天然氣定價的三方博弈模型及其均衡分析

鄧茹月，羅葉霖,李 瓊

(1. 西南石油大學 經濟管理學院，四川 成都 610500;2.中國石油天然氣股份有限公司 四川綿陽銷售分公司，四川 綿陽 621000)

1 我國天然氣供需及定價現狀

天然氣作為低碳、清潔、綠色能源在全球環境問題治理和能源革命進程中起著關鍵作用，因此天然氣的供給與需求均呈不斷上升的趨勢。隨著兩部制定價和市場化改革的深入，在“管住中間，放開兩頭”的天然氣改革目標下，我國正在逐步形成天然氣上游、下游多元化競爭，中游成立國家管網公司作為獨立的第三方掌握中游長管運輸并對外開放的態勢。天然氣終端售價構成中，捆綁式門站價格到出廠氣源價自由搭配管輸價的轉變模式已初具雛形，對天然氣各主體定價博弈進行均衡結果的分析，是加速我國天然氣產業結構改革和天然氣市場化定價革命進程的必要步驟。

2 天然氣定價的博弈模型構建

文章擬將天然氣生產、運輸和銷售三個環節涉及的天然氣生產商、國家管網公司和各城市燃氣公司作為研究主體，以斯塔克爾伯格模型為框架分析其利益及相關行為，以求為天然氣定價機制進一步改革提出建議。

2.1 理論假設

假設一，“X-1-X”的天然氣產業新結構鏈條已經基本形成并逐步完善，上游勘探開采天然氣的生產商生產符合國家標準的無差別同質天然氣并保持充分的市場競爭，天然氣多元供應體系持續完善，實現中游長管運輸階段完全由國家管網公司控制，形成運輸相對銷售業務的獨立性，已經實現中游“第三方準入制度”，即運輸管網向符合資質的第三方完全公平開放，作為下游天然氣配售方的城市門站有充足的競爭者，天然氣與各個城市門站之間的管道運輸環節不存在競爭，由國家管網公司獨立控制，此時國家對天然氣定價過程中的價格管控僅以國家管網公司的運輸費率調整為著力點。

假設二，天然氣定價的利益相關方處于完全競爭市場中進行市場化定價，在完全信息環境條件下的天然氣生產者、城市門站配氣銷售商和各類型用戶是理性人，各自考慮自身利益最大化，各個環節的產供儲銷行為達到市場出清狀態，前兩者之間和后兩者之間各自通過兩階段博弈達到均衡狀態。其中，天然氣生產商指國內提供勘探開采并將天然氣出售給城市門站配氣銷售商等相關服務的主體，城市門站配氣銷售商指購入生產商生產的天然氣并將其通過城市天然氣運輸管網配送至用戶的主體，用戶則區分居民用戶和非居民用戶。

2.2 模型推演

(1)當生產商居于斯塔克爾伯格模型的主導地位時，天然氣生產商在城市門站配氣銷售商和用戶價格確定后，以自身利潤最大化尋求合適的價格。假設天然氣生產商對城市門站配氣銷售商的銷售價格為，收益為∏， 單位變動成本為，生產商固定成本為，城市門站配氣銷售商(Retailers)對用戶的價格為，收益為∏， 單位變動成本為，銷售商固定成本為，天然氣價值也即用戶接受價格為，用戶的收益為∏， 整個天然氣產供儲銷過程中需要向國家管網公司支付單位產量運輸費率為固定的元立方米，天然氣需求函數表達式為=-(>0)， 生產商、銷售商和用戶收益函數如下。表達式中固定成本均不考慮，此省略不影響結論。

∏=(--)×(-)

(1)

∏=(---)×(-)

(2)

∏=(-)×(-)

(3)

第一步，在中下游斯塔克爾伯格模型中，用戶與城市門站配氣銷售商間存在前者追隨者、后者領導者的不對稱競爭，用戶通過城市門站配氣銷售商確定的價格，追求自身收益最大化并據此確定協商價格。∏關于二次項系數為負，顯然存在極大值，令一階偏導為零求出。第二步，在上中游斯塔克爾伯格模型中，天然氣生產商與城市門站配氣銷售商之間存在前者領導者、后者追隨者的不對稱競爭，銷售商根據生產商價格追求利潤最大化，再根據第一步確定的找到利潤最大化的。同理,∏關于顯然存在極大值，令一階偏導為零求出。第三步，天然氣生產商在處于主導地位的斯塔克爾伯格模型中追求自身利潤最大化，再根據城市門站配氣銷售商和用戶兩步確定的和決定自身定價。同理∏關于顯然存在極大值，令一階偏導為零求出1。第四步，得到均衡價格和收益如下。

(4)

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(9)

(2)當城市門站配氣銷售商居于斯塔克爾伯格模型的主導地位時，城市門站配氣銷售商從自身邊際利潤出發，生產商和用戶根據銷售商的邊際利潤確定價格，以求各自利益最大化。在(1)的供需關系公式下，天然氣生產商和用戶兩方定價均是函數中的一階，無法求出最優定價，所以以邊際利潤的方式進行城市門站配氣銷售商居于主導地位的博弈推導。假設天然氣生產商邊際利潤為，城市門站配氣銷售商邊際利潤為，用戶邊際利潤為，各方相應售價及收益如下。

=++

(10)

∏=(-)

(11)

=++(+)++

(12)

∏=(-)

(13)

=++(+)+++

(14)

∏=(-)

(15)

第一步，城市門站配氣銷售商確定自身邊際利潤后，生產商追求自身利益最大化以確定自身邊際利潤。令∏的一階偏導數為零得到。第二步，用戶根據城市門站配氣銷售商邊際利潤追求自身利益最大化求解。顯然∏關于存在極大值，令一階偏導數為零，得到。第三步，城市門站配氣銷售商在斯塔克爾伯格模型中處于領導者地位，可認為其在已知生產商和用戶邊際利潤的前提下，進行邊際利潤的決策得到、。第四步，城市門站配氣銷售商在其他兩個利益相關方確定各自邊際利潤后，追求自己最大利潤。顯然∏關于存在極大值，令一階偏導數為零得到。將邊際利潤代入、、得到均衡價格并解得三個主體的收益。

(16)

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(21)

(3)以用戶為領導者的斯塔克爾伯格模型與以銷售商為領導者的情況類似，需以邊際利潤求最優定價和最佳收益的方式進行用戶居于主導地位的博弈推導。利用各自邊際利潤確定售價并追求收益最大化,可解得如下均衡價格和均衡收益。

(22)

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2.3 結果分析

結論一：1=2>3，受到長管運輸三方運營的影響，天然氣生產商居于領導者地位時引導天然氣的產業價值鏈以較高價格運行，銷售商與生產商直接承擔運輸管網費，使得博弈后均衡價格等于城市門站配氣銷售商大于用戶居于主導地位時的定價，此時用戶能夠包容較低的天然氣價格，用戶期望憑借主導地位使自己付出最小代價并帶來最大化收益，對較高定價的接受程度較低。用戶能從天然氣利益主體在生產商過渡到用戶的地位降低過程中獲得更高的接受價格。

結論二：三種情況下用戶的收益函數表現為∏3>∏2=∏1、 ∏1>∏3>∏2、 ∏2>∏3>∏1。 用戶居于主導地位時自身能得到最高收益，隨著地位降低收益降低，用戶觀察其他主體的定價行為從而對天然氣消費的收益進行預期，當自身居于領導者地位時收益最大，生產商和銷售商居于主體時，用戶能夠享受無差別的收益。生產商和銷售商分別主導天然氣產業價值鏈時，都僅考慮自身忽略對方成本導致對方收益最低。

結論三：1=2=3和1=2=3均成立，管輸費率在生產商和銷售商的分配比例對其定價無顯著影響，無論哪方居于主體都有相同的廠商定價和銷售商定價，此時用戶價格在整個價格形成關系中起作用。用戶對天然氣完成市場化改革至關重要，提升用戶地位即可降低價格、增加收益，最終促進能源轉型。

3 相關建議

3.1 提高用戶在產業結構中的地位

在天然氣產供儲銷的完整結構中，應該將用戶保持在較高地位，降低消費者端的天然氣價格，提高用戶群體消費天然氣帶來的收益及效用，迅速提高天然氣消費量并快速實現碳中和目標。依據上述動態博弈得到的第一條結論，用戶在整個天然氣產業價值鏈中處于較弱勢地位，一旦主體地位轉換成生產商或者銷售商，用戶收益難以得到保障進而對天然氣的消費產生限制，對能源轉型機遇和挑戰的準確把握產生影響，壓制宏觀層面雙碳目標實現進程。

3.2 規范中游準入三方的定價

“三方準入”在天然氣價格形成過程中發揮作用，增加中上游“產銷一體”中的競爭，避免寡頭壟斷導致的價格不合理，而長運管道過程的三方準入為天然氣市場化提供了條件。在每個監管周期前以最近三個會計年度經審計的財務報告為依據確定管道運輸價格。國家管網公司的運行為天然氣“X-1-X”產業價值鏈的完善發展創造條件，其管輸費率由專門委員會規范制定。管輸費率的范圍確定及其在生產商和銷售商中的分配比例調整，對整個天然氣產業結構各個過程的定價高低產生深刻影響，需將三方博弈的動態博弈結果考慮在內加以確定。

3.3 健全相關政策法規

完善國家管網公司獨立三方的定價法律法規，在實踐中調整管道運輸價格管理辦法和運輸成本監審辦法等，國有壟斷企業對行業產生深遠影響，細微調整都可能造成整個產業鏈的巨幅變動。價格形成機制離不開國家法律法規的保障，中國以天然氣和各可再生能源為主要替代能源進行能源革命順應中國能源轉型大勢，實現節能減排等目標，將相關法律法規體系作為天然氣定價機制調整的堅實保障，以求實現天然氣市場化改革、碳中和目標和中國能源轉型。