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基于新欧盟Discover蓄电池法规在不确定性下的电力电池供应链网络优化
为实现碳中和，欧盟（EU）推出了新的电池监管。中国的电池出口面临严峻挑战，亟需优化电池供应链。本研究创新地区分了国内外电池市场的异质性，考虑了新电池监管中的新指标，如电池回收率和碳足迹，并利用区块链技术满足这些需求，同时优化电池供应链网络。鉴于碳交易价格波动对供应链利润的影响，本研究采用均值-方差模型来解决碳交易价格的不确定性。为了最大化供应链效用，新电池监管中的关键新指标被纳入约束，并建立了不确定的编程模型，以优化电力电池供应链网络，无论是自运营回收还是混合回收。这些模型确保在国外销售的产品至少含有一定比例的再生原材料，并且根据新电池法规，产品的碳足迹不超过某个上限。供应商和回收中心得到优化，产品运输决策也由其提供。通过对自营和混合回收下供应链网络优化模型的数学性质进行理论分析，本研究揭示了碳交易价格不确定性与回收模式之间的相互作用，考察了新电池监管中关键新指标对供应链网络的影响，为在供应链中选择合适的回收模式提供了理论基础。研究结果表明，供应链应根据新电池法规中不同的强制回收比例，选择最合适的回收方式。具体来说，当强制回收比例较高时，优先采用混合回收模式;而当强制回收占比较低时，则选择自运营回收模式。其次，碳交易价格等不确定因素对供应链网络结构产生巨大影响。当碳交易价格波动相对稳定时，应选择混合回收模式;在碳交易价格出现显著波动的情况下，国内外企业应考虑采用自营回收模式。最后，尽管欧盟对碳足迹控制日益严格，可能削弱供应链的效用，但新电池监管与限额交易的结合有潜力通过优化供应链网络结构，提升供应链效率，加快实现碳中和的进程。
简介
为应对全球气候危机并实现碳中和目标，许多国家和地区已实施相应政策以减少碳排放（Wang和Dou，2023）。中国的碳排放控制通过限额与交易政策实现，企业被分配预定的碳配额，可自由交易以解决碳信用的不足或过剩。实施限额与交易政策作为激励机制，促使企业减少排放;然而，作为一种基于市场的方法，由于不确定性导致的碳交易价格波动，在成本不确定性和效率提升方面给企业带来了挑战（郭等，2023）。此外，《电池与废弃电池条例》（通常称为新电池条例）于2023年8月由欧盟正式执行。该法规对电池企业承担扩展生产者责任提出了新的义务（Zhou 等，2024）。首先，它需要在电池生命周期内提高透明度、共享性和可追溯性;其次，强调提升关键金属的回收率，并强制回收材料用于新电池;此外，设定最大碳足迹阈值以减少整个电池生命周期的碳排放。尽管该措施有效减少了电池进入欧盟市场相关的碳排放，并减轻了电池生命周期中的不利环境和社会影响，但同时为电池出口商对欧盟市场设置了绿色贸易壁垒，从而引入市场需求的不确定性。研究还表明绿色贸易壁垒对出口需求有影响（Liu等，2023）。
目前，欧盟是中国电力电池出口的主要目的地;然而，中国的动力电池企业正面临诸如回收成本上升和碳排放过高等挑战和障碍（Niri 等，2024）。为了促进可持续发展，许多企业高度重视这些问题。嘉德尔优先优化供应链，与欧洲合作伙伴谈判，讨论在欧洲建立多个电池回收站，并探索发展全面回收产业链的策略。此外，许多企业已经开始回收有价值的产品和原材料。例如，大众目前正在建设一个专门用于锂电池回收的试点工厂（大众，2021）。类似地，奥迪已与信誉良好的电池回收公司Umicore合作，回收废弃锂电池并使用再生材料制造新电池（Umicore，2019）。然而，关于最有效的回收方式尚未达成共识。研究还表明，供应链回收方式的选择受多种因素影响（Govindan等，2015）。例如，回收过程中的单位碳排放量和回收渠道会影响最佳回收方式的确定（Wang 等，2023;Yang 等，2020）。因此，在欧盟新电池条例发布的背景下，中国电池企业在选择回收方式和优化闭环电池供应链时，必须考虑国内外市场的异质性、强制回收、碳足迹阈值等因素。
为了量化电池的碳足迹，许多企业在其供应链中应用了区块链技术，沃尔沃、福特和吉利就是代表。这些企业在区块链上使用智能标签，追踪电池中钴和锂的使用情况，1.2区块链作为一个数字化、去中心化的共享分布式数据库，能够安全地记录不可篡改的信息，确保其真实性和可靠性（Pournader 等，2020）。通过利用共识机制和智能合约，企业可以认证并利用实时数据来理解产品性能、寿命、功能状态、碳排放等多个方面（Arshad 等，2023，Xu 等，2023）。提供准确且实时的数据使企业能够在整个电池生命周期中提升信息透明度和可追溯性，展示关键金属的回收率以及电池中回收材料的使用情况。研究还表明，将区块链技术应用于电池企业，有助于记录整个生命周期的碳排放，从而推动碳足迹信息的全面披露（Li 等，2024）。
基于此，针对新欧盟电池监管带来的挑战以及碳交易价格等不确定因素，本研究开发了不确定的编程模型，以优化电力电池供应链网络。这些模型结合了供应链对碳交易价格波动性的风险规避行为，试图平衡预期收入与不确定风险，并致力于最大化整体供应链效用。新欧盟电池法规规定的回收率和碳足迹，以及国内外市场的异质性等关键因素被视为重要限制。主要问题如下：
- 1)
中国电池企业如何优化闭环电力电池供应链网络，以提升碳减排和运营效率，符合欧盟电池法规的新要求？
- 2)
对于电池供应链，哪些因素影响国内外回收业务？应选择哪种回收方式？
- 3)
哪些不确定性影响闭环供应链网络？这些不确定性，比如碳交易价格，又如何影响闭环供应链网络？
本文的贡献体现在三个方面。首先，鉴于电力电池国内外市场的异质性，并根据新电池法规的要求，我们提出了国内外市场回收模式选择的基础和建议。具体来说，当新电池法规中强制回收比例较高时，应选择国内独立回收与外国第三方回收混合模式;而当强制回收比例较低时，应选择自主运营回收模式。其次，考虑碳交易价格和需求不确定性的影响，为量化碳交易价格波动带来的风险，采用均方差模型以最大化供应链效用，通过偶然约束处理不确定需求，建立不确定混合整数规划模型，为电池供应链网络在不确定条件下提供优化方法。具体来说，在碳交易价格相对稳定的情况下，企业应选择混合回收模式;而在碳交易价格出现显著波动时，国内外企业应考虑采用自营回收模式。第三，考虑到欧盟新电池法规中关于强制回收、碳足迹和全生命周期可追溯性的严格要求，应用区块链技术为电池供应链提供了应对新绿色贸易壁垒和优化自身供应链网络的决策基础。研究结果表明，尽管欧盟对碳足迹控制日益严格，可能削弱供应链效用，但通过优化供应链结构，新的电池监管和限额交易相互促进，供应链可以通过区块链记录和量化整个生命周期的碳排放，实现有效的减排。 并实现供应链服务的提升。
研究的组织如下：第二部分提供全面的文献综述。第三部分概述了问题陈述。第四部分分别介绍了自操作回收和混合回收中电力电池供应链的优化模型。第五部分对所提出的模型进行理论分析。第六部分呈现案例分析。第七节总结了整个研究，并提出了未来的研究方向。