檀勤良^1,2，鄧艷明¹，趙建英³，魏詠梅¹，張興平¹

（1.華北電力大學，北京102206；2.北京能源發(fā)展研究基地，北京102206；3.山西省委黨校，山西太原030006）

　　摘要：生物質(zhì)燃料收集難是制約生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素之一，生物質(zhì)燃料供給模式對生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要作用。本文建立傳統(tǒng)模式下經(jīng)濟效益最大化的農(nóng)戶、經(jīng)濟組織、電廠三者的動態(tài)博弈模型；并引入基金組織，即村委會組織農(nóng)戶收集燃料，銷售收入部分歸農(nóng)戶，部分用于村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，構(gòu)建考慮效用最大化的農(nóng)戶、基金組織、電廠三方的博弈模型。結(jié)果表明，農(nóng)戶生物質(zhì)燃料供給量、組織提供給農(nóng)戶的價格同上網(wǎng)電價呈正相關(guān)關(guān)系，同燃料的運輸、存儲及預處理成本呈負相關(guān)關(guān)系。另外，基金組織模式下，效用函數(shù)系數(shù)對生物質(zhì)燃料供給量和基金組織給農(nóng)戶的經(jīng)濟利益有一定影響。對兩模式進行比較發(fā)現(xiàn)，基金組織模式下，農(nóng)戶的生物質(zhì)燃料供給量和收益均高于傳統(tǒng)模式。政府實施激勵后農(nóng)戶的效用、組織的效用、電廠的經(jīng)濟利益均增加。

　　1引言

　　生物質(zhì)能是目前世界上應用最廣泛的可再生能源，其消費量僅次于煤炭、石油和天然氣，生物質(zhì)發(fā)電為生物質(zhì)能開發(fā)利用的主要方式之一，已成為世界的熱門話題。我國生物質(zhì)能源豐富、開發(fā)潛力巨大，但目前我國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，生物質(zhì)燃料收集困難是制約生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素。為解決生物質(zhì)發(fā)電燃料收集難的問題，國內(nèi)外學者對生物質(zhì)發(fā)電燃料供給模式進行了大量研究。總的來說，生物質(zhì)燃料供應主要有三種模式：“農(nóng)戶+電廠+政府”模式、“農(nóng)戶+中間商+電廠+政府”模式、和“農(nóng)戶+中間商+第三方物流+電廠+政府”模式。其中農(nóng)戶負責收集生物質(zhì)資源，中間商負責生物質(zhì)燃料的收購、預處理、儲存等工作，第三方物流負責燃料的運輸，政府則從政策層面給予鼓勵和支持。

　　在不同的模式下，利益群體之間的利益共享機制、政府政策支持等都是關(guān)系到生物質(zhì)發(fā)電燃料供應的關(guān)鍵問題。Junginger等[1]以泰國為例，在對發(fā)展中國家的大規(guī)模生物質(zhì)發(fā)電原材料供應策略研究的基礎(chǔ)上，提出一種降低原料供應風險的方法。Nasiri等[2]建立了分銷商、農(nóng)戶和設(shè)施開發(fā)者三者之間的序貫博弈模型，并探討了激勵對博弈模型的影響。魏巧云[3]針對生物質(zhì)秸稈燃料供給各階段的影響因素進行了調(diào)研，并分析了不同收集模式下成本的變化。vanDyken[4]針對電熱系統(tǒng)，設(shè)計了生物質(zhì)供應鏈中的供應、加工處理、儲存以及對不同生物質(zhì)需求的混合整數(shù)規(guī)劃模型。徐云海[5]運用博弈理論建立發(fā)電廠與農(nóng)民之間的博弈模型，構(gòu)建了秸稈收購管理體系。何亮運[6]用覆蓋模型和P一中值模型將秸稈收集模式和秸稈資源定價結(jié)合起來進行研究。刑愛華等[7]結(jié)合秸稈類生物質(zhì)資源的島式分布特點，在考慮秸稈收集過程成本、能耗和污染物排放等因素的基礎(chǔ)上，建立數(shù)學模型并進行了敏感性分析。張永等[8]運用系統(tǒng)動力學原理對生物質(zhì)能供應鏈的運作進行模擬，建立政府、企業(yè)和農(nóng)民協(xié)調(diào)關(guān)系的動態(tài)反饋模型。王曉凌[9]以河南省為例，從農(nóng)戶行為角度出發(fā)對生物質(zhì)能的利用情況進行分析，并建議構(gòu)建“企業(yè)+合作社+農(nóng)戶”的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)化合作模式。錢志新和唐高哲[10]結(jié)合我國生物質(zhì)電廠的實際情況，引入集成化供應鏈理論和價值分析理論，建立了生物質(zhì)集成化供應鏈系統(tǒng)，協(xié)調(diào)優(yōu)化供應、配送、生產(chǎn)等各環(huán)節(jié)，從而最大限度改進供應鏈。張衛(wèi)東等[11-13]建立三方動態(tài)價格博弈模型并得到序貫博弈的納什均衡。相方龍等[14]對農(nóng)戶、電廠和政府行為建立三者之間的重復博弈模型，得出純策略的納什均衡，探討了政府在供應鏈中的影響，并對電廠和政府給出了積極性建議。

　　這些研究成果均認為生物質(zhì)燃料供給的主體均追求經(jīng)濟利益最大化。翟麗麗等[15-16]從有限理性對博弈模型進行了研究。本研究小組對農(nóng)戶秸稈的供給行為進行了深入的分析，研究結(jié)果表明非價格因素對農(nóng)戶的秸稈供給行為具有顯著的影響[17]?；诖?，本文擬在傳統(tǒng)模式和基金組織模式下分析生物質(zhì)供應鏈各利益主體的行為，構(gòu)建基于經(jīng)濟效益最大化和效用最大化的兩種完全信息動態(tài)博弈模型，通過比較，分析不同生物質(zhì)燃料供應模式的特點。

　　2基于傳統(tǒng)模式的博弈分析

　　2.1模型構(gòu)建

　　傳統(tǒng)模式下，行為主體均追求經(jīng)濟利益最大化，生物質(zhì)燃料收集的組織為經(jīng)濟組織，考慮經(jīng)濟利益最大化，典型代表有“經(jīng)紀人”、中間商或第三方物流，農(nóng)戶為完全理性人，追求個人利益最大化。構(gòu)建經(jīng)濟組織、農(nóng)戶和電廠三方的完全信息動態(tài)博弈模型對供給模式進行探討。該種情況下，各方的收益函數(shù)為：

　　2.2納什均衡的求解

　　用逆向求解法對博弈模型進行求解，將公式（4）、（5）代入（1），可得到農(nóng)戶生物質(zhì)燃料供給的最優(yōu)量為：

　　當上網(wǎng)電價高于一定水平，電廠對經(jīng)濟組織的激勵水平同生物質(zhì)燃料的市場價格、電廠的運輸、存儲和預處理費用呈負相關(guān)關(guān)系；同上網(wǎng)電價、組織的運輸和存儲成本呈正相關(guān)關(guān)系。即：隨著上網(wǎng)電價上升和組織運輸及存儲成本的增加，發(fā)電廠對組織的激勵水平會提高；反之，當生物質(zhì)燃料的市場價格、電廠運輸、存儲和預處理成本較高時，電廠對組織的激勵水平將降低。而當電廠的上網(wǎng)電價低于某一水平時，電廠對經(jīng)濟組織的激勵也將下降到某一值或以低于市場水平的價格進行燃料的收購。

　　由公式（6）、（7）、（8）可以得到農(nóng)戶、經(jīng)濟組織和電廠三方博弈的納什均衡解，即：

　　式（10）、（11）為三方博弈的納什均衡，根據(jù)E1可知：農(nóng)戶生物質(zhì)燃料供給量、經(jīng)濟組織給農(nóng)戶的價格同上網(wǎng)電價呈正相關(guān)關(guān)系，同電廠和組織的運輸、存儲及預處理成本呈負相關(guān)關(guān)系；即上網(wǎng)電價越高，農(nóng)戶的供給積極性越高，收集的生物質(zhì)燃料量越多。由E2知，當上網(wǎng)電價在一定范圍內(nèi)，電廠對組織的激勵水平將不發(fā)生變化，農(nóng)戶供給量、組織給予農(nóng)戶的價格將與電廠的運輸、存儲及預處理成本呈負相關(guān)。

　　3基于基金組織模式的博弈分析

　　3.1農(nóng)戶、基金組織和電廠三方完全信息動態(tài)博弈

　　隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，農(nóng)戶并不單純追求經(jīng)濟利益最大化，而會關(guān)注一些非經(jīng)濟性因素，比如農(nóng)村基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、環(huán)境保護等[18]。農(nóng)村基層組織（比如村委會）為農(nóng)村資源整合的重要載體，其行為對農(nóng)戶個體行為有著顯著的導向作用，能夠促進村莊的團結(jié)和發(fā)展。因此本文假設(shè)存在由村組織牽頭成立的基金組織來組織農(nóng)戶進行生物質(zhì)燃料的收集和銷售，其銷售收入的一部分歸參與基金組織的農(nóng)戶所有，另一部分留作村委會的公益基金，對村莊的基礎(chǔ)設(shè)施進行建設(shè)和完善，本文稱之為“基金組織”模式。在此模式下，農(nóng)戶和基金組織追求效用最大化。進而構(gòu)造考慮農(nóng)戶、基金組織效用最大化和電廠經(jīng)濟效益最大化的博弈模型，其中農(nóng)戶的效用由絕對收益和相對收益的對數(shù)函數(shù)組成，基金組織的效用由其經(jīng)濟利益和環(huán)境效益的對數(shù)函數(shù)組成。環(huán)境效益的研究中，生物質(zhì)能的環(huán)境效益主要體現(xiàn)在節(jié)煤、減排、資源利用、地面改善、收集量等方面[20-22]，均是生物質(zhì)能量的直接或間接折算，因此本文選取銷售量來代表環(huán)境效益。具體如下：

　　由（17）知，基金組織給農(nóng)戶的分配價格同電廠對組織的激勵水平和環(huán)境效用系數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系，同組織的收集、運輸成本和經(jīng)濟效益效用系數(shù)成負相關(guān)關(guān)系；在其它條件一定時，環(huán)境效用對基金組織總效用的作用越大，組織分配給農(nóng)戶的價格水平就越高。將（17）代入公式（14）可得：

　　由式（18）知，電廠對基金組織的激勵水平并未知，基金組織模式下考慮效用最大化博弈模型的納隨運營模式的改變而改變。由（16）、（17）、（18）可什均衡解為：

　　式（20）、（21）為基金組織模式下考慮基金組織、農(nóng)戶效用最大化及電廠經(jīng)濟利益最大化博弈模型的納什均衡。同傳統(tǒng)模式下的納什均衡相比，該均衡中農(nóng)戶的生物質(zhì)燃料供給量和組織給農(nóng)戶的價格還受效用系數(shù)的影響。

　　3.2兩種供給模式的比較

　　4政府激勵對基金組織模式下納什均衡的影響

　　假設(shè)政府根據(jù)生物質(zhì)燃料的市場價格，對供給生物質(zhì)燃料的基金組織給予適當?shù)募睿浼顑r格系數(shù)用αg表示，在該情況下，農(nóng)戶和基金組織的效用函數(shù)均有所變化。

　　通過式（31）、（32）、（33）的比較可知：

　　根據(jù)比較結(jié)果（34）可知，政府對基金組織實施激勵后，農(nóng)戶的效用、組織的效用、電廠的經(jīng)濟利益均顯著增加。另外，政府對基金組織實施激勵后，農(nóng)戶的生物質(zhì)燃料供給量增加，農(nóng)戶的供給行為明顯加強。在基金組織模式下，政府給予基金組織一定的激勵能促進基金組織模式的健康發(fā)展，進而促進生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　5算例

　　本文以某生物質(zhì)發(fā)電廠為對象，該電廠年發(fā)電時間達350天，上網(wǎng)電量為8400萬kw·h，對生物質(zhì)秸稈燃料供應環(huán)節(jié)進行實地調(diào)研，結(jié)合實地調(diào)研得到相關(guān)數(shù)據(jù)如表1。

　　將上述數(shù)據(jù)代入公式（10）、（20）、（22）、（23）、（29）設(shè)A、B、D、E均為1得到結(jié)果，如表2。

　　6結(jié)語

　　本文首先在傳統(tǒng)模式下，建立農(nóng)戶、經(jīng)濟組織和電廠三方經(jīng)濟利益最大化的完全信息動態(tài)博弈模型。然后在基金組織模式下，構(gòu)建農(nóng)戶、基金組織效用最大化和電廠經(jīng)濟利益最大化的完全信息動態(tài)博弈模型。兩博弈模型的納什均衡結(jié)果均顯示農(nóng)戶的生物質(zhì)燃料供給量、組織提供給農(nóng)戶的價格同上網(wǎng)電價呈正相關(guān)關(guān)系，同電廠和組織的運輸、存儲及預處理成本呈負相關(guān)關(guān)系。另外在基金組織模式下，效用函數(shù)系數(shù)對供給量和基金組織給農(nóng)戶價格有一定的影響，且相對收益效用和環(huán)境效用對農(nóng)戶的決策行為影響較大。通過兩種模式的比較發(fā)現(xiàn)，基金組織模式下，農(nóng)戶的收益和生物質(zhì)燃料供給量明顯高于經(jīng)濟組織模式，農(nóng)戶供給積極性較高。因此，基金組織運營模式較適合生物質(zhì)發(fā)電燃料的收集，能夠在一定程度上促進生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。且政府對基金組織實施激勵后，各行為主體的收益均有所提升，能對基金組織模式加以鞏固。

　　基金組織模式能夠提高農(nóng)戶對生物質(zhì)燃料供給的積極性，增加生物質(zhì)燃料的供給量，能有效促進生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，政府應鼓勵村委會等基層組織成立相應的基金組織，進行燃料的收集、供應，并根據(jù)生物質(zhì)燃料的供給量給予適當階梯型補貼，以促進基金模式發(fā)展，并進一步提高農(nóng)戶供給積極性。