国际能源应急协同的微分博弈研究

刘晓燕，吕 涛

（中国矿业大学 管理学院，江苏 徐州 221116）

一、引言

在能源问题日益全球化的背景下，任何一个国家的能源安全都不可能独立于外部世界。影响能源安全的因素日益增多并相互交织，地区战争、政治动荡、恐怖袭击、自然灾害等都可能造成重大的供应中断，全球性的能源短缺对各国能源安全构成严重挑战。2014年“一带一路”被正式确定为2015年区域发展的首要战略，其中尤其油气国际合作是实施“一带一路”倡议的重要内容。中国在2018 能源工作会议提出推进“一带一路”能源合作，全方位提升能源国际合作水平，提升话语优势。

近年来中国的油气对外依存度居高不下，2017年天然气对外依存度达39%，石油的对外依存度达67.4%，形成了相对薄弱的中国能源系统。2017年入冬以来爆发的“气荒”严重影响了社会生产生活的正常运行，引发此次气荒的一部分原因是中亚地区为保障国内用气，天然气供应量相比计划减少了4000 万～5000 万立方米／日。由此可见，中国应在国际范围内寻求稳定可靠地能源应急合作，确保出现能源短缺时进口气源可以稳定、充足供应。当国内突发诸如“气荒”等能源短缺事件时，得到其他国家的应急支持或帮助，对于提高能源应急能力、减少能源短缺带来的社会经济损失、降低能源突发事件的风险具有积极意义。

从国际能源合作现状来看，中国参与全球能源合作的程度比较低，目前中国与近30 个国家建立了双边能源合作机制，参与了20 多个国际能源合作组织和国际会议机制，在全球33 个国家执行着100 多个国际油气合作项目，这些合作更多的是一般性合作和对话性合作，缺乏实质性的合作，缺乏法律约束力，在发生能源供应短缺情况下不能得到有效执行。国际能源组织（IEA）是发达石油消费国集团在经济合作和发展框架内成立的一个独立自治的国际组织，核心是应对石油供应紧急情况的紧急共享制度和协调应急反应制度①IEA 石油安全应急法律制度由两部分组成，一是石油紧急共享制度，二是协调应急反应制度。前者适用于石油供应量减少7%或以上的重大石油供应危机，后者适用于石油供应中断水平低于7%的小型石油危机。，建立和发展了应对石油供应中断等突发性石油危机的有效机制。相比于其他国际能源安全制度②国际层面上与能源安全有关的制度主要包括非正式的多边会议（国际能源论坛、八国集团会议）、民间性质的非政府组织（世界石油大会、世界能源理事会）、以国际条约为基础的政府间国际组织（国际能源机构IEA、石油输出国组织）等。，它建立在具有法律约束力的国际条约《IEP 协定》③《IEP 协定》是IEA 组织章程，成员国通过签订《IEP 协定》在石油紧急自足体系、需求抑制措施、国际石油市场信息系统、能源长期合作、与石油公司的协商机制、与产油国及其他消费国合作等方面达成合作。基础上，其能源合作更加正式、稳定、完善。

目前国内外学者对于能源应急的研究更多的是针对一个国家范围内主体间的协同，以国家主体为对象进行应急协同的研究较少，HubbardR.G.认为石油市场国际化程度比较高，石油应急应该加强国际合作，并制定相应的政策[1]；1974年成立的国际能源署（IEA）在建立石油供应应急体系方面做了大量工作，包括：组织专门会议探讨石油应急响应问题，对成员国甚至是非成员国进行石油应急培训；定期从应急机构与政策、应急储备、需求限制、储备动用、能源替代、数据收集等方面对成员国的应急能力加以评估；要求成员国建立能源应急共享组织（NESO），促进石油应急的国际合作；提出了一整套石油供应应急响应措施等等[2][3][4]；吕涛、富莉[5]构建中国与国际能源应急合作的演化博弈模型，研究发现应急成本越低，博弈双方更倾向于应急合作。然而忽视了主体的应急行为是随着能源突发事件的发展状态而改变的，微分博弈中的参与者依靠时间和系统状态变量的变化改变自身的策略，充分考虑到了主体的应急行动策略受到能源短缺量变化的影响，因此本文采用微分博弈方法对能源应急协同问题进行研究。目前微分博弈模型已经被广泛运用于经济、军事、生物及社会科学等多个领域，国内学者洪江涛、黄沛[6]运用微分博弈模型研究了供应链质量协调问题，赵黎明、陈喆芝、刘嘉玥[7]运用动态微分博弈模型研究了政企低碳合作问题，周倩倩[8]运用微分博弈模型研究了雾霾跨域治理多主体的协同机制问题。相关学者将该方法引入到应急管理领域，王长峰[9-10]和庄文英[11]等人借助动态微分博弈模型研究了重大工程应急管理决策问题，姜雪、张召珍[12]运用微分博弈模型研究了面对突发事件时微博舆论意见主流与政府之间是如何相互影响的。

因此，基于IEA 成熟的石油紧急共享制度，本文根据短缺范围设置三种情形分析国际能源应急合作问题。考虑到能源应急过程中，国家与国家之间存在着博弈关系。当一个国家出现能源供应紧张态势，其他国家考虑到长远的政治利益或经济利益会选择合作或者不合作。当国际范围内出现能源短缺态势，各个国家基于经济利益的考虑会选择“搭便车”。基于国家主体间的利益博弈关系，同时考虑到国家主体的应急行为随着能源突发事件的发展而变化，运用微分博弈方法构建国际能源应急合作的博弈模型。这对中国建立和完善能源应急体系，更好地寻求国际能源应急合作具有重要的借鉴意义和指导意义。

二、模型构建

假设模型包括两个主体，分别为中国和他国。设置不同的前提研究中国和他国两个主体的能源应急合作问题。利用状态函数表示能源短缺量，是能源突发事件发生时（t=0）到能源突发事件得到控制的过程，由能源突发事件自身造成的短缺量以及中国他国通过应急合作减少的能源短缺量组成的，具体表达式如下：

三、模型解析

情形一：能源突发事件发生在中国国内，未对他国造成影响

在能源突发事件影响范围仅限中国国内时，中国的福利函数可以表示为

他国的福利函数可以表示为：

博弈期内（［0，t］）中国和他国形成的应急联盟获得的福利收益为，运用贝尔曼方程法来求解。记中国的最优策略为，他国的最优策略为，并令。由整体福利收益最大化原理得到：

情形二：能源突发事件影响范围扩散他国

此种情形下，中国的目标函数与情形一一致，他国的目标函数在情形一的基础上减去能源突发事件对他国造成的损失。根据同样的方法计算可得：

综合情形一和情形二的计算结果，可以得出以下结论：

（1）由于中国与他国的最优应急努力程度分别关于各自应急成本的一阶偏导均小于零，说明当能源突发事件的影响局限在中国国内时或当能源突发事件影响到其他国家时，中国和他国的均衡应急努力程度与各自付出的应急成本负相关，即中国或降低其能源应急成本可以提高其能源应急努力水平，会提高其应急积极性。

（2）通过对以上两种情形的综合比较分析，中国与他国的最优应急努力程度关于的一阶偏导均小于零。由于第一种情形下小于第二种情形下，则第二种情形下中国与他国的应急努力程度均大于第一种情形各自的应急努力程度。同时由此可计算得到第二种情形下的最优协同收益大于第一种情形下的最优协同收益，说明中国和他国的均衡努力程度分别小于能源突发事件影响范围仅限中国国内时各自的最优努力程度。这是由于当能源突发事件的范围扩散到国际范围内时，由于能源突发事件的外部性和能源应急的公共物品特征，导致能源应急过程中中国和他国均存在一定程度的“搭便车”行为，均意图依赖对方的应急力量，降低自身的应急投入。

情形三：在情形二基础上引入监督考核、惩罚机制

在采取石油应急行动时，往往会涉及到各自国家的政治利益和经济利益，不免会出现各国追求自身利益的短视行为。有着成熟的石油应急机制的IEA 为了保障协定义务得到成员国的忠实履行，《IEP 协定》规定成员国应当维持无石油净进口时至少足够90 天消费的应急储备，随时准备好一套应急石油需求抑制措施的计划，一旦石油供应减少达到规定的水平，应当按照IEA 的要求执行需求抑制措施降低石油消费量，并且规定了具体的需求抑制水平①需求抑制水平取决于石油供应中断的实际情况，如果中断达到7%，需求抑制水平必须达到7%，如果中断达到12%，需求抑制水平应达到10%，如果供应中断情况极其严重且持续时间较长，理事会有权将强制性需求抑制水平提高到10%以上。，一旦启动紧急共享制度或者协调应急反应制度，应当采取必要的措施，保证按照《IEP 协定》的要求进行石油分配。同时IEA 会对成员国实际实施的措施效果进行审查和评估。

《IEP 协定》没有规定任何正式的制裁措施，但不履行义务的国家将会承担不利的后果，将处在他国控制下的即将运往不履行义务的国家的石油进行重新分配，阻止不履行义务的国家使用位于他国的石油储备，或者拒绝满足该国在后一阶段可能享有的分配权。此外，IEA 还可以对不履行义务的国家在其他能源领域的权利作出调整，或者授权个别成员国采取其他政治或经济对抗措施。

IEA 的应急制度规定是对成员国的一种行为约束，本质上是IEA 与成员国之间的一种博弈结果，调和了成员国之间的利益冲突，得以有效运行。因此基于IEA 的应急制度规定引入监督考核机制、惩罚机制对中国与他国之间的能源应急协同问题进行研究。

在情形二的基础上增加以下假设：

（1）模型以国际能源组织（IEA）的石油供应紧急共享制度为假设基础，由两国成立的相应的组织为中国和他国制定各自的应急能源分配额和需求抑制水平，并监督和考核各国的执行情况；

（2）将IEA 的规定“对于不履行石油应急义务的国家，风险只能由该国自身承担”假设为对于应急任务考核不合格的国家的惩罚。用表示对中国实施的惩罚，表示对成员国实施的惩罚。其中为惩罚系数，表示IEA 的应急监督力度，监督力度越大，代表该国的消极应急行为被发现的概率越大。表示针对中国规定的应急考核标准，为应急绩效水平系数，当中国实际完成的应急任务大于等于为其制定的任务考核标准时不对中国进行惩罚，当中国实际完成的应急任务小于为其制定的任务考核标准时，对中国进行惩罚。同样地表示针对成员国规定的应急考核标准，当他国实际完成的应急任务大于等于为其制定的任务考核标准时不对他国进行惩罚，当他国实际完成的应急任务小于为其制定的任务考核标准时，对他国进行惩罚。

基于以上分析可知，中国与他国的目标函数分别在情形二的基础上减去各自受到的惩罚带来的收益损失。根据同样的方法求得：

根据以上结果可以得出以下结论：

（1）由于该情形下中国与他国的应急努力程度分别关于各自应急成本的一阶偏导均小于零，说明中国和他国的应急努力程度与各自的应急成本负相关，各国降低其能源应急成本可以提高其能源应急努力水平，会提高应急积极性。

（2）由于该情形下中国与他国的应急努力程度分别关于组织对其监督力度的一阶偏导均大于零，说明中国和他国的应急努力均与监督力度正相关，即各国在能源应急中付出的努力会随着监督力度的增加而增加，从而各国能够以更加积极的姿态参与到能源应急工作中去。

（3）由于该情形下中国与他国的应急努力程度分别关于组织对其应急绩效考核水平的一阶偏导均大于零，说明中国和他国的应急努力均与应急绩效考核水平正相关，即各国在能源应急中付出的努力会随着应急绩效考核水平的提高而增加，从而各国能够以更加积极的姿态参与到能源应急工作中去。

（4）由于该情形下中国与他国的应急努力程度分别关于组织对其惩罚力度一阶偏导均大于零，说明中国和他国的应急努力均与惩罚力度正相关，即各国在能源应急中付出的努力会随着惩罚力度的增加而增加，从而各国能够以更加积极的姿态参与到能源应急工作中去。

（5）通过比较分析情形二和情形三的中国与他国的最优努力程度，可知情形三下中国的最优应急努力程度大于情形二下其最优应急努力程度，情形三下他国的最优应急努力程度大于情形二下其最优努力程度。同时计算可得情形三下的最优协同收益大于情形二的最优协同收益，说明监督考核机制、惩罚机制可以约束主体的“搭便车”行为，提高中国和他国的能源应急积极性，增加协同收益。

四、结论与对策建议

本文基于国际能源应急协同的时代背景，分析国家主体间的利益博弈关系，借鉴国际能源组织（IEA）成熟的石油紧急共享制度研究了国际范围内的能源应急协同问题，建立了①能源突发事件发生在中国国内，未对他国造成影响；②能源突发事件影响范围扩散他国；③在情形二基础上引入监督考核、惩罚机制等三种情形下中国与他国的能源应急协同微分博弈模型，并进行两两比较分析。结果表明三种情形下均得到国家主体的应急努力程度均与各自的应急成本负相关；国家主体间在能源应急合作过程中存在“搭便车”行为；监督考核、惩罚机制的引入可增强国家主体的应急积极性，提高应急协同效率。根据研究结论，建议中国在与其他国家建立能源应急合作关系时，不能仅仅是停留在政治承诺，要作出有法律约束力的决议，建立监督考核机制、惩罚机制以约束国家主体的应急行为，使得中国在出现能源突发事件时可以获得来自其他国家稳定的能源供给，或者国际范围内出现能源突发事件时，中国可以与其他国家共同应对，降低能源突发事件带来的损失和风险，避免其他国家在能源供应短缺情况下，违背应急合作关系，不能有效执行能源应急合作决议。