劉月如

(重慶大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院，重慶 400044)

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基于供需兩側(cè)完全開放的天然氣市場機(jī)制設(shè)計(jì)

劉月如

(重慶大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院，重慶 400044)

市場機(jī)制是充分利用市場上供需雙方的信號來調(diào)節(jié)市場主體的行為，弱化政府對天然氣的干預(yù)程度的制度，完全開放是指不僅上游供氣市場實(shí)現(xiàn)多氣源競爭，中游管道也從上游一體化壟斷企業(yè)剝離出來成立獨(dú)立的管網(wǎng)公司，管網(wǎng)公司只收取管輸費(fèi)用，下游大工業(yè)用戶和零售商可以直接從上游購氣，可以自主選擇向哪家供氣商買進(jìn)天然氣。中國現(xiàn)行的天然氣市場上下游一體化，不利于市場競爭和反映市場供需情況的價(jià)格機(jī)制的形成。論文提出完全開放的天然氣市場機(jī)制設(shè)計(jì)，并建立數(shù)學(xué)模型分析市場中天然氣主要供氣商和大用戶的優(yōu)化行為，解出市場均衡數(shù)量解。根據(jù)模型解出的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)完全開放的天然氣市場能夠?qū)崿F(xiàn)全社會的帕累托最優(yōu)，而天然氣價(jià)格則準(zhǔn)確反映了供需信號。

天然氣；完全開放市場；機(jī)制設(shè)計(jì)

一、引言

近年來，隨著霧霾問題日益嚴(yán)重，研究者開始關(guān)注能源使用對環(huán)境的影響。煤炭的使用是導(dǎo)致霧霾現(xiàn)象出現(xiàn)的原因之一，天然氣作為三大主要能源中的清潔能源，其開發(fā)利用成為研究者重點(diǎn)關(guān)注的能源問題。我國提出的低碳經(jīng)濟(jì)目標(biāo)旨在大幅提高天然氣在能源使用中所占比例，這就要求天然氣的市場機(jī)制設(shè)計(jì)必須更加合理。目前我國部分地區(qū)天然氣市場已形成多氣源競爭格局，全國天然氣管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，上游形成了多氣源競爭，但中游管輸業(yè)務(wù)和下游售氣業(yè)務(wù)沒有開放，缺乏有效競爭，使得下游需求信息不能通過價(jià)格信號反饋給產(chǎn)氣企業(yè)，需求方也不了解產(chǎn)氣企業(yè)生產(chǎn)成本，同時(shí)沒有形成透明的價(jià)格機(jī)制和優(yōu)化的資源配置。2014年2月13日國家能源局頒布了《油氣管網(wǎng)設(shè)施公平開放監(jiān)管辦法(試行)》明確了國家支持管網(wǎng)開放的態(tài)度；國家大規(guī)模的煤改氣工程也對天然氣市場機(jī)制提出了更高的要求，天然氣市場改革的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。

我國目前天然氣產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)輸一體化，產(chǎn)氣企業(yè)投資自建管道輸送自產(chǎn)氣源，不允許第三方使用，擁有管道的產(chǎn)氣企業(yè)憑借強(qiáng)大壟斷力操縱市場價(jià)格，造成了大企業(yè)和居民小用戶沒有用氣選擇權(quán)，同時(shí)由于缺乏競爭導(dǎo)致技術(shù)改進(jìn)和降低成本的動力不足。管網(wǎng)屬于公共品，具有規(guī)模經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn)，投入修建管道的成本是一定的，后期管輸?shù)奶烊粴庠蕉嘁?guī)模經(jīng)濟(jì)效益越好，因此在管輸容量有剩余的情況下允許第三方產(chǎn)氣企業(yè)使用管道輸氣是合理的選擇，可以避免管網(wǎng)重復(fù)建設(shè)，在全國范圍內(nèi)成立幾家獨(dú)立的管網(wǎng)公司，將原有的屬于產(chǎn)氣企業(yè)的管道收購，主要是“三桶油”的管道(據(jù)2015年中國石化石油勘探開發(fā)研究院的報(bào)告，中石油擁有的管道長度約占全國的78%，剩余大部分管道屬于中石化和中海油所有)，獨(dú)立的管網(wǎng)公司負(fù)責(zé)一個(gè)片區(qū)管網(wǎng)的管理運(yùn)營，只負(fù)責(zé)輸氣并收取一定的管輸費(fèi)用(管輸費(fèi)用由國家制定并監(jiān)管)，不參與天然氣的銷售。本文設(shè)計(jì)的我國天然氣市場機(jī)制模型的主要創(chuàng)新之處是打破管輸權(quán)壟斷，形成多家獨(dú)立油氣管網(wǎng)公司，下游大用戶和天然氣零售商可以自由選擇供氣商，多個(gè)天然氣零售商競爭，使得天然氣用戶也能在競爭中享受實(shí)惠。

開放具有公共品性質(zhì)的基礎(chǔ)設(shè)施的做法最初是在各國電力市場改革中提出來的。電力市場改革過程中電網(wǎng)的屬性與天然氣管網(wǎng)非常相似，因此天然氣管網(wǎng)改革可借鑒電網(wǎng)改革做法。黃芬平[1]回顧了發(fā)達(dá)國家電力體制改革的具體措施，指出20世紀(jì)80年代。美國電力改革引入了競爭機(jī)制，實(shí)施電力市場化模式，即：“廠網(wǎng)分離，競價(jià)上網(wǎng)，政府(議會)定價(jià)”。1989年，英國政府對中央電力生產(chǎn)局進(jìn)行了橫向和縱向分解，縱向分解是實(shí)行電力生產(chǎn)和傳輸相分離，把中央電力生產(chǎn)局的輸電資產(chǎn)劃歸新組建的國家電網(wǎng)公司，主要負(fù)責(zé)全國電網(wǎng)的運(yùn)行和電力調(diào)配。鄒彥余[2]介紹了英國從1987年開始對電力工業(yè)進(jìn)行私有化改革，成立電力管制辦公室，具備天然壟斷特性的輸電和配電網(wǎng)絡(luò)，將成為“公共通道”。任何發(fā)電、供電商均可利用“公共通道”輸送電力，使用電網(wǎng)的服務(wù)費(fèi)和過網(wǎng)費(fèi)由電力管制辦公室予以審查、確定。英國的電力市場改革取得了很好的效果，改革使全行業(yè)的效率提高，自然資源利用效率也有提高，私營電力公司利潤大幅增長；由于電價(jià)下降和服務(wù)質(zhì)量不斷改進(jìn)，用戶得到了實(shí)惠。宋小松[3]等指出，中國在2002年3月正式批準(zhǔn)了《電力體制改革方案》，該方案為了在發(fā)電環(huán)節(jié)引入競爭機(jī)制,首先實(shí)行“廠網(wǎng)分開”,將國家電力公司管理的電力資產(chǎn)按照發(fā)電和電網(wǎng)兩類業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分。發(fā)電環(huán)節(jié)按現(xiàn)代企業(yè)制度要求,改組或重組為規(guī)模大致相當(dāng)?shù)?個(gè)全國性的獨(dú)立發(fā)電公司。電網(wǎng)環(huán)節(jié)分別設(shè)立國家電網(wǎng)公司和中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司。

關(guān)于市場機(jī)制的數(shù)學(xué)模型所用的方法也可借鑒電力市場模型的研究：Guan X.H.等[4]提出了描述電力供給方和需求方報(bào)價(jià)行為的囚犯困境矩陣對策，Song H.L.[5]分析了雙邊市場報(bào)價(jià)策略模型Nash 均衡的充分必要條件和有效分配特性。這兩篇文獻(xiàn)初步描述了雙邊市場供給方和需求方的報(bào)價(jià)對策模型，都建立在完全信息的基礎(chǔ)上。方德斌等[6]在前人文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，建立了完全開放雙邊電力市場中供需雙方叫價(jià)拍賣的不完全信息貝葉斯博弈模型,并求解貝葉斯納什均衡,給出供需雙方的均衡報(bào)價(jià)策略,并對求解的結(jié)果進(jìn)行了分析。不足之處是沒有就如何建立合理的交易規(guī)則和市場平衡機(jī)制以及市場均衡的存在性問題進(jìn)行研究。吳寧等[7]和黃燦等[8]采用演化博弈論分析了單一發(fā)電側(cè)中發(fā)電廠商的競價(jià)過程中的穩(wěn)定策略，得出發(fā)電廠商同時(shí)報(bào)高價(jià)和同時(shí)報(bào)低價(jià)為穩(wěn)定策略。張程等改進(jìn)了吳寧等和黃燦等的研究結(jié)論，采用演化博弈論中多種群競爭博弈的方法，把所有發(fā)電廠商看成供給方，把所有省電力公司看成需求方，考慮競爭雙方的影響，建立了發(fā)電廠商與電力公司共同競價(jià)的市場均衡模型，從利潤分配的角度進(jìn)行分析，并得出市場最終的穩(wěn)定策略點(diǎn)。通過模型算例得出，發(fā)電廠商報(bào)高價(jià)和電力公司報(bào)低價(jià)為市場的唯一穩(wěn)定策略點(diǎn)。曾葉麗[9]以供應(yīng)鏈理論為基礎(chǔ)，將天然氣市場劃分為生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯藏、營銷、終端消費(fèi)五大環(huán)節(jié)，并根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)中完全競爭、非完全競爭和壟斷的相關(guān)市場理論對各環(huán)節(jié)進(jìn)行假設(shè)，分別列出優(yōu)化公式和約束條件，得出一個(gè)簡化的天然氣市場優(yōu)化模型，但該模型較為簡單，沒有對各環(huán)節(jié)進(jìn)行深入分析。

二、模型描述

本文所定義的完全開放天然氣市場結(jié)構(gòu)是指在天然氣上游市場形成多氣源供應(yīng)競爭的前提下，開放中游管輸部分：管道開放必須改變管道所有權(quán)，如果管道所有權(quán)依然屬于產(chǎn)氣企業(yè)，實(shí)行管網(wǎng)的第三方準(zhǔn)入時(shí)，管網(wǎng)所有者有可能抬高管輸費(fèi)用降低天然氣價(jià)格，在競爭中獲得優(yōu)勢，其天然氣價(jià)格損失部分由收取的高管輸費(fèi)來補(bǔ)貼，因此為避免交叉補(bǔ)貼管網(wǎng)產(chǎn)權(quán)必須由國家政策強(qiáng)制剝離，成立獨(dú)立的管網(wǎng)公司，只負(fù)責(zé)輸氣并收取一定的管輸費(fèi)用(管輸費(fèi)用由國家制定并監(jiān)管)，不負(fù)責(zé)向下游售氣。下游大用戶和天然氣零售商可以直接與上游供氣企業(yè)簽訂供氣合同，自由選擇供氣商，借助管網(wǎng)公司提供的管輸服務(wù)輸氣，支付輸氣費(fèi)用即可，上下游直接交易，避開中間管網(wǎng)公司的操縱，供需雙方的信號反饋更為及時(shí)。在零售市場中多個(gè)天然氣零售商競爭，使得居民用戶也能在競爭中受益。圖1為天然氣市場結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型。

圖1天然氣市場結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型

成立天然氣產(chǎn)業(yè)鏈信息整合平臺，全方位掌握中游儲氣庫天然氣實(shí)時(shí)儲備量，提供下游需求信息為上游供氣企業(yè)提供短期負(fù)荷預(yù)測和參考價(jià)格發(fā)布，上游企業(yè)據(jù)此提交供氣信息。短期負(fù)荷預(yù)報(bào)是天然氣信息平臺根據(jù)歷史數(shù)據(jù)，考慮天氣、節(jié)假日、社會環(huán)境等客觀因素對未來或幾個(gè)交易日進(jìn)行天然氣短期負(fù)荷，現(xiàn)貨市場成員公布。與交易時(shí)段相對應(yīng)，期負(fù)荷預(yù)報(bào)以30分鐘為間隔(或其他間隔)。管網(wǎng)信息平臺應(yīng)該在計(jì)劃交易日9:00前(或其他參考時(shí)間)公布計(jì)劃交負(fù)荷預(yù)報(bào)曲線、日前競爭負(fù)荷曲線。天然氣產(chǎn)業(yè)鏈信息整合平臺為徹底解決單邊開放市法實(shí)時(shí)反饋的難題提供了可能[10]。

三、雙邊開放的天然氣市場供給方和需求方交易的博弈模型

根據(jù)產(chǎn)業(yè)組織理論，公用事業(yè)有效競爭形成與可競爭市場建立的關(guān)鍵在于：將自然壟斷性業(yè)務(wù)與非自然壟斷性業(yè)務(wù)分離。天然氣市場的管道屬于壟斷性業(yè)務(wù)，為了使上游供氣業(yè)務(wù)與售氣業(yè)務(wù)分離，需要將企業(yè)自建的管道剝離出來，避免供氣企業(yè)利用管道的壟斷使用權(quán)削弱其競爭對手的競爭力。電網(wǎng)和天然氣管道具有很多相同特性，因此研究天然氣管道可以借鑒電網(wǎng)改革的做法。

這部分仿照Song H.L.[5]研究雙邊電力市場的模型，建立了一個(gè)包含多個(gè)買家和賣家的雙邊交易環(huán)境，為達(dá)成交易使用一級密封價(jià)格拍賣機(jī)制。供氣企業(yè)向需求方出價(jià)投標(biāo)，賣方中出價(jià)最低的將贏得標(biāo)的，前提是此價(jià)格低于需求方的意愿支付價(jià)格。

(一)假設(shè)條件

(1)完全信息：每個(gè)供氣企業(yè)知道自己和其他競爭者的成本，所有供氣企業(yè)的成本和所有需求方的意愿支付價(jià)格是共知的。

(2)即使需求方的需求量一樣，同一供氣企業(yè)供應(yīng)不同需求方的成本不同。成本不同的原因有兩個(gè)：現(xiàn)實(shí)中各大供氣主體的成本由于開采技術(shù)及天然氣田自身?xiàng)l件，成本確有差異：其成本為采氣成本和管輸費(fèi)(包括長輸管網(wǎng)費(fèi)用和省內(nèi)分輸費(fèi)用)，供氣企業(yè)與需求方距離不同導(dǎo)致管輸成本不同。供氣企業(yè)負(fù)責(zé)支付系統(tǒng)損失。

(3)不同需求主體在市場博弈中最終購氣價(jià)格不一樣，這也符合我國天然氣市場現(xiàn)實(shí)情況，政府對天然氣的定價(jià)中，居民用氣價(jià)格低于工業(yè)用戶用氣價(jià)格。

(4)每一個(gè)供氣企業(yè)只能為一個(gè)需求商提供天然氣。當(dāng)供氣企業(yè)能力約束放寬時(shí)這一假設(shè)可以調(diào)整，假如一個(gè)供應(yīng)商贏得不止一個(gè)標(biāo)的，它選擇為它帶來最大利潤的需求方。如果供氣企業(yè)不看重利潤，它會選擇使得系統(tǒng)成本最小的需求方。

(5)如果兩家或以上的供氣企業(yè)為同一需求方提供了相同的最低價(jià)格，需求方將隨機(jī)地選擇他們中的一個(gè)。

(6)如果需求方獲得的所有標(biāo)的價(jià)格都高于它的意愿支付價(jià)格，這個(gè)需求方會從雙邊市場撤出，不會重新進(jìn)行第二輪出價(jià)，假設(shè)需求商此時(shí)會選擇使用其他替代能源。

(二)均衡求解

模擬我國天然氣市場的真實(shí)情況，現(xiàn)在我國南方地區(qū)市場上主要競爭的國內(nèi)供氣氣源有三個(gè)方向：西氣東輸一線、西氣東輸二線和川氣東送線路。為簡化起見，假設(shè)某一城市有兩個(gè)代表性需求方，用load1、load2分別代表燃?xì)夤尽⒋笥脩?，矩陣中l(wèi)oad1就代表了城市內(nèi)部所有燃?xì)夤?，它購氣后又將天然氣出售給零散的居民用戶；矩陣中l(wèi)oad2代表了城市內(nèi)所有的大用戶，大用戶可以直接從上游供氣企業(yè)處買氣。Gen1、Gen2、Gen3分別代表三個(gè)供氣企業(yè)。供氣企業(yè)供應(yīng)各需求方的成本可以用下面的成本矩陣表示，根據(jù)表1搜集數(shù)據(jù)近似模擬天然氣市場真實(shí)氣價(jià)，省內(nèi)燃?xì)夤镜闹饕?yīng)對象是民用天然氣，大用戶的價(jià)格就是非居民用氣價(jià)，非居民用氣價(jià)格高于居民用氣價(jià)。

供氣企業(yè)成本矩陣：

表12005年—2012年工業(yè)和居民用氣價(jià)格和需求量

20052006200720082009201020112012工業(yè)用氣價(jià)格1.982.252.472.612.742.883.113.29工業(yè)需求量(億立方米)328.79383.97479.67531.60577.90680.92839.95946.75居民用氣價(jià)格2.061.952.152.282.422.472.472.43民用需求量(億立方米)79.43102.62143.39170.12177.67226.90264.38288.27

用t(g,l)表示供氣企業(yè)g的全部成本矩陣，總成本包括天然氣采氣成本，支付系統(tǒng)損失和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用。例如，t(1,1)代表Gen1供應(yīng)load1的供氣成本。假設(shè)load1的意愿支付價(jià)格是￥10(w(1)=10)，load2的意愿支付價(jià)格是￥12(w(2)=12)；一個(gè)需求方的支付價(jià)格可以理解成備選供氣企業(yè)的成本，即在雙邊市場中能夠?yàn)樵撔枨蠓揭宰畹蛢r(jià)格提供天然氣的供氣企業(yè)，這個(gè)備選供氣企業(yè)為其他需求方提供天然氣的成本是無窮大，w1、w2分別表示load1、load2的意愿支付價(jià)格。結(jié)合供氣企業(yè)成本矩陣和需求方意愿支付價(jià)格建立增強(qiáng)成本矩陣：

用c(g,l)，c(m+l,l)=w(l)代表矩陣C中的元素， 其中w(l)是需求方的意愿支付價(jià)格。供氣企業(yè)需要選擇市場中的一家需求方提供天然氣，并決定如何出價(jià)能夠贏得目標(biāo)需求方的標(biāo)的。市場的納什均衡是一組策略組合構(gòu)成的，當(dāng)所有的供氣企業(yè)為市場上的四家需求方供氣并達(dá)到納什均衡時(shí)，任何一家供氣企業(yè)都不能單方面偏離納什均衡，也就是通過改變它對任何一個(gè)需求方的投標(biāo)價(jià)格增進(jìn)收益。

按照給定的數(shù)據(jù)和博弈規(guī)則，解釋兩個(gè)主要的結(jié)果：

(1) 納什競價(jià)策略在博弈中存在，在任何一個(gè)納什均衡中，Gen1供應(yīng)load1，Gen3供應(yīng)load2。這個(gè)結(jié)果是基于以下事實(shí)構(gòu)造的：定義一個(gè)“供氣企業(yè)—需求方”組合來自于一個(gè)“供氣企業(yè)—需求方”的完備集，這個(gè)完備集中包含市場上所有的需求方，GLC可以被表示為{(1,1),(3,2)}，將一個(gè)組合的總成本定義為(CC)，c(1,1)+c(3,2)為所有可能的GLC組合中成本最小的：

CC*=min[c(gi,1)+c(gj,2)]

gi=1,…,5

gj=1,…,5

CC*=c(1,1)+c(3,2)=6.4

結(jié)果表明存在一個(gè)將供氣企業(yè)和一個(gè)需求方配對使得總成本最小化的納什均衡解，原因是競爭使得供氣企業(yè)在尋找需求方時(shí)遵循的原則是使整個(gè)市場成本最小化。

供氣企業(yè)1：

gi=2,3,4,5

gj=2,3,4,5,gi≠gj

供氣企業(yè)1的利潤為：

供氣企業(yè)1在納什均衡點(diǎn)供應(yīng)需求方1， 供氣企業(yè)1對需求方1的納什均衡報(bào)價(jià)為：

b(1,1)=c(1,1)+π(1)-ε=3-ε

ε代表最小投標(biāo)出價(jià)增量， 給定ε是0.01。因此：

b(1,1)=3-0.01=2.99

供氣企業(yè)也應(yīng)在均衡點(diǎn)供應(yīng)需求方，目的是使得其他供氣企業(yè)按照納什均衡價(jià)格出價(jià)，以防其他任何一個(gè)供氣企業(yè)按照偏離納什均衡點(diǎn)差價(jià)策略的情況，使得該供氣企業(yè)失去目標(biāo)需求方的標(biāo)的，對市場上其他需求方提交出價(jià)能夠?yàn)楣馄髽I(yè)保留為其他需求方供氣的機(jī)會。投標(biāo)價(jià)格設(shè)定與供氣企業(yè)利潤率匹配。例如：供氣企業(yè)1打算通過為需求方1提供天然氣掙0.1元/m3，供氣企業(yè)1對需求方2的投標(biāo)價(jià)應(yīng)設(shè)定為：

b(1,2)=c(1,2)+π(1)=3.8+0.5=4.3

供氣企業(yè)2：在納什均衡情況下，供氣企業(yè)不能供應(yīng)任何需求方，因此，假設(shè)它對所有需求方都按自己的成本出價(jià)。

供氣企業(yè)3：

gi=1,2,4,5

gj=1,2,4,5,gi≠gj

供氣企業(yè)3的利潤率為：

為了能供應(yīng)需求方2，供氣企業(yè)3對需求方2的出價(jià)應(yīng)設(shè)定為：

b(3,2)=c(3,2)+π(3)-ε=3.9+1.1-0.1=4.9

供氣企業(yè)3對需求方1的報(bào)價(jià)為：

b(3,1)=c(3,1)+π(3)=3.7+1.1=4.8

納什競價(jià)策略的結(jié)果可以被下面的拍賣出價(jià)矩陣表示：

根據(jù)矩陣B，可以確定這個(gè)出價(jià)矩陣是一個(gè)納什均衡，可以代表廠商的出價(jià)策略，沒有一個(gè)廠商可以通過單獨(dú)改變自己的行動而獲益。納什均衡點(diǎn)并不是唯一的，在本文的模型中，在一個(gè)納什均衡中，廠商1對需求方2的出價(jià)可以是3到無窮大之間任意一個(gè)數(shù)，由于成功的競標(biāo)價(jià)格是固定的，所以廠商在任意納什均衡中收入是相等的。

(三)納什條件和運(yùn)算法則

1.符號和定義

m為雙邊市場中供氣企業(yè)的數(shù)量；n為雙邊市場中需求方的數(shù)量；G={1,2,…,m}為供氣企業(yè)的集合；L={1,2,…,n}為需求方的集合;GW為廠商根據(jù)需求方的意愿支付矩陣設(shè)置，增廣矩陣GW={g}，其中g(shù)=1,…,m,m+1,…,m+n。

根據(jù)前文所做的工作，n個(gè)需求方的意愿支付價(jià)格，是成本矩陣增加了n行。這些新增加的行是為了確保任何一個(gè)競標(biāo)成功的價(jià)格都不會超過相應(yīng)的需求方意愿支付價(jià)格。

增廣成本矩陣：

=[c(g,l)](m+n)*n

當(dāng)g=l,…,m,c(m+l,l)=ω(l)時(shí)， 記c(g,l)=t(g,l)。矩陣中∞表示一個(gè)需求方不會參與對另一個(gè)需求方的投標(biāo)競價(jià)(沒有轉(zhuǎn)售的情況發(fā)生)。

GLC：供給需求組合

GLC是n組供氣企業(yè)和需求方組合的集合(g1,l1),…，(gn,ln);g1,…，gn是GW中不同的元素，l1,…，ln是L中不同的元素。GLC和A的組合可以表示成：A={(gA(l),l=1,…n}。供氣企業(yè)組合GA是與A一致的，可以寫成GA={gA(1),gA(2),…gA(n)}，GA是GW的集合。

GW/g：GW中去掉第g個(gè)供氣企業(yè)

CC*:組合的總成本

(1)

(2)

2.納什競價(jià)策略的運(yùn)算法則

成本矩陣T由產(chǎn)品的成本和為所有需求商交貨的費(fèi)用構(gòu)成，再加上需求方的意愿支付價(jià)格，就構(gòu)成了增廣矩陣C,文中提出的運(yùn)算法則目的在于找出成本最小的組合GLC：

(3)

(4)

如果π(g)>0，這就是供氣企業(yè)g期望在納什均衡中獲得的邊際利潤。供氣企業(yè)g為競爭需求方l的標(biāo)的的納什競價(jià)策略如下：

b(g,l)=π(g)+c(g,l)-ε

(5)

供氣企業(yè)g對其他需求方(l′)的競價(jià)策略是能獲得相同的利潤：

b(g,l′)=π(g)+c(g,l′)

(6)

如果π(g)=0，供氣企業(yè)g獲得零利潤，供氣企業(yè)g對每個(gè)需求方均按成本出價(jià)。

(四)納什組合的充分必要條件

1.必要條件

(7)

這個(gè)條件顯示納什組合必須是GW化為L中的所有GLC總成本最低的。這意味著在任何納什組合中，成功競標(biāo)的供氣企業(yè)組合代表了為n家需求方供氣的最便宜的供氣企業(yè)。因此，在納什均衡中實(shí)現(xiàn)了資源的有效分配。在雙邊市場中競爭勝出的投標(biāo)價(jià)格達(dá)成了在市場上最小成本的分配，這個(gè)結(jié)果充分顯示了雙邊天然氣市場的優(yōu)勢。

利用第二部分的數(shù)據(jù)，供氣企業(yè)供應(yīng)需求方1的投標(biāo)價(jià)格是￥2.99，供氣企業(yè)3供應(yīng)需求方2的投標(biāo)價(jià)格為￥4.8。必要條件是：

c(1,1)+c(3,2)≤c(gi,1)+c(gj,2)

(8)

?gi,gj=1,…,5,gi≠gj

為了滿足這個(gè)約束條件，對需求商l競標(biāo)成功的價(jià)格小于或等于任何其他供氣企業(yè)的利潤加上供應(yīng)l的成本。在本文的例子中，供氣企業(yè)以b(1,1)的價(jià)格供應(yīng)需求方1，供氣企業(yè)3供應(yīng)需求方2的利潤是b(3,2)-c(3,2), 只要b(1,1)小于等于供氣企業(yè)供應(yīng)需求方1的成本加上供氣企業(yè)供應(yīng)需求方2的利潤，供氣企業(yè)3就不會與供氣企業(yè)1競爭對需求方1的供應(yīng)。在納什均衡中應(yīng)該有：

b(1,1)≤b(3,2)-c(3,2)+c(3,1)

(9)

同樣的有：

b(3,2)≤b(1,1)-c(1,1)+c(1,2)

(10)

根據(jù)(9)和(10)，可以求得：

c(1,1)+c(3,2)≤c(1,2)+c(3,1)

(11)

對于任意一個(gè)組合， 它的總成本一定高于或等于c(1,1)+c(3,2)。 現(xiàn)在考慮組合{(2,2),(3,1)},在納什均衡中供氣企業(yè)2沒有供應(yīng)任何需求方，因此投標(biāo)成功的價(jià)格一定不能超過供氣企業(yè)2供應(yīng)需求方的成本：

b(3,2)≤c(2,2)

(12)

等式(9)可以改寫為：

b(1,1)+c(3,2)≤b(3,2)+c(3,1)

(13)

把(12)代入(13)，有：

b(1,1)+c(3,2)≤c(2,2)+c(3,1)

(14)

一個(gè)競標(biāo)成功的納什投標(biāo)價(jià)格不應(yīng)該低于供氣企業(yè)供應(yīng)需求方的成本(納什均衡中沒有虧損)，即c(1,1)≤b(1,1)。從(14)能夠得出一個(gè)推論：

c(1,1)+c(3,2)≤b(1,1)+c(3,2)≤c(2,2)+c(3,1)

2.充分條件

對于一個(gè)給定的GLC和組合A，如果A達(dá)到了組合的最低總成本，即CC(A)=CC*那么組合A就是一個(gè)納什組合，并且與它一致的納什競價(jià)策略是用前文運(yùn)算法則計(jì)算出來的策略。

這個(gè)條件進(jìn)一步確保納什均衡價(jià)格總能被找到。運(yùn)算法則還表明各供氣企業(yè)在任何納什均衡中收入都相等。

為了建立充分條件，給定組合A的最小成本條件和通過運(yùn)算法則計(jì)算出來的競價(jià)策略，因?yàn)闆]有企業(yè)能夠通過單獨(dú)偏離策略獲得額外收益，因此各供氣企業(yè)可以根據(jù)組合A與需求方匹配。

(1) 設(shè)A為{(1,1),(3,2)}。表明供氣企業(yè)1和3分別為需求方1和2提供了最低的報(bào)價(jià)，對于需求方1，供氣企業(yè)1的報(bào)價(jià)低于其他任何報(bào)價(jià)，用下面的式子來表示：

b(1,1)≤c(2,1),b(1,1)≤b(3,1)

并且b(1,1)≤ω(1)=c(4,1)

其中：

b(2,1)=c(2,1)

為了簡單起見， 假設(shè)條件中b(1,1)小于b(2,1)； 其他不等式用相同的方式建立：

∵b(1,1)-b(2,1)

又∵CC*=c(1,1)+c(3,2)

組合{(3,2),(2,1)}的總成本是c(3,2)+c(2,1)。這個(gè)組合屬于集合S-1,因此定義：

b(1,1)-b(2,1)≤-ε

∴b(1,1)

(2)在前面的步驟中，已經(jīng)說明對于任意的g?GA，它的成本太高而不能贏得任何標(biāo)的。因此這些供氣企業(yè)不能通過改變他們的出價(jià)獲得收益。對于?g∈GA，第一步已經(jīng)表明在同樣的利潤水平下，供氣企業(yè)gA(l)僅對需求方l給出最低投標(biāo)。降低其對任何需求方的投標(biāo)不會增加收益。因此，只需要證明提高gA(l)對l的投標(biāo)也不會增加利潤。

假設(shè)供氣企業(yè)1要提高對需求方1的投標(biāo)價(jià)格：

b(1,1)+ε

=c(2,1)+c(3,2)-c(1,1)-c(3,2)+c(1,1)

=c(2,1)=b(2,1)

方程說明，如果供氣企業(yè)1提高需求方1的投標(biāo)價(jià)格，在原來價(jià)格的基礎(chǔ)上增加ε，它的投標(biāo)價(jià)格將與供氣企業(yè)2對需求方1的投標(biāo)價(jià)格相等，根據(jù)市場規(guī)則，供氣企業(yè)1有50%的可能失去對需求方1的供氣機(jī)會，供氣企業(yè)1的期望利潤降低為：0.5×2=1。如果供氣企業(yè)繼續(xù)提高投標(biāo)價(jià)格，一定會失去對需求方1的供氣機(jī)會。同理可知，其他偏離納什均衡的行為也無利可圖。

四、結(jié)論

本文通過完全信息和不完全信息兩種條件下的博弈模型得出結(jié)論：雙邊開放有利于天然氣上游市場的氣源競爭和降低天然氣供氣成本，市場能夠充分調(diào)節(jié)資源資源配置。完全開放的天然氣市場能夠?qū)崿F(xiàn)全社會的帕累托最優(yōu)，資源得到優(yōu)化配置，天然氣價(jià)格準(zhǔn)確反映了供需信號，增加了產(chǎn)氣企業(yè)降低成本和增加供氣量的動力。

目前，我國天然氣市場已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了上游競爭供氣的局面，但涉及到上下游直接交易的管道環(huán)節(jié)改革尚未完成，市場機(jī)制設(shè)計(jì)有待進(jìn)一步完善。國家目前大量進(jìn)行的煤改氣工程將增加天然氣供應(yīng)壓力，環(huán)境問題的惡化也說明天然氣市場化的進(jìn)一步改革勢在必行，國家可從以下幾個(gè)方面考慮：

(1)收購管道所有者的管道產(chǎn)權(quán)，全國范圍內(nèi)建立3家～5家獨(dú)立的天然氣管網(wǎng)公司，避免太多的公司造成業(yè)務(wù)交叉。管輸費(fèi)用由國家核定成本后制定。

(2)完善現(xiàn)行法律法規(guī)，將管道公司的職責(zé)用法律的形式明確，規(guī)定管道公司不得涉及天然氣買賣活動。

(3)積極鼓勵下游大用戶與供氣企業(yè)直接議價(jià)交易，省去中間環(huán)節(jié)費(fèi)用。

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(責(zé)任編輯周吉光)

ABilateralOpenofNatureGasMarketMechanismDesignBasedonTwoSidesofSupplyandDemand

LIUYue-ru

(ChongqingUniversity,Chongqing400044)

Marketmechanismisaninstitution,whichmakethebestofthebothsides'signalofsupplyanddemandandweakentheinterventionlevelofgovernmenttonaturegas.Wide-openmeansthatnotonlyupstreamsupplymarketachievemultiplegassourcescompeting,midstreampipelinealsoadmitthirdparty,downstreambigindustrialconsumeranddealercanbuygasdirectlyfromupstream.Thecurrentnaturalgasmarketisupstreamanddownstreamintegration,whichgoagainstformingmarketcompetingandpricemechanismreflectedsupplyanddemandmassage.ThistextputsforwardabilateralopenofNatureGasMarketMechanismDesign,andamathematicalmodeltoanalysistheoptimizingactionoffiveinterestsubject,thensolvefortheequilibrium.Accordingtotheresultbysolvingthemodel,abilateralopenofNatureGasMarketrealizesthewholesociety'sParetoOptimality,thepriceofnaturegascanreflectthemassagebetweensupplyanddemandtruly.

naturegas;fullyopenmarket;marketmechanism

10.13937/j.cnki.sjzjjxyxb.2016.03.010

2016-03-22

劉月如(1990—)，女，內(nèi)蒙古呼和浩特人，重慶大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)碩士研究生，主要研究方向：產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)、能源經(jīng)濟(jì)。

F062.9

A

1007-6875(2016)03-0051-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/doi/10.13937/j.cnki.sjzjjxyxb.2016.03.010.html網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-06-2015：30