國際能源應急協同的微分博弈研究

劉曉燕，呂 濤

（中國礦業大學 管理學院，江蘇 徐州 221116）

一、引言

在能源問題日益全球化的背景下，任何一個國家的能源安全都不可能獨立于外部世界。影響能源安全的因素日益增多并相互交織，地區戰爭、政治動蕩、恐怖襲擊、自然災害等都可能造成重大的供應中斷，全球性的能源短缺對各國能源安全構成嚴重挑戰。2014年“一帶一路”被正式確定為2015年區域發展的首要戰略，其中尤其油氣國際合作是實施“一帶一路”倡議的重要內容。中國在2018 能源工作會議提出推進“一帶一路”能源合作，全方位提升能源國際合作水平，提升話語優勢。

近年來中國的油氣對外依存度居高不下，2017年天然氣對外依存度達39%，石油的對外依存度達67.4%，形成了相對薄弱的中國能源系統。2017年入冬以來爆發的“氣荒”嚴重影響了社會生產生活的正常運行，引發此次氣荒的一部分原因是中亞地區為保障國內用氣，天然氣供應量相比計劃減少了4000 萬～5000 萬立方米／日。由此可見，中國應在國際范圍內尋求穩定可靠地能源應急合作，確保出現能源短缺時進口氣源可以穩定、充足供應。當國內突發諸如“氣荒”等能源短缺事件時，得到其他國家的應急支持或幫助，對于提高能源應急能力、減少能源短缺帶來的社會經濟損失、降低能源突發事件的風險具有積極意義。

從國際能源合作現狀來看，中國參與全球能源合作的程度比較低，目前中國與近30 個國家建立了雙邊能源合作機制，參與了20 多個國際能源合作組織和國際會議機制，在全球33 個國家執行著100 多個國際油氣合作項目，這些合作更多的是一般性合作和對話性合作，缺乏實質性的合作，缺乏法律約束力，在發生能源供應短缺情況下不能得到有效執行。國際能源組織（IEA）是發達石油消費國集團在經濟合作和發展框架內成立的一個獨立自治的國際組織，核心是應對石油供應緊急情況的緊急共享制度和協調應急反應制度①IEA 石油安全應急法律制度由兩部分組成，一是石油緊急共享制度，二是協調應急反應制度。前者適用于石油供應量減少7%或以上的重大石油供應危機，后者適用于石油供應中斷水平低于7%的小型石油危機。，建立和發展了應對石油供應中斷等突發性石油危機的有效機制。相比于其他國際能源安全制度②國際層面上與能源安全有關的制度主要包括非正式的多邊會議（國際能源論壇、八國集團會議）、民間性質的非政府組織（世界石油大會、世界能源理事會）、以國際條約為基礎的政府間國際組織（國際能源機構IEA、石油輸出國組織）等。，它建立在具有法律約束力的國際條約《IEP 協定》③《IEP 協定》是IEA 組織章程，成員國通過簽訂《IEP 協定》在石油緊急自足體系、需求抑制措施、國際石油市場信息系統、能源長期合作、與石油公司的協商機制、與產油國及其他消費國合作等方面達成合作。基礎上，其能源合作更加正式、穩定、完善。

目前國內外學者對于能源應急的研究更多的是針對一個國家范圍內主體間的協同，以國家主體為對象進行應急協同的研究較少，HubbardR.G.認為石油市場國際化程度比較高，石油應急應該加強國際合作，并制定相應的政策[1]；1974年成立的國際能源署（IEA）在建立石油供應應急體系方面做了大量工作，包括：組織專門會議探討石油應急響應問題，對成員國甚至是非成員國進行石油應急培訓；定期從應急機構與政策、應急儲備、需求限制、儲備動用、能源替代、數據收集等方面對成員國的應急能力加以評估；要求成員國建立能源應急共享組織（NESO），促進石油應急的國際合作；提出了一整套石油供應應急響應措施等等[2][3][4]；呂濤、富莉[5]構建中國與國際能源應急合作的演化博弈模型，研究發現應急成本越低，博弈雙方更傾向于應急合作。然而忽視了主體的應急行為是隨著能源突發事件的發展狀態而改變的，微分博弈中的參與者依靠時間和系統狀態變量的變化改變自身的策略，充分考慮到了主體的應急行動策略受到能源短缺量變化的影響，因此本文采用微分博弈方法對能源應急協同問題進行研究。目前微分博弈模型已經被廣泛運用于經濟、軍事、生物及社會科學等多個領域，國內學者洪江濤、黃沛[6]運用微分博弈模型研究了供應鏈質量協調問題，趙黎明、陳喆芝、劉嘉玥[7]運用動態微分博弈模型研究了政企低碳合作問題，周倩倩[8]運用微分博弈模型研究了霧霾跨域治理多主體的協同機制問題。相關學者將該方法引入到應急管理領域，王長峰[9-10]和莊文英[11]等人借助動態微分博弈模型研究了重大工程應急管理決策問題，姜雪、張召珍[12]運用微分博弈模型研究了面對突發事件時微博輿論意見主流與政府之間是如何相互影響的。

因此，基于IEA 成熟的石油緊急共享制度，本文根據短缺范圍設置三種情形分析國際能源應急合作問題。考慮到能源應急過程中，國家與國家之間存在著博弈關系。當一個國家出現能源供應緊張態勢，其他國家考慮到長遠的政治利益或經濟利益會選擇合作或者不合作。當國際范圍內出現能源短缺態勢，各個國家基于經濟利益的考慮會選擇“搭便車”。基于國家主體間的利益博弈關系，同時考慮到國家主體的應急行為隨著能源突發事件的發展而變化，運用微分博弈方法構建國際能源應急合作的博弈模型。這對中國建立和完善能源應急體系，更好地尋求國際能源應急合作具有重要的借鑒意義和指導意義。

二、模型構建

假設模型包括兩個主體，分別為中國和他國。設置不同的前提研究中國和他國兩個主體的能源應急合作問題。利用狀態函數表示能源短缺量，是能源突發事件發生時（t=0）到能源突發事件得到控制的過程，由能源突發事件自身造成的短缺量以及中國他國通過應急合作減少的能源短缺量組成的，具體表達式如下：

三、模型解析

情形一：能源突發事件發生在中國國內，未對他國造成影響

在能源突發事件影響范圍僅限中國國內時，中國的福利函數可以表示為

他國的福利函數可以表示為：

博弈期內（［0，t］）中國和他國形成的應急聯盟獲得的福利收益為，運用貝爾曼方程法來求解。記中國的最優策略為，他國的最優策略為，并令。由整體福利收益最大化原理得到：

情形二：能源突發事件影響范圍擴散他國

此種情形下，中國的目標函數與情形一一致，他國的目標函數在情形一的基礎上減去能源突發事件對他國造成的損失。根據同樣的方法計算可得：

綜合情形一和情形二的計算結果，可以得出以下結論：

（1）由于中國與他國的最優應急努力程度分別關于各自應急成本的一階偏導均小于零，說明當能源突發事件的影響局限在中國國內時或當能源突發事件影響到其他國家時，中國和他國的均衡應急努力程度與各自付出的應急成本負相關，即中國或降低其能源應急成本可以提高其能源應急努力水平，會提高其應急積極性。

（2）通過對以上兩種情形的綜合比較分析，中國與他國的最優應急努力程度關于的一階偏導均小于零。由于第一種情形下小于第二種情形下，則第二種情形下中國與他國的應急努力程度均大于第一種情形各自的應急努力程度。同時由此可計算得到第二種情形下的最優協同收益大于第一種情形下的最優協同收益，說明中國和他國的均衡努力程度分別小于能源突發事件影響范圍僅限中國國內時各自的最優努力程度。這是由于當能源突發事件的范圍擴散到國際范圍內時，由于能源突發事件的外部性和能源應急的公共物品特征，導致能源應急過程中中國和他國均存在一定程度的“搭便車”行為，均意圖依賴對方的應急力量，降低自身的應急投入。

情形三：在情形二基礎上引入監督考核、懲罰機制

在采取石油應急行動時，往往會涉及到各自國家的政治利益和經濟利益，不免會出現各國追求自身利益的短視行為。有著成熟的石油應急機制的IEA 為了保障協定義務得到成員國的忠實履行，《IEP 協定》規定成員國應當維持無石油凈進口時至少足夠90 天消費的應急儲備，隨時準備好一套應急石油需求抑制措施的計劃，一旦石油供應減少達到規定的水平，應當按照IEA 的要求執行需求抑制措施降低石油消費量，并且規定了具體的需求抑制水平①需求抑制水平取決于石油供應中斷的實際情況，如果中斷達到7%，需求抑制水平必須達到7%，如果中斷達到12%，需求抑制水平應達到10%，如果供應中斷情況極其嚴重且持續時間較長，理事會有權將強制性需求抑制水平提高到10%以上。，一旦啟動緊急共享制度或者協調應急反應制度，應當采取必要的措施，保證按照《IEP 協定》的要求進行石油分配。同時IEA 會對成員國實際實施的措施效果進行審查和評估。

《IEP 協定》沒有規定任何正式的制裁措施，但不履行義務的國家將會承擔不利的后果，將處在他國控制下的即將運往不履行義務的國家的石油進行重新分配，阻止不履行義務的國家使用位于他國的石油儲備，或者拒絕滿足該國在后一階段可能享有的分配權。此外，IEA 還可以對不履行義務的國家在其他能源領域的權利作出調整，或者授權個別成員國采取其他政治或經濟對抗措施。

IEA 的應急制度規定是對成員國的一種行為約束，本質上是IEA 與成員國之間的一種博弈結果，調和了成員國之間的利益沖突，得以有效運行。因此基于IEA 的應急制度規定引入監督考核機制、懲罰機制對中國與他國之間的能源應急協同問題進行研究。

在情形二的基礎上增加以下假設：

（1）模型以國際能源組織（IEA）的石油供應緊急共享制度為假設基礎，由兩國成立的相應的組織為中國和他國制定各自的應急能源分配額和需求抑制水平，并監督和考核各國的執行情況；

（2）將IEA 的規定“對于不履行石油應急義務的國家，風險只能由該國自身承擔”假設為對于應急任務考核不合格的國家的懲罰。用表示對中國實施的懲罰，表示對成員國實施的懲罰。其中為懲罰系數，表示IEA 的應急監督力度，監督力度越大，代表該國的消極應急行為被發現的概率越大。表示針對中國規定的應急考核標準，為應急績效水平系數，當中國實際完成的應急任務大于等于為其制定的任務考核標準時不對中國進行懲罰，當中國實際完成的應急任務小于為其制定的任務考核標準時，對中國進行懲罰。同樣地表示針對成員國規定的應急考核標準，當他國實際完成的應急任務大于等于為其制定的任務考核標準時不對他國進行懲罰，當他國實際完成的應急任務小于為其制定的任務考核標準時，對他國進行懲罰。

基于以上分析可知，中國與他國的目標函數分別在情形二的基礎上減去各自受到的懲罰帶來的收益損失。根據同樣的方法求得：

根據以上結果可以得出以下結論：

（1）由于該情形下中國與他國的應急努力程度分別關于各自應急成本的一階偏導均小于零，說明中國和他國的應急努力程度與各自的應急成本負相關，各國降低其能源應急成本可以提高其能源應急努力水平，會提高應急積極性。

（2）由于該情形下中國與他國的應急努力程度分別關于組織對其監督力度的一階偏導均大于零，說明中國和他國的應急努力均與監督力度正相關，即各國在能源應急中付出的努力會隨著監督力度的增加而增加，從而各國能夠以更加積極的姿態參與到能源應急工作中去。

（3）由于該情形下中國與他國的應急努力程度分別關于組織對其應急績效考核水平的一階偏導均大于零，說明中國和他國的應急努力均與應急績效考核水平正相關，即各國在能源應急中付出的努力會隨著應急績效考核水平的提高而增加，從而各國能夠以更加積極的姿態參與到能源應急工作中去。

（4）由于該情形下中國與他國的應急努力程度分別關于組織對其懲罰力度一階偏導均大于零，說明中國和他國的應急努力均與懲罰力度正相關，即各國在能源應急中付出的努力會隨著懲罰力度的增加而增加，從而各國能夠以更加積極的姿態參與到能源應急工作中去。

（5）通過比較分析情形二和情形三的中國與他國的最優努力程度，可知情形三下中國的最優應急努力程度大于情形二下其最優應急努力程度，情形三下他國的最優應急努力程度大于情形二下其最優努力程度。同時計算可得情形三下的最優協同收益大于情形二的最優協同收益，說明監督考核機制、懲罰機制可以約束主體的“搭便車”行為，提高中國和他國的能源應急積極性，增加協同收益。

四、結論與對策建議

本文基于國際能源應急協同的時代背景，分析國家主體間的利益博弈關系，借鑒國際能源組織（IEA）成熟的石油緊急共享制度研究了國際范圍內的能源應急協同問題，建立了①能源突發事件發生在中國國內，未對他國造成影響；②能源突發事件影響范圍擴散他國；③在情形二基礎上引入監督考核、懲罰機制等三種情形下中國與他國的能源應急協同微分博弈模型，并進行兩兩比較分析。結果表明三種情形下均得到國家主體的應急努力程度均與各自的應急成本負相關；國家主體間在能源應急合作過程中存在“搭便車”行為；監督考核、懲罰機制的引入可增強國家主體的應急積極性，提高應急協同效率。根據研究結論，建議中國在與其他國家建立能源應急合作關系時，不能僅僅是停留在政治承諾，要作出有法律約束力的決議，建立監督考核機制、懲罰機制以約束國家主體的應急行為，使得中國在出現能源突發事件時可以獲得來自其他國家穩定的能源供給，或者國際范圍內出現能源突發事件時，中國可以與其他國家共同應對，降低能源突發事件帶來的損失和風險，避免其他國家在能源供應短缺情況下，違背應急合作關系，不能有效執行能源應急合作決議。