基于演化博弈模型的電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)策略研究

王 夢,毛寧澤宇,周里添,許 源,焦 松

(1.國網(wǎng)(北京)綜合能源規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司,北京 100052;2.國網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團(tuán)有限公司,北京 100052)

0 引言

綜合能源服務(wù)以用戶價值為導(dǎo)向,同步提供綠色電力,燃?xì)?供水,供熱,并為客戶提供節(jié)能服務(wù)和智慧增值服務(wù)。電網(wǎng)公司現(xiàn)有綜合能源服務(wù)管理體制尚不明確,客戶價值和目標(biāo)導(dǎo)向不清晰,核心競爭力不足,面對的社會競爭形勢也比較嚴(yán)峻,體制機(jī)制尚不完善,盈利點(diǎn)不明顯[1]。因此,綜合能源服務(wù)應(yīng)運(yùn)而生。如何把握市場規(guī)律,識別關(guān)鍵競爭者,采取正確的發(fā)展策略成為電網(wǎng)企業(yè)在轉(zhuǎn)型綜合能源服務(wù)商進(jìn)程中亟須解決的關(guān)鍵問題[2]。如何利用自身優(yōu)勢、創(chuàng)新管理模式、提高競爭力和突破點(diǎn)是當(dāng)務(wù)之急。基于對現(xiàn)有電網(wǎng)企業(yè)面臨的競爭形勢的分析,利用演化博弈模型提出適用于電網(wǎng)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的穩(wěn)定策略。

1 演化博弈模型的應(yīng)用

博弈思想是用于研究寡頭壟斷市場各個競爭者之間關(guān)系以及規(guī)律的有效方法之一,通過對市場內(nèi)多方主體之間的行為進(jìn)行研究,探求出適合于各方的行為策略。目前,博弈論已經(jīng)廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、管理等領(lǐng)域,為企業(yè)的決策提供新的思路。但是,傳統(tǒng)的博弈論理論建立在“完全理性”假設(shè)基礎(chǔ)上,不符合現(xiàn)實(shí)條件。演化博弈基于有限理性,通過模擬生物演化過程,可以算出對應(yīng)博弈情形下最終的平衡點(diǎn)。

演化博弈以具有共同特點(diǎn)且互有聯(lián)系的若干個體為研究對象,研究動態(tài)演化過程,在演化過程中篩選出適宜的行為策略[3]。演化博弈論是把博弈理論分析和動態(tài)演化過程分析結(jié)合起來的一種理論。在方法論上,它不同于博弈論將重點(diǎn)放在靜態(tài)均衡和比較靜態(tài)均衡上,強(qiáng)調(diào)的是一種動態(tài)的均衡。目前,演化博弈模型的應(yīng)用已經(jīng)很廣泛,包括基于演化博弈思想對電力市場電源決策的動態(tài)變化開展分析,從而評估共享適用度對結(jié)果的影響程度[4];選取演化博弈論中的對稱博弈模型研究電力市場中不同主體的動態(tài)策略,并進(jìn)行穩(wěn)定性分析[5];運(yùn)用演化博弈理論,建立電網(wǎng)公司和金融機(jī)構(gòu)關(guān)于電力數(shù)據(jù)征信產(chǎn)品商業(yè)模式的動態(tài)模型[6];基于演化博弈研究低碳物流商業(yè)模式創(chuàng)新問題[7];以演化博弈論為理論基礎(chǔ)進(jìn)行戶用光伏整縣開發(fā)協(xié)同機(jī)制及仿真[8];基于售電公司和供電公司的雙邊協(xié)商購電合同模型,應(yīng)用演化博弈論計算用戶在有限理性下的套餐選擇比例,證明了方法的可行性[9]。

2 電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)主體間演化博弈模型構(gòu)建

2.1 模型構(gòu)建基本假設(shè)

將除電網(wǎng)企業(yè)外的其他企業(yè)歸為一類綜合能源服務(wù)企業(yè),基于用戶需求的角度對電網(wǎng)企業(yè)和其他綜合能源服務(wù)企業(yè)進(jìn)行演化博弈分析,研究兩類企業(yè)在有限理性下的行為方式,通過不斷的模仿和改進(jìn),形成適合的業(yè)務(wù)行為策略。

基本假設(shè)如下:

1)假設(shè)將開展綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的企業(yè)分兩類,電網(wǎng)企業(yè)m 和其他綜合能源服務(wù)企業(yè)n。

目前市場上兩類企業(yè)擁有的資源環(huán)境、用戶群體、服務(wù)內(nèi)容等有所不同,提供的綜合化能源服務(wù)業(yè)務(wù)水平各有不同。假設(shè)兩者的業(yè)務(wù)水平分別為lm和ln;市場占有率分別為p和q,其中p,q∈(0,1);在滿足現(xiàn)有市場需求的情況下,潛在總利潤為w。

2)假設(shè)競爭環(huán)境下,用戶對綜合能源服務(wù)的業(yè)務(wù)水平要求不斷提高。

市場上存在著各種綜合能源服務(wù)方案,用戶不再局限于現(xiàn)有的業(yè)務(wù)水平,對企業(yè)服務(wù)水平從初始標(biāo)準(zhǔn)提高到l(l＞lm,l＞ln)。兩類企業(yè)均面臨兩種策略的選擇:一是選擇維持業(yè)務(wù)現(xiàn)狀,節(jié)約投資成本,企業(yè)則面臨業(yè)務(wù)競爭力下降甚至市場淘汰的風(fēng)險,收益將逐年降低至無;二是增加投資,對現(xiàn)有業(yè)務(wù)進(jìn)行創(chuàng)新,企業(yè)更好的適應(yīng)用戶需求,保持甚至提高市場占有率。

由于企業(yè)擁有不同水平的資源、技術(shù)和人力資本等,所以提供綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的成本也不同,假設(shè)電網(wǎng)企業(yè)n的成本為Cm,其他企業(yè)n的成本為Cn。在原有成本基礎(chǔ)上增加投資創(chuàng)新業(yè)務(wù)所提高的成本分別為CΔm和CΔn。業(yè)務(wù)的研發(fā)成果與成本基本正相關(guān),結(jié)合市場的實(shí)際情況,提供的服務(wù)基本屬于同質(zhì)的,可以借鑒雙寡頭模型即AJ模型,假設(shè)研發(fā)投資是二次函數(shù)。

假設(shè)增加投資創(chuàng)新業(yè)務(wù)所付出的成本與水平的關(guān)系式為:CΔm=α(l-lm)2、CΔn=β(l-ln)2。其中l(wèi)-lm和l-ln分別表示兩類企業(yè)現(xiàn)有綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)水平與用戶需求的差距,數(shù)值越大,表示距離目標(biāo)所付出的成本越高;α和β均大于0,分別為兩類企業(yè)進(jìn)行業(yè)務(wù)創(chuàng)新的成本對業(yè)務(wù)水平差距的彈性系數(shù),表示提高單位水平所付出的成本。

3)假設(shè)綜合能源服務(wù)市場需求量是一定的。

假設(shè)用戶是定量的,對某業(yè)務(wù)的需求也是一定的,意味著兩類企業(yè)生產(chǎn)同質(zhì)的產(chǎn)品時,當(dāng)一類企業(yè)獲得這個用戶市場時,另一企業(yè)則失去了同樣的市場。同理,在面臨是否選擇創(chuàng)新業(yè)務(wù)時,如果一類企業(yè)選擇創(chuàng)新,那么不創(chuàng)新的企業(yè)會失去原有的市場,選擇創(chuàng)新的企業(yè)的市場占比將會提高,意味著創(chuàng)新業(yè)務(wù)會帶來額外利潤R。

4)假設(shè)企業(yè)是理性的,策略選擇不盡相同。

假設(shè)電網(wǎng)企業(yè)選擇對現(xiàn)有綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)進(jìn)行開發(fā)或優(yōu)化的概率為x,則不進(jìn)行開發(fā)或不優(yōu)化的概率則為1-x。同時,假設(shè)其他企業(yè)對現(xiàn)有業(yè)務(wù)進(jìn)行開發(fā)或優(yōu)化的概率為y,則不進(jìn)行開發(fā)或優(yōu)化的概率為1-y。由于競爭主體基于有限理性選擇策略,綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)決策受到競爭者行為的影響,所以這兩類企業(yè)會根據(jù)實(shí)際情況不斷調(diào)整策略直至穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 構(gòu)建綜合能源服務(wù)主體演化博弈模型

基于2.1節(jié)的假設(shè)構(gòu)建電網(wǎng)企業(yè)和其他綜合能源服務(wù)企業(yè)進(jìn)行博弈的策略組合,其中創(chuàng)新/開發(fā)的含義包括對已有業(yè)務(wù)進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化和開發(fā)新業(yè)務(wù),不創(chuàng)新/不開發(fā)則表示不對已有的綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化或者不開發(fā)新業(yè)務(wù)。支付矩陣如圖1所示,數(shù)據(jù)為對應(yīng)業(yè)務(wù)策略選擇下的收入成本差額。

設(shè)電網(wǎng)企業(yè)選擇對綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)進(jìn)行創(chuàng)新或開發(fā)和不創(chuàng)新/不開發(fā)兩種策略的期望收益分別為μ1和μ2,混合策略的平均收益表示為μ;其他企業(yè)進(jìn)行創(chuàng)新和不創(chuàng)新兩種策略的期望收益分別表示為v1和v2,混合策略的平均收益表示為v。

可以得到電網(wǎng)售電企業(yè)m 的復(fù)制動態(tài)方程為

同理可得,其他售電企業(yè)的復(fù)制動態(tài)方程表示為

以上方程逐漸趨向于0時,博弈將逐漸達(dá)到均衡狀態(tài)。求解式(4),令F(x)=0,可以得到均衡點(diǎn)的3 個解,x1=0;x2=1;y=1+

同理,可得另一博弈方的均衡點(diǎn),y1=0;y2=1;

但取得的均衡點(diǎn)不代表博弈處于穩(wěn)定狀態(tài),為確保得到穩(wěn)定狀態(tài),對F(x)和F(y)二次求導(dǎo),當(dāng)F'(x)或F'(y)＜0,意味著一階導(dǎo)數(shù)確定的平衡點(diǎn)為演化穩(wěn)定策略。

2.3 博弈雙方綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)決策分析

1)電網(wǎng)企業(yè)m 決策分析

3 演化博弈下的電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)穩(wěn)定策略

競爭環(huán)境下的綜合能源服務(wù)市場,其他企業(yè)對電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)施加了一定的競爭壓力,在考慮滿足局部均衡狀態(tài)的同時,還需考慮不同情景下兩類企業(yè)的穩(wěn)定狀態(tài),從而得到電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)適合的策略。

滿足此條件時,電網(wǎng)企業(yè)和其他企業(yè)均處于局部穩(wěn)定狀態(tài),根據(jù)復(fù)制動態(tài)方程求解導(dǎo)數(shù),可以得到a、b、c、d、e5個平衡點(diǎn),具體見圖2所示的復(fù)制動態(tài)方程的趨勢圖。其中,a點(diǎn)為電網(wǎng)企業(yè)不創(chuàng)新/不開發(fā),其他企業(yè)維持原狀;b點(diǎn)為創(chuàng)新/開發(fā);c點(diǎn)是電網(wǎng)企業(yè)開發(fā)新業(yè)務(wù)或者對原業(yè)務(wù)進(jìn)行創(chuàng)新,其他企業(yè)采取相反策略;d點(diǎn)是雙方均保持現(xiàn)狀;e點(diǎn)則表示雙方均選擇創(chuàng)新/開發(fā)的概率。

圖2 演化博弈的動態(tài)趨勢一

由圖3可知,博弈最終將收斂于d(0,0),電網(wǎng)企業(yè)和其他企業(yè)的最優(yōu)策略均為不創(chuàng)新/不開發(fā),表示在此情景中,這類業(yè)務(wù)不適合雙方。

圖3 演化博弈的動態(tài)趨勢二

由圖4可知,博弈最終將收斂于b(1,1),電網(wǎng)企業(yè)和其他企業(yè)最優(yōu)策略均為創(chuàng)新/開發(fā),表示在滿足條件的前提下,此類綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)值得推廣。

圖4 演化博弈的動態(tài)趨勢三

4 電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)效益主要驅(qū)動力分析

通過演化博弈下電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)穩(wěn)定策略的分析可知,策略選擇主要取決于業(yè)務(wù)的成本及其效益和函數(shù)中主要參數(shù)的大小和變化方向。這些參數(shù)將影響收斂值,從而指導(dǎo)企業(yè)選擇合適策略。其中,效益主要取決于市場份額,成本主要取決于業(yè)務(wù)差異。

4.1 電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的市場占有率

由于CΔm=α(l-lm)2,增量成本受差異程度和彈性系數(shù)的影響,代入公式(6)可得

同理,計算可得其他企業(yè)最優(yōu)策略是選擇不創(chuàng)新/不開發(fā)需滿足公式(8)。

此時,滿足兩條件的結(jié)果是

在此條件下,電網(wǎng)企業(yè)選擇創(chuàng)新/開發(fā),其他企業(yè)維持現(xiàn)狀。假設(shè)成本對差異的彈性系數(shù)一致,即α=β,由此得到市場占有率的關(guān)系

當(dāng)市場不存在此類業(yè)務(wù)時,Cm=Cn=0;當(dāng)市場存在此業(yè)務(wù)時,兩類企業(yè)的初始投資成本關(guān)系不確定,一般來說,電網(wǎng)企業(yè)擁有天然的電網(wǎng)資源和龐大的客戶群,初始投入成本會低于其他企業(yè)。所以,只要電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)市場占有率大于其他企業(yè),電網(wǎng)企業(yè)的穩(wěn)定策略均是創(chuàng)新/開發(fā),其他企業(yè)則不同。

4.2 電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)水平

當(dāng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)與市場需求目標(biāo)差異程度較大時,實(shí)現(xiàn)難度也較大。當(dāng)滿足條件和時,對應(yīng)的策略均是選擇創(chuàng)新/開發(fā),假設(shè)市場占有率、彈性系數(shù)等相同時,業(yè)務(wù)水平越高的企業(yè)越容易滿足條件,由于新投資或者再投資付出的成本跟現(xiàn)有業(yè)務(wù)水平相關(guān),更適合選擇積極對策。

4.3 電網(wǎng)企業(yè)選擇創(chuàng)新/開發(fā)時的成本彈性

創(chuàng)新/開發(fā)的成本彈性不同,直接影響成本。假設(shè)初始投資、業(yè)務(wù)水平、市場占有率均一致,彈性系數(shù)對均衡點(diǎn)的影響為

由此可得,當(dāng)其他企業(yè)成本彈性大于電網(wǎng)企業(yè)時,電網(wǎng)企業(yè)選擇創(chuàng)新/開發(fā)原是最優(yōu)策略。在相同的條件下,企業(yè)進(jìn)行創(chuàng)新/開發(fā)需增加的成本對業(yè)務(wù)水平越敏感,那么成本投入就越易受影響,選擇此策略需要額外考慮成本的影響。

5 結(jié)論

本文基于綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)面對的競爭環(huán)境開展分析,構(gòu)建了電網(wǎng)企業(yè)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的演化博弈模型,從而找出更有針對性的適用于電網(wǎng)企業(yè)的綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)發(fā)展策略,并挖掘出其效益的主要驅(qū)動力因素。電網(wǎng)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)開發(fā)與否受到競爭者的巨大影響,主要表現(xiàn)為市場占有率和業(yè)務(wù)水平兩個方面,不同的市場形勢下競爭策略是不同的,需要根據(jù)業(yè)務(wù)的具體情境進(jìn)行計算分析,從而找出適合的發(fā)展策略,找到新的利益增長點(diǎn),而不是盲目的開發(fā)綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)或者完全抗拒新業(yè)務(wù)的開發(fā)。由于本文未考慮不同類型的綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)的實(shí)際運(yùn)行場景,缺乏數(shù)據(jù)分析及驗證過程,下一步將結(jié)合具體業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)完善模型,對綜合能源服務(wù)業(yè)務(wù)開展更深入的分析。