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)

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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，同時沒有形成透明的價格機(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格，造成了大企業(yè)和居民小用戶沒有用氣選擇權(quán)，同時由于缺乏競爭導(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，競價上網(wǎng)，政府(議會)定價”。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)電廠商的競價過程中的穩(wěn)定策略，得出發(fā)電廠商同時報(bào)高價和同時報(bào)低價為穩(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)高價和電力公司報(bào)低價為市場的唯一穩(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，管網(wǎng)所有者有可能抬高管輸費(fèi)用降低天然氣價格，在競爭中獲得優(yōu)勢，其天然氣價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。在零售市場中多個天然氣零售商競爭，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，建立了一個包含多個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格拍賣機(jī)制。供氣企業(yè)向需求方出價投標(biāo)，賣方中出價最低的將贏得標(biāo)的，前提是此價格低于需求方的意愿支付價格。

(一)假設(shè)條件

(1)完全信息：每個供氣企業(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：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中，居民用氣價格低于工業(yè)用戶用氣價格。

(4)每一個供氣企業(yè)只能為一個需求商提供天然氣。當(dāng)供氣企業(yè)能力約束放寬時這一假設(shè)可以調(diào)整，假如一個供應(yīng)商贏得不止一個標(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格，需求方將隨機(jī)地選擇他們中的一個。

(6)如果需求方獲得的所有標(biāo)的價格都高于它的意愿支付價格，這個需求方會從雙邊市場撤出，不會重新進(jìn)行第二輪出價，假設(shè)需求商此時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荆彋夂笥謱⑻烊粴獬鍪劢o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，省內(nèi)燃?xì)夤镜闹饕?yīng)對象是民用天然氣，大用戶的價格就是非居民用氣價，非居民用氣價格高于居民用氣價。

供氣企業(yè)成本矩陣：

表12005年—2012年工業(yè)和居民用氣價格和需求量

20052006200720082009201020112012工業(yè)用氣價格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的意愿支付價格是￥10(w(1)=10)，load2的意愿支付價格是￥12(w(2)=12)；一個需求方的支付價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格提供天然氣的供氣企業(yè)，這個備選供氣企業(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的意愿支付價格。結(jié)合供氣企業(yè)成本矩陣和需求方意愿支付價格建立增強(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，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需求方的投標(biāo)價格增進(jìn)收益。

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

(1) 納什競價策略在博弈中存在，在任何一個納什均衡中，Gen1供應(yīng)load1，Gen3供應(yīng)load2。這個結(jié)果是基于以下事實(shí)構(gòu)造的：定義一個“供氣企業(yè)—需求方”組合來自于一個“供氣企業(yè)—需求方”的完備集，這個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)果表明存在一個將供氣企業(yè)和一個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)在尋找需求方時遵循的原則是使整個市場成本最小化。

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)價為：

b(1,1)=c(1,1)+π(1)-ε=3-ε

ε代表最小投標(biāo)出價增量， 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)按照納什均衡價格出價，以防其他任何一個供氣企業(yè)按照偏離納什均衡點(diǎn)差價策略的情況，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。

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)價為：

b(3,1)=c(3,1)+π(3)=3.7+1.1=4.8

納什競價策略的結(jié)果可以被下面的拍賣出價矩陣表示：

根據(jù)矩陣B，可以確定這個出價矩陣是一個納什均衡，可以代表廠商的出價策略，沒有一個廠商可以通過單獨(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，在一個納什均衡中，廠商1對需求方2的出價可以是3到無窮大之間任意一個數(shù)，由于成功的競標(biāo)價格是固定的，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個需求方的意愿支付價格，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競標(biāo)成功的價格都不會超過相應(yīng)的需求方意愿支付價格。

增廣成本矩陣：

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

當(dāng)g=l,…,m,c(m+l,l)=ω(l)時， 記c(g,l)=t(g,l)。矩陣中∞表示一個需求方不會參與對另一個需求方的投標(biāo)競價(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個供氣企業(yè)

CC*:組合的總成本

(1)

(2)

2.納什競價策略的運(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對每個需求方均按成本出價。

(四)納什組合的充分必要條件

1.必要條件

(7)

這個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)價格達(dá)成了在市場上最小成本的分配，這個結(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)價格是￥2.99，供氣企業(yè)3供應(yīng)需求方2的投標(biāo)價格為￥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

為了滿足這個約束條件，對需求商l競標(biāo)成功的價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)

一個競標(biāo)成功的納什投標(biāo)價格不應(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就是一個納什組合，并且與它一致的納什競價策略是用前文運(yùn)算法則計(jì)算出來的策略。

這個條件進(jìn)一步確保納什均衡價格總能被找到。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，對于需求方1，供氣企業(yè)1的報(bào)價低于其他任何報(bào)價，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)價格，在原來價格的基礎(chǔ)上增加ε，它的投標(biāo)價格將與供氣企業(yè)2對需求方1的投標(biāo)價格相等，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)直接議價交易，省去中間環(huán)節(jié)費(fèi)用。

〔1〕 黃芬平.電力體制改革的國際經(jīng)驗(yàn)及啟示[J].湖南水利水電,2007(1):74-76.

〔2〕 鄒彥余.穩(wěn)妥實(shí)行廠網(wǎng)分開，積極推進(jìn)電力市場改革[J].電力技術(shù)經(jīng)濟(jì),1999(2):27-30.

〔3〕 宋小松，張建華，劉宗歧.中國電力市場改革模式探析[J].中國電力教育,2007(z1):245-247.

〔4〕GUANXH，HOYC，PEPYNCDL．Gamingandpricespikesinelectricpowermarkets[J]．IEEE Tarns on Power Systerms,2001,16(3):402-408．

〔5〕SONGHL，LIUCC，JACQUESLAWARREE．Nashequilibriumbidingstrateqiesinabilateralelectricitymarket[J].IEEE Trans on Power Systems,2002，17(1):73-79．

〔6〕 方德斌，王先甲，張玉新，等.完全開放的雙邊電力市場中供需雙方叫價拍賣的貝葉斯博弈模型[J].電網(wǎng)技術(shù),2003(12):6-10.

〔7〕 吳寧，祖博，吳軍基．演化博弈論在發(fā)電側(cè)電力市場競價中的應(yīng)用[J]．華東電力,2006(3):35-38．

〔8〕 黃仙，王占華.基于演化博弈的發(fā)電商競價策略仿真分析[J].現(xiàn)代電力,2008(3):91-94.

〔9〕 曾葉麗,董秀成.基于供應(yīng)鏈理論構(gòu)建天然氣市場結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型[J].天然氣工業(yè),2006(12)：10-18.

〔10〕 楊俊，郝成磊，黃守軍.單邊開放天然氣市場機(jī)制設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性分析[J].華東經(jīng)濟(jì)管理,2015(10):93-100.

(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)出版時間：2016-06-2015：30