考慮先期和當期資源投入的能源應急協同研究

劉曉燕,呂 濤

(中國礦業大學管理學院，江蘇 徐州 221116)

1 引言

能源應急管理涉及的利益主體眾多，包括各級政府及職能部門、能源供應鏈企業、行業協會等非政府組織、相關能源專家、公眾等，其中能源供應鏈企業包括能源生產企業、能源消費企業和能源運輸企業等。2017年城鎮燃氣、天然氣發電、工業燃料升級、交通燃料升級等四項天然氣項目陸續上馬，導致從2017夏天開始天然氣消費量猛增，進入冬季各地供暖需求加劇了天然氣供不應求態勢，出現了全國性“氣荒”。政府要求保民生，限制工業用氣，擴大天然氣供應。作為天然氣供應方的中石油、中石化及中海油，供氣優先保證民用，全力優化國內油氣田運行，確保主力氣田滿負荷生產，與進口國密切溝通協調，避免出現停供、無序下載等情況，各LNG接收站滿檔期接船，以最大氣化能力供應市場管道氣，儲氣庫注滿庫容，確保應急調峰采氣。中石油還與中石化、中海油等企業建立聯保機制，緩解冬季供氣缺口。從天然氣消費端來看，油企為了保證民用，犧牲工業用戶，收緊終端管道氣氣量，對部分地區的LNG工廠限氣。同時引入價格機制，引導天然氣價格市場化，中石油天然氣銷售公司在上海石油天然氣交易中心參與天然氣氣量競拍。面對天然氣供應不足的情況，政府加快儲氣調峰等基礎設施建設，合理化“煤改氣”政策規劃，盡快完善基礎設施公平開放實施細則，并發揮交易中心的作用，落實第三方準入規則，并進行嚴格監督應對此次“氣荒”。由此可見能源突發事件的應急不是某個主體能夠獨自完成的，需要各地區、各部門實現多主體、多層級、多環節的協同聯動，需要主體之間打破組織獨立、地域分散的壁壘，實現主體之間的應急協同，才能更快更高效地應對能源突發事件，減少給公眾、企業和社會帶來的損失。

2008年的雪災帶來煤炭短缺，中國政府成立了“煤電油氣運保障工作部際協調機制”，由國家發展改革委牽頭，工信部、財政部、交通部、運輸部、水利部、農業部、商務部、安全監管總局、氣象局、能源局、煤炭協會、鐵道部、中石油、中石化、國網公司、南網公司等單位組成，跨部門跨地區統籌協調煤電油氣的生產、供應和運輸等工作，實現能源應急協同響應。該協調機制所立即啟動的能源應急機制使各成員單位緊密協作，在2008年煤炭短缺中發揮了重要作用，確保了汶川大地震后抗震救災對能源的需求，對于2009年底至2010年初的天氣異常引發的中國大范圍的天然氣荒和煤荒，2010年10月全國范圍內出現的柴油荒和2011年10月華中等區域出現的油荒，以及冬季春運造成的能源運輸緊張等事件均起到了積極的作用，可見能源應急主體之間的協同配合對于提高能源應急效率發揮著重要作用。然而當能源供需緊張態勢得到緩解，“煤電油氣運保障工作部際協調機制”的工作就結束了，導致了中國能源應急出現明顯的臨時性特征，各應急主體之間缺乏日常的溝通和聯系，主體間的協同僅僅依靠能源突發事件發生后的臨時動員，無法把能源應急行為滲透到組織的日常運作中，在時間緊、任務重的情況下，各個主體內部、主體之間要花費大量的時間進行協調磨合，在信息共享、物質設備調用、資源配置等環節缺乏溝通與協調的有效通道和反饋機制，造成各個主體掌握的信息、資源的極其不對稱，應急能力分散不能形成合力，能源應急工作將難以及時有效地展開，錯失控制能源短缺事態的最佳時機，能源應急協同效率低下，造成更多應急人力、物力等資源的浪費。

此外，由于中國能源應急管理體系建設相對滯后，各主體的應急職責和權限模糊，缺乏相關制度的約束以及具體的協同程序，加之能源的公共物品性特征，導致地方政府將責任轉嫁給上級政府，過度依賴上級政府的力量，擔負著企業責任、社會責任及政治責任的能源供應鏈企業作為追求利益最大化的“經濟人”， 在自身經濟利益不能得到有效保障時會消極應對能源突發事件，采取的應急行動往往缺乏持續性和深入性，“搭便車”現象屢見不鮮。這些問題嚴重制約了能源應急協同效率，能源應急管理的常態化建設，平衡主體之間的應急協同參與度對于改善中國能源應急管理現狀是迫切的。

國內外學者關于能源應急管理的研究成果較多地集中在能源應急管理體系的建設[1-6]以及能源應急儲備[7-12]兩個方面，關于能源應急協同問題的研究屈指可數，且更多的是針對某一個能源種類，缺乏對整個能源應急的一般性理論的研究，如朱維娜[13]通過協同熵的計算，以卡特里娜颶風為例研究了突發性石油短缺主體間的協同效率；劉曉燕和呂濤[14]構建了政府和能源供應鏈企業兩個主體的演化博弈模型研究了能源應急主體的演化穩定策略及應急主體行為策略影響因素；呂濤和富莉[15]構建了中國與國際能源組織石油應急合作的演化博弈模型，研究了兩個主體應急合作策略的演進。能源以外的應急管理領域，張樂等[16]對突發水災害干旱災害準備階段的應急水資源合作儲備問題，構建了政府與企業合作、不合作情況下的應急水資源合作儲備模型；李勇建和王治瑩[17]運用演化博弈論研究了社會公眾之間及社會公眾和政府部門之間突發事件輿情傳播問題；張樂等[18]對突發水災害應急過程中異質性主體的合作行為構建博弈模型，探討了合作效用變量對應急合作可能性的影響；劉德海等[19]構建了政府和社會公眾間的演化博弈模型研究了重大突發公共衛生事件的疫情傳播問題。上述文獻更多地是界定各主體的應急行為并構建博弈模型進行應急系統演化均衡策略的研究，本文則引入應急主體的協同參與度概念，從資源投入的角度對能源應急協同問題進行研究，拓展了應急協同問題的研究視角和研究方法，一定程度上豐富了能源應急管理理論。

學者們在供應鏈多主體間協同合作研究取得了豐富的成果，如張子健和劉偉[20]構建不同的任務分配模式下供應商參與產品開發的收益模型，分析不同市場狀況下各參與方的任務分配與企業收益間的影響作用；劉征馳等[21]基于Samaddar和 Kadiyala[22]的研究構建了服務集成商和專業服務提供商知識協作的Stacklberg主從博弈模型，探討了非合作型獨立決策和合作型共同決策兩種情形下主體間的知識協作機制及對服務創新績效的影響；陳洪轉等[23]構建了供應商雙重努力下主制造商和供應商協同合作模型和最優利益分配規劃模型，分別研究了主制造商未協調控制下和主制造商協調控制下的供應商最優努力水平、合作程度及主制造商的最優利益分配比例；熊榆等[24]構建了領導者和追隨者在只有資金投入和同時含有資金和知識投入兩種情況下的新產品合作開發的博弈模型，通過比較分析兩種情形下的研發努力程度、最優投入了等指標研究了新產品開發參與主體的最優投入決策問題；時茜茜等[25]構建了重大工程中承包商和供應商協同在分散決策、集中決策兩種模式下的協同合作的動態博弈模型，通過賦予主體不同的合作貢獻權重，分析最優努力程度、供應鏈系統最優收益等指標研究了重大工程供應鏈協同合作的利益分配機制；陳洪轉等[26]構建了基于努力程度的最優成本分攤模型，通過Nash均衡和Stackelberg均衡兩種激勵模式下主制造商分攤供應商研制成本的最優比例、最優努力水平和最優收益研究了主制造商與供應商協同合作的最優成本分攤問題。應急供應鏈是將供應鏈理論運用到公共危機管理領域，是應急管理理論的重要內容之一[27]。本文在以上協同合作模型基礎上，結合能源應急協同現實情況，在能源應急協同模型構建中引入災害經濟學中“守業投入”概念[28]，將能源應急資源投入減少的能源短缺量作為能源應急經濟效益，將減少的災害損失作為正效益進行計算；提出先期資源投入、當期資源投入的概念，構建僅有先期資源投入和有先期和當期資源投入兩種情形體現能源應急協同臨時性并進行比較分析；在模型中加入應急補償變量，研究政府補償力度在能源應急主體協同過程中的影響作用，為政府制定相關能源應急政策提供理論支持，指導相關主體應急行為。基于以上能源應急協同的實踐和研究現狀，構建政府和能源供應鏈企業應急協同模型，得出主體協同參與程度、應急資源投入、補償力度以及協同效益之間的關系，為提高能源應急主體主觀能動性，建設能源應急管理常態化機制給出一定的啟示。

2 模型構建

能源應急是針對能源突發事件的應急，李洪濤[29]認為能源突發事件是指包括石油、煤炭、天然氣在內的多個能源種類的供應緊張狀態，體現為能源生產停滯、能源運輸中斷或能源消費突增，造成能源短缺，引起能源行業、能源市場的波動。能源應急協同則是相關利益主體通過各自內部、主體間及與外部環境的相互協調合作，實現煤電油氣運的有序高效生產、供應和運輸活動，緩解能源短缺態勢，恢復正常的能源生產和消費秩序。

中國當前對能源應急的界定局限于能源突發事件發生以后，這是一種狹義的能源應急，本文擬擴展能源應急外延，即能源應急包括常態下和非常規情況下的一系列應急活動和工作。將政府和能源供應鏈企業在能源突發事件發生后的應急協同資源投入定義為當期資源投入，是應對具體能源突發事件的資源投入；常態下的應急協同資源投入定義為先期資源投入，先期資源的投入是各個主體在具體的能源應急過程中實現高效協同的基礎，沒有先期資源的投入，僅僅依靠在能源短缺情況出現時，主體間臨時建立起應急協同合作關系，這種傳統的臨時性應對方式導致各個應急環節銜接不夠緊密，存在嚴重脫節現象，難以達到快速有效的反應。同時參與應急的部門、單位等派出的應急人員都是臨時抽調的，日常缺乏應急培訓與演練，不能掌握一定的能源應急知識和技能，能源應急處置能力低。

當期資源投入是指能源短缺事件發生后的應急過程中應急主體投入的人力、物力、財力等資源，包括政府及職能部門抽調的工作人員、財政撥款支持、物資儲備釋放，能源供應鏈企業投入的專業應急人員、應急物資設備、專業應急技術、能源資源、運力以及財力等，能源專家的應急知識和經驗投入，以及應急通信等其他應急保障資源投入等；先期資源投入指常態下各主體在能源應急“一案三制”建設和準備工作中針對協同要素的投入，包括能源應急知識教育與普及、能源應急組織制度建設、能源應急法律制度和應急機制的完善、能源應急預案編制、能源應急技能培訓、能源應急演練、能源應急物資資源儲備庫建設、能源應急溝通平臺建設以及其他能源應急保障環節投入的人力、物力和財力等。

能源應急協同的一個基本且關鍵的要素是應急主體，能源應急涉及的主體眾多，為了簡化模型，選取在應急過程中扮演重要角色的兩個主體，政府和能源供應鏈企業。模型假設政府和能源供應鏈企業在應急協同過程中，政府根據能源短缺嚴重程度決定其應急協同參與度；能源供應鏈企業根據政府的應急行動確定自身應急協同資源投入。

本文構建兩種情況下應急協同模型：第一種情況是政府和能源供應鏈企業未進行先期資源投入，僅有當期資源投入應對突發性能源短缺；第二種情況是政府和能源供應鏈企業依靠先期資源投入和當期資源投入應對突發性能源短缺。

2.1 僅有當期應急協同資源投入

僅有當期資源投入的情況是指能源應急協同僅發生在非常態下，是臨時性的。

在能源應急過程中，政府和能源供應鏈企業的應急協同表現在風險預警、資源保障、信息溝通等環節，通過各環節人力、物力、財力、信息等資源要素的整合實現協同收益[30]。采用績效函數度量能源應急過程中政府和能源供應鏈企業應急資源投入帶來的協同績效，即單位協同資源投入彌補的能源短缺量。能源應急過程中，主體間應急協同績效的提升本質上是應急主體間的知識涌現[31]，故假設隨著政府和能源供應鏈企業應急資源投入的增加，其彌補的能源短缺量逐漸增大，故應急協同績效函數是非遞減的[32-33]。隨著政府和能源供應鏈企業更多應急資源的投入，可彌補的能源短缺量的增加會趨于緩慢。因此，設應急協同績效函數為非線性的[34]。應急協同績效函數受到政府和能源供應鏈企業當前應急協同資源投入的影響，用x表示，隨著x的增加，協同績效F(x)達到飽和點s，s為應急協同績效理論上的最大值，應急協同績效函數[35]記為:

F(x)=s-x-μ+ε

(1)

s、μ為常數，μ表示應急協同投入彈性，μ越大，政府和能源供應鏈企業在應急過程中的投入對協同績效影響就越大，ε為隨機誤差，則應急協同期望績效函數為:

(2)

令α、β分別表示政府和能源供應鏈企業單位應急協同績效帶來的邊際協同收益，且為常量。能源應急過程中引入變量p表示政府在應急協同過程中的參與度，且p∈[0,1]。

《能源法》意見稿第八章指出政府應針對承擔能源應急工作的企業給予一定的補償，因此引入補償系數k衡量政府對能源供應鏈企業的補償力度，k∈[0,1]。假設政府根據能源供應鏈企業的應急投入給予一定程度的補償，則政府、能源供應鏈企業以及兩個主體共同的協同期望收益函數分別為:

Eg=α(s-x-μ)-xp-kx(1-p)=α(s-x-μ)-x[p+k(1-p)]

(3)

Ec=β(s-x-μ)-x(1-p)+kx(1-p)=β(s-x-μ)-x(1-p)(1-k)

(4)

Et=(α+β)(s-x-μ)-x

(5)

令公式(4)為0，并對x求一階偏導，得到能源應急最優資源投入x*：

(6)

MaxEt=(α+β)[s-(x*)-μ]-x*

(7)

政府的應急協同最優參與度p*由公式(7)決定。將x*帶入公式(7)，得到:

(8)

令公式(8)等于0，對p求一階偏導得到p*：

(9)

將p*帶入到公式(6)，得到：

(10)

將x*帶入到公式(5)，得到：

(11)

2.2 有先期和當期兩種資源投入

有先期和當期兩種應急協同資源投入的情況是指能源應急協同具有常態化特征，而非臨時的。在有先期資源投入的情況下，應急協同績效函數除了受政府和能源供應鏈企業當期應急協同資源投入的影響，也受到政府和能源供應鏈企業先期資源投入的影響，應急協同績效函數[35]記為:

F(x,bg,bc)=s-x-μbg-μgbc-μc+ε

(12)

應急協同期望績效函數記為:

(13)

bg、bc分別代表政府和能源供應鏈企業先期資源投入，μ表示政府和能源供應鏈企業當期共同應急資源投入彈性，值越大，應急主體當期應急資源投入對協同績效影響越大，μg、μc分別代表政府和能源供應鏈企業先期資源投入彈性，值越大，應急主體先期資源投入對協同績效影響越大，同時s、μ、μg、μc為常量且取值均為正。由于在具體的突發性能源的短缺事件應急過程中，政府和能源供應鏈企業當期的資源投入更具有針對性，投入有效性更高，因此假設μ大于μg、μc。

令p為政府應急協同參與度，α和β分別為政府和能源供應鏈企業單位應急協同績效帶來的邊際協同收益，則政府和能源供應鏈企業的期望協同收益函數及共同的期望協同收益函數分別記為：

(14)

(15)

(16)

令公式(15)等于0并對x求一階偏導，得到：

(17)

同理計算得到：

(18)

(19)

(20)

3 結果分析

通過對僅有當期資源投入與有先期當期兩種資源投入兩種情況得到的最優協同參與度、最優資源投入以及最優協同收益的比較分析，得到以下結論。

(1)在兩種情況下政府的協同參與度及約束條件相同，可見政府和能源供應鏈企業關于能源應急的日常資源投入，例如常規應急演練、能源應急各項資源的日常儲備等對各自在具體的能源應急過程中的協同參與度沒有影響，這主要由于日常的能源應急資源投入缺乏針對性，在具體的突發性能源短缺事件應急過程中，政府和能源供應鏈企業仍需根據能源突發事件的具體情況進行相應的資源投入，即使在有日常資源投入的情況下也應積極充分參與應急協同工作。

(3)由公式(9)和(18)可見政府的協同參與度與其補償力度負相關，即意味著能源供應鏈企業的應急協同參與度與政府的補償力度正相關，當政府的補償力度越大，能源供應鏈企業則愿意更多地參與到能源應急過程中，承擔更多的應急任務。

4 算例分析

表1 參數α、β賦值情況及補償力度k的取值范圍

根據以上賦值情況得到最優協同參與度與補償力度之間的關系，如圖(1)、圖(2)所示。

圖1 政府最優協同參與度與補償力度的關系圖

圖(1)是政府最優協同參與度與政府補償力度之間的關系圖。圖例中data1、data2、data3指示的曲線分別表示賦值情形①、②、③三種情況下政府最優參與度與補償力度之間的關系。

圖2 能源供應鏈企業最優協同參與度與補償力度的 關系圖

圖(2)是能源供應鏈企業最優協同參與度與補償力度的關系。圖例中data1、data2、data3指示的曲線分別表示賦值情形①、②、③三種情況下能源供應鏈企業最優參與度與補償力度之間的關系。圖(1)中data1、data2、data3所示的曲線分別對應圖(2)中data1、data2、data3所示的曲線，即圖(1)中三種賦值情形下，政府最優協同參與度隨著政府補償力度的增加而降低，對應圖(2)中能源供應鏈企業最優協同參與度隨政府補償力度的增加提高，且從曲線走勢可知政府補償力度越大，能源供應鏈企業的協同參與度變化越明顯。

基于α=9、β=1對僅有當期資源投入和有先期和當期資源投入兩種情形下得到的最優資源投入進行數值模擬，得到圖(3)。

圖3 兩種假設情形下最優資源投入

由前文研究結果可知，在有先期和當期資源投入情形下的最優資源投入與先期資源投入的協同績效有關，故對參數bg、bc、μg、μc賦予兩組數值表征先期協同資源投入績效高低的情況，其中bg=4，bc=8，μg=1/2，μc=1/3的參數賦值得到的是圖(3)中實線所示的先期協同資源投入績效較高時的最優資源投入；bg=1/4，bc=1/8，μg=1/2，μc=1/3的參數賦值得到的是圖(3)中圓點虛線所示的先期協同資源投入績效較低時的最優資源投入。圖(3)中中間虛線表示的是僅有當期資源投入情形下的最優資源投入。由圖(3)可知有先期和當期資源投入情形下，先期資源投入績效較高時最優資源投入小于僅有先期資源投入情形的最優資源投入；有先期和當期資源投入情形下，當先期資源投入績效較低時最優資源投入大于僅有先期資源投入情形的最優資源投入。同時根據圖(3)中三條曲線走勢可知，在先期資源投入績效較高的情形下，能源應急資源投入能夠更快達到最優。綜上可知先期資源的合理高效利用決定了當期資源投入，先期資源投入績效越高，對應的當期應急資源投入越少，避免了能源應急過程中不必要的資源浪費。

基于α=9，β=1，μ=2，對情形一和情形二最優資源投入與政府補償力度、政府協同參與度之間的關系進行數值模擬分析，得到圖(4)、圖(5)。

圖4 僅有當期資源投入情形下最優資源投入與 政府協同參與度、補償力度的關系

圖5 有先期和當期資源投入情形下最優資源投入與 政府協同參與度、補償力度的關系

圖(4)所示曲線分別表示僅有當期資源投入情形下，在政府協同參與度p={0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9}的不同取值情況下最優資源投入隨政府補償力度的變化趨勢，圖(5)所示曲線表示有先期和當期資源投入情形下，在政府協同參與度p={0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9}的不同取值情況下最優資源投入隨政府補償力度的變化。由圖(4)、圖(5)可知，兩種情形下，政府補償力度一定的情況下，隨著政府協同參與度的提高，能源應急的資源投入越多；當政府的協同參與度保持一定的情況下，政府的補償力度越大，能源應急的資源投入越多。說明政府要平衡好協同參與度與補償力度之間的關系，盡可能使應急資源得到合理配置，減少資源浪費。

5 結語

通過對僅有當期資源投入、有先期和當期兩種資源投入兩種情況的建模及分析，得到在能源應急協同響應中政府和能源供應鏈企業的最優參與度、最優資源投入以及最優協同收益等，根據研究結論提出以下建議：

(1)日常應急協同資源投入主要是建設和完善能源應急體系，使應急主體在面對具體的能源突發事件時能夠實現高效協同，提高應急響應效率，快速控制能源短缺事態，但是政府和能源供應鏈企業不能依賴日常應急協同資源的投入而在具體能源突發事件應急過程中掉以輕心，仍需全力以赴。

(2)能源供應鏈企業應意識到自身消極應對突發性能源短缺事件并不能為自己帶來更多好處，政府承擔過多的應急工作會帶來更多的不必要的資源投入，這需要加快中國能源應急管理體系的建設和完善，明確各參與主體在應急過程中的職責與權限，分工協作；政府應逐漸實現權力下放，給予能源供應鏈企業更多的主動權，使其充分地參與到應急工作中，提高應急協同效率。

(3)建設能源應急補償機制，制定合理的補償力度，規避可能出現的更多資源浪費風險，有利于提高能源供應鏈企業應急主觀能動性，承擔更多地責任，而不是一味地依賴政府，進而提高能源應急協同效率。

(4)鑒于日常應急資源的投入對于具體能源應急過程的協同效益存在一定的影響，提出加快建立常態化的能源應急管理體制，促進能源應急協同效率的提高。目前能源應急管理主要停留在能源突發事件發生之后的響應階段，且呈現出臨時性的特征，政府和能源供應鏈企業等主體之間應當加強日常的聯系和溝通，通過建設和完善能源應急管理體系，定期組織能源應急演練，規范常規的能源應急活動，發現應急過程中可能遇到的問題及時解決，進而可以在具體的能源應急過程中避免不必要的慌亂，主體之間配合更流暢，同時保障日常應急資源投入的有效性，避免常態化的能源應急管理流于形式，提高能源應急協同效率。