创新券下制造企业低碳技术创新动力机制研究

刘沙沙，卢冬冬，胡 皓，盛永祥，吴 洁

(1.江苏科技大学张家港校区，江苏 张家港 215600；
2.江苏省大数据管理中心，南京 210000；
3.江苏科技大学经济管理学院，江苏 镇江 212000)

随着环境恶化以及能源短缺问题日益凸显，低碳减排已经成为全球重要议题。中国也致力于构建低碳经济体系，实现经济可持续发展[1]。制造业是中国的支柱性产业，对中国国民经济的发展具有战略意义，但其企业的高碳排放量占据工业碳排放总量的近90%，严重制约了中国低碳经济的发展。可见，制造企业开展低碳技术创新是中国实现低碳和可持续发展的关键[2-3]。而低碳技术创新具有高投入特征，单纯依靠企业难以满足其资金需求，需要政府的补贴政策作为重要补充[4-5]。创新券政策以先创新后补贴的方式达到对企业创新需求精准支持的目的，对推动制造企业开展低碳技术创新、激活企业创新活力具有重要意义[6]。然而，低碳创新技术的外部性和成功不确定性等特点及创新券政策的后补助特征，使得企业缺乏创新动力，制约了制造企业的低碳技术进步和产业转型升级。因此，在创新券政策下，如何有效引导和激励制造企业积极开展低碳技术创新具有重要意义。

研究表明创新券在激发企业创新活力方面发挥了重要作用[7-13]。李记珍等[7]研究指出创新券政策下企业创新能力提升与科技资源的开放共享的结合，有效地撬动了企业创新资源的投入。李祖平[8]以浙江省创新券实施为例，指出创新券政策较好地发挥了催化和粘合作用，激活了省内企业自主创新和协同创新活力。徐侠和姬敏[9]通过对国际间创新券项目的比较和评价得出：在创新券政策的引导下企业参与创新的积极性明显增加，企业的研发投入持续增长。随着对创新券政策研究的不断深入，Flanagan[10]、Edler[11]和刘凤朝等[12]国内外众多学者逐渐达成创新券补贴对企业开展技术创新、提升创新绩效具有正向影响的共识。

虽然创新券能有效激活企业技术创新活力，但企业仍存在创新动力不足的问题。学者们提出政府监管对解决企业低碳技术创新动力不足问题效果显著。韩冰和孟凡生[2]研究发现政府监管的强度能直接影响企业的净收益，从而驱动装备制造企业采取低碳技术创新的决策。Foxon[13]通过对低碳能源技术的研究，发现政府建立合理的监管体系更利于低碳技术创新和扩散。

上述成果为研究创新券补贴和政府监管对制造企业开展低碳技术创新的影响提供了重要依据。然而相关研究主要从创新券对企业的研发经费补贴、创新资源配置等激励视角出发，忽略了创新券政策下企业承担创新风险会导致创新动力不足的问题。此外，研究表明政府监管能倒逼企业开展低碳技术创新，从而可以弥补创新券政策下企业创新动力不足的缺陷。因此，本文突破以往的单一视角，基于创新券政策下企业承担创新风险的视角，并引入政府的监管机制，构建创新券补贴政策下，政府监管和企业低碳技术创新的演化博弈模型。探讨创新券政策下，政府监管是否可以激发制造企业低碳技术创新动力，以及在不同创新风险下，政府如何协调监管机制以更好地激励制造企业开展低碳技术创新并发挥创新券的政策优势。

1.1 模型基本假设及支付矩阵构建

制造企业的低碳技术创新具有高投入的特征。企业开展低碳技术创新存在风险[14]，当低碳技术创新成功，企业会获得创新券的成本补贴。为推动制造企业开展低碳技术创新，政府可以监管制造企业的碳排放情况，并对高污染和高碳排放的企业实施惩罚[15]，同时政府对企业的监管也需要付出一定的监管成本。综上所述，在创新券政策引导制造企业开展低碳技术创新的过程中，政府的监管策略与制造企业的低碳技术创新策略是一个互动的博弈过程[16]。为便于研究，本文提出的参数假设如表1所示。

1)制造企业有开展和不开展低碳技术创新两种策略。当开展低碳技术创新时，新的收益为Pa，同时企业开展创新时的成本为I。当企业选择不开展低碳技术创新时，收益为Pb。

2)创新券补贴政策下，政府通过发行创新券对企业的创新成本开展补贴，其补贴系数为k，获得创新券补贴后企业的创新成本为(1-k)I。

3)创新券补贴政策下，低碳技术创新是有风险的，体现在低碳技术创新成功的可能性上。设企业低碳技术创新成功的概率为z，则失败的概率为1-z。

4)政府对制造企业的碳排放有监管和不监管两种策略。当政府选择监管策略时，政府需要付出一定的监管成本S，若此时企业没有开展低碳技术创新，政府会对企业开展惩罚，获得企业罚金W。政府选择监管或者不监管策略，均会获得税收收益，其税率为θ。

根据以上假设，创新券补贴政策下政府和企业的博弈收益矩阵如表2所示。

表2 创新券补贴下考虑风险的政府与企业博弈的支付矩阵Tab.2 The payment matrix of the game between government and enterprise considering the risk under the subsidy of the innovation voucher

1.2 稳定策略求解及分析

政府选择监督策略时的期望收益为

U1=y[zθPa+(1-z)(θPb+W)-S]+(1-y)(W+θPb-S)

(1)

政府选择不监督策略时的期望收益为

U2=y[zθPa+(1-z)θPb]+(1-y)θPb

(2)

政府选择混合策略时的平均收益为

(3)

企业开展低碳技术创新时的期望收益为

V1=x[z(Pa-I+kI)+(1-z)(Pb-I-W)]+(1-x)[z(Pa-I+kI)+(1-z)(Pb-I)]

(4)

企业不开展低碳技术创新时的期望收益为

V2=x(Pb-W)+(1-x)Pb

(5)

企业选择混合策略时的平均收益为

(6)

假设两个博弈主体政府和企业均是有限理性的，政府和企业根据每次博弈的收益结果来调整对监管策略和低碳技术创新策略的选择。假设政府和企业选择策略的相对调整速率与收益超出平均收益的幅度成正比[17]，因此，政府选择监管策略、企业开展低碳技术创新时的复制动态方程为

(7)

(8)

(9)

对微分方程组(7)和(8)求偏导，得到系统的雅克比矩阵为

(10)

J的行列式为

DetJ=(1-2x)(1-2y)(-yzW+W-S)[xzW+z(Pa+kI-Pb)-I]

-xy(1-x)(1-y)(-z2W2)

(11)

J的迹为

TrJ=(1-2x)(-yzW+W-S)+(1-2y)[xzW+z(Pa+kI-Pb)-I]

(12)

根据演化稳定策略中均衡点局部稳定性的判定条件:雅克比矩阵的行列式DetJ>0，且迹TrJ<0，可得到上述5个均衡点为稳定点的稳定条件，如表3所示。

表3 系统稳定性结果分析Tab.3 Analysis of system stability results

基于上述博弈矩阵的稳定性判定条件，可得出以下推论：

1)在W-S<0，z(Pa-Pb+kI)-I<0的条件下，即政府付出的监管成本高于政府惩罚企业获得的收益，企业开展低碳技术创新增加的净收益为负时，(0，0)点是系统的演化稳定点，其对应的演化稳定策略是(不监管，不创新)。无论政府选择的策略为监管还是不监管，企业选择低碳创新策略获得的期望收益均会小于其选择不开展低碳创新策略时的期望收益，此时企业选择不开展低碳创新策略为企业的最优策略选择；
由博弈的对称性可知，无论企业选择的策略为开展低碳创新还是不开展低碳创新，政府选择监管策略的收益均会小于选择不监管策略，不监管策略是政府的最优选择。这种情况下创新券政策没有达到激励企业开展低碳创新的目的，政府也没有必要去监管企业的创新行为。

2)在(1-z)W-S<0，z(Pa-Pb+kI)-I>0的条件下，即政府的监管成本高于政府惩罚企业所获得的最低收益，企业开展低碳技术创新增加的净收益为正时，(0，1)点是系统的演化稳定点，其演化稳定策略是(不监管，创新)。当企业选择低碳创新策略的期望收益为正时，企业会偏向于开展低碳创新，此时政府对企业有监管或不监管两种策略。由于企业创新存在风险，创新成功时，政府监管策略不能获得监管收益，因此当企业的创新风险较低，政府选择监管策略获得的期望收益低于监管成本时，政府最终会选择不监管策略。

3)在W-S>0，z(Pa-Pb+kI)-I+zW<0的条件下，即政府的监管成本低于政府惩罚企业获得的收益，并且企业开展低碳技术创新获得的收益低于企业接受政府惩罚时获得的收益时，(1，0)点是系统的演化稳定点，其对应的演化稳定策略是(监管，不创新)。当政府选择监管策略时，企业有创新和不创新两种策略选择。当政府的监管力度过大，企业开展低碳创新的期望收益低于不开展创新、接受政府惩罚的情形下的收益时，企业会选择接受政府的惩罚，而不选择低碳技术创新策略。

4)在(1-z)W-S>0，z(Pa-Pb+kI)-I+zW>0的条件下，即政府惩罚企业所获得的最低收益高于政府的监管成本，企业开展低碳技术创新获得的收益高于企业接受政府惩罚时获得的收益时，(1，1)点是系统的演化稳定点，其演化稳定策略是(监管，创新)。当企业选择低碳创新策略时的期望收益大于企业选择不创新并接受政府惩罚时的期望收益时，企业会偏向于选择低碳创新策略，此时政府有监管或不监管两种策略。当企业的创新风险较高，政府的最低期望收益大于监管成本时，为了追求社会效益最大化，政府会选择监管。

从上述结论看出，政府的策略会影响企业选择低碳创新策略的期望收益，只有当企业开展低碳创新获得的期望收益高于企业不开展低碳创新并且接受政府惩罚时的收益时，企业才会逐渐向开展低碳创新策略演进。同时，创新券补贴政策下，企业创新成功的风险既影响企业的期望收益，又对政府选择监管策略的期望收益产生影响。政府和企业两个主体在策略选择上存在博弈，探讨政府如何通过有效的监管和补贴手段，引导和激励企业向低碳创新的理想状态演化，可以实现政府追求低碳效益和企业追求经济效益的双赢。

本文运用MATLAB软件对市政府G和企业E的策略演化过程开展仿真分析。根据相关企业开展低碳技术创新时的收益及成本等相关信息[17-18]，本文对相关参数作如下设置：企业开展低碳技术创新后获得的创新收益Pa为120，为开展低碳技术创新企业投入的创新成本I为30，企业没有开展低碳技术创新时原有的收益Pb为80，政府的监管成本S为5，参数赋值如表4所示。

表4 仿真参数赋值Tab.4 Simulation parameter′s assignment

2.1 政府策略对企业演化结果的影响

根据上述平衡点的稳定条件可知，政府在W-S<0的条件下采取不监管策略，在(1-z)W-S>0的条件下会采取监管措施。因此，先将相关初始变量：企业低碳技术创新成功概率、创新券补贴系数，分别设为z=0.5、k=0.5，再将政府对企业的惩罚收益和监管成本分别取值W=0,S=10；
W=10,S=0；
W=15,S=0。依次探讨创新券补贴政策中，政府不监管企业、政府监管企业、政府加大监管的惩罚力度的3种情形下，博弈系统中制造企业低碳技术创新策略的演化轨迹，为政府扮演好合理的引导角色提供参考。

由图1可以看出，在同样的风险和补贴条件下，当政府选择不监管策略时，企业会选择不开展低碳技术创新的策略，而当政府选择监管策略，其惩罚力度超过一定阈值时，会使企业的策略随之改变，向开展低碳技术创新的策略演化，并且随着政府加大对企业的惩罚力度，企业向开展低碳技术创新策略演化的速度会随之加快。这是由于创新券具有事后补助的特征，企业是承担创新失败风险的主体，企业对高风险、高投入的低碳技术创新的期望收益低于不开展低碳技术创新时的收益，因此在没有政府监管的情况下，会选择不开展低碳技术创新；
当政府对企业的碳排放情况开展监管时，若企业不开展低碳技术创新，政府的惩罚必然会造成企业收益减少，而企业选择开展低碳技术创新时，当创新成功时，便会获得创新券的补贴，同时也避免政府的惩罚，经过长时间的博弈，企业会逐渐向开展低碳技术创新的策略演化；
当政府加大对企业的惩罚力度时，企业不开展低碳技术创新会直接损失较高的收益，为避免政府的高额惩罚，企业开展低碳技术创新的意愿会增强，因此向开展低碳技术创新策略收敛速度会加快。

图1 监管策略对低碳技术创新的影响Fig.1 The impact of supervision strategies on the low-carbon technology innovation

2.2 不同创新风险下惩罚力度、补贴系数变化对企业演化结果的影响

在政府与企业的博弈系统中，企业创新成功的风险是影响企业是否开展低碳技术创新的关键因素。同时，上述研究表明，政府对企业开展监管是必要的，那么政府也应根据企业创新成功的风险z对企业开展合理的监管和补贴，才能有效地发挥政府的引导作用。因此，探讨不同创新成功风险下，政府惩罚力度、补贴系数变化对企业低碳技术创新演化结果的影响对促进企业开展低碳技术创新、政府合理有效地监管企业创新具有重要意义。

因此，本节讨论企业低碳技术创新分别在高风险(创新成功概率z=0.4)、低风险(创新成功概率z=0.6)情形下，惩罚力度、补贴系数变化对低碳技术创新演化轨迹的影响。

1)高风险情形下惩罚力度、补贴系数对企业低碳技术创新演化结果的影响

为了分析高风险情形下，惩罚力度W、补贴系数k对企业低碳技术创新演化的影响效果，在仿真过程中，将创新成功概率设定为z=0.4，将政府对企业的惩罚分别取W=21、W=22和W=23，创新券的补贴系数分别取k=0.45、k=0.5和k=0.55。依次探讨高风险情形下，政府的惩罚力度增加、创新券补贴系数增大时，企业开展低碳技术创新的演化过程。

由图2和图3可以看出，在高风险的情形下，政府的惩罚机制对企业向创新策略演化有明显的促进作用，并且加大惩罚力度W时，企业向创新策略演化的收敛速度会加快；
相比之下，在增加补贴系数的方式下，企业向创新策略收敛的速度缓慢，并且补贴系数在较高的水平上时，企业才会转向低碳技术创新。可见，在高风险的情形下，政府的惩罚机制对企业向创新策略演化的促进效果较强。这是因为，在惩罚机制下，企业对直接的收益损失较敏感，一旦收益减少，企业便会寻求策略的转变，并且随着政府惩罚力度的不断增强，政府监管意愿的收敛速度会加快，在二者的博弈过程中，企业为了避免政府的惩罚，也会加快向低碳创新策略演化；
而创新券补贴是企业承担创新失败风险，在高风险-高投入的情形下，企业对低碳技术创新成功、获得高收益持悲观态度，因此企业向创新策略收敛的速度相对缓慢。并且只有当补贴系数达到一定程度的高回报时，企业才会选择低碳技术创新策略。

图2 高风险下惩罚力度对低碳技术创新的影响Fig.2 The impact of penalties on the low-carbon technology innovation in high-risk situations

图3 高风险下补贴系数对低碳技术创新的影响Fig.3 The impact of subsidy coefficients on the low-carbon technology innovation in high-risk situations

2)低风险情形下惩罚力度、补贴系数对企业低碳技术创新演化结果的影响

为了分析低风险情形下，惩罚力度W、补贴系数k对企业低碳技术创新演化的影响效果，在仿真过程中，将创新成功概率设定为z=0.6，将政府对企业的惩罚分别取W=13、W=14和W=15，创新券的补贴系数分别取k=0.3、k=0.4和k=0.5。依次探讨低风险情形下，政府的惩罚力度不断增加、创新券补贴系数不断增大，企业开展低碳技术创新的演化过程。

由图4和图5可以看出，在低风险的情形下，当政府加大惩罚力度W时，企业向创新策略演化的路径无明显变化，政府惩罚对企业开展低碳技术创新的促进效应已经弱化；
而在增加补贴的方式下，企业向创新策略收敛的速度有明显增加。可见，在低风险的情形下，创新券补贴机制对企业向创新策略演化的影响效果较强。这是因为，低风险的情形下，企业的初始创新意愿会较强，企业会倾向于通过低碳技术创新提高收益，对补贴系数的提高也会较敏感，不断提高创新券的补贴系数，企业向低碳创新策略演化的速度也会越快，激励效果越强；
而低风险情形下，政府的惩罚机制在企业创新意愿较低的时候能有效增强企业创新意愿，随着企业创新意愿不断增加，在企业创新意愿已经较高的情况下，企业对政府的惩罚变得不敏感，即使不断增加惩罚力度，对企业创新策略演化速度的影响也较小。

图4 低风险下惩罚力度对低碳技术创新的影响Fig.4 The impact of penalties on the low-carbon technology innovation in low-risk situations

图5 低风险下补贴系数对低碳技术创新的影响Fig.5 The impact of subsidy coefficients on the low-carbon technology innovation in low-risk situations

制造企业开展低碳技术创新是中国构建低碳经济体系的关键环节。创新券政策的后补助特征，使企业将承担低碳技术创新的全部风险，导致制造企业低碳技术创新动力不足。针对上述问题，本文引入政府的监管机制，运用演化博弈方法，探讨了创新券补贴政策下，政府和企业间的博弈演化过程，得到结论：

1)政府监管能弥补创新券政策下制造企业低碳技术创新动力不足的缺陷。在政府的监管下，制造企业坚持传统技术时会受到政府的惩罚，使其经济收益减少，当政府监管的惩罚力度超过一定阈值后，企业的低碳技术创新意愿会逐渐升高，政府的惩罚倒逼了企业逐渐向开展低碳技术创新的策略演化，从而达到激发企业创新动力的目的。

2)在高风险情形下，政府的惩罚机制能有效推动制造企业向低碳技术创新策略演化；
当低碳技术创新具有高风险时，创新券的后补助特征使企业承担创新风险，会导致制造企业对低碳技术的创新动力不足，创新券的激励作用不明显，而惩罚机制下，企业对直接的收益损失较敏感，政府适度的惩罚对推动制造企业向低碳创新策略演化具有显著效果。

3)在低风险情形下，政府以补贴机制为主、惩罚机制为辅联合引导制造企业开展低碳技术创新。当低碳技术创新具有低风险情形时，其创新成功可能性较高，制造企业对创新券补贴额度较为敏感，而适度的惩罚能为制造企业的低碳技术创新提供必要的动力，因此应以补贴机制为主、惩罚机制为辅联合引导制造企业选择低碳技术创新策略。

本文揭示了创新券政策下，政府和制造企业在低碳技术创新中的博弈过程，丰富了创新券的相关研究。政府在利用创新券补贴政策推进制造企业开展低碳技术创新时，应运用适度的惩罚手段对企业实施监管。同时，政府也要密切联系低碳创新技术的发展程度，根据低碳技术创新的风险性，合理运用惩罚和补贴，更好地引导和激励企业开展低碳技术创新。