‌ها تصمیم به مداخله در تجارت زیست‌محیطی کربن و کاهش توزیع اضافی اعتبار کربن می‌نمایند، جریمه مالی برای تولیدکنندگان با تصمیمِ خرید اعتبارِ کربن (PC) ارائه می‌کنند. ابتدا تحت قیمت ثابت نسبت به زمان در معاملات کربن، مدل بازی تکاملی بین دولت‌ها و تولیدکنندگان توسعه‌ داده شده است. سپس، قیمت دینامیک در معاملات کربن که مدل بازی تکاملی را توسعه داده است، مورد بحث و بررسی قرارگرفته است. سؤالات این پژوهش عبارت‌اند از:

·         چه سیاست قیمت‌گذاری (ثابت نسبت به زمان یا دینامیک) به‌طور مؤثرتری به روند کاهش انتشار کربن سرعت می‌بخشد؟

·         مسیر تکاملی استراتژی تکنولوژی سبز (GT) برای تولیدکنندگان تحت سیاست‌های قیمت‌گذاری مختلف چه می‌باشد؟

·         مکانیسم تعامل بین دولت‌ها و تولیدکنندگان چگونه تصمیماتشان را تحت تأثیر قرار می‌دهد؟

·         عوامل اصلی که روندِ تصمیم‌گیری دولت‌ها و تولیدکنندگان را تحت تأثیر قرار می‌دهند کدام‌ می­باشند؟

مرور ادبیات و شکاف تحقیقاتی:

مرور ادبیات مرتبط با این مطالعه در سه دسته قرار دارد: تحلیل کلان مکانیسم تجارت کربن، نقش دولت در تصمیم‌گیری تولیدکنندگان و کاربردهای پویایی‌های سیستم (SD) در تحلیل سیاست کاهش کربن.

در تحلیل کلان مکانیسم تجارت کربن، قانون تجارت کربن از منظرهای مختلفی در مطالعات بحث شده است. بااین‌حال، هیچ‌کدام از مطالعات به چگونگی اثرگذاری دولت بر تصمیمات تولیدکننده نپرداخته‌ است و سیاست بهینه برای کاهش کربن ارائه نشده است. در مقالات مربوط به نقش دولت در تصمیم تولیدکننده، بسیاری از مقالات نظریه بازی را به‌منظور بررسی اثر دولت در تصمیم تولیدکننده بکار گرفته‌اند. تنها یک مقاله از نظریه بازی تکاملی استفاده کرده است که مدل پویایی‌های سیستم را برای شبیه‌سازی فرایند بازی تکاملی بکار نگرفته است. در زمینه کاربرد پویایی‌های سیستم در تحلیل سیاست کاهش کربن، چندین مطالعه رویکرد پویایی‌های سیستم را برای تحلیل سیاست دولت در زمینه کاهش انتشار کربن استفاده کرده‌اند، اما آن‌ها از نظریه بازی تکاملی برای بررسی مکانیسم تعامل بین دولت و تولیدکننده استفاده نکرده‌اند.

نوآوری‌ها:

1.       بسیاری از مقالات برای بررسی اثر مداخله دولت بر تصمیمات تولیدکنندگان از نظریه بازی مانند بازی چانه‌زنی نش و بازی استکلبرگ استفاده کرده‌اند. این مقاله مدل نظریه بازی تکاملی را تحت قانون تجارت کربن برای بررسی اثر مداخله دولت‌ها بر تصمیمات تولیدکنندگان بررسی کرده است.

2.       بسیاری از مقالات اثر مالیات یا یارانه دولتی ایستا (ثابت نسبت به زمان) را بر کاهش کربن در نظر گرفته‌اند. این مقاله سیاست قیمت‌گذاری دینامیک در معاملات کربن را با قیمت‌گذاری ایستا (ثابت نسبت به زمان) مقایسه کرده است و سیاست‌های مؤثرتری برای سرعت بخشیدن به کاهش انتشار کربن ارائه داده است.

3.       علاوه بر استفاده از نظریه بازی تکاملی در بررسی مکانیسم تعامل بین دولت‌ها و تولیدکنندگان، این مقاله اثر سیاست دولت را بر کاهش انتشار کربن تولیدکنندگان تحت قانون تجارت کربن در نظر گرفته است. همچنین برای شبیه‌سازی مدل نظریه بازی تکاملی این مقاله از نرم‌افزار ونسیم استفاده کرده است. پویایی‌های سیستم برای مسائل بلندمدت و دوره‌ای مناسب است. از این رو، مکانیسم تعاملات بین تولیدکنندگان و دولت‌ها و نیز استراتژی پایدار تکاملی نظریه بازی می‌تواند از طریق مدل‌سازی پویایی‌های سیستم مشاهده و تحلیل گردد. این مقاله می‌تواند مرجعی برای ساختار بازار انتشار کربن ارائه دهد.

تعریف مسئله:

یک بازی دونفره با انتخاب دو عضو از جمعیت تولیدکنندگان و دولت‌ها در نظر گرفته شده‌ است. دو استراتژی برای هریک از اعضا در بازی در نظر گرفته‌شده است. فضای استراتژی تولیدکنندگان با استراتژی تکنولوژی سبز (GT)- که باعث می‌گردد تولیدکننده اعتبار کربن اضافه برای فروش در بازار تجارت کربن داشته باشد- و خرید اعتبار کربن (PC)- که نشان می‌دهد تولیدکنندگان در زمینه کاهش انتشار کربن فعالیتی انجام نمی‌دهند و اگر از میزان اعتبار انتشار کربن خود فراتر روند از بازار تجارت کربن اعتبار انتشار کربن خریداری می‌کنند- تعریف‌شده است. فضای استراتژی دولت نیز با دو استراتژی مداخله (I) و عدم‌مداخله (NI) تعریف‌شده است. استراتژی مداخله دولت به این معنی است که دولت بر بازار تجارت کربن به‌منظور اجتناب از توزیع اضافی اعتبار کربن نظارت اعمال می‌کند. به‌منظورِ تضمین بی‌نهایت بودن جمعیتِ دولت‌ها، دولت‌ها به‌صورت محلی در نظر گرفته‌شده است. x احتمال این است که تولیدکنندگان استراتژی تکنولوژی سبز (GT) را اتخاذ کنند، و 1-x نشان‌دهنده این احتمال است که تولیدکنندگان استراتژی خرید اعتبارِ کربن (PC)  را اتخاذ می‌کنند. y احتمال اتخاذ استراتژی مداخله (I) و 1-y این احتمال را نشان می‌دهد که دولت‌ها استراتژی عدم مداخله (NI) را اتخاذ کنند. بنابراین مدل نظریه بازی تکاملی به شکل f={(x, 1-x),(y, 1-y)} تعریف می‌شود. ماتریس عایدی اعضای دو جمعیت تحت استراتژی‌های مختلف اعضا به شکل زیر است:

مدل نظریه بازی تکاملی تحت قیمت ایستا (ثابت نسبت به زمان) در معاملات کربن:

مطلوبیت مورد انتظار برای دولت تحت استراتژی مداخله (I) ، برای دولت تحت استراتژی عدم مداخله (NI)، برای تولیدکننده تحت استراتژی تکنولوژی سبز (GT)  و برای تولیدکننده تحت استراتژی خرید اعتبارِ کربن (PC)  به ترتیب برابر با روابط زیر تعریف می‌شوند:

بنابراین، مطلوبیت متوسط تولیدکنندگان و دولت‌ها به صورت روابط زیر محاسبه می­‌شوند:

همچنین معادله دیفرانسیلی استراتژی مداخله (I) که توسط دولت اتخاذشده است، F(y)، و نیز معادله دیفرانسیلی استراتژی خرید اعتبارِ کربن (PC)  که توسط جمعیت تولیدکنندگان اتخاذشده است،F(x) به‌صورت روابط زیر محاسبه می­‌گردند:

با جایگذاری توابع مطلوبیت در معادلات دیفرانسیلی معادلات زیر حاصل می‌شود:

با توجه به روابط بالا، نقطه تعادل بازی محاسبه می‌شود.

تحلیل قیمت دینامیک در معاملات کربن:

تحت شرایط قیمت ایستا (ثابت نسبت به زمان) در معاملات کربن، استراتژی پایدار تکاملی وجود ندارد و فقط با تغییر در شرایط اولیه مسئله، استراتژی پایدار تکاملی چندگانه به دست خواهد آمد. در این بخش استراتژی ترکیبی انتخاب شده توسط اعضا تحت قیمت دینامیک در معاملات کربن بررسی‌شده است. قیمت دینامیک در معاملات کربن برابر با b (x) =q (1−x) در نظر گرفته‌شده است که q حد بالای قیمت معاملات کربن است. با به دست آوردن معادلات دیفرانسیلی دولت‌ها و تولیدکنندگان استراتژی پایدار تکاملی بازی به دست خواهد آمد.

تحلیل حساسیت:

از نرم‌افزار ونسیم برای شبیه‌سازی مدل نظریه بازی تکاملی استفاده‌شده است. مدل پویایی‌های بازی تکاملی برای نشان دادن رفتار پویایی‌های بلندمدت میان دولت‌ها و تولیدکنندگان توسعه‌یافته است. دو سناریو در نظر گرفته‌شده‌اند: سناریو اول، چگونگی پاسخ تولیدکنندگان به سیاست‌های متفاوت بازار تجارت کربن را بررسی می‌کند و سناریو دوم، استراتژی ترکیبی اتخاذشده توسط تولیدکنندگان و دولت‌ها را تحت سیاست‌های مختلف قیمت‌گذاری ارزیابی می‌کند.

شکل زیر مدل پویایی‌های سیستم این مسئله است و شامل 4 متغیر سطح، 2 متغیر جریان، 8 متغیر کمکی و 8 متغیر برون‌زا است. متغیرهای سطح بیانگر احتمال اتخاذ استراتژی‌ها توسط اعضا هستند و متغیرهای نرخ تغییرات در احتمال اتخاذ استراتژی‌ها را نشان می‌دهند. 8 متغیر برون‌زا، متغیرهای موجود در ماتریس عایدی بازی هستند. روابط و معادلات بکار رفته در مدل مطابق با معادلات دیفرانسیلی است.

پاسخ تولیدکنندگان تحت سیاست‌های مختلف بازار تجارت کرین:

شکل زیر مقایسه قیمت دینامیک و ایستا (ثابت نسبت به زمان) را در معاملات کربن نشان می‌دهد. تحت قیمت دینامیک در معاملات کربن، با افزایش زمان و تکرار بازی، دامنه نوسانِ خط نقطه‌چین به‌تدریج کاهش می‌یابد. احتمال اینکه تولیدکنندگان استراتژی تکنولوژی سبز (GT) را اتخاذ کنند، تمایل به پایداری دارد. درحالی‌که در قیمت ایستا (ثابت نسبت به زمان)، احتمال اینکه تولیدکنندگان استراتژی تکنولوژی سبز (GT) را انتخاب کنند همچنان نوسان دارد.

تولیدکنندگان و دولت‌ها به دنبال استراتژی‌های بهینه خود هستند. تأثیر متقابل تولیدکنندگان و دولت‌ها در این سیستم پویا بررسی‌شده است. شکل زیر رفتار بازی تکاملی دو بازیکن را تحت قیمت ایستا (ثابت نسبت به زمان) در معاملات کربن نشان می‌دهد. همان‌گونه که در شکل زیر مشخص است فرآیند تکاملی سیستم پویا یک حلقه دوّارِ بسته حول مقدار اولیه است.

تولیدکنندگان و دولت‌ها به‌طور فزاینده استراتژی‌های بهینه خود را تغییر می‌دهند و وضعیت پایداری وجود ندارد. این نتیجه نشان می‌دهد، تحت قیمت‌گذاری ایستا (ثابت نسبت به زمان) در معاملات کربن استراتژی پایدار تکاملی وجود ندارد. در مرحله اولیه، دولت برای تشویق تولیدکنندگان به ارائه تکنولوژی سبز در جهت کاهش انتشار کربن، سیاست قیمت‌گذاری ایستا (ثابت نسبت به زمان) را پیاده‌سازی می‌کند. بااین‌وجود، تحت قیمت ایستا (ثابت نسبت به زمان) در معاملات کربن، دولت سیاست را مطابق با رفتار تولیدکنندگان تنظیم نمی‌کند. بنابراین، تولیدکنندگان به مشوق‌های مالی متکی خواهند بود و کشش موقتی خواهند داشت.

شکل زیر رفتار بازیکنان را تحت قیمت دینامیک در معاملات کربن نشان می‌دهد. همان‌گونه که مشخص است با افزایش زمان و تکرار بازی، منحنی‌ها به‌تدریج به نقطه مرکزی همگرا می‌شوند. نتایج شبیه‌سازی با تجزیه‌وتحلیل نظری سازگار است. بنابراین، هنگامی‌که دولت، قیمت دینامیک در معاملات کربن را اتخاذ کند، نقطه تعادل نش وجود خواهد داشت. از منظرِ تغییرات در روند تصمیم‌گیری بازیکنان، می‌توان نتیجه گرفت که قیمت دینامیک در معاملات کربن مکانیسم مؤثری در سرعت بخشیدن به انتشار کربن است.

نتایج:

1.       مدل با قیمت ایستا (ثابت نسبت به زمان) در معاملات کربن نمی‌تواند به پایداری برسد. اگر مقدار اولیه تغییر کند می‌توان به استراتژی‌های پایدار تکاملی چندگانه دست‌یافت.

2.       نقطه مرکزی استراتژی پایدار تکاملی تحت قیمت دینامیک در معاملات کربن است. احتمال اینکه تولیدکنندگان استراتژی تکنولوژی سبز (GT) را اتخاذ کنند با هزینه‌های نظارت همبستگی منفی دارد، با میزان جریمه دولت، همبستگی مثبت دارد و متأثر از حد بالای قیمت تجارت کربن نیست. همچنین احتمال اینکه دولت‌ها در رفتار تولیدکنندگان مداخله نمایند با هزینه‌های مداخله و مقدار حد بالای قیمت تجاری کربن همبستگی منفی دارد و با میزان جریمه دولت همبستگی مثبت دارد.

3.       تحت قیمت دینامیک در معاملات کربن، مشاهده‌شده است که تولیدکنندگان می‌توانند در مدت کوتاهی به تعادل دست یابند. درواقع، قیمت دینامیک در معاملات کربن در سرعت بخشیدن به کاهش کربن اثربخش است.