天然气产业竞争策略的博弈分析

[摘 要] 本文通过对能源行业边际成本互不相同条件下的产出情况的分析,对Stackelberg 模型进行了修正，揭示了天然气产业与传统的煤产业因技术实力与生产组织管理水平不同所带来的在产量竞争结果上的差异，以及在竞争中取得优势的条件。

[关键词] 完全信息动态博弈 Stackelberg模型 寡头垄断 能源

自工业革命以来, 人类在为自己创造日益增多的财富的同时, 消费着越来越多的能源。最早是以煤为燃料, 后来又以石油、天然气为燃料。随着人们环保意识的提高，世界需求干净能源呼声的高涨，各国政府也透过立法程序来传达这种趋势，天然气被视为最干净的能源之一，再加上1990年中东的波湾危机，加深美国及主要石油消耗国家研发替代能源的决心，因此，在还未发明真正的替代能源前，天然气需求量自然会增加。目前，大部分城市对天然气的需求明显增加。天然气作为民用燃料的经济效益也大于工业燃料。天然气发电，成为缓解能源紧缺、降低燃煤发电比例，减少环境污染的有效途径，且从经济效益看，天然气发电的单位装机容量所需投资少,建设工期短,上网电价较低，具有较强的竞争力。

我国天然气勘探起步较晚，20世纪90年代以来，天然气勘探连续取得重大突破。据1994年完成的全国69个盆地的第二轮油气资源评价估算，中国天然气资源量为38万亿立方米,根据近几年的最新勘探成果显示，我国目前天然气资源量约为54万亿立方米，比第二轮油气资源评价结果增加16万亿立方米。至2003年年底，探明的天然气地质储量为3.9万亿立方米，资源探明率为7.2％，根据世界上多数国家的天然气勘探发展的规律，当资源探明率达到10％～45％时，天然气的探明工作将加速发展。因此，我国天然气的勘探潜力很大，在未来很长的一段时期内天然气的探明储量仍将大幅度增长。此外我国的煤层气资源也比较丰富，但尚处在起步阶段。可见，我国天然气工业进入到了快速发展的历史新阶段。

天然气如何在煤、石油两大传统燃料能源产业中占据优势地位，是决策者们非常紧迫的任务。产量是一个很重要的因素，它关系到企业是否达到规模经济，是否最优产量，是否效益最大。

寡头垄断是指一种产品只有少数几家厂商经销，而这几家厂商中任何一家的竞争行动，都会影响其他几家的生产量和利润。这里，我们把燃料市场看作一个整体，只考虑新兴的天然气产业与传统的煤产业两家寡头企业，二者的竞争行动必然影响对手的产量和利润。

一、能源产业寡头产量竞争的完全信息动态博弈Stackelberg模型

在这里，我们假设企业1（领头企业，leader）和企业2(尾随企业，follower)。这两个厂商中,企业1较强而企业2较弱,因此他们的产量决策是由较强的企业1先进行选择,较弱的企业2则根据企业1的产量选择自己的产量。由于这两个产量的选择不仅有先后之分且后选择的厂商在选择时知道前一个厂商的选择,因此这是一个动态博弈问题,而且是一个完全且完美信息的动态博弈。企业2在选择q2前观测到q1，它可以根据q1来选择q2，而企业1首先行动，它不能根据q2来选择q1，因此企业2的战略应该是从Q1Q2的函数，即R2:Q1Q2，Q1=[0，∞]是企业1的产量空间, Q2=[0，∞]是企业2的产量空间。而企业1的战略就是简单的选择q1。参数定义如下：

q1:先动者企业1决定的产量

q2:后动者企业2的产量，满足maxπ2(p1, p2)。

假定逆需求函数为p＝－k(q1+q2)=－kQ，其中, P为市场价格,为需求曲线在价格坐标上截距, k为需求曲线的斜率,且k > 0

两企业有不同的边际成本ci,i=1,2

则第i个企业的支付（利润）函数为πi(q1，q2）=（－kq1－kq2）qi－ciqi，i=1,2

二、模型求解

用逆向归纳法来求这个博弈的子博弈精炼纳什均衡。考虑给定企业1的产量q1,企业2的最优选择。企业2的问题是：

（1）

＝

最优化一阶条件得： （2）

企业1第一阶段 （3）

最优化一阶条件得

解得 ： （4）

带入R2(q1)得： （5）

这就是子博弈精炼纳什均衡结果（一般称为Stackelberg均衡结果）。注意，和均衡结果，而不是均衡本身，因为并不是任何给定的q1的最优选择，即不是第二阶段的所有子博弈的纳什均衡。这个Stackelberg模型的子博弈精炼纳什均衡是{q＊1，R2(q1）}

企业1 的产量不仅与自身的边际成本相关，而且与企业2的边际成本正相关。由式（4）得企业2的边际成本越高,则企业1的产量就越高,此外企业1 的产量与它自身的需求函数有关。同时企业2的产量与自己的边际成本负相关,即边际成本越高,则产量越低。而这恰恰与现实情况相符。在相同的产出水平下，变动成本越小,说明该企业对生产要素的利用程度越高。生产要素的利用程度又主要取决与其技术水平与生产的组织管理能力。总之,通过对寡头边际成本不相等条件下的产出情况进行研究,可以揭示出这样的事实:在燃料产业寡头垄断市场上,寡头通过考虑其他寡头的产量而确定自己的产量,并以利润最大化为目的进行产量竞争时,若想在竞争中取得优势,获得更多的产量, 必须提高自身的技术水平与生产组织管理能力,降低成本,使自己的变动成本更低,否则,提高产量将不能实现利润最大化。因此，天然气产业在燃料市场的产量竞争,实际上是天然气产业与煤、石油产业在技术实力与生产组织管理水平上的竞争。

三、模型缺陷

本文Stackelberg 模型中一个假设前提是边际成本为互不相同的常数,这样虽可使模型简化,但实际上,企业的总成本通常在产出的不同阶段有不同的变化特征,边际成本也就不为常数。边际成本应当揭示各寡头因规模、技术水平与生产条件不同所带来的在产量竞争结果上的差异,以及取得竞争优势的条件。因此，可以考虑对该模型进行非线性修正，将边际成本为常数改作边际成本为产量的二次函数,即认为边际成本随产量而变动,两者呈二次函数关系,得到的模型方程组将是非线性的。由于本人的水平有限，对于该问题没有能加深考虑，还需要进一步研究。

四、策略分析

我国由于煤炭资源十分丰富,又长期受到能源短缺的制约,因此,煤炭作为主要消费能源是不可避免的。但近年来,我国西部天然气储量呈大面积增长趋势,应当加大开拓天然气市场,加大利用天然气力度,逐步改善能源结构。

西部大开发的标志性项目――西气东输工程，一条长距离大口径的天然气管道，从新疆塔里木延伸到上海白鹤镇，成为横贯中国的能源传输大动脉。西气东输工程将使我国天然气在能源消费结构中的比重提高到8％左右，改变天然气在我国一次能源构成中的比重不到3％、而世界平均水平已达23.8％的落后局面。

在这样的市场前景下，燃料市场的天然气价格仍然偏高，对于天然气行业来说，提高自身的技术实力与生产组织管理水平，不断的降低生产成本，是竞争的需要，也是企业发展的需要。

五、结束语

本文分析了基于天然气这种新型能源的完全信息动态博弈Stackelberg模型，通过对寡头边际成本互不相同条件下的产出情况的分析,揭示了燃料市场上天然气与煤产业因技术实力与生产组织管理水平不同所带来的在产量竞争结果上的差异。通过对结论的分析，期待天然气作为保护环境和维持经济、社会的可持续发展的资源在激烈的燃料市场竞争中获得优势。

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