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于丹1，王斯一2，張彩虹1，張蘭1
（1.北京林業大學經濟管理學院；2.中國環境科學研究院）
摘要：“雙碳”背景下，農林生物質與煤耦合發電成為煤電轉型的新路徑。政府如何制定有效的補貼和監管政策，以及電廠如何進行正確的策略選擇是促進農林生物質與煤耦合發電產業發展的關鍵。通過構建政府和電廠的混合策略博弈模型，分析雙方的博弈關系和行為策略動態演變過程，并運用系統動力學進行建模仿真，進一步探析關鍵因素對政府和電廠行為策略的影響路徑。結果表明：政府和電廠的行為策略在較長時期里無法趨于穩定，而是在相互影響中波動變化。政府制定補貼和監管策略、提高耦合發電收益、降低耦合發電成本，都將促進更多電廠選擇農林生物質與煤耦合發電，從而進一步促進產業發展。
電力部門目前是我國溫室氣體排放量最大的工業源，其能源利用結構轉型也是實現“雙碳”目標的關鍵[1]。IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change，聯合國政府間氣候變化專門委員會）曾指出，能源利用與溫室氣體排放量增加密切相關，而可再生能源的利用有助于擺脫這種相關性，從而為可持續發展做出貢獻[2]。生物質能源作為可再生能源的一種，其在生長過程中吸收的二氧化碳能夠抵消燃燒中釋放的二氧化碳量，具有“零碳排放”的特性，可在供電和供熱領域實現對化石能源的替代，具有極大的碳減排潛力[3]。農林生物質與煤耦合發電是利用農林生物質原料與煤炭混合燃燒進行發電，是一種傳統能源和可再生能源的綜合利用方式[4]。一方面，該發電技術降低了農林生物質原料的使用成本，使其可以得到充分的利用，避免直接燃燒（如秸稈焚燒還田）造成的空氣污染；另一方面，農林生物質替代一定比例的煤炭發電，不僅可在發電過程中保證較好的燃燒熱值和效率，還可大幅度降低二氧化碳的排放量[5]。現階段，我國農林生物質與煤耦合發電產業正處于項目示范階段[6]。根據產業周期理論，產業政策在產業發展初期具有較強的波及效果，不僅可以直接扶持或限制某些產業的發展，而且能夠控制絕大多數影響產業發展的因素[7]。因此，研究產業政策能否促進農林生物質與煤耦合發電產業發展，以及政府行為策略如何影響該產業發展具有一定的理論價值和現實意義。
目前，國內對生物質與煤耦合發電產業的相關政策研究多停留在宏觀層面上，較為一致地認為政策支持是促進農林生物質與煤耦合發電產業發展的關鍵因素，雖然已出臺一系列的政策法規來推動該產業的發展，但是具體的政策措施還較為籠統[8-10]。而探析政府和企業間的行為策略及相互影響關系是制定具體政策措施的前提和基礎[11]。通過對相關文獻的梳理可知，較多學者通過構建博弈模型來分析生物質能源利用領域相關主體（電廠、農戶、中間商、政府等）之間的行為策略。Nasiri等[12]通過構建電廠、中間商和農戶三方的靜態博弈模型，對主體相關行為策略進行研究，指出農戶供應生物質原料的數量受到中間商收購價格和電廠收購價格的影響。Tan等[13]和Zhang等[14]則認為，農戶供應生物質原料數量的行為策略將受到供應鏈中參與主體類型和主體數量的影響。張晟義等[15]基于不完全信息非合作視角，對農業生物質發電原料供應鏈中的主體進行博弈分析，指出博弈主體對契約類型的選擇會影響生物質原料的供應數量。與此同時，較多學者構建了政府、電廠和農戶之間的博弈模型，較一致地認為政府補貼策略將提高所有參與主體收益和參與積極性，且政策補貼水平與主體收益和主體參與積極性呈正相關[16-18]。然而，雖然已有較多研究對生物質能源利用過程中主體之間的行為策略進行分析，但大多數研究在探析政府政策時通常假設政策是靜態或單一動態的，較少研究考慮政府政策和其他主體策略隨時間變化而動態變化的情況。演化博弈論常被用于研究主體行為的存在性和動態演化穩定性，而系統動力學則可以進一步定量分析主體行為策略的影響路徑。因此，本研究將演化博弈論和系統動力學相結合，在充分考慮農林生物質與煤耦合發電環境外部性的條件下，構建政府和電廠的混合策略博弈模型，探析政府和電廠行為策略的動態演化博弈關系，以及關鍵因素對政府和電廠行為策略的影響路徑，以期為政府制定合理的補貼政策提供理論依據。
一、電廠和政府的演化博弈模型構建及策略分析
（一）博弈主體
本文構建的動態演化博弈模型中的參與主體是電廠和政府。電廠是指一直利用傳統燃煤技術進行發電，且可以通過技術改造轉型成為利用農林生物質與煤耦合發電的電廠。政府出于對環境效益的考慮，采取相應的政策措施促使更多的電廠降低碳排放量，鼓勵農林生物質與煤耦合發電技術的發展。
（二）研究假設
假設1：由于博弈雙方信息不對稱，政府和電廠均采取有限理性行為，在非對稱信息條件下進行反復博弈。
假設2：電廠有“選擇”和“不選擇”進行農林生物質與煤耦合發電兩個策略，政府針對電廠是否選擇農林生物質與煤耦合發電有進行“監管并補貼”和“不監管不補貼”兩個策略。
假設3：政府對選擇農林生物質與煤耦合發電的電廠進行補貼，給予一定額度的政策補貼。政府對未選擇農林生物質與煤耦合發電的電廠進行監管時，將向電廠征收固定額度的碳排放費用。
假設4：博弈過程只考慮政府和發電企業，忽略中央政府和地方政府的差異。
（三）模型構建
電廠和政府的行為策略博弈為混合策略博弈，假設電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率為x；電廠依舊使用燃煤發電，不選擇農林生物質與煤耦合發電的概率為1−x；政府選擇對電廠監管并補貼策略的概率為y；政府選擇不監管不補貼策略的概率為1−y。政府與電廠的收益支付矩陣如表1所示。
（四）電廠和政府的博弈策略分析
根據分析結果可知，該電廠和政府的混合演化博弈矩陣沒有穩定的均衡點，也就是說，電廠和政府的博弈策略無法趨于穩定，一直隨著對方策略的變化而變化。
二、基于演化博弈模型的系統動力學模型構建及仿真模擬分析
系統動力學的核心就是探尋模型中各因素之間的因果反饋關系[23]。因此，為進一步探析電廠和政府演化博弈模型的結果，找到模型中不同因素對電廠和政府行為策略的影響路徑，本文采用博弈論和系統動力學相結合的方法，對電廠和政府混合演化博弈模型的主體行為策略進行建模和仿真。
（一）系統動力學模型構建
根據電廠和政府策略的復制動態方程和結果，構建電廠和政府行為策略的系統動力學流圖模型，如圖3所示。
（二）仿真模擬結果分析
基于VensimPLE平臺，模型初始參數設置為：初始時間為0，終端時間為100，時間跨度為1，時間單位為月份。基于現有研究和實地調研結果，對相關變量進行賦值：ECc=10，ECb=8，ENb=2，C=4，B=2，F=5，S=2，M=3，G=2。
1.初始仿真分析
電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率x的初始值設為0.5，政府選擇補貼并監管策略的概率y的初始值同樣設為0.5，仿真模擬結果如圖4所示。
如圖4所示，電廠和政府的策略無法趨于某一穩定策略，而是長期根據對方策略的變化來改變自身策略，在動態變化中相互影響和決策。當電廠選擇農林生物質與煤耦合發電的概率低于一定數值時，政府將提高對電廠進行補貼和監管的概率，隨著政府進行補貼和監管的概率增加，電廠將提高選擇農林生物質與煤耦合發電的概率。而當電廠選擇農林生物質與煤耦合發電的概率增加到一定程度，政府將減少對電廠進行補貼和監管的概率，隨之電廠選擇農林生物質與煤耦合發電的概率降低。
2.政府補貼金額S對主體行為策略的影響
系統仿真初始數值保持不變，僅改變政府對電廠補貼金額S的數值，分別將其設為S=1和S=3，依次分析補貼金額減少（S=1）和增加（S=3）對電廠和政府行為策略的影響，仿真結果如圖5所示。
對比圖4和圖5可知，當政府補貼金額減少（S=1）時，政府選擇對電廠進行補貼和監管策略的概率增加，電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率也會隨之增加。反之，當政府補貼金額增加（S=3）時，政府選擇對電廠進行補貼和監管策略的概率降低，導致電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率也降低。同時，從圖5中電廠策略變化趨勢可以看出，當政府補貼金額S減少時，電廠策略曲線變化變緩，而當補貼金額S增加時，電廠策略曲線變化加劇。這說明政府補貼金額的變化不僅可以改變電廠和政府策略選擇的概率，還可以提高或降低政府策略對電廠策略變化的影響程度。這與黃弋華[16]、宗宇婷等[17]、Zhai等[18]的研究結論相一致，即政府補貼可提高參與主體的積極性。因此，若政府想要在較短時間內促進農林生物質與煤耦合發電產業的發展，提高電廠選擇農林生物質與煤耦合發電的概率，應加大對電廠的補貼力度，提高補貼金額。
3.電廠支付碳排放費用F對主體行為策略的影響
系統仿真初始數值保持不變，僅改變政府監管時電廠燃煤發電需要支付的碳排放費用（即罰款金額）F的數值，分別將其設為F=3.5和F=10，依次分析罰款金額減少（F=3.5）和增加（F=10）對電廠和政府行為策略的影響，仿真結果如圖6所示。
對比圖4和圖6可知，當政府監管，電廠需支付的碳排放費用減少（F=3.5）時，電廠由于政府監管的松懈，非常不愿意選擇農林生物質與煤耦合發電，且電廠在確定政府一定會選擇補貼和監管的策略之后，才會提高選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率。當電廠需支付的碳排放費用增加（F=10）時，由于電廠一旦被政府監管，需支付的碳排放費用非常高，電廠不愿冒險，更傾向于自主選擇農林生物質與煤耦合發電策略，因此電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率提高，此時政府只要稍微提高選擇補貼和監管的概率，就會增加電廠選擇農林生物質與煤耦合發電的概率。因此，政府提高電廠燃煤發電需支付的碳排放費用，將促進更多的電廠選擇農林生物質與煤耦合發電。
4.農林生物質與煤耦合發電經濟效益對主體行為策略的影響
系統仿真初始數值保持不變，僅改變農林生物質與煤耦合發電經濟效益ECb的數值，分別將其設為ECb=6和ECb=12，以此分析耦合發電經濟效益減少（ECb=6）和增加（ECb=12）對電廠和政府行為策略的影響，仿真結果如圖7所示。
對比圖4和圖7可知，當農林生物質與煤耦合發電產生的經濟效益降低（ECb=6）時，電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率隨之降低，且在確保政府會對電廠實施補貼和監管政策之后，才會提高選擇耦合發電策略的概率。主要原因是電廠燃煤發電產生的經濟效益遠大于選擇耦合發電獲得的經濟效益，若沒有政府強有力的補貼和監管政策，電廠不會主動選擇農林生物質與煤耦合發電。反之，當農林生物質與煤耦合發電產生的經濟效益增加（ECb=12）時，電廠選擇農林生物質與煤耦合發電的經濟效益已大于燃煤發電，電廠必然主動選擇農林生物質與煤耦合發電策略以獲取更高的經濟效益，而政府將不再對電廠進行補貼和監管。這與任世華等[8]的研究結論一致，經濟效益的提升將從根本上促使農林生物質與煤耦合發電產業的發展。
5.農林生物質與煤耦合發電間接效益B對主體行為策略的影響
系統仿真初始數值保持不變，僅改變農林生物質與煤耦合發電產生的間接效益B的數值，分別將其設為B=0和B=8，以此分析耦合發電間接效益減少（B=0）和增加（B=8）對電廠和政府行為策略的影響，仿真結果如圖8所示。
對比圖4和圖8可知，當農林生物質與煤耦合發電產生的間接效益減少（B=0）時，其總體經濟效益也將減少，電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率將降低。而當農林生物質與煤耦合發電的間接效益增加（B=8）時，若電廠選擇耦合發電產生的總經濟效益超過燃煤發電，則電廠將主動選擇農林生物質與煤耦合發電，此時政府將不再對電廠進行補貼和監管。
6.電廠選擇耦合發電改造成本C對主體行為策略的影響
系統仿真初始數值保持不變，僅改變電廠選擇耦合發電時改造成本C的數值，分別將其設為C=0和C=6，以此分析改造成本減少（C=0）和增加（C=6）對電廠和政府行為策略的影響，仿真結果如圖9所示。
對比圖4和圖9可知，當電廠選擇農林生物質與煤耦合發電沒有改造成本（C=0）時，電廠十分愿意選擇農林生物質與煤耦合發電策略，而政府將不再對電廠進行補貼和監管。當改造成本增加（C=6）時，電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略需付出較高的成本，選擇該策略的概率將降低，此時就需要政府的補貼和監管政策來提高電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率。
三、結論與建議
本文通過構建農林生物質與煤耦合發電產業中政府和電廠的混合策略博弈模型，探究政府和電廠行為策略的演化博弈關系，并結合系統動力學對博弈模型進行仿真分析，明晰關鍵因素對政府和電廠策略行為的影響路徑，以期為政府促進農林生物質與煤耦合發電產業發展提供合理的政策建議。主要研究結論如下。
1）在農林生物質與煤耦合發電產業發展過程中，電廠和政府的行為策略是在動態中相互影響和變化的。在電廠燃煤發電產生的經濟效益大于農林生物質與煤耦合發電產生的經濟效益的前提下，政府選擇補貼和監管策略將促使更多的電廠選擇農林生物質與煤耦合發電，而當電廠選擇農林生物質與煤耦合發電策略的概率達到一定程度時，意味著更多的電廠將自主選擇耦合發電，政府不再對電廠進行補貼和監管，此時選擇耦合發電的電廠將根據政府策略變化而減少，以此往復循環。
2）政府提高政策補貼金額和加大對燃煤電廠的懲罰力度，將促使更多的電廠選擇農林生物質與煤耦合發電。同時，提高農林生物質與煤耦合發電的經濟效益，增加農林生物質與煤耦合發電可以獲取的間接效益，以及降低電廠選擇農林生物質與煤耦合發電的改造成本，都可以促使更多的電廠選擇農林生物質與煤耦合發電。
3）政府制定相應的補貼政策和監管措施只能改變電廠選擇農林生物質與煤耦合發電的速度，而若要從根本上讓電廠自主選擇農林生物質與煤耦合發電，則需要提高選擇耦合發電獲取的收益，或降低選擇耦合發電付出的成本。
根據上述研究結論，進一步提出相應的對策建議。
1）提高產業政策措施的時效性。由于電廠和政府的行為策略是相互變化和影響的，政府在制定產業政策時，應較為快速和準確地對電廠行為策略做出調整和反饋，確保政策措施的時效性。
2）健全產業補貼和懲罰機制標準。政府對采用農林生物質與煤耦合發電技術的電廠進行補貼和獎勵，對燃煤電廠進行懲罰，并制定和完善相應補貼和懲罰機制的等級與標準，將有效促使更多電廠選擇農林生物質與煤耦合發電。
3）加快技術研發，完善原料供給體系。加大農林生物質與煤耦合發電技術的研發力度，提高技術水平，并完善農林生物質原料供給體系，可以降低農林生物質與煤耦合發電的經濟成本，促進該產業發展。
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