中国与IEA石油应急合作演化博弈分析

吕 涛，富 莉

(中国矿业大学 管理学院， 江苏 徐州 221116)

中国与IEA石油应急合作演化博弈分析

吕 涛，富 莉

(中国矿业大学 管理学院， 江苏 徐州 221116)

中国石油安全问题日益突出，加强国际石油应急合作就显得尤为紧迫。构建中国与国际能源应急合作的演化博弈模型，分国际性石油短缺与国内短缺两种情形讨论合作策略的演进过程，并用数值模拟的方法进行仿真。结果表明：应急合作策略的选择与遭遇石油短缺风险和初始合作意愿密切相关。由于存在“搭便车”收益和参与合作成本的差异，中国将长期游离在国际石油应急合作的框架之外。但是随着中国初始合作意愿变得强烈，双方达成合作的可能性增加。

中国；IEA；石油短缺；应急响应；国际合作；演化博弈

2015年中国石油消费总量达5.597×107t，占全球总消费量的12.90%，进口依赖度为58.49%，预计2018年石油进口依赖度将达到63.00%[1-2]。近年来，国内石油安全问题日益凸显，因此还需拓展国际石油合作,提升石油应急能力。中国先后与国际能源署(international energy agency, IEA)和石油输出国组织(organization of the petroleum exporting countries, OPEC)等国际能源组织建立联系。然而由于代表利益、发展阶段等差异，目前中国与OPEC尚处于初步联系阶段。作为主要能源消费国，中国与主要石油消费国组成的IEA联系较为紧密，2015年11月中国成为IEA的同盟国，与IEA的联系进一步加深。突发性石油短缺具有不确定、演变复杂、影响范围广等特点，其一旦发生会对一国的经济系统带来巨大冲击[3-4]。石油应急合作是指各成员国为降低突发性石油短缺风险、减轻损失，采取的一系列联合行动方式。IEA的应急合作主要体现在发生突发性石油短缺时，成员间的应急响应集体行动。如2005年9月2日卡特里娜飓风，IEA宣布在一个月的时间内向市场投放约6 000万桶的石油。2011年为了应对利比亚轻质原油供应中断，所有28个成员国一致同意向市场投放6 000万桶石油储备，集体行动在一定程度上保证市场石油供给，也稳定油价。

较多学者对中国参与区域能源合作的问题进行了分析[5-6]。GRAAF等指出，就IEA的利益来看，中国成为IEA成员国利大于弊[7-8]。ODGAARD等通过分析发现随着中国石油供应短缺风险增加，中国参与国际能源合作的积极性将不断提高[9]。演化博弈是在传统博弈论与生物演化的基础上产生的一种新兴博弈分析方法[10]，其在动态演进、有限理性等多方面，是对传统经济学静态分析、完全理性假设的突破与发展[11-12]。

近年来国内学者利用演化博弈的方法对中国能源国际合作进行了初步探索。程胜构建了能源企业间合作的演化博弈模型，从微观角度讨论国际能源安全合作[13]。孙文娟等利用演化博弈分析中国与中亚国家的能源合作问题[14-15]。利用演化博弈分析中国参与国际能源合作的行为策略，研究发现参与合作的成本和合作意愿是影响合作演进的主要因素。然而石油应急合作，不同于其他国际能源合作，发生石油短缺的风险对合作双方的收益有显著影响，且当发生国际性石油短缺时，不合作的一方可能获得“搭便车”收益[16]。在前人研究的基础上，结合中国与IEA石油应急合作的特性构建了石油应急合作的演化博弈模型。首先考虑到应急合作的收益不仅取决于各方因合作得到的收益绝对值，还与各自遭遇突发性石油短缺的风险大小密切相关。其次考虑到当发生国际性石油短缺时应急合作正的外部性尤为明显，模型中加入了“搭便车”收益。并构建了非对称的演化博弈模型，应用数值模拟的方法考察中国与IEA石油应急合作的策略演进过程。

1 基本假设

假设中国与IEA信息交流不对称，发展阶段存在差异，需经历长期学习调整才可形成稳定的策略。在现有石油市场体系下，博弈双方可自行决策是否选择进行石油应急合作。双方的行为策略空间为(合作，不合作)，简记为(Y,N)。按照发生区域和影响范围可将突发性石油短缺划分为国际性短缺与国内石油短缺两大类。当发生国际性短缺时，获得的“搭便车”收益更加明显。由于采取应急合作措施可以平衡国际石油市场供需，稳定油价，不合作的一方未付出成本，却避免了短缺造成的损失。然而当发生国内石油短缺时，不参与合作的一方很难获得帮助。因此按照发生国际性石油短缺与国内石油短缺两种情形讨论。

2 演化博弈分析

2.1 国际性石油短缺应急合作的博弈分析

2.1.1 不同策略组合下各自收益函数

①选择策略为(N,N)时各自的平均收益函数为：πNN1=(1-p1)R1+p1r1，πNN2=(1-p2)R2+p2r2；②选择策略为(Y,N)时各自的平均收益函数为：πYN1=(1-p1)R1+p1r1+p1e1-c1，πYN2=T2；③选择策略为(N,Y)时各自的平均收益函数为：πNY1=T1，πNY2=(1-p2)R2+p2r2+p2e2-c2；④选择策略为(Y,Y)时各自的平均收益函数为：πYY1=(1-p1)R1+p1r1+p1e1-c1，πYY2=(1-p2)R2+p2r2+p2e2-c2。假设πNY1>πNN1,πNY2>πNN2即“搭便车”的收益要高于各方均不选择合作时的收益。从而建立相应的收益矩阵如表1所示。

表1 博弈双方收益矩阵

2.1.2 演化过程中的平衡点

[p1e1-c1-y(T1-(1-p1)R1-p1r1)]

(1)

同理可得中国选择合作策略的复制动态方程为：

[p2e2-c2-x(T2-(1-p2)R2-p2r2)]

(2)

联立式(1)和式(2)可得一个二维动力系统(I)：

(3)

2.1.3 局部稳定性分析

由FRIEDMAN的方法计算得，随着博弈双方遭遇国际性短缺风险的增大，系统(I)的演化稳定结果可分为5种情形,如表2所示。由表2可知IEA和中国是否进行合作与各自遭受石油短缺风险的大小密切相关。随着世界石油市场不确定因素增加，IEA和中国最终会实现有效合作。

2.1.4 情形四参数变换对均衡结果的影响

当IEA成员国和中国发生短缺的风险增加到θ1

表2 不同国际性短缺风险下的稳定策略

图1 θ1

(1)当IEA合作付出的成本c1减小，中国合作付出的成本c2增大时，系统收敛到(1,0)的可能性增加，即IEA选择合作、中国选择不合作的概率增加。

证明令S2分别对c1、c2求偏导，得到∂S2/∂c1<0，∂S2/∂c2>0，因此当c1减少，c2增大时，S2变大，即系统(I)收敛到(1,0)的可能性增大。这表明当博弈一方选择合作付出的成本不断降低，而另一方成本仍处于较高水平时，随着成本的降低从合作中得到的收益会不断增加，因此成本降低的一方更倾向于选择合作，而成本处于较高水平的一方合作意愿不强烈。

历经40多年的发展，IEA经历了早期的建设发展，在石油储备、信息系统建设方面已较为成熟。目前IEA在石油应急方面的投入主要为维护更新已有系统的成本。而中国石油应急体系的建设起步较晚，中国若履行《IEP协定》规定的石油应急义务，所付出的成本将会不断提高。在这样的情况下中国进行石油应急合作的意愿并不强烈。为了解决这一矛盾，IEA近年来积极帮助中国建立石油数据系统，培训石油统计人员，介绍石油应急方面的有关经验等，以降低中国参与石油应急合作的成本[17]。

(2)当IEA参与石油应急合作的收益补偿e1上升，而中国参与石油应急合作得到的收益补偿e2下降时，系统(I)收敛到(1,0)的可能性增大，即IEA选择合作中国选择不合作的概率增加。

证明令S2分别对e1、e2求偏导，得到∂S2/∂e1>0，∂S2/∂e2<0，因此当e1增大，e2减小时，S2变大，即系统(I)收敛到(1,0)的可能性增大。这表明通过长期的沟通与学习，危机发生时从合作中得到补偿越多的一方，合作的意愿也就越强烈；而相应的合作带来的收益补偿较低的一方，合作意愿较小。

自1978年为应对第二次石油危机，IEA启动了其应急数据系统，到2011年为了应对利比亚轻质原油供应中断采取集体行动，IEA共对5次大规模石油中断采取了应急响应措施。随着IEA应急体系的完善和应急经验的积累，其集体行动的效率与效果正在不断提升，即IEA可以在发生短缺时得到收益补偿不断提高，这使得IEA更加愿意参与应急合作，增加自身能源安全。

(3)在市场正常运转时，IEA从石油消费中所取得的收益R1越高，中国取得的收益R2越低时，系统(I)收敛到(1,0)的可能性增大，即IEA选择合作中国选择不合作的概率增加。在发生石油供应中断时，IEA所取得的收益r1越高，中国取得的收益r2越低时，系统(I)收敛到(1,0)的可能性增大。

证明令S2分别对R1，R2求偏导，得到∂S2/∂R1>0，∂S2/∂R2<0，因此当R1增大，R2减小时，S2变大，即系统(I)收敛到(1,0)的可能性增大。同理可证∂S2/∂r1>0，∂S2/∂r2<0,因此当r1增大，r2减小时，S2变大，即系统(I)收敛到(1,0)的可能性增大。这表明无论在危机时还是在市场稳定时，博弈一方石油消费带来的收益越多，则参与应急合作的意愿越强烈；而当石油消费带来的收益较少时，参与合作意愿将降低。

石油消费带来的收益越大，说明石油在能源消费中占比越大。而石油在能源消费中的比例与一国经济发展阶段有着密切关系。随着中国发展进入新阶段，国民经济增长对石油消费依赖加深。国家统计局公布的数据显示，2005—2014年，中国GDP增长9.83%，石油消费平均增速达到5.16%。因此一旦发生突发性石油短缺，将会对中国经济发展带来巨大冲击。在这样的背景下中国提出了“走出去”、“一带一路”等一系列国家战略，不断加强中国国际能源合作交流。

(4)当IEA从“搭便车”策略中获得的收益T1越大，中国从“搭便车”策略中获得的收益T2越小时，系统(I)收敛到(1,0)的可能性增加，即IEA选择合作中国选择不合作的概率增加。

证明令S2分别对T1，T2求偏导，得到∂S2/∂T1<0，∂S2/∂T2>0，因此当T1越小，T2越大时，S2变大，即系统(I)收敛到(1,0)的可能性增大。这表明在发生国际性石油危机时，当“搭便车”收益越大，参与合作意愿越低。但当“搭便车”收益越小时，各方更愿意通过合作，提高自身石油供应的安全性。系统向着“搭便车”收益较低的一方选择合作、“搭便车”收益较高的一方选择不合作的方向演进。

2.2 国内石油短缺应急合作博弈分析

3 数值模拟分析

3.1 情形四的演化过程

为排除其他因素的干扰，假设(x0,y0)=(0.5,0.5)，p1=p2=0.6，考虑到目前博弈双方石油应急体系的建设存在差异，假设e1=4，c1=0.4，T1=13，R1=15，r1=5，e2=2，c2=0.2，T2=9，R2=10，r2=5。初始合作意愿在同一水平时的仿真图如图2所示，当初始值分别为(0.2,0.2),(0.3,0.3),(0.4,0.4)，即博弈双方初始合作意愿均较低时，系统向(1,0)的方向演进，最终均衡策略为IEA选择合作中国选择不合作；当初始值分别为(0.7,0.7),(0.8,0.8),(0.9,0.9)，即博弈双方初始合作意愿均较高时，系统向着(0,1)的方向演进，最终均衡策略为IEA选择合作中国选择合作。初始合作意愿差距显著的仿真图如图3所示，初始值分别为(0.8,0.2),(0.8,0.3),(0.8,0.4)，即IEA初始合作意愿很高、中国初始合作意愿较低时，系统向(1,0)的方向演进，最终均衡策略为IEA选择合作中国选择不合作。反之当IEA初始合作意愿很高、中国初始合作意愿较低时，最终均衡策略为IEA选择不合作中国选择合作。

图2 初始合作意愿在同一水平时的仿真图

图3 初始合作意愿差距显著的仿真图

图4 初始合作意愿在同一水平时的仿真图

图5 初始合作意愿差距显著的仿真图

3.2 情形六的演化过程

同理假设(x0,y0)=(0.5,0.5)，p1=p2=0.6，e1=4,c1=0.1 ;e2=2,c2=0.6。初始合作意愿在同一水平时的仿真图如图4所示，初始值分别为(0.1,0.1), (0.2,0.2),(0.3,0.3)，即博弈双方初始合作意愿均较低时，系统向着(0,0)的方向演进，最终双方合作无法达成。初始值分别为(0.6,0.6),(0.7,0.7),(0.8,0.8)，即博弈双方初始合作意愿均较高时，系统向(1,1)的方向演进，最终双方合作达成。初始合作意愿差距显著的仿真图如图5所示，当博弈双方初始合作意愿差距较大时，最终博弈的均衡策略并不确定，最终双方合作有可能达成也有可能无法达成。但当中国初始合作意愿较大时((0.2,0.8)，(0.3，0.8))，双方更有可能达成合作的可能性更大；当中国初始合作意愿不强烈时((0.8,0.1)，(0.8,0.2))，双方无法达成合作的可能性更大。

在遭遇短缺风险、获得收益、付出的成本确定的情况下，博弈双方的初始合作意愿对均衡结果有显著影响。通过上述数值模拟发现，当国际性短缺风险达到一定水平时，随着中国参与合作的初始意愿不断增强，最终的均衡结果将由IEA选择合作中国选择不合作转变为IEA选择不合作中国选择合作的方向发展。当国内短缺风险达到一定水平时，随着中国参与合作的初始意愿不断增强，最终达成一致合作的可能性增加。

4 结论与建议

构建中国与IEA石油应急合作的演化博弈模型，分析双方石油应急合作的行为策略，得到以下结论：①IEA和中国是否进行合作与各自遭受石油短缺风险的大小密切相关。随着世界石油市场不确定因素的增加，IEA和中国最终会实现在石油应急方面的有效合作。但在此之前会有较长一段时间中国与IEA仅限于一般性经验交流培训，难以达成实质性合作。②选择合作履行《IEP协定》规定的石油应急义务所付出的成本，对博弈双方合作策略选择有重要影响。付出成本越低，则越倾向于参与合作。由于石油应急发展阶段不同，所以目前IEA履行合作义务付出的成本要低，应急体系运行更加有效率。因此IEA参与合作的意愿更高。这样的背景下为提高中国参与合作的积极性，提高应急管理效率、降低应急成本是关键。③初始合作意愿对最终是否能达成合作有着重要影响，尤其是为了应对国内石油危机时，随着中国初始合作意愿变得强烈，双方合作的可能性增加。中国对加入IEA成为其成员国的积极性并不高，这也是导致中国现在与IEA合作难有实质性进展的重要原因。

笔者在上述研究基础上做了如下创新：①考虑到石油应急合作的特性，在收益函数中加入遭遇石油短缺的概率和不合作获得的“搭便车”收益这两个重要变量。使模型对石油应急合作的描述更为准确，为合作策略选择提供可靠理论支持。②利用数值模拟的方法分析中国与IEA石油应急合作策略动态演化过程，为该问题的研究提供了新思路。

中国参与合作的积极性对双方合作进程的推进有重要影响，然而中国目前相关的法律体系、组织体系不完善，应急储备、市场信息系统正处在起步阶段，初期投入偏高是导致合作受限的主要因素。为尽快达成中国与IEA的合作，建立完善的中国石油应急体系，降低建设成本是关键。中国在石油应急体系的建设中，不仅需要考虑技术上的先进性，更应该关注在经济上的可行性。目前国际油价处于历史较低水平，为中国战略石油储备的建设提供了良好契机。

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LV Tao:Prof.; School of Management,China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China.

Analysis of the Evolutionary Game of Oil Emergency Cooperation between China and IEA

LVTao,FULi

Because of the pressing China oil security problem, the importance of strengthening international oil emergency cooperation is growing. This paper constructs an evolutionary game model of emergency cooperation between China and the international energy industry. The evolvement process of cooperative strategy is discussed in the case of international oil shortages and domestic shortages, and the numerical simulation method is used to simulate the process. The result shows that: the strategy choice is closely related to the risk of oil shortage and initial willingness of cooperation. China will outside the international oil emergency cooperation for a long time, because of the existence of "free rider" profit and cooperation cost. The possibility of reaching the cooperation will be increasing, with China's initial willingness of cooperation becoming strong.

China; IEA; oil shortage; emergency respond; international cooperation; evolutionary game

2095-3852(2016)06-0641-06

A

2016-07-02.

国家自然科学基金项目(71173218);教育部博士点基金项目(20130095110002);教育部人文社科规划基金项目(16YJA790037).

F206

10.3963/j.issn.2095-3852.2016.06.001

收稿日期：吕涛(1974-)，男，江苏沛县人，中国矿业大学管理学院教授；博士生导师.