基于演化博弈模型的電網企業綜合能源服務業務策略研究

王 夢,毛寧澤宇,周里添,許 源,焦 松

(1.國網(北京)綜合能源規劃設計研究院有限公司,北京 100052;2.國網綜合能源服務集團有限公司,北京 100052)

0 引言

綜合能源服務以用戶價值為導向,同步提供綠色電力,燃氣,供水,供熱,并為客戶提供節能服務和智慧增值服務。電網公司現有綜合能源服務管理體制尚不明確,客戶價值和目標導向不清晰,核心競爭力不足,面對的社會競爭形勢也比較嚴峻,體制機制尚不完善,盈利點不明顯[1]。因此,綜合能源服務應運而生。如何把握市場規律,識別關鍵競爭者,采取正確的發展策略成為電網企業在轉型綜合能源服務商進程中亟須解決的關鍵問題[2]。如何利用自身優勢、創新管理模式、提高競爭力和突破點是當務之急。基于對現有電網企業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綜合能源服務業務的穩定策略。

1 演化博弈模型的應用

博弈思想是用于研究寡頭壟斷市場各個競爭者之間關系以及規律的有效方法之一,通過對市場內多方主體之間的行為進行研究,探求出適合于各方的行為策略。目前,博弈論已經廣泛應用于經濟、管理等領域,為企業的決策提供新的思路。但是,傳統的博弈論理論建立在“完全理性”假設基礎上,不符合現實條件。演化博弈基于有限理性,通過模擬生物演化過程,可以算出對應博弈情形下最終的平衡點。

演化博弈以具有共同特點且互有聯系的若干個體為研究對象,研究動態演化過程,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演化過程分析結合起來的一種理論。在方法論上,它不同于博弈論將重點放在靜態均衡和比較靜態均衡上,強調的是一種動態的均衡。目前,演化博弈模型的應用已經很廣泛,包括基于演化博弈思想對電力市場電源決策的動態變化開展分析,從而評估共享適用度對結果的影響程度[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策略,并進行穩定性分析[5];運用演化博弈理論,建立電網公司和金融機構關于電力數據征信產品商業模式的動態模型[6];基于演化博弈研究低碳物流商業模式創新問題[7];以演化博弈論為理論基礎進行戶用光伏整縣開發協同機制及仿真[8];基于售電公司和供電公司的雙邊協商購電合同模型,應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 電網企業綜合能源服務業務主體間演化博弈模型構建

2.1 模型構建基本假設

將除電網企業外的其他企業歸為一類綜合能源服務企業,基于用戶需求的角度對電網企業和其他綜合能源服務企業進行演化博弈分析,研究兩類企業在有限理性下的行為方式,通過不斷的模仿和改進,形成適合的業務行為策略。

基本假設如下:

1)假設將開展綜合能源服務業務的企業分兩類,電網企業m 和其他綜合能源服務企業n。

目前市場上兩類企業擁有的資源環境、用戶群體、服務內容等有所不同,提供的綜合化能源服務業務水平各有不同。假設兩者的業務水平分別為lm和ln;市場占有率分別為p和q,其中p,q∈(0,1);在滿足現有市場需求的情況下,潛在總利潤為w。

2)假設競爭環境下,用戶對綜合能源服務的業務水平要求不斷提高。

市場上存在著各種綜合能源服務方案,用戶不再局限于現有的業務水平,對企業服務水平從初始標準提高到l(l＞lm,l＞ln)。兩類企業均面臨兩種策略的選擇:一是選擇維持業務現狀,節約投資成本,企業則面臨業務競爭力下降甚至市場淘汰的風險,收益將逐年降低至無;二是增加投資,對現有業務進行創新,企業更好的適應用戶需求,保持甚至提高市場占有率。

由于企業擁有不同水平的資源、技術和人力資本等,所以提供綜合能源服務業務的成本也不同,假設電網企業n的成本為Cm,其他企業n的成本為Cn。在原有成本基礎上增加投資創新業務所提高的成本分別為CΔm和CΔn。業務的研發成果與成本基本正相關,結合市場的實際情況,提供的服務基本屬于同質的,可以借鑒雙寡頭模型即AJ模型,假設研發投資是二次函數。

假設增加投資創新業務所付出的成本與水平的關系式為:CΔm=α(l-lm)2、CΔn=β(l-ln)2。其中l-lm和l-ln分別表示兩類企業現有綜合能源服務業務水平與用戶需求的差距,數值越大,表示距離目標所付出的成本越高;α和β均大于0,分別為兩類企業進行業務創新的成本對業務水平差距的彈性系數,表示提高單位水平所付出的成本。

3)假設綜合能源服務市場需求量是一定的。

假設用戶是定量的,對某業務的需求也是一定的,意味著兩類企業生產同質的產品時,當一類企業獲得這個用戶市場時,另一企業則失去了同樣的市場。同理,在面臨是否選擇創新業務時,如果一類企業選擇創新,那么不創新的企業會失去原有的市場,選擇創新的企業的市場占比將會提高,意味著創新業務會帶來額外利潤R。

4)假設企業是理性的,策略選擇不盡相同。

假設電網企業選擇對現有綜合能源服務業務進行開發或優化的概率為x,則不進行開發或不優化的概率則為1-x。同時,假設其他企業對現有業務進行開發或優化的概率為y,則不進行開發或優化的概率為1-y。由于競爭主體基于有限理性選擇策略,綜合能源服務業務決策受到競爭者行為的影響,所以這兩類企業會根據實際情況不斷調整策略直至穩定狀態。

2.2 構建綜合能源服務主體演化博弈模型

基于2.1節的假設構建電網企業和其他綜合能源服務企業進行博弈的策略組合,其中創新/開發的含義包括對已有業務進行產品優化和開發新業務,不創新/不開發則表示不對已有的綜合能源服務業務進行產品優化或者不開發新業務。支付矩陣如圖1所示,數據為對應業務策略選擇下的收入成本差額。

設電網企業選擇對綜合能源服務業務進行創新或開發和不創新/不開發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;其他企業進行創新和不創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。

可以得到電網售電企業m 的復制動態方程為

同理可得,其他售電企業的復制動態方程表示為

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

同理,可得另一博弈方的均衡點,y1=0;y2=1;

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

2.3 博弈雙方綜合能源服務業務決策分析

1)電網企業m 決策分析

3 演化博弈下的電網企業綜合能源服務穩定策略

競爭環境下的綜合能源服務市場,其他企業對電網企業綜合能源服務業務施加了一定的競爭壓力,在考慮滿足局部均衡狀態的同時,還需考慮不同情景下兩類企業的穩定狀態,從而得到電網企業綜合能源服務業務適合的策略。

滿足此條件時,電網企業和其他企業均處于局部穩定狀態,根據復制動態方程求解導數,可以得到a、b、c、d、e5個平衡點,具體見圖2所示的復制動態方程的趨勢圖。其中,a點為電網企業不創新/不開發,其他企業維持原狀;b點為創新/開發;c點是電網企業開發新業務或者對原業務進行創新,其他企業采取相反策略;d點是雙方均保持現狀;e點則表示雙方均選擇創新/開發的概率。

圖2 演化博弈的動態趨勢一

由圖3可知,博弈最終將收斂于d(0,0),電網企業和其他企業的最優策略均為不創新/不開發,表示在此情景中,這類業務不適合雙方。

圖3 演化博弈的動態趨勢二

由圖4可知,博弈最終將收斂于b(1,1),電網企業和其他企業最優策略均為創新/開發,表示在滿足條件的前提下,此類綜合能源服務業務值得推廣。

圖4 演化博弈的動態趨勢三

4 電網企業綜合能源服務效益主要驅動力分析

通過演化博弈下電網企業綜合能源服務業務穩定策略的分析可知,策略選擇主要取決于業務的成本及其效益和函數中主要參數的大小和變化方向。這些參數將影響收斂值,從而指導企業選擇合適策略。其中,效益主要取決于市場份額,成本主要取決于業務差異。

4.1 電網企業綜合能源服務業務的市場占有率

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

同理,計算可得其他企業最優策略是選擇不創新/不開發需滿足公式(8)。

此時,滿足兩條件的結果是

在此條件下,電網企業選擇創新/開發,其他企業維持現狀。假設成本對差異的彈性系數一致,即α=β,由此得到市場占有率的關系

當市場不存在此類業務時,Cm=Cn=0;當市場存在此業務時,兩類企業的初始投資成本關系不確定,一般來說,電網企業擁有天然的電網資源和龐大的客戶群,初始投入成本會低于其他企業。所以,只要電網企業綜合能源服務業務市場占有率大于其他企業,電網企業的穩定策略均是創新/開發,其他企業則不同。

4.2 電網企業綜合能源服務業務水平

當現有業務與市場需求目標差異程度較大時,實現難度也較大。當滿足條件和時,對應的策略均是選擇創新/開發,假設市場占有率、彈性系數等相同時,業務水平越高的企業越容易滿足條件,由于新投資或者再投資付出的成本跟現有業務水平相關,更適合選擇積極對策。

4.3 電網企業選擇創新/開發時的成本彈性

創新/開發的成本彈性不同,直接影響成本。假設初始投資、業務水平、市場占有率均一致,彈性系數對均衡點的影響為

由此可得,當其他企業成本彈性大于電網企業時,電網企業選擇創新/開發原是最優策略。在相同的條件下,企業進行創新/開發需增加的成本對業務水平越敏感,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 結論

本文基于綜合能源服務業務面對的競爭環境開展分析,構建了電網企業綜合能源服務業務的演化博弈模型,從而找出更有針對性的適用于電網企業的綜合能源服務業務發展策略,并挖掘出其效益的主要驅動力因素。電網綜合能源服務業務開發與否受到競爭者的巨大影響,主要表現為市場占有率和業務水平兩個方面,不同的市場形勢下競爭策略是不同的,需要根據業務的具體情境進行計算分析,從而找出適合的發展策略,找到新的利益增長點,而不是盲目的開發綜合能源服務業務或者完全抗拒新業務的開發。由于本文未考慮不同類型的綜合能源服務業務的實際運行場景,缺乏數據分析及驗證過程,下一步將結合具體業務的數據完善模型,對綜合能源服務業務開展更深入的分析。