煤炭綠色開采技術(shù)推動(dòng)策略研究：基于政府與企業(yè)的演化博弈視角

馬 媛，潘亞君

(山東科技大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東 青島 266590)

煤炭是我國的重要能源，但煤炭開采存在較為嚴(yán)重的環(huán)境問題，具體表現(xiàn)為：傳統(tǒng)開采方式容易造成地下水位下降和地表水流失，礦區(qū)廢水排放對土質(zhì)、植被造成損害[1-2]；過度開采造成巖層移動(dòng)，大面積地表塌陷[3]。因此，如何減少煤炭開采的環(huán)境污染是實(shí)現(xiàn)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。綠色開采將綠色理念引入到煤炭開采過程中，通過技術(shù)創(chuàng)新解決煤炭開采中的水資源破壞、巖層移動(dòng)、地表塌陷等問題，能夠最大限度地實(shí)現(xiàn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[4-6]。

1 研究現(xiàn)狀

長期傳統(tǒng)開采形成的技術(shù)路徑和市場環(huán)境，造成綠色開采技術(shù)推廣受阻[3]。企業(yè)層面，受到管理層環(huán)保意識(shí)[2]、管理方式[5]等因素的制約，綠色開采機(jī)制難以建立。由于對傳統(tǒng)開采技術(shù)的路徑依賴，推廣新技術(shù)需要大量的資金、人力等，企業(yè)承擔(dān)較大風(fēng)險(xiǎn)[3,6]；配套設(shè)備和充填材料價(jià)格昂貴，也制約了企業(yè)綠色開采的積極性[7]；此外，綠色開采技術(shù)的環(huán)境外部性特征導(dǎo)致成本不能完全與企業(yè)收益掛鉤，也限制了技術(shù)的推廣[8]。政府作為監(jiān)督者，主要承擔(dān)制定懲罰機(jī)制和獎(jiǎng)勵(lì)措施的責(zé)任，獎(jiǎng)懲措施不完備[2]、監(jiān)管懈怠也影響了企業(yè)綠色開采的積極性[7]。

針對綠色開采技術(shù)推廣中存在的諸多問題，申洛霖[8]運(yùn)用博弈論的理論方法研究了煤炭企業(yè)與地方政府之間策略選擇的交互影響；龍如銀等[9]從靜態(tài)博弈的角度分析了綠色開采動(dòng)力不足的原因，進(jìn)一步分析了雙方的博弈策略。上述成果為研究企業(yè)綠色開采提供了理論基礎(chǔ)，但上述研究成果多采用案例研究或者靜態(tài)博弈的方法。企業(yè)和政府的策略選擇是一個(gè)動(dòng)態(tài)的變化過程，博弈方會(huì)根據(jù)對方的策略以及內(nèi)外部環(huán)境變化，實(shí)時(shí)更改策略選擇。因此，本文使用演化博弈研究方法，在有限理性假設(shè)下，建立政府部門和企業(yè)的收益矩陣，分析監(jiān)管部門和企業(yè)之間策略選擇的動(dòng)態(tài)趨勢，為推廣綠色開采技術(shù)提供理論支持。

2 政府和企業(yè)的演化博弈分析

2.1 模型基本假設(shè)

假設(shè)1：博弈參與者為政府部門(包括煤炭工業(yè)管理局和環(huán)保局等)和煤炭企業(yè)。政府部門的策略為監(jiān)管(比例為x)與不監(jiān)管(比例為1-x)。煤炭企業(yè)的策略為綠色開采(比例為y)和非綠色開采(比例為1-y)。政府監(jiān)管的成本為Cg,不監(jiān)管的成本為0；煤炭企業(yè)綠色開采策略下的收益為R1，非綠色開采策略下的收益為R2。政府和企業(yè)隨機(jī)決策進(jìn)行博弈。

假設(shè)2：煤炭企業(yè)選擇綠色開采策略，在政府監(jiān)管的情況下，企業(yè)的收益為R1-C1+T。其中，C1表示企業(yè)的綠色開采成本；T表示綠色開采企業(yè)獲得的政府補(bǔ)貼、稅收優(yōu)惠等相關(guān)獎(jiǎng)勵(lì)。政府的收益為T0-Cg,其中，T0表示環(huán)境改善帶來的整個(gè)社會(huì)福利的提高。在政府不監(jiān)管的情況下，煤炭企業(yè)的收益為R1-C1，政府的收益為T0。

假設(shè)3：煤炭企業(yè)選擇非綠色開采策略，在政府監(jiān)管的條件下，企業(yè)收益為R2-C2-F。其中，F(xiàn)表示煤炭企業(yè)非綠色開采受到的懲罰或者損失的收益；C2表示企業(yè)非綠色開采的成本。政府收益為G-Cg，其中，G表示政府對企業(yè)采取懲罰而獲得的收益。政府不監(jiān)管條件下，煤炭企業(yè)的收益R2-C2，政府的收益為0。

2.2 模型收益矩陣

建立博弈雙方收益矩陣，見表1。由于政府和煤炭企業(yè)不能準(zhǔn)確判斷對方的策略選擇，博弈雙方以一定的概率進(jìn)行策略選擇，進(jìn)而形成一種混合策略。無論哪一方獨(dú)自改變自己的策略都不會(huì)增加額外收益。因此，本文通過演化博弈分析此混合策略。

表1 博弈雙方收益矩陣Table 1 Return matrix for both game players

通過表1的政府監(jiān)管部門和煤炭企業(yè)的收益矩陣，可得下面幾種收益。

1) 政府監(jiān)管與不監(jiān)管的期望收益和平均收益分別見式(1)～(3)。

E11=y(To-Cg)+(1-y)(G-Cg)=

G-Cg+yTo-yG

(1)

E12=yTo+(1-y)×0=yTo

(2)

(3)

政府采取監(jiān)管策略的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程見式(4)。

x(1-x)(-yG+G-Cg)

(4)

2) 企業(yè)綠色開采和非綠色開采策略的期望收益和平均收益分別見式(5)～(7)。

E21=x(R1-C1+T)+(1-x)(R1-C1)=

R1-C1+xT

(5)

E22=x(R2-C2-F)+(1-x)(R2-C2)=

R2-C2-xF

(6)

(7)

因此，企業(yè)采取綠色開采策略的復(fù)制動(dòng)態(tài)方程見式(8)。

y(1-y)[x(T+F)+R1-C1-R2+C2]

(8)

由式(4)和式(8)組成的微分方程系統(tǒng)的雅可比矩陣來判斷其平衡點(diǎn)的穩(wěn)定性，見式(9)。

(9)

系統(tǒng)局部均衡點(diǎn)處的具體取值見表2。

其中：

(10)

(11)

2.3 博弈演化結(jié)果

2.3.1 情形1：G

此種情況下，政府監(jiān)管成本高于政府對非綠色開采企業(yè)的罰款，在扣除成本和政府罰款之后，企業(yè)非綠色開采所獲收益依然高于綠色開采的利潤和政府獎(jiǎng)勵(lì)。系統(tǒng)演化穩(wěn)定結(jié)果見表3。只有A(0,0)是演化穩(wěn)定策略，對應(yīng)的策略組合為(不監(jiān)管，非綠色開采)。圖1為對應(yīng)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化圖。在該種情況下，政府方面G

表2 局部均衡點(diǎn)處取值情況Table 2 Values at the local partial equilibrium point

表3 情形1的局部穩(wěn)定性分析Table 3 Partial stability of case 1

圖1 情形1演化結(jié)果Fig.1 Evolution results of case 1

2.3.2 情形2：GC1-C2

政府監(jiān)管成本高于政府對非綠色開采企業(yè)的罰款，企業(yè)綠色開采與非綠色開采收益增加大于兩者的成本增加。系統(tǒng)演化穩(wěn)定結(jié)果見表4。只有B(0,1)是演化穩(wěn)定策略，對應(yīng)的策略組合為(不監(jiān)管，綠色開采)。此時(shí)的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化結(jié)果如圖2所示。在該種情況下，政府方面G

2.3.3 情形3：G>Cg，R-C1+T

政府對非綠色開采企業(yè)的罰款高于監(jiān)管成本，企業(yè)非綠色開采收益在扣除成本與罰款后仍然大于綠色開采利潤與獎(jiǎng)勵(lì)。系統(tǒng)演化穩(wěn)定結(jié)果見表5。只有C(1,0)是演化穩(wěn)定策略，對應(yīng)的策略組合為(監(jiān)管，非綠色開采)。圖3為系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化結(jié)果。政府對非綠色開采企業(yè)的罰款所得高于監(jiān)管成本，政府監(jiān)管積極性提高。而企業(yè)由于非綠色開采獲得的收益在扣除開采成本和政府罰款后仍然高于有政府獎(jiǎng)勵(lì)政策下的綠色開采所得，從“經(jīng)濟(jì)人”角度考慮，企業(yè)會(huì)選擇綠色開采。

表4 情形2的局部穩(wěn)定性分析Table 4 Partial stability of case 2

圖2 情形2演化結(jié)果Fig.2 Evolution results of case 2

表5 情形3的局部穩(wěn)定性分析Table 5 Partial stability of case 3

平衡點(diǎn)TrJ(跡)DetJ(行列式)結(jié)果A(0,0) 不確定-鞍點(diǎn)B(0,1) 不確定-鞍點(diǎn)C(1,0) -+ESSD(1,1) ++不穩(wěn)定點(diǎn)

2.3.4 情形4：G>Cg，-F-T

政府對非綠色開采企業(yè)的罰款高于監(jiān)管成本，企業(yè)非綠色開采利潤大于綠色開采利潤，但企業(yè)非綠色開采在扣除政府對其罰款之后小于政府對綠色開采補(bǔ)貼與利潤之和。演化穩(wěn)定結(jié)果見表6。系統(tǒng)不存在演化穩(wěn)定策略，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化結(jié)果如圖4所示。監(jiān)管之初，政府獲得收益達(dá)到了期望值，會(huì)選擇監(jiān)管；考慮到政府監(jiān)管，企業(yè)會(huì)選擇綠色開采；然而，政府繼續(xù)監(jiān)管除了增加監(jiān)管成本，還要給予企業(yè)相應(yīng)的補(bǔ)貼和優(yōu)惠，于是，政府選擇不監(jiān)管；企業(yè)因?yàn)檎牟槐O(jiān)管繼而選擇非綠色開采。如此反復(fù)，兩博弈主體之間沒有穩(wěn)定演化策略。

圖3 情形3演化結(jié)果Fig.3 Evolution results of case 3

表6 情形4的局部穩(wěn)定性分析Table 6 Partial stability of case 4

平衡點(diǎn)TrJ(跡)DetJ(行列式)結(jié)果A(0,0)不確定-鞍點(diǎn)B(0,1)不確定-鞍點(diǎn)C(1,0)不確定-鞍點(diǎn)D(1,1)不確定-鞍點(diǎn)O(x?,y?)00中心點(diǎn)

圖4 情形4演化結(jié)果Fig.4 Evolution results of case 4

3 仿真設(shè)計(jì)

為更直觀地描述博弈中各參數(shù)對演化穩(wěn)定策略的影響，下面使用Matlab對演化博弈四種情形進(jìn)行仿真檢驗(yàn)，以探究其對演化穩(wěn)定狀態(tài)的影響機(jī)制。

3.1 情形1博弈仿真

根據(jù)情形1的條件設(shè)置各參數(shù)并進(jìn)行調(diào)整，得到仿真結(jié)果如圖5所示。此時(shí)，政府監(jiān)管收益低于預(yù)期收益，而監(jiān)管成本較高，調(diào)整這兩個(gè)參數(shù)不會(huì)影響最終的演化穩(wěn)定策略。但政府監(jiān)管成本和預(yù)期收益會(huì)對博弈系統(tǒng)達(dá)到均衡狀態(tài)的速率有所影響。在該情況下，調(diào)整企業(yè)的綠色開采收益、非綠色開采收益、綠色開采成本、非綠色開采成本、政府補(bǔ)貼及非綠色開采情況下政府罰款和企業(yè)損失參數(shù)會(huì)對演化穩(wěn)定策略有影響。綠色開采利潤與非綠色開采利潤之差較小時(shí)，部分小企業(yè)會(huì)選擇綠色開采，這部分企業(yè)沒有政府罰款，其政府補(bǔ)貼正好能彌補(bǔ)與非綠色開采利潤差值。而大部分企業(yè)會(huì)選擇非綠色開采以獲取更多收益，說明政府對其懲罰力度較小，且政府的補(bǔ)貼等獎(jiǎng)勵(lì)政策對其吸引力較小。對于推廣綠色開采技術(shù)，此情況應(yīng)當(dāng)引起重視，以便及時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧└倪M(jìn)企業(yè)僥幸心理，否則綠色開采技術(shù)難以推廣，甚至環(huán)境和資源等會(huì)進(jìn)一步破壞。

圖5 情形1仿真結(jié)果Fig.5 Simulation results of case 1

3.2 情形2博弈仿真

根據(jù)情形2的條件設(shè)置各參數(shù)并進(jìn)行調(diào)整，得到仿真結(jié)果如圖6所示。政府監(jiān)管收益低于預(yù)期收益，而監(jiān)管成本較高，調(diào)整這兩個(gè)參數(shù)并不能影響最終的演化穩(wěn)定策略。但政府監(jiān)管成本和預(yù)期收益會(huì)對達(dá)到均衡狀態(tài)的速率有所影響。在該情況下，調(diào)整企業(yè)的綠色開采收益、非綠色開采收益、綠色開采成本、非綠色開采成本、政府補(bǔ)貼及非綠色開采情況下政府罰款和企業(yè)損失等參數(shù)不會(huì)改變演化穩(wěn)定策略，只會(huì)影響博弈系統(tǒng)達(dá)到均衡狀態(tài)的速率。企業(yè)綠色開采收益和成本等參數(shù)的改變加速了演化博弈達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。情形2在現(xiàn)實(shí)生活中并不常見，一般會(huì)出現(xiàn)在管理層思想先進(jìn)，資源雄厚的企業(yè)。絕大數(shù)傳統(tǒng)企業(yè)思想固化不會(huì)主動(dòng)對開采技術(shù)進(jìn)行改革。

3.3 情形3博弈仿真

根據(jù)情形3的條件設(shè)置各參數(shù)并進(jìn)行調(diào)整，得到仿真結(jié)果如圖7所示。政府實(shí)施監(jiān)管之初經(jīng)驗(yàn)不足，對企業(yè)的懲罰力度較小，所獲收益低于預(yù)期，政府監(jiān)管意愿會(huì)較?。缓笃陔S著監(jiān)管制度的完善，政府最終會(huì)選擇監(jiān)管。調(diào)整這兩個(gè)參數(shù)不會(huì)影響最終的演化穩(wěn)定策略。但政府監(jiān)管成本和預(yù)期收益會(huì)對博弈系統(tǒng)達(dá)到均衡狀態(tài)的速率有所影響。在該情況下，調(diào)整企業(yè)的綠色開采收益、非綠色開采收益、綠色開采成本、非綠色開采成本、政府補(bǔ)貼及非綠色開采罰款和企業(yè)損失等參數(shù)也不會(huì)改變演化穩(wěn)定策略，只會(huì)影響博弈系統(tǒng)達(dá)到均衡狀態(tài)的速率。情形3在現(xiàn)實(shí)生活中比較常見，煤炭企業(yè)屬于傳統(tǒng)企業(yè)，管理層思想固化， 不愿意引進(jìn)創(chuàng)新人才對開采技術(shù)進(jìn)行改革，而政府作為綠色開采技術(shù)的推動(dòng)者，必然要采取措施對企業(yè)進(jìn)行整頓。

圖6 情形2仿真結(jié)果Fig.6 Simulation results of case 2

圖7 情形3仿真結(jié)果Fig.7 Simulation results of case 3

3.4 情形4博弈仿真

根據(jù)情形4的條件設(shè)置各參數(shù)并進(jìn)行調(diào)整，得到仿真結(jié)果如圖8所示。此情形中沒有穩(wěn)定均衡策略，得到中心點(diǎn)(0.5,0.5)。在此情況下政府和企業(yè)都選擇了混合戰(zhàn)略，博弈雙方會(huì)根據(jù)彼此策略的變化改變策略，雙方有一定的相互依賴性，這種策略選擇有一定的周期性。

圖8 情形4仿真圖Fig.8 Simulation results of case 4

4 建 議

1) 完善綠色開采制度體系。將礦區(qū)周圍的地表塌陷面積、水污染程度等納入績效考核，通過給予企業(yè)相應(yīng)補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠政策，激發(fā)企業(yè)綠色開采的積極性。遵循“誰綠色、誰受益”的原則，支持企業(yè)使用綠色開采技術(shù)，給予企業(yè)綠色開采設(shè)備和材料購買的補(bǔ)貼。

2) 降低綠色開采風(fēng)險(xiǎn)。完善綠色開采法律法規(guī)，明確煤炭資源屬于國有，使綠色開采有法可依。通過立法解決煤炭開采過程中對地表及水資源等污染的問題，推動(dòng)綠色開采技術(shù)的推廣，降低綠色開采的風(fēng)險(xiǎn)，保護(hù)企業(yè)權(quán)益。

3) 強(qiáng)化綠色開采的內(nèi)在激勵(lì)。營造“誰綠色、誰光榮”的氛圍，對于更換綠色開采設(shè)備的企業(yè)，政府不但給予企業(yè)一定的補(bǔ)貼和稅收優(yōu)惠政策，并授予供應(yīng)商和開采企業(yè)榮譽(yù)稱號(hào)，調(diào)動(dòng)企業(yè)使用先進(jìn)開采技術(shù)的積極性，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)和供應(yīng)商的雙贏。

4) 推動(dòng)綠色開采技術(shù)的市場化。大力建設(shè)市場化的技術(shù)中介服務(wù)體系，結(jié)合企業(yè)對開采過程中對設(shè)備、材料等的需求，有效解決企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新成本高的難題。加大對技術(shù)服務(wù)部門的溝通，形成市場化、網(wǎng)絡(luò)化和專業(yè)化的技術(shù)交流平臺(tái)。