可再生能源配額制、發(fā)電廠商的策略行為與演化

趙新剛 ，任領(lǐng)志 ，萬(wàn) 冠

(1.華北電力大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，北京 102206; 2.新能源電力與低碳發(fā)展研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206)

1 引言

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型與結(jié)構(gòu)調(diào)整已進(jìn)入一個(gè)關(guān)鍵期，推動(dòng)能源生產(chǎn)與消費(fèi)革命成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重大戰(zhàn)略部署。因此，科學(xué)進(jìn)行相關(guān)制度的頂層設(shè)計(jì)，成為我國(guó)實(shí)現(xiàn)能源革命的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。2017年2月6日，國(guó)家發(fā)展改革委等三部委聯(lián)合發(fā)布通知指出：我國(guó)將于2017年7月1日起，正式開(kāi)展綠色電力證書(shū)(簡(jiǎn)稱綠色證書(shū))的認(rèn)購(gòu)工作并將從2018年起，適時(shí)啟動(dòng)可再生能源電力配額考核和強(qiáng)制綠色證書(shū)交易。由此表明，我國(guó)施行可再生能源配額制(簡(jiǎn)稱配額制)邁出了具有里程碑意義的一步。

配額制是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)以法律形式對(duì)可再生能源發(fā)電的市場(chǎng)份額(即配額)做出的強(qiáng)制性規(guī)定，要求在其所生產(chǎn)、輸配或消費(fèi)的電力中，必須包含最低比例的可再生能源電力，并規(guī)定了有效的可再生能源發(fā)電組合(如風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電和生物質(zhì)發(fā)電等，簡(jiǎn)稱綠電)[1-2]。配額制的施行，需要與之互補(bǔ)的制度即綠色證書(shū)交易制度。綠色證書(shū)是一種可交易的、能兌現(xiàn)為貨幣的憑證，代表著一定數(shù)量的可再生能源發(fā)電量[3]，其持有者可與配額義務(wù)承擔(dān)者交易并獲得收益[4-5]。

目前，有關(guān)學(xué)者就配額制所進(jìn)行的研究主要涉及三個(gè)方面：首先是，配額制對(duì)一國(guó)能源結(jié)構(gòu)和社會(huì)福利水平的影響。相關(guān)研究表明配額制的施行不僅能有效激勵(lì)綠電廠商提高投資水平，而且有助于提升其技術(shù)進(jìn)步水平。如Unger和Ahlgren[6]和Jensen和Skytte[7]的研究表明配額制對(duì)綠電廠商的投資水平有顯著激勵(lì)效果；Río和Gual[8]和Berry和Jaccard[9]的研究表明配額制有助于促進(jìn)綠電廠商的競(jìng)爭(zhēng)并激勵(lì)其進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新以降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，配額制有利于提高一國(guó)綠電產(chǎn)出水平從而優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)。如Wiser等[10]認(rèn)為配額制能夠以較低的社會(huì)成本和政府行政管理成本實(shí)現(xiàn)可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)；Marchenko[11]認(rèn)為配額制有助于綠電廠商通過(guò)出售綠色證書(shū)增加收益從而提高其綠電產(chǎn)量；趙新剛等[12]的研究表明配額制能有效促進(jìn)綠電產(chǎn)出水平并優(yōu)化一國(guó)電源結(jié)構(gòu)。而對(duì)社會(huì)福利水平的影響，Tamás等[13]認(rèn)為較之固定電價(jià)政策，雖然配額制使火電廠商發(fā)電量下降，但有助于提高社會(huì)福利水平。其次是，配額制對(duì)發(fā)電廠商策略行為的影響。具體表現(xiàn)為，一方面是政府設(shè)計(jì)的制度準(zhǔn)參數(shù)和規(guī)則約束成功引導(dǎo)廠商進(jìn)行綠色證書(shū)交易；另一方面是廠商拒絕綠色證書(shū)交易而接受懲罰。其中，Espey[14]指出，未完成法定配額義務(wù)的廠商可通過(guò)投資建廠生產(chǎn)綠電以獲得綠色證書(shū)，也可直接購(gòu)買綠色證書(shū)；Marchenko[11]和任東明[15]的研究提出未完成法定配額義務(wù)的廠商應(yīng)受到處罰，罰金為綠色證書(shū)價(jià)格上限。最后是，配額制對(duì)電力市場(chǎng)價(jià)格的影響。施行配額制后，發(fā)電廠商的經(jīng)濟(jì)行為會(huì)引致一國(guó)電價(jià)和綠色證書(shū)價(jià)格的波動(dòng)。其中，Barbose等[16]認(rèn)為配額制能有效降低電力市場(chǎng)的批發(fā)價(jià)格；Unger和Ahlgren[6]認(rèn)為配額制雖能有效降低電力市場(chǎng)的批發(fā)價(jià)格，但對(duì)零售電價(jià)的影響具有不確定性；而Fischer[17]、Tanaka和Chen[18]以及Sun Yanming[19]的研究表明，當(dāng)市場(chǎng)均衡時(shí)，配額與電價(jià)和綠色證書(shū)價(jià)格正相關(guān)，且綠色證書(shū)價(jià)格隨配額的變動(dòng)呈邊際遞減趨勢(shì)。

綜觀當(dāng)前相關(guān)學(xué)者針對(duì)配額制所進(jìn)行的研究，尚未就配額制涉及的制度準(zhǔn)參數(shù)設(shè)計(jì)和規(guī)則約束如何影響發(fā)電廠商的策略行為以及發(fā)電廠商的策略行為又如何影響配額制的實(shí)施與演進(jìn)這一關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題進(jìn)行深入系統(tǒng)分析。因此，本文在構(gòu)建配額制與發(fā)電廠商策略行為演化博弈模型基礎(chǔ)上，分析了二者的共生演化及配額制的相關(guān)制度準(zhǔn)參數(shù)和規(guī)則約束對(duì)發(fā)電廠商策略行為的影響，以便為我國(guó)科學(xué)實(shí)施配額制提供相關(guān)對(duì)策建議。

2 配額制與發(fā)電廠商策略行為的演化機(jī)理

作為現(xiàn)代市場(chǎng)秩序的核心，制度是賦予群體成員的社會(huì)交往以穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的法律、非正式規(guī)則和習(xí)俗。制度具有建構(gòu)性與演進(jìn)性，本質(zhì)上，配額制是政府通過(guò)法令建立起來(lái)的一項(xiàng)規(guī)則，這一規(guī)則要成為制度，需要規(guī)則的認(rèn)知內(nèi)容和協(xié)調(diào)內(nèi)容成為發(fā)電廠商的共同信念。

配額制的施行，需要與之互補(bǔ)的制度即綠色證書(shū)交易制度。綠色證書(shū)交易制度的實(shí)施載體是綠色證書(shū)市場(chǎng)。綠色證書(shū)市場(chǎng)運(yùn)行機(jī)制為，政府設(shè)計(jì)配額制相關(guān)的制度準(zhǔn)參數(shù)和規(guī)則約束(包括基準(zhǔn)配額比例、綠色證書(shū)的基準(zhǔn)價(jià)格、懲罰機(jī)制和監(jiān)督機(jī)制等)以激勵(lì)和引導(dǎo)發(fā)電廠商交易綠色證書(shū)。通常情況，綠色證書(shū)具有有效期且發(fā)電廠商裝機(jī)容量的變化具有時(shí)滯性，因此，綠色證書(shū)價(jià)格決定于短期的市場(chǎng)供求關(guān)系。短期中，市場(chǎng)需求由為完成政府規(guī)定配額義務(wù)的火電廠商形成，市場(chǎng)供給由生產(chǎn)綠電的綠電廠商形成；需求與供給決定了綠色證書(shū)市場(chǎng)的均衡價(jià)格。

長(zhǎng)期中，發(fā)電廠商會(huì)基于利潤(rùn)最大化目標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)整其策略行為，政府會(huì)依據(jù)可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的中長(zhǎng)期目標(biāo)并依據(jù)發(fā)電廠商的策略行為動(dòng)態(tài)調(diào)整配額和單位罰金額度，以激勵(lì)發(fā)電廠商提高綠電投資水平并誘導(dǎo)其進(jìn)行綠色證書(shū)交易。因此，配額制成功的必要條件是，有足夠數(shù)量的發(fā)電廠商相信其他廠商會(huì)遵守這項(xiàng)規(guī)則，并且在給定其他廠商遵守規(guī)則的情況下自己也遵守規(guī)則更為有利；否則，就沒(méi)有廠商會(huì)堅(jiān)持這一規(guī)則，配額制也就無(wú)法成為對(duì)發(fā)電廠商的策略行為形成有效激勵(lì)、引導(dǎo)和約束的制度。

配額制成功的關(guān)鍵在于，政府有能力強(qiáng)制實(shí)施其宣布的相關(guān)規(guī)則，且其施行能夠使足夠多的廠商相信“其他人會(huì)遵守這個(gè)規(guī)則，并且當(dāng)別人遵守時(shí)我自己最好不要背離規(guī)則”，由此使政府宣布的規(guī)則成為所有廠商的共同信念。因此，作為制度供給者的政府，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)制度目標(biāo)與經(jīng)濟(jì)行為人目標(biāo)的契合，并由此使其成為所有經(jīng)濟(jì)行為人的共同信念從而實(shí)現(xiàn)制度的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。作為經(jīng)濟(jì)行為人的發(fā)電廠商會(huì)在配額制決定的策略可行空間中選擇最有利于自身的行為，這一策略行為會(huì)反過(guò)來(lái)影響配額制的演進(jìn)是在長(zhǎng)期中趨于穩(wěn)定還是動(dòng)態(tài)調(diào)整。就發(fā)電廠商而言，配額制決定了作為參與人的綠電廠商和火電廠商的策略可行空間(交易或不交易綠色證書(shū))。如果選擇交易綠色證書(shū)能夠?qū)崿F(xiàn)其利潤(rùn)最大化目標(biāo)，則交易綠色證書(shū)成為廠商的策略均衡，如果所有廠商都遵守交易綠色證書(shū)這個(gè)規(guī)則，則配額制就成為所有廠商的共同信念，此時(shí)，配額制得以強(qiáng)化從而成為一種有效的制度；如果選擇不交易綠色證書(shū)而接受懲罰能夠?qū)崿F(xiàn)其利潤(rùn)最大化目標(biāo)，則不交易綠色證書(shū)成為參與人的策略均衡，此時(shí)，綠色證書(shū)市場(chǎng)失靈，配額制失敗。

在配額制的實(shí)施過(guò)程中，發(fā)電廠商的策略行為具有多樣性和復(fù)雜性，其策略均衡的動(dòng)態(tài)演化既有選擇過(guò)程也有突變過(guò)程，且策略行為具有一定的慣性。對(duì)發(fā)電廠商而言，不僅存在著綠電廠商個(gè)體之間與火電廠商個(gè)體之間的競(jìng)爭(zhēng)，而且也存在著綠電廠商組群與火電廠商組群之間的競(jìng)爭(zhēng)，由此導(dǎo)致配額制在多個(gè)層面的競(jìng)爭(zhēng)中演化。在強(qiáng)制性配額約束下，有限理性的綠電廠商個(gè)體與火電廠商個(gè)體，會(huì)基于利潤(rùn)最大化原則，依據(jù)政府設(shè)計(jì)的制度準(zhǔn)參數(shù)選擇交易或不交易綠色證書(shū)。無(wú)論是否交易綠色證書(shū)，一方面，能夠獲得較高支付的策略在以后將被更多參與者采用，此即廠商策略行為的選擇(Selection)；另一方面，部分廠商個(gè)體可能會(huì)以隨機(jī)的方式選擇不同于群體的策略(可能獲得較高支付，也可能獲得較低支付)，此即廠商策略行為的突變(Mutation)。也就是說(shuō)，發(fā)電廠商會(huì)依據(jù)政府設(shè)計(jì)的制度準(zhǔn)參數(shù)和規(guī)則約束，通過(guò)不斷地試錯(cuò)、學(xué)習(xí)與模仿，實(shí)現(xiàn)單個(gè)發(fā)電廠商策略行為的適應(yīng)。適應(yīng)一旦實(shí)現(xiàn)，則發(fā)電廠商的策略行為表現(xiàn)為一定的慣性。最終，采納某一策略行為規(guī)則的發(fā)電廠商生存下來(lái)，而不采納這一行為規(guī)則的發(fā)電廠商失敗。

演化博弈論(Evolutionary game theory)將群體行為的調(diào)整過(guò)程看作為一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。其不僅單獨(dú)刻畫(huà)了每個(gè)個(gè)體的行為及其與群體之間的關(guān)系，而且將從個(gè)體行為到群體行為的形成機(jī)制以及其中涉及到的各種因素都納入到了模型中，從而構(gòu)成了一個(gè)具微觀基礎(chǔ)的宏觀模型。例如，焦建玲等[20]和胡黎明和趙瑞霞[21]基于演化博弈論研究了政府行為和企業(yè)行為的演化博弈均衡問(wèn)題。演化博弈論不僅能科學(xué)刻畫(huà)行為主體的多樣性和復(fù)雜性，而且為宏觀調(diào)控群體行為提供了理論依據(jù)，有助于分析配額制與發(fā)電廠商策略行為的共生演化。因此，分析配額制對(duì)發(fā)電廠商策略行為影響的基本邏輯是，基于配額制的建構(gòu)性與演進(jìn)性，考慮配額制與發(fā)電廠商策略行為的共生與演化，將設(shè)定的交易綠色證書(shū)作為博弈均衡結(jié)果，然后解析實(shí)現(xiàn)這一博弈均衡的條件(即配額制的相關(guān)制度準(zhǔn)參數(shù)和規(guī)則約束)。具體為，視發(fā)電廠商為程序化地選擇某一策略行為(交易或不交易綠色證書(shū))的參與人，其對(duì)某種成功的行為規(guī)則和策略行為(交易綠色證書(shū))的認(rèn)識(shí)是在演化過(guò)程中得到不斷修正與改進(jìn)的，成功的策略被模仿，發(fā)電廠商實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化目標(biāo)，進(jìn)而將交易綠色證書(shū)作為行動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)且形成行為慣性，從而實(shí)現(xiàn)交易綠色證書(shū)這一博弈均衡。

3 配額制與發(fā)電廠商策略行為的演化博弈模型

3.1 綠色證書(shū)市場(chǎng)

在綠色證書(shū)市場(chǎng)中，政府是綠色證書(shū)市場(chǎng)規(guī)則的制定者，火電廠商和綠電廠商分別是綠色證書(shū)市場(chǎng)的需求者和供給者，綠色證書(shū)的均衡價(jià)格P由市場(chǎng)供求關(guān)系決定，具體如圖1所示。其中，需求曲線由政府規(guī)定的配額Q決定，是一完全缺乏彈性的垂線。供給曲線為綠色證書(shū)的邊際成本曲線SMCC，且綠色證書(shū)的邊際成本SMCC等于綠電廠商的邊際成本SMC減去終端銷售電價(jià)Pe。為提高綠色證書(shū)市場(chǎng)的有效性，政府通常會(huì)設(shè)定證書(shū)的價(jià)格上限PMax和價(jià)格下限PMin，并制定單位罰金f。當(dāng)火電廠商未完成配額義務(wù)時(shí)，須為未完成的配額部分支付罰金，單位罰金f通常為綠色證書(shū)的價(jià)格上限PMax。當(dāng)需求大于供給時(shí)，綠色證書(shū)的需求曲線是一價(jià)格為f的水平線；當(dāng)供給大于需求時(shí)，綠色證書(shū)的需求曲線是一價(jià)格為PMin的水平線。此時(shí)，綠色證書(shū)的需求曲線表現(xiàn)為一折線D。

圖1 綠色證書(shū)市場(chǎng)的供求曲線

3.2 問(wèn)題描述與參數(shù)定義

(1)問(wèn)題描述

短期中，火電廠商的策略行為為購(gòu)買或不購(gòu)買綠色證書(shū)(即接受懲罰)，綠電廠商的策略行為為出售或不出售綠色證書(shū)。在綠色證書(shū)市場(chǎng)中，火電廠商和綠電廠商在配額制相關(guān)的制度準(zhǔn)參數(shù)和規(guī)則約束下選擇策略行為，且其策略行為依賴于綠色證書(shū)市場(chǎng)的交易成本[22]。交易成本的分?jǐn)傇瓌t為，若交易成功，交易成本由雙方按一定比例進(jìn)行分?jǐn)?；若交易失敗，即火電廠商或綠電廠商至少一方選擇不交易，此時(shí)，選擇交易的一方承擔(dān)交易成本的凈損失，而選擇不交易的一方交易成本為零。據(jù)此，做如下假設(shè)：

假設(shè)1：火電廠商和綠電廠商均為有限理性。

假設(shè)2：火電廠商和綠電廠商均選擇交易綠色證書(shū)時(shí)，雙方均攤交易成本，成本分?jǐn)傁禂?shù)為50%。

假設(shè)3：綠色證書(shū)不能儲(chǔ)存，不存在投機(jī)現(xiàn)象，價(jià)格僅由真實(shí)的經(jīng)濟(jì)成本決定。

假設(shè)4：上網(wǎng)電價(jià)等于火電廠商邊際成本，故銷售綠色證書(shū)的平均收益=綠色證書(shū)價(jià)格-綠電與火電廠商的邊際成本差額-分?jǐn)偟钠骄灰壮杀尽?/p>

(2)參數(shù)定義

模型涉及的主要參數(shù)及含義如表1所示。

表1 參數(shù)及含義

3.3 模型構(gòu)建

為不失一般性，在此設(shè)綠色證書(shū)反供給函數(shù)為線性函數(shù)，且P=mQ+n。綠色證書(shū)需求函數(shù)為垂直于數(shù)量軸的直線，且Q=?·Q0。在綠色證書(shū)交易中，火電廠商和綠電廠商策略行為博弈的支付矩陣如表2所示。

表2 支付矩陣

其中，π和Π分別表示火電廠商和綠電廠商進(jìn)行綠色證書(shū)交易的收益?；趩?wèn)題描述及參數(shù)定義，火電廠商和綠電廠商的策略行為選擇及其支付分別為：

(1)火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)，綠電廠商出售綠色證書(shū)，交易成功。此時(shí)，火電廠商的收益為購(gòu)買綠色證書(shū)成本與分?jǐn)偟慕灰壮杀局?，綠電廠商的收益為出售綠色證書(shū)的收益減去發(fā)電廠商的邊際成本差額，再減去分?jǐn)偟慕灰壮杀尽?/p>

(2)火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)，綠電廠商不出售綠色證書(shū)，交易失敗。此時(shí)，火電廠商的收益等于罰金與分?jǐn)偟慕灰壮杀局?，綠電廠商的收益為零。

(3)火電廠商不購(gòu)買綠色證書(shū)，綠電廠商出售綠色證書(shū)，交易失敗。此時(shí)，火電廠商的收益等于罰金，綠電廠商的收益為分?jǐn)偟慕灰壮杀尽?/p>

(4)火電廠商不購(gòu)買綠色證書(shū)，綠電廠商不出售綠色證書(shū)，交易失敗。此時(shí)，火電廠商的收益等于罰金，綠電廠商的收益為零。

據(jù)此，可得火電廠商和綠電廠商在四種策略行為組合下的支付方程為：

{π1,Π1}={-(m?Q0+n)qij-cTGCqij/2,(m?Q0+n)qij-Δcqij-cTGCqij/2}

(1)

{π2,Π2}={-fqij-cTGCqij/2,0}

(2)

{π3,Π3}={-fqij,-cTGCqij/2}

(3)

{π4,Π4}={-fqij,0}

(4)

令x為火電廠商選擇購(gòu)買綠色證書(shū)的概率，y為綠電廠商選擇出售綠色證書(shū)的概率，則火電廠商和綠電廠商的博弈群體復(fù)制者動(dòng)態(tài)方程為：

(5)

(6)

其中：Uthbuy表示火電廠商的預(yù)期收益，Uth表示火電廠商的平均收益；Uresell表示綠電廠商的預(yù)期收益，Ure表示綠電廠商的平均收益。

當(dāng)且僅當(dāng)復(fù)制者動(dòng)態(tài)方程等于0即學(xué)習(xí)速度為0時(shí)，博弈達(dá)到局部均衡狀態(tài)。計(jì)算可得，該動(dòng)態(tài)復(fù)制系統(tǒng)的4個(gè)局部均衡點(diǎn)依次為E1(0，0)、E2(0，1)、E3(1，0)和E4(1，1)。當(dāng)Π1>Π2和π1>π3時(shí)，可得第5個(gè)局部均衡點(diǎn)E5(x5，y5)。其中：

(7)

復(fù)制者動(dòng)態(tài)方程(5)和(6)的雅可比矩陣為：

(8)

依據(jù)復(fù)制者動(dòng)態(tài)方程雅可比矩陣的行列式det(J)和跡tr(J)，可判斷局部均衡點(diǎn)的類型。其中，當(dāng)det(J)>0，tr(J)<0時(shí)，均衡點(diǎn)為演化穩(wěn)定策略(ESS)；當(dāng)det(J)>0，tr(J)>0時(shí)，均衡點(diǎn)為不穩(wěn)定點(diǎn)；當(dāng)det(J)<0時(shí)，均衡點(diǎn)為鞍點(diǎn)[23]。

4 發(fā)電廠商策略行為的動(dòng)態(tài)演化

4.1 動(dòng)態(tài)演化過(guò)程

將火電廠商和綠電廠商策略行為演化博弈的5個(gè)局部均衡點(diǎn)依次代入雅可比矩陣(8)，可得其行列式與跡。具體如表3所示。

表3局部均衡點(diǎn)的雅克比矩陣行列式與跡

由公式(1)-(4)可知Π3<Π4且π2<π4，因此，5個(gè)局部均衡點(diǎn)的類型決定于Π1-Π2和π1-π3即p-(Δc+cTGC/2)與(f-cTGC/2)-p的符號(hào)。具體分析如下：

(1)情形1：當(dāng)Π1<Π2和π1<π3即f-cTGC/2

表4 情形1的局部穩(wěn)定性

(2)情形2：當(dāng)Π1<Π2和π1>π3即p

表5 情形2的局部穩(wěn)定性

(3)情形3：當(dāng)Π1>Π2和π1<π3即p>max{Δc+cTGC/2,f-cTGC/2}時(shí)，局部均衡點(diǎn)的類型如表6所示，廠商策略行為的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程如圖2(c)所示。此時(shí)，廠商策略行為的演化博弈均衡為{不購(gòu)買綠色證書(shū)，不出售綠色證書(shū)}。

表6 情形3的局部穩(wěn)定性

(4)情形4：當(dāng)Π1>Π2和π1>π3即Δc+cTGC/2

表7 情形4的局部穩(wěn)定性

4.2 均衡分析

情形1-3下，廠商策略行為的博弈均衡為{不購(gòu)買綠色證書(shū)，不出售綠色證書(shū)}。此時(shí)，配額制因廠商最終選擇不交易綠色證書(shū)而失敗。情形4下，如圖2(d)所示，若廠商初始狀態(tài)位于區(qū)域E1E3E5E2內(nèi)，則廠商策略行為的動(dòng)態(tài)演化將收斂于E1(0，0)，其博弈均衡依然為{不購(gòu)買綠色證書(shū)，不出售綠色證書(shū)}，此時(shí)，配額制因廠商選擇不交易綠色證書(shū)而失??；若廠商初始狀態(tài)位于區(qū)域E4E3E5E2內(nèi)，則廠商策略行為的動(dòng)態(tài)演化將收斂于E4(1，1)，其博弈均衡為{購(gòu)買綠色證書(shū)，出售綠色證書(shū)}，此時(shí)，交易綠色證書(shū)成為廠商的共同信念，配額制在與廠商策略行為的共生演化中得以強(qiáng)化，最終成為一種有效的制度。因此，為使交易綠色證書(shū)成為廠商的共同信念，政府必須科學(xué)設(shè)計(jì)配額制的相關(guān)制度準(zhǔn)參數(shù)以有效規(guī)避情形1-3。據(jù)此，配額制的相關(guān)制度準(zhǔn)參數(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足于條件：

圖2 發(fā)電廠商策略行為的演化路徑

在圖2(d)中，區(qū)域E1E3E5E2和E4E3E5E2的面積之和為1。在此，設(shè)區(qū)域E1E3E5E2的面積為S，則廠商策略行為的動(dòng)態(tài)演化收斂于E4(1，1)的概率可表示為1-S。S越小(即相應(yīng)的1-S越大)，廠商策略行為博弈均衡為{購(gòu)買綠色證書(shū)，出售綠色證書(shū)}的概率越大，則配額制成功的可能性越大。因此，面積S大小的影響因子即為影響配額制成功與否的關(guān)鍵因子，其表達(dá)式為：

(9)

由式(9)可知，為外生變量，因此，面積S主要決定于配額制的相關(guān)制度準(zhǔn)參數(shù)如配額?和單位罰金f，以及影響廠商策略行為演化博弈的因子如發(fā)電廠商的邊際成本差額Δc和綠色證書(shū)的平均交易成本cTGC。其中，配額?是由政府規(guī)定且為影響配額制有效性的關(guān)鍵制度準(zhǔn)參數(shù)。政府通常會(huì)先設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)配額?0，并根據(jù)可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)動(dòng)態(tài)調(diào)整配額?。據(jù)此，對(duì)?求導(dǎo)可得S與?間的關(guān)系。具體如表8所示。

表8 參數(shù)分析

當(dāng)S取最小值Smin=cTGC/(f-Δc)時(shí)，廠商策略行為博弈均衡為{購(gòu)買綠色證書(shū)，出售綠色證書(shū)}的概率最大，綠色證書(shū)市場(chǎng)最為有效，配額制這一強(qiáng)制性制度變遷成功的概率最大。此時(shí)，配額滿足?=[(f+Δc)/2-n]/mQ0，且政府設(shè)定的基準(zhǔn)配額?0應(yīng)為?0=[(f0+Δc0)/2-n]/mQ0，其取決于基準(zhǔn)單位罰金f0和基期(T=0)發(fā)電廠商的邊際成本差額Δc0。當(dāng)基準(zhǔn)配額?0確定時(shí)，為實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)出清，綠色證書(shū)的基準(zhǔn)價(jià)格P0(Benchmark price)應(yīng)設(shè)定為：

P0=(Δc0+f0)/2

(10)

據(jù)此，可將S簡(jiǎn)化為一個(gè)關(guān)于單位罰金f、發(fā)電廠商的邊際成本差額Δc以及綠色證書(shū)平均交易成本cTGC的多元函數(shù)，求導(dǎo)可得S與變量f、Δc和cTGC間的關(guān)系。如表9所示。

表9 參數(shù)分析

由表9可知，S與f負(fù)相關(guān)，與Δc、cTGC正相關(guān)。當(dāng)f越大以及Δc和cTGC越小時(shí)，S越小，此時(shí)，{購(gòu)買綠色證書(shū)，出售綠色證書(shū)}成為發(fā)電廠商策略行為演化博弈均衡的概率越大。因此，較高的單位罰金f、較低的發(fā)電廠商邊際成本差額Δc和較低的綠色證書(shū)平均交易成本cTGC更有助于使交易綠色證書(shū)成為廠商的共同信念。

5 算例

5.1 數(shù)據(jù)選取與參數(shù)設(shè)定

2016年，中國(guó)的總發(fā)電量為6.0544×109MWh，其中，綠電占比為6.14%(不計(jì)水電)。各發(fā)電技術(shù)的年發(fā)電量及上網(wǎng)電價(jià)(均價(jià))如表10所示。據(jù)國(guó)網(wǎng)能源研究報(bào)告(2016)，火電廠商長(zhǎng)期平均成本為270元/MWh，綠電廠商長(zhǎng)期平均成本為504元/MWh，長(zhǎng)期平均成本差額為234元/MWh。由文獻(xiàn)[24]和[25]可知，綠色證書(shū)供給彈性為0.8，綠色證書(shū)平均交易成本和單位罰金分別為綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格的10%和1.5倍，即cTGC=0.1P0，f=1.5P0。據(jù)此并參考文獻(xiàn)[12]，設(shè)定演化博弈模型各相關(guān)參數(shù)的基準(zhǔn)值。具體如表11所示。

表10 2016年中國(guó)電力構(gòu)成

表11 基準(zhǔn)參數(shù)設(shè)定

由于火電廠商和綠電廠商選擇交易綠色證書(shū)的初始概率(x0和y0)與廠商的理性程度、心理預(yù)期及其他隨機(jī)因素相關(guān)，因此，在模擬分析廠商策略行為演化博弈的動(dòng)態(tài)演化時(shí)，為不失一般性，做如下設(shè)定：

5.2 發(fā)電廠商策略行為的動(dòng)態(tài)演化

在前文參數(shù)設(shè)定基礎(chǔ)上，運(yùn)用MATLAB軟件對(duì)發(fā)電廠商策略行為博弈的動(dòng)態(tài)演化進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖3所示。圖3中，橫軸為廠商策略行為博弈的動(dòng)態(tài)演化時(shí)間t，豎軸為廠商交易綠色證書(shū)的概率x和y。其中，圖3(a)刻畫(huà)了初始狀態(tài)在區(qū)域E1E3E5E2內(nèi)時(shí)，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)的概率和綠電廠商出售綠色證書(shū)的概率的變化軌跡；該情形下，二者的概率均趨于0，此時(shí)，廠商策略行為博弈的均衡為{不購(gòu)買綠色證書(shū)，不出售綠色證書(shū)}，綠色證書(shū)市場(chǎng)失靈。圖3(b) 刻畫(huà)了初始狀態(tài)在區(qū)域E4E3E5E2內(nèi)時(shí)，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)的概率和綠電廠商出售綠色證書(shū)的概率的變化軌跡；該情形下，二者的概率均趨于1，此時(shí)，廠商策略行為博弈的均衡為{購(gòu)買綠色證書(shū)，出售綠色證書(shū)}，交易綠色證書(shū)成為發(fā)電廠商的共同信念，綠色證書(shū)市場(chǎng)有效。

5.3 敏感性分析

由圖2(d)和圖3可知，當(dāng)且僅當(dāng)廠商初始狀態(tài)位于區(qū)域E4E3E5E2內(nèi)時(shí)，交易綠色證書(shū)才能成為廠商的共同信念，綠色證書(shū)市場(chǎng)才能成為有效市場(chǎng)。因此，研究區(qū)域E4E3E5E2內(nèi)影響廠商策略行為演化博弈結(jié)果的關(guān)鍵參數(shù)及其敏感性就成為配額制相關(guān)制度準(zhǔn)參數(shù)設(shè)計(jì)的科學(xué)依據(jù)。

圖3 發(fā)電廠商策略行為博弈的動(dòng)態(tài)演化

由前文可知，影響廠商策略行為博弈的關(guān)鍵參數(shù)為配額?、單位罰金f、綠色證書(shū)平均交易成本cTGC和發(fā)電廠商邊際成本差額Δc。以表11所設(shè)定的參數(shù)基準(zhǔn)值為基準(zhǔn)情景，在其他參數(shù)不變的情境下，依次令上述4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)變動(dòng)±10%從而形成四組情景組合，并據(jù)此分析廠商策略行為的博弈均衡及其敏感性。其中，低情景的參數(shù)設(shè)定為基準(zhǔn)參數(shù)變動(dòng)-10%，高情景的參數(shù)設(shè)定為基準(zhǔn)參數(shù)變動(dòng)+10%。下文關(guān)于4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的低情景和高情景的敏感性分析，均建立在與基準(zhǔn)情景(如圖3(b))的比較分析基礎(chǔ)上。具體結(jié)果如圖4～圖7所示。

(1)配額

低情景下(如圖4(a))，廠商策略行為演化實(shí)現(xiàn)均衡所需時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)配額?降低時(shí)，綠色證書(shū)需求下降，導(dǎo)致綠色證書(shū)價(jià)格下降。因此，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)意愿增強(qiáng)，其交易策略調(diào)整速率增加，在圖4(a)中表現(xiàn)為曲線x更陡峭，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率增加；而綠電廠商出售綠色證書(shū)意愿減弱，其交易策略調(diào)整速率降低，在圖4(a)中表現(xiàn)為曲線y較為平緩，綠電廠商出售綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率降低。此時(shí)，由于綠電廠商參與綠色證書(shū)交易的意愿降低，導(dǎo)致交易綠色證書(shū)成為廠商共同信念的時(shí)間延遲。在圖4(a)中，由設(shè)定②可知，在低配額情景下，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率增加，綠電廠商出售綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率降低，故在圖4(a)中表現(xiàn)為曲線x和y在達(dá)到穩(wěn)態(tài)前的某一時(shí)刻相交。交點(diǎn)之前火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)的概率小于綠電廠商出售綠色證書(shū)的概率，交點(diǎn)之后則反之。

高情景下(如圖4(b))，廠商策略行為演化實(shí)現(xiàn)均衡所需時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)配額?提高時(shí)，綠色證書(shū)需求增加，綠色證書(shū)價(jià)格上升。因此，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)意愿減弱，其交易策略調(diào)整速率降低，在圖4(b)中表現(xiàn)為曲線x較平緩，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率降低；而綠電廠商出售綠色證書(shū)意愿增強(qiáng)，其交易策略調(diào)整速率加快，在圖4(b)中表現(xiàn)為曲線y更為陡峭，綠電廠商出售綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率增加。此時(shí)，火電廠商參與綠色證書(shū)交易的意愿降低，導(dǎo)致交易綠色證書(shū)成為廠商共同信念的時(shí)間延遲。

因此，較之基準(zhǔn)配額?0，配額?設(shè)定過(guò)高或過(guò)低均不利于交易綠色證書(shū)這一廠商共同信念的形成，也不利于配額制的成功施行。

圖4(a) 較低配額

圖4(b) 較高配額

(2)單位罰金

低情景下(如圖5(a))，廠商策略行為演化實(shí)現(xiàn)均衡所需時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)單位罰金降低時(shí)，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)意愿減弱，接受處罰意愿增強(qiáng)，交易策略調(diào)整速率降低；受此影響，綠電廠商交易策略的調(diào)整速率降低，但存在時(shí)滯(由式6可知)。在圖5(a)中表現(xiàn)為曲線x和y均較為平緩，廠商購(gòu)買綠色證書(shū)和出售綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率均較低。此時(shí)，火電廠商和綠電廠商參與綠色證書(shū)交易的意愿均降低，交易綠色證書(shū)成為廠商共同信念的時(shí)間延遲。

高情景下(如圖5(b))，廠商策略行為演化實(shí)現(xiàn)均衡所需時(shí)間較短。當(dāng)單位罰金提高時(shí)，火電廠商接受處罰意愿下降，其交易策略調(diào)整速率提高；受此影響，綠電廠商交易策略的調(diào)整速率提高，但存在時(shí)滯；在圖5(b)中表現(xiàn)為廠商購(gòu)買綠色證書(shū)和出售綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率均較高，曲線x和y均更為陡峭。此時(shí)，火電廠商和綠電廠商參與綠色證書(shū)交易的意愿均提高，交易綠色證書(shū)成為廠商共同信念的時(shí)間縮短。

圖5(a) 較低單位罰金

圖5(b) 較高單位罰金

分析圖5(b)可知，較高的單位罰金對(duì)廠商策略行為的影響產(chǎn)生了時(shí)滯，其原因在于策略博弈中參與者策略行為的相互依賴性。當(dāng)單位罰金較高時(shí)，火電廠商會(huì)選擇購(gòu)買綠色證書(shū)或投資綠電生產(chǎn)，綠電廠商則依據(jù)火電廠商的策略行為選擇其策略。此時(shí)，發(fā)電廠商策略行為的演化表現(xiàn)為綠電廠商策略行為的調(diào)整速率小于火電廠商策略行為的調(diào)整速率，并由此導(dǎo)致二者策略行為的演化軌跡產(chǎn)生交叉。但不失一般性，時(shí)滯僅改變了廠商策略行為演化形成均衡的速率，而不會(huì)改變廠商策略行為的演化均衡[26]，下文同。

(3)平均交易成本

低情景下(如圖6(a))，廠商策略行為演化實(shí)現(xiàn)均衡所需時(shí)間較短。當(dāng)平均交易成本降低時(shí)，廠商分?jǐn)偟慕灰壮杀据^低，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)和綠電廠商出售綠色證書(shū)的意愿均增強(qiáng)，其交易策略調(diào)整速率均提高。在圖6(a)中表現(xiàn)為曲線x和y均更加陡峭，廠商購(gòu)買綠色證書(shū)和出售綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率均較高。此時(shí)，火電廠商和綠電廠商參與綠色證書(shū)交易的意愿提高，交易綠色證書(shū)成為廠商共同信念的時(shí)間縮短。

高情景下(如圖6(b))，廠商策略行為演化實(shí)現(xiàn)均衡所需時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)平均交易成本提高時(shí)，廠商分?jǐn)偟慕灰壮杀据^高，火電廠商購(gòu)買綠色證書(shū)和綠電廠商出售綠色證書(shū)的意愿均降低，其交易策略調(diào)整速率均下降。在圖6(b)中表現(xiàn)為曲線x和y均較為平緩，廠商購(gòu)買綠色證書(shū)和出售綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率均較低。此時(shí)，火電廠商和綠電廠商參與綠色證書(shū)交易的意愿降低，交易綠色證書(shū)成為廠商共同信念的時(shí)間延長(zhǎng)。

圖6(a) 低平均交易成本

圖6(b) 高平均交易成本

(4)發(fā)電廠商邊際成本差額

低情景下(如圖7(a))，廠商策略行為演化實(shí)現(xiàn)均衡所需時(shí)間較短。當(dāng)發(fā)電廠商邊際成本差額降低時(shí)，參與綠色證書(shū)交易有利于提高綠電廠商利潤(rùn)水平，其出售綠色證書(shū)意愿增強(qiáng)，交易策略調(diào)整速率增加；受此影響，火電廠商交易策略的調(diào)整速率提高，但存在時(shí)滯(由式5可知)。在圖7(a)中表現(xiàn)為曲線x和y均更加陡峭，廠商出售綠色證書(shū)和購(gòu)買綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率均較高。此時(shí)，火電廠商和綠電廠商參與綠色證書(shū)交易的意愿均較高，交易綠色證書(shū)成為廠商共同信念的時(shí)間縮短。

高情景下(如圖7(b))，廠商策略行為演化實(shí)現(xiàn)均衡所需時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)發(fā)電廠商邊際成本差額增加時(shí)，參與綠色證書(shū)交易不利于綠電廠商進(jìn)一步提高利潤(rùn)水平，其出售綠色證書(shū)意愿降低，交易策略調(diào)整速率降低；受此影響，火電廠商交易策略的調(diào)整速率降低，但存在滯后性。在圖7(b)中表現(xiàn)為曲線x和y均較為平緩，廠商出售綠色證書(shū)和購(gòu)買綠色證書(shū)的概率變動(dòng)速率均較低。此時(shí)，火電廠商和綠電廠商參與綠色證書(shū)交易的意愿均較低，交易綠色證書(shū)成為廠商共同信念的時(shí)間延長(zhǎng)。

圖7(a) 較低邊際成本差額

圖7(b) 較高邊際成本差額

6 結(jié)語(yǔ)

本文研究了配額制與發(fā)電廠商策略行為的共生演化以及配額制的相關(guān)制度準(zhǔn)參數(shù)對(duì)發(fā)電廠商策略行為演化博弈的影響。據(jù)此得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

(1)科學(xué)的配額制制度設(shè)計(jì)，應(yīng)首先考慮配額、單位罰金、發(fā)電廠商的邊際成本差額以及綠色證書(shū)平均交易成本等關(guān)鍵的制度準(zhǔn)參數(shù)。惟其如此，才可能使交易綠色證書(shū)成為發(fā)電廠商的共同信念，從而使配額制在與發(fā)電廠商策略行為的共生演化中不斷得到強(qiáng)化。

(2)基準(zhǔn)配額、綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格及配額的動(dòng)態(tài)調(diào)整比例設(shè)定過(guò)高，會(huì)提高火電廠商的成本從而使其利益受損，反之，則會(huì)削弱綠電廠商交易綠色證書(shū)的意愿。因此，施行配額制，政府需科學(xué)設(shè)定基準(zhǔn)配額、綠色證書(shū)基準(zhǔn)價(jià)格及配額的動(dòng)態(tài)調(diào)整比例。惟其如此，配額制這一強(qiáng)制性制度變遷才有可能成功。

(3)較高單位罰金的設(shè)定以及較低的平均交易成本和發(fā)電廠商的邊際成本差額，綠色證書(shū)市場(chǎng)更為有效；反之反是。

因此，我國(guó)在施行配額制時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：

(1)科學(xué)進(jìn)行配額制的制度設(shè)計(jì)。作為制度供給者，政府應(yīng)考慮制度的建構(gòu)性與演進(jìn)性，關(guān)注于配額制相關(guān)的法律、法規(guī)及激勵(lì)政策的制定，以激勵(lì)和引導(dǎo)廠商的綠色證書(shū)交易。

(2)建立科學(xué)的協(xié)同監(jiān)督機(jī)制?？茖W(xué)的協(xié)同監(jiān)督機(jī)制，可有效促進(jìn)配額承擔(dān)主體履行義務(wù)。否則，一方面，會(huì)影響市場(chǎng)的公平與效率；另一方面，會(huì)影響政府公信力，從而引發(fā)市場(chǎng)參與主體對(duì)相關(guān)規(guī)則產(chǎn)生懷疑而導(dǎo)致配額制失敗。

(3)建立科學(xué)的懲罰機(jī)制。較高的單位罰金有助于強(qiáng)化配額制的硬約束。單位罰金至少應(yīng)高于購(gòu)買單位綠色證書(shū)的成本，從而強(qiáng)化廠商選擇購(gòu)買綠色證書(shū)的策略行為。

(4)加強(qiáng)配額制的制度環(huán)境建設(shè)。科學(xué)的制度環(huán)境建設(shè)，有助于提高綠色證書(shū)市場(chǎng)的透明性和流動(dòng)性，以降低綠色證書(shū)的交易成本，從而激勵(lì)和引導(dǎo)發(fā)電廠商選擇交易綠色證書(shū)。