天然氣定價(jià)的三方博弈模型及其均衡分析

鄧茹月，羅葉霖,李 瓊

(1. 西南石油大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，四川 成都 610500;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司 四川綿陽銷售分公司，四川 綿陽 621000)

1 我國(guó)天然氣供需及定價(jià)現(xiàn)狀

天然氣作為低碳、清潔、綠色能源在全球環(huán)境問題治理和能源革命進(jìn)程中起著關(guān)鍵作用，因此天然氣的供給與需求均呈不斷上升的趨勢(shì)。隨著兩部制定價(jià)和市場(chǎng)化改革的深入，在“管住中間，放開兩頭”的天然氣改革目標(biāo)下，我國(guó)正在逐步形成天然氣上游、下游多元化競(jìng)爭(zhēng)，中游成立國(guó)家管網(wǎng)公司作為獨(dú)立的第三方掌握中游長(zhǎng)管運(yùn)輸并對(duì)外開放的態(tài)勢(shì)。天然氣終端售價(jià)構(gòu)成中，捆綁式門站價(jià)格到出廠氣源價(jià)自由搭配管輸價(jià)的轉(zhuǎn)變模式已初具雛形，對(duì)天然氣各主體定價(jià)博弈進(jìn)行均衡結(jié)果的分析，是加速我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革和天然氣市場(chǎng)化定價(jià)革命進(jìn)程的必要步驟。

2 天然氣定價(jià)的博弈模型構(gòu)建

文章擬將天然氣生產(chǎn)、運(yùn)輸和銷售三個(gè)環(huán)節(jié)涉及的天然氣生產(chǎn)商、國(guó)家管網(wǎng)公司和各城市燃?xì)夤咀鳛檠芯恐黧w，以斯塔克爾伯格模型為框架分析其利益及相關(guān)行為，以求為天然氣定價(jià)機(jī)制進(jìn)一步改革提出建議。

2.1 理論假設(shè)

假設(shè)一，“X-1-X”的天然氣產(chǎn)業(yè)新結(jié)構(gòu)鏈條已經(jīng)基本形成并逐步完善，上游勘探開采天然氣的生產(chǎn)商生產(chǎn)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的無差別同質(zhì)天然氣并保持充分的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，天然氣多元供應(yīng)體系持續(xù)完善，實(shí)現(xiàn)中游長(zhǎng)管運(yùn)輸階段完全由國(guó)家管網(wǎng)公司控制，形成運(yùn)輸相對(duì)銷售業(yè)務(wù)的獨(dú)立性，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)中游“第三方準(zhǔn)入制度”，即運(yùn)輸管網(wǎng)向符合資質(zhì)的第三方完全公平開放，作為下游天然氣配售方的城市門站有充足的競(jìng)爭(zhēng)者，天然氣與各個(gè)城市門站之間的管道運(yùn)輸環(huán)節(jié)不存在競(jìng)爭(zhēng)，由國(guó)家管網(wǎng)公司獨(dú)立控制，此時(shí)國(guó)家對(duì)天然氣定價(jià)過程中的價(jià)格管控僅以國(guó)家管網(wǎng)公司的運(yùn)輸費(fèi)率調(diào)整為著力點(diǎn)。

假設(shè)二，天然氣定價(jià)的利益相關(guān)方處于完全競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)中進(jìn)行市場(chǎng)化定價(jià)，在完全信息環(huán)境條件下的天然氣生產(chǎn)者、城市門站配氣銷售商和各類型用戶是理性人，各自考慮自身利益最大化，各個(gè)環(huán)節(jié)的產(chǎn)供儲(chǔ)銷行為達(dá)到市場(chǎng)出清狀態(tài)，前兩者之間和后兩者之間各自通過兩階段博弈達(dá)到均衡狀態(tài)。其中，天然氣生產(chǎn)商指國(guó)內(nèi)提供勘探開采并將天然氣出售給城市門站配氣銷售商等相關(guān)服務(wù)的主體，城市門站配氣銷售商指購(gòu)入生產(chǎn)商生產(chǎn)的天然氣并將其通過城市天然氣運(yùn)輸管網(wǎng)配送至用戶的主體，用戶則區(qū)分居民用戶和非居民用戶。

2.2 模型推演

(1)當(dāng)生產(chǎn)商居于斯塔克爾伯格模型的主導(dǎo)地位時(shí)，天然氣生產(chǎn)商在城市門站配氣銷售商和用戶價(jià)格確定后，以自身利潤(rùn)最大化尋求合適的價(jià)格。假設(shè)天然氣生產(chǎn)商對(duì)城市門站配氣銷售商的銷售價(jià)格為，收益為∏， 單位變動(dòng)成本為，生產(chǎn)商固定成本為，城市門站配氣銷售商(Retailers)對(duì)用戶的價(jià)格為，收益為∏， 單位變動(dòng)成本為，銷售商固定成本為，天然氣價(jià)值也即用戶接受價(jià)格為，用戶的收益為∏， 整個(gè)天然氣產(chǎn)供儲(chǔ)銷過程中需要向國(guó)家管網(wǎng)公司支付單位產(chǎn)量運(yùn)輸費(fèi)率為固定的元立方米，天然氣需求函數(shù)表達(dá)式為=-(>0)， 生產(chǎn)商、銷售商和用戶收益函數(shù)如下。表達(dá)式中固定成本均不考慮，此省略不影響結(jié)論。

∏=(--)×(-)

(1)

∏=(---)×(-)

(2)

∏=(-)×(-)

(3)

第一步，在中下游斯塔克爾伯格模型中，用戶與城市門站配氣銷售商間存在前者追隨者、后者領(lǐng)導(dǎo)者的不對(duì)稱競(jìng)爭(zhēng)，用戶通過城市門站配氣銷售商確定的價(jià)格，追求自身收益最大化并據(jù)此確定協(xié)商價(jià)格?！顷P(guān)于二次項(xiàng)系數(shù)為負(fù)，顯然存在極大值，令一階偏導(dǎo)為零求出。第二步，在上中游斯塔克爾伯格模型中，天然氣生產(chǎn)商與城市門站配氣銷售商之間存在前者領(lǐng)導(dǎo)者、后者追隨者的不對(duì)稱競(jìng)爭(zhēng)，銷售商根據(jù)生產(chǎn)商價(jià)格追求利潤(rùn)最大化，再根據(jù)第一步確定的找到利潤(rùn)最大化的。同理,∏關(guān)于顯然存在極大值，令一階偏導(dǎo)為零求出。第三步，天然氣生產(chǎn)商在處于主導(dǎo)地位的斯塔克爾伯格模型中追求自身利潤(rùn)最大化，再根據(jù)城市門站配氣銷售商和用戶兩步確定的和決定自身定價(jià)。同理∏關(guān)于顯然存在極大值，令一階偏導(dǎo)為零求出1。第四步，得到均衡價(jià)格和收益如下。

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(2)當(dāng)城市門站配氣銷售商居于斯塔克爾伯格模型的主導(dǎo)地位時(shí)，城市門站配氣銷售商從自身邊際利潤(rùn)出發(fā)，生產(chǎn)商和用戶根據(jù)銷售商的邊際利潤(rùn)確定價(jià)格，以求各自利益最大化。在(1)的供需關(guān)系公式下，天然氣生產(chǎn)商和用戶兩方定價(jià)均是函數(shù)中的一階，無法求出最優(yōu)定價(jià)，所以以邊際利潤(rùn)的方式進(jìn)行城市門站配氣銷售商居于主導(dǎo)地位的博弈推導(dǎo)。假設(shè)天然氣生產(chǎn)商邊際利潤(rùn)為，城市門站配氣銷售商邊際利潤(rùn)為，用戶邊際利潤(rùn)為，各方相應(yīng)售價(jià)及收益如下。

=++

(10)

∏=(-)

(11)

=++(+)++

(12)

∏=(-)

(13)

=++(+)+++

(14)

∏=(-)

(15)

第一步，城市門站配氣銷售商確定自身邊際利潤(rùn)后，生產(chǎn)商追求自身利益最大化以確定自身邊際利潤(rùn)。令∏的一階偏導(dǎo)數(shù)為零得到。第二步，用戶根據(jù)城市門站配氣銷售商邊際利潤(rùn)追求自身利益最大化求解。顯然∏關(guān)于存在極大值，令一階偏導(dǎo)數(shù)為零，得到。第三步，城市門站配氣銷售商在斯塔克爾伯格模型中處于領(lǐng)導(dǎo)者地位，可認(rèn)為其在已知生產(chǎn)商和用戶邊際利潤(rùn)的前提下，進(jìn)行邊際利潤(rùn)的決策得到、。第四步，城市門站配氣銷售商在其他兩個(gè)利益相關(guān)方確定各自邊際利潤(rùn)后，追求自己最大利潤(rùn)。顯然∏關(guān)于存在極大值，令一階偏導(dǎo)數(shù)為零得到。將邊際利潤(rùn)代入、、得到均衡價(jià)格并解得三個(gè)主體的收益。

(16)

(17)

(18)

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(20)

(21)

(3)以用戶為領(lǐng)導(dǎo)者的斯塔克爾伯格模型與以銷售商為領(lǐng)導(dǎo)者的情況類似，需以邊際利潤(rùn)求最優(yōu)定價(jià)和最佳收益的方式進(jìn)行用戶居于主導(dǎo)地位的博弈推導(dǎo)。利用各自邊際利潤(rùn)確定售價(jià)并追求收益最大化,可解得如下均衡價(jià)格和均衡收益。

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2.3 結(jié)果分析

結(jié)論一：1=2>3，受到長(zhǎng)管運(yùn)輸三方運(yùn)營(yíng)的影響，天然氣生產(chǎn)商居于領(lǐng)導(dǎo)者地位時(shí)引導(dǎo)天然氣的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈以較高價(jià)格運(yùn)行，銷售商與生產(chǎn)商直接承擔(dān)運(yùn)輸管網(wǎng)費(fèi)，使得博弈后均衡價(jià)格等于城市門站配氣銷售商大于用戶居于主導(dǎo)地位時(shí)的定價(jià)，此時(shí)用戶能夠包容較低的天然氣價(jià)格，用戶期望憑借主導(dǎo)地位使自己付出最小代價(jià)并帶來最大化收益，對(duì)較高定價(jià)的接受程度較低。用戶能從天然氣利益主體在生產(chǎn)商過渡到用戶的地位降低過程中獲得更高的接受價(jià)格。

結(jié)論二：三種情況下用戶的收益函數(shù)表現(xiàn)為∏3>∏2=∏1、 ∏1>∏3>∏2、 ∏2>∏3>∏1。 用戶居于主導(dǎo)地位時(shí)自身能得到最高收益，隨著地位降低收益降低，用戶觀察其他主體的定價(jià)行為從而對(duì)天然氣消費(fèi)的收益進(jìn)行預(yù)期，當(dāng)自身居于領(lǐng)導(dǎo)者地位時(shí)收益最大，生產(chǎn)商和銷售商居于主體時(shí)，用戶能夠享受無差別的收益。生產(chǎn)商和銷售商分別主導(dǎo)天然氣產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈時(shí)，都僅考慮自身忽略對(duì)方成本導(dǎo)致對(duì)方收益最低。

結(jié)論三：1=2=3和1=2=3均成立，管輸費(fèi)率在生產(chǎn)商和銷售商的分配比例對(duì)其定價(jià)無顯著影響，無論哪方居于主體都有相同的廠商定價(jià)和銷售商定價(jià)，此時(shí)用戶價(jià)格在整個(gè)價(jià)格形成關(guān)系中起作用。用戶對(duì)天然氣完成市場(chǎng)化改革至關(guān)重要，提升用戶地位即可降低價(jià)格、增加收益，最終促進(jìn)能源轉(zhuǎn)型。

3 相關(guān)建議

3.1 提高用戶在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的地位

在天然氣產(chǎn)供儲(chǔ)銷的完整結(jié)構(gòu)中，應(yīng)該將用戶保持在較高地位，降低消費(fèi)者端的天然氣價(jià)格，提高用戶群體消費(fèi)天然氣帶來的收益及效用，迅速提高天然氣消費(fèi)量并快速實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。依據(jù)上述動(dòng)態(tài)博弈得到的第一條結(jié)論，用戶在整個(gè)天然氣產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈中處于較弱勢(shì)地位，一旦主體地位轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)商或者銷售商，用戶收益難以得到保障進(jìn)而對(duì)天然氣的消費(fèi)產(chǎn)生限制，對(duì)能源轉(zhuǎn)型機(jī)遇和挑戰(zhàn)的準(zhǔn)確把握產(chǎn)生影響，壓制宏觀層面雙碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程。

3.2 規(guī)范中游準(zhǔn)入三方的定價(jià)

“三方準(zhǔn)入”在天然氣價(jià)格形成過程中發(fā)揮作用，增加中上游“產(chǎn)銷一體”中的競(jìng)爭(zhēng)，避免寡頭壟斷導(dǎo)致的價(jià)格不合理，而長(zhǎng)運(yùn)管道過程的三方準(zhǔn)入為天然氣市場(chǎng)化提供了條件。在每個(gè)監(jiān)管周期前以最近三個(gè)會(huì)計(jì)年度經(jīng)審計(jì)的財(cái)務(wù)報(bào)告為依據(jù)確定管道運(yùn)輸價(jià)格。國(guó)家管網(wǎng)公司的運(yùn)行為天然氣“X-1-X”產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈的完善發(fā)展創(chuàng)造條件，其管輸費(fèi)率由專門委員會(huì)規(guī)范制定。管輸費(fèi)率的范圍確定及其在生產(chǎn)商和銷售商中的分配比例調(diào)整，對(duì)整個(gè)天然氣產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)各個(gè)過程的定價(jià)高低產(chǎn)生深刻影響，需將三方博弈的動(dòng)態(tài)博弈結(jié)果考慮在內(nèi)加以確定。

3.3 健全相關(guān)政策法規(guī)

完善國(guó)家管網(wǎng)公司獨(dú)立三方的定價(jià)法律法規(guī)，在實(shí)踐中調(diào)整管道運(yùn)輸價(jià)格管理辦法和運(yùn)輸成本監(jiān)審辦法等，國(guó)有壟斷企業(yè)對(duì)行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，細(xì)微調(diào)整都可能造成整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的巨幅變動(dòng)。價(jià)格形成機(jī)制離不開國(guó)家法律法規(guī)的保障，中國(guó)以天然氣和各可再生能源為主要替代能源進(jìn)行能源革命順應(yīng)中國(guó)能源轉(zhuǎn)型大勢(shì)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排等目標(biāo)，將相關(guān)法律法規(guī)體系作為天然氣定價(jià)機(jī)制調(diào)整的堅(jiān)實(shí)保障，以求實(shí)現(xiàn)天然氣市場(chǎng)化改革、碳中和目標(biāo)和中國(guó)能源轉(zhuǎn)型。