農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈博弈分析——基于不完全信息非合作視角

張晟義， 張 杰, 陳明月， 王 童

(新疆財經(jīng)大學(xué) 工商管理學(xué)院, 烏魯木齊 830012)

伴隨經(jīng)濟(jì)全球化的縱深發(fā)展，生態(tài)環(huán)境保護(hù)問題備受關(guān)注，各國日益注重綠色發(fā)展。中國作為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，始終秉持綠色發(fā)展理念，積極轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式。2015年習(xí)近平主席在第70屆聯(lián)合國大會一般性辯論時的講話指出“可持續(xù)發(fā)展才是好發(fā)展”。節(jié)能提高能效，推動經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，需要不斷提升可持續(xù)發(fā)展能力。大力發(fā)展農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)，對推動經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展意義重大。我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度快、產(chǎn)業(yè)政策環(huán)境良好，但農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展仍面臨一些阻礙，如行業(yè)技術(shù)相對落后、企業(yè)運營成本高、原料供應(yīng)不穩(wěn)定等。其中，原料供應(yīng)不穩(wěn)定是影響農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一。通過構(gòu)建農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈不完全信息非合作博弈模型，計算不完全信息情景下各博弈參與“主體”的收益函數(shù)，進(jìn)而得到不完全信息情景下農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈中各“主體”的均衡供給量，不僅有助于從理論上探尋農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈均衡供給的實現(xiàn)方式，還有助于提高現(xiàn)實生活中農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈運作的穩(wěn)定性、有效性和可持續(xù)性。

一、國內(nèi)外研究綜述

博弈論將利益相關(guān)者的決策行為整體考慮，尋求滿足各參與主體利益訴求的“均衡解”，其應(yīng)用場景日益廣泛。農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈涉及“主體”眾多，不同運營環(huán)節(jié)或不同運營模式下各參與“主體”的利益訴求不盡相同，將博弈論運用于生物質(zhì)能供應(yīng)鏈的相關(guān)研究，具有較強的可行性，得到了不同學(xué)者的認(rèn)可[1-7]。通過查閱以往文獻(xiàn)，總結(jié)出我國農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈3種主要運營模式：(1)農(nóng)戶→電廠；(2)農(nóng)戶→經(jīng)紀(jì)人(或中間商)→電廠；(3)農(nóng)戶→經(jīng)紀(jì)人(或中間商)→第三方物流(或?qū)I(yè)運輸團(tuán)隊)→電廠。檀勤良等對我國農(nóng)林生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈不同供給模式進(jìn)行實證研究，揭示了原料供應(yīng)者對原料價格波動的敏感性[8]。除此之外，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈的運營逐漸成為研究熱點，并逐步與博弈論相結(jié)合。Nasiri等人基于博弈論進(jìn)行建模，分析了加拿大生物質(zhì)發(fā)電的開發(fā)、利用流程，并基于供應(yīng)鏈的視角，對供應(yīng)鏈中的不同主體進(jìn)行序貫博弈分析，最后求得各參與“主體”序貫博弈的納什均衡解，極大地提高了農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈供給的有效性[2]。羅開顏結(jié)合博弈論分析了有農(nóng)村正式組織介入的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈，研究表明：在不同博弈情景下，農(nóng)村正式組織的介入有助于提高農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈整體運作效率[9]。

上述研究多數(shù)基于完全信息的研究視角，但現(xiàn)實生活的不確定性和信息不對稱等影響因素，往往會對農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈的可持續(xù)運營造成極大干擾，會影響參與“主體”的博弈行為。張晟義等剖析了不確定條件下農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈的運營情況，強調(diào)應(yīng)該重視農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈中的不確定性，推動農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈可持續(xù)發(fā)展[10]。羅開顏在研究中指出：成本信息不對稱會對生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈的運行產(chǎn)生不利影響，可運用生物質(zhì)原料收購雙契約對博弈參與方的策略選擇進(jìn)行干預(yù)[9]。不完全信息博弈是博弈論的重要組成成分，重視博弈過程中信息不對稱的問題，能夠使研究結(jié)論更加全面、更具普適性。

本文將結(jié)合博弈論，通過構(gòu)建不完全信息非合作博弈模型，計算不同情景下農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈中各參與主體的均衡供給量，探尋農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈均衡供給的實現(xiàn)方式，提出相關(guān)發(fā)展建議，以期提高農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈運作的穩(wěn)定性、有效性和可持續(xù)性。

二、農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈不完全信息非合作博弈分析

(一)模型概述

本研究通過建立不完全信息非合作博弈模型對農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈進(jìn)行分析，模型構(gòu)建主要基于以下假設(shè)：

其一，供應(yīng)鏈不同主體之間存在信息不對稱，采用不完全信息古諾模型對農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈的博弈過程進(jìn)行建模，且假設(shè)各主體的決策次序不會影響博弈結(jié)果。

其二，個體農(nóng)戶經(jīng)過整合，與村委會聯(lián)合組成具有一定競爭力和一定專業(yè)性的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社(Agricultural Biomass Raw Material Purchasing Cooperative，簡記為“A”)。

其三，參與博弈的主體主要有：農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社(A)和與其存在橫向競爭關(guān)系的專業(yè)經(jīng)紀(jì)人(Professional Agent，簡記為“P”)。專業(yè)經(jīng)紀(jì)人根據(jù)其經(jīng)營成本高低，分為高成本專業(yè)經(jīng)紀(jì)人(“PH”)和低成本專業(yè)經(jīng)紀(jì)人(“PL”)兩類。

其四，博弈過程中，關(guān)于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社(A)的成本信息是完全的，而關(guān)于專業(yè)經(jīng)紀(jì)人(P)類別的信息則是不完全、非對稱的。

其五，不同博弈主體的總成本與農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料的供應(yīng)量成正比：

Ck=ck*qk

(1)

上式中，Ck表示每個博弈主體的總成本，單位：元；ck表示每個博弈主體的單位成本，單位：元/噸；qk表示農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料供給數(shù)量，單位：噸；k表示博弈主體的代碼，k=AorP。

其六，為避免不同電廠之間原料爭奪的惡性競爭，本研究假設(shè)博弈雙方所收集到的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)只供應(yīng)一個電廠，基于此假設(shè)，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 不完全信息博弈下的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)

其七，假定農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料的市場需求函數(shù)是線性的：

Pbiomass=γ-η(qA+qP)

(2)

上式中，Pbiomass表示農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料的市場價，單位：元/噸；γ和η分別表示農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料的最高市場價格和邊際價格，單位：元/噸。

其八，假設(shè)博弈雙方提供的農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料是同質(zhì)、無差別的。

其九，假設(shè)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料在運輸和預(yù)處理過程中的損失量為0。

其十，假設(shè)博弈雙方均受到收購價格契約(PPC)或收購數(shù)量契約(PQC)的約束。且每種契約下農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料提供者的收益如下：

(3)

(4)

在收購數(shù)量契約約束下，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料提供者的收益取決于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料的實際供應(yīng)量與數(shù)量契約中設(shè)定的供應(yīng)量閾值的大小關(guān)系。

(二)模型構(gòu)建與均衡分析

1.不同情景下不完全信息非合作博弈模型的構(gòu)建與求解。根據(jù)博弈雙方的契約簽訂情況，可產(chǎn)生4種博弈情景，具體如表1所示。

表1 不完全信息非合作博弈的情景

由于博弈雙方是同時決策，因此，可以通過古諾模型進(jìn)行均衡求解。但是，由于信息不對稱的存在(即專業(yè)經(jīng)紀(jì)人類別的信息是不完全的)，故農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社的收益函數(shù)須用期望利潤來表示。在不同博弈情景下，博弈雙方的收益函數(shù)各不相同，下面將對4種不同的博弈情景進(jìn)行探討。

(1)單收購價格契約情景(PPC，PPC)

在單收購價格契約博弈情景下，參與博弈的雙方只能選擇收購價格契約，博弈雙方農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料的供應(yīng)數(shù)量為決策變量，博弈雙方的收益函數(shù)如下所示：

(5)

(6)

上式中，i表示專業(yè)經(jīng)紀(jì)人的類別；

μ表示專業(yè)經(jīng)紀(jì)人是高成本專業(yè)經(jīng)紀(jì)人的概率。

在此博弈情景下，由于專業(yè)經(jīng)紀(jì)人已知關(guān)于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社的完全信息，而農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社僅知專業(yè)經(jīng)紀(jì)人為高成本經(jīng)紀(jì)人的概率，故該博弈類型為靜態(tài)不完全信息博弈。通過求解反應(yīng)函數(shù)，可得到單收購價格契約情景下的純策略均衡。具體求解步驟如下：

基于公式(5)，可得專業(yè)經(jīng)紀(jì)人的均衡解需滿足以下條件：

(7)

公式(5)對qPi求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為0：

(8)

由公式(8)可求得專業(yè)經(jīng)紀(jì)人的反應(yīng)函數(shù)為：

(9)

同理，基于公式(6)，可得農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社的均衡解需滿足以下條件：

(10)

公式(6)對qA求偏導(dǎo)數(shù)，并令其為0：

(11)

由公式(11)可求得農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社的反應(yīng)函數(shù)為：

(12)

結(jié)合反應(yīng)函數(shù)(9)和(12)，可得到單收購價格契約情景下博弈雙方的均衡供應(yīng)量：

由此，可推導(dǎo)出單收購價格契約情景下的總期望供應(yīng)量：

QT表示單收購價格契約情景下博弈雙方的供應(yīng)總量，單位：噸。

(2)雙契約情景(PQC，PPC)

在此博弈情景下，專業(yè)經(jīng)紀(jì)人選擇收購數(shù)量契約(PQC)，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社選擇收購價格契約(PPC)。博弈雙方的收益函數(shù)分別為：

(6)

I-cPiQs，(i=HorL)

(13)

在雙契約情景(PQC，PPC)下，專業(yè)經(jīng)紀(jì)人達(dá)到均衡狀態(tài)時需滿足下列條件：

(14)

對公式(13)關(guān)于qPi求偏導(dǎo)數(shù)，并令其偏導(dǎo)數(shù)為0，可求得其反應(yīng)函數(shù)：

(15)

(16)

根據(jù)反應(yīng)函數(shù)(9)和反應(yīng)函數(shù)(16)，可求得雙契約情景(PQC，PPC)下，博弈雙方的均衡供應(yīng)量：

由此，可推導(dǎo)出表示雙契約情景(PQC，PPC)下的總期望供應(yīng)量：

(3)雙契約情景(PPC，PQC)

該博弈情景下，專業(yè)經(jīng)紀(jì)人選擇收購價格契約，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社選擇收購數(shù)量契約。博弈雙方的收益函數(shù)如下所示：

(5)

(17)

當(dāng)博弈達(dá)到均衡狀態(tài)時，必須滿足下列條件：

(18)

式(17)對qA求偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于0，可得：

(19)

(20)

聯(lián)立式(9)和式(20)，可求得雙契約情景(PPC，PQC)下，博弈雙方的均衡供應(yīng)量:

由此，可推導(dǎo)出表示雙契約情景(PPC，PQC)下的總期望供應(yīng)量：

(4)單收購數(shù)量契約情景(PQC，PQC)

該博弈情景下，專業(yè)經(jīng)紀(jì)人和農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社均選擇收購數(shù)量契約。博弈雙方的收益函數(shù)如下所示：

(qPi-Qs)+I-cPiQs，(i=HorL)

(13)

(17)

對公式(13)關(guān)于qPi求偏導(dǎo)數(shù)，并令其偏導(dǎo)數(shù)為0，可求得其反應(yīng)函數(shù)：

(15)

(16)

式(17)對qA求偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于0，可得：

(19)

(20)

聯(lián)立式(16)和式(20)，可求得單收購數(shù)量契約情景(PQC，PQC)下，博弈雙方的均衡供應(yīng)量:

由此，可推導(dǎo)出表示單收購數(shù)量契約情景(PQC，PQC)下的總期望供應(yīng)量：

2.均衡結(jié)果的比較分析。根據(jù)上述計算結(jié)果，四種不同情景下不完全信息非合作博弈的均衡解展示在表2中。

表2 不同情景下均衡解的比較

此外，對于專業(yè)經(jīng)紀(jì)人而言，在雙契約情景(PQC，PPC)下，無論專業(yè)經(jīng)紀(jì)人是哪一種類型，其供應(yīng)量均為四種情景下的最大值；其次是單收購價格契約情景(PPC，PPC)和單收購數(shù)量契約情景(PQC，PQC)的供應(yīng)量；最低的供應(yīng)量出現(xiàn)在雙契約情景(PPC，PQC)中。對于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社而言，最大供應(yīng)量出現(xiàn)在雙契約情景(PPC，PQC)中，其次是單收購價格契約情景(PPC，PPC)和單收購數(shù)量契約情景(PQC，PQC)中的供應(yīng)量，最低的供應(yīng)量出現(xiàn)在雙契約情景(PQC，PPC)中。

由上述分析可知，(PQC，PPC)是專業(yè)經(jīng)紀(jì)人的占優(yōu)均衡解。專業(yè)經(jīng)紀(jì)人更傾向于選擇收購數(shù)量契約，這主要源于其自身的專業(yè)性，專業(yè)的收購團(tuán)隊、科學(xué)的運作流程和統(tǒng)一的管理決策能夠顯著地提高工作效率和供給有效性，降低運作成本和無謂損失。因此，對于專業(yè)經(jīng)紀(jì)人而言，選擇收購數(shù)量契約不僅能有效激勵其充分發(fā)揮自身的專業(yè)性去創(chuàng)造更大價值，還有利于加速其實現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)狀態(tài)下運營，提高運營績效，實現(xiàn)收益最大化。

對于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社而言，無占優(yōu)均衡解，(PQC，PQC)是博弈的納什均衡解。農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社之所以選擇收購數(shù)量契約，是因為其組織自身的某些特性，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社主要由普通農(nóng)戶構(gòu)成，組織結(jié)構(gòu)相對松散、運作流程鮮有規(guī)劃、管理決策缺乏效率，工作效率和供給穩(wěn)定性相對較低，易產(chǎn)生無謂損失。因此，對于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社而言，選擇收購數(shù)量契約不僅能激勵農(nóng)戶積極參與，提高供給總量和工作效率，還能有效避免資源的閑置與浪費，提高供給的穩(wěn)定性。通過穩(wěn)定、足量的原料供應(yīng)，有助于提升農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社的競爭力，提高其經(jīng)濟(jì)收益。

表3展示了不同博弈情景下均衡時的總期望供應(yīng)量；圖2展示出不同情景的均衡狀態(tài)下，伴隨高成本專業(yè)經(jīng)紀(jì)人出現(xiàn)概率不斷升高，總期望供應(yīng)量的變動趨勢。

表3 不同情景下的總期望供應(yīng)量

圖2 總期望供應(yīng)量與高成本專業(yè)經(jīng)紀(jì)人出現(xiàn)概率的關(guān)系

結(jié)合表3和圖2易知，單收購數(shù)量契約情景(PQC，PQC)的供應(yīng)量最大，單收購價格契約情景(PPC，PPC)的供應(yīng)量最小，這與(PQC，PQC)為納什均衡解的事實相吻合，對博弈雙方而言，選擇收購數(shù)量契約更有利于實現(xiàn)收益最大化?？偲谕?yīng)量隨高成本專業(yè)經(jīng)紀(jì)人出現(xiàn)概率的增大而遞減，進(jìn)一步佐證成本是影響農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈供給穩(wěn)定性的重要因素，因此，可以通過有效識別低成本優(yōu)質(zhì)專業(yè)經(jīng)紀(jì)人，切實提高供應(yīng)數(shù)量，提升農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈供給穩(wěn)定性。

三、結(jié)論與建議

(一)研究結(jié)論

本文通過構(gòu)建不完全信息非合作博弈模型，并嘗試引入收購價格契約和收購數(shù)量契約作為決策變量，經(jīng)過不同情景下的博弈論分析發(fā)現(xiàn)：成本是影響農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈供給穩(wěn)定性的重要因素，成本信息不對稱會影響農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)市場的均衡；博弈雙方與生物質(zhì)電廠簽訂契約的類型會影響農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料的總期望供應(yīng)量，單收購數(shù)量契約(PQC,PQC)和雙契約(PQC,PPC)、(PPC,PQC)情景下，農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料總期望供應(yīng)量要高于單收購價格契約(PPC,PPC)情景下的總期望供應(yīng)量；伴隨高成本專業(yè)經(jīng)紀(jì)人出現(xiàn)概率不斷增大，總期望供應(yīng)量呈現(xiàn)遞減趨勢。

(二)發(fā)展建議

一是建立信息共享中心，緩解信息不對稱。成本信息不對稱不僅影響農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈供給穩(wěn)定性，還會破壞農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)市場的均衡，使得農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料的供應(yīng)量難以滿足電廠的運營需求。建立農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料交易信息共享中心，實時更新、共享交易信息，可有效緩解信息不對稱的程度。有效識別低成本優(yōu)質(zhì)專業(yè)經(jīng)紀(jì)人，保障農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料供給的穩(wěn)定性和有效性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電供應(yīng)鏈穩(wěn)定、可持續(xù)運行。

二是著力完善契約機制，保證供給穩(wěn)定性和有效性。電廠通過與農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社和專業(yè)經(jīng)紀(jì)人簽訂收購數(shù)量契約和收購價格契約，有利于保障農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料供給的數(shù)量和質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈整體收益最大化。一方面，電廠可通過收購數(shù)量契約激勵農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社和專業(yè)經(jīng)紀(jì)人加大農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料供應(yīng)量，不僅有利于保障農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料供給的穩(wěn)定性，還有利于增加農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社和專業(yè)經(jīng)紀(jì)人的收益。另一方面，電廠可通過與農(nóng)業(yè)生物質(zhì)原料收購合作社和專業(yè)經(jīng)紀(jì)人簽訂收購價格契約來降低價格波動的風(fēng)險，增加其供給意愿，同時，可通過收購價格契約約束其投機行為，降低無效供給的比例，增強農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈供給有效性。

三是重視優(yōu)化市場競爭機制，提高運作效率。通過信息共享機制和契約機制，可有效提高農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈供應(yīng)穩(wěn)定性和有效性，但無序的市場競爭會對農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈造成潛在風(fēng)險，因此，政府應(yīng)該進(jìn)一步優(yōu)化市場競爭機制，規(guī)范市場秩序，以規(guī)避無序競爭，實現(xiàn)資源配置效率，進(jìn)而提高整條農(nóng)業(yè)生物質(zhì)發(fā)電原料供應(yīng)鏈的運作效率。