基于演化博弈的煤炭企业高质量发展动力机制研究

王新平，雷景婷，于淮钰

(西安科技大学管理学院，陕西 西安 710054)

0 引 言

煤炭是我国工业主体能源，在我国能源消费结构中所占比重一直超过60%，远高于30%的世界平均水平。如今我国经济发展进入新常态，煤炭行业也进入“需求增速放缓、产能过剩和库存消化、环境制约强化、结构调整改革”的“四期并发”阶段[1]，粗放型高速增长模式已不能适应高质量发展的要求。高质量发展模式是我国以供给侧改革为主线，实现创新引领、转型升级和管理提升的集约化经济增长模式。面对我国能源消费减量的要求以及清洁能源使用比重逐渐提升的趋势，实现“提质增效、生态安全、创新驱动”的高质量发展，成为煤炭企业核心目标。

目前，国内外学者对煤炭企业高质量发展方向提出了新要求。钱鸣高等[2]、谢和平等[3]为煤炭企业高质量发展指明了方向，即安全、高效、绿色、创新、智慧；牛克洪[4]认为煤炭企业未来战略规划应突出“安全、综合、集约、高效、绿色、智慧、可持续”。西方学者认为煤炭产业处于衰退期[5]，而我国学者通过客观事实判断煤炭产业将进入快速成长期[6]，转型升级[7]、绿色创新[8]是煤炭企业高质量发展的必由之路；以创新驱动我国煤炭企业发展模式变革、质量变革、效率变革，以能源大数据支撑能源供给侧深化改革[9]，为煤炭企业高质量发展范式提供了方向。

随着高质量发展政策的提出，生态保护和经济发展并行成为煤炭行业发展的新思路，学界采用演化博弈的方法识别煤炭企业碳减排的关键因素[10]，探究绿色开采技术推广演化规律[11]，确定矿区复合生态系统的利益矛盾[12]，构建矿区生态修复管理机制[13]和安全管理机制[14]，通过提高企业质量治理能力[15]，为推动煤炭行业技术革命，提高安全保障能力，增强生产效率提供理论指导，从微观层面提升高质量发展研究水平。

现有研究主要是从煤炭企业安全管制、煤炭资源整合与配置、煤炭绿色低碳减排等方面进行博弈分析，而针对我国煤炭企业高质量发展中多方博弈主体参与的策略问题研究较少。在此背景下，本文从政府政策机制视角、煤炭企业主体视角、市场体制视角出发，运用三方动态博弈方法，深入探究我国煤炭企业高质量发展动力机制，为推进煤炭企业转型升级提供理论上的支撑。

1 模型的基本假设与构建

本模型由政府、煤炭企业和煤炭能源市场三个利益主体组成一个系统。在成熟的能源生产消费市场中，相关能源经济政策、能源产品价格、企业发展模式等属于公开透明信息，因此，假定该模型是完全信息博弈。模型中三方主体均为有限理性决策方，追求自身利益最大化且可进行自我学习。通过构建三方非对称动态演化博弈模型，探究三方的最佳策略组合。研究各主体在博弈过程中不同决策的损益情况，参照部分学者研究中的博弈假设[10-13]，并根据研究情景给予适当改进。博弈模型的基本逻辑框架如下所述。

博弈方1：政府。政府作为能源管理政策制定者，决策不能只考虑自身成本和收益，应以推动煤炭企业发展模式创新、保障能源市场体系稳定为主要目的，以社会效益和环境效益最大化为主要诉求。政府主要负责高质量发展相关政策的制定、政策履行(财政激励和补贴支持)及对策调整等。本系统中政府有两种策略选择：激励、不激励。

博弈方2：煤炭企业(以下简称“企业”)。目前，除了个别优势先进企业外，煤炭产业普遍存在发展不平衡、不充分问题[16]。基于技术创新和商业模式创新的高质量发展模式，可以解决相关问题。当然也有一些企业由于自身实力不足或缺乏创新意识而未转型升级。因此，煤炭企业有两种策略选择：高质量发展模式、传统粗放发展模式。

博弈方3：煤炭能源市场。能源市场属于国家管制范畴，其中煤炭作为典型的大宗能源物资，主要面对的“市场”并不是数量庞大的终端消费者，而是少数若干大中型公司客户(如火电厂、炼钢厂、炼焦厂等)。煤炭能源市场(以下简称“市场”)既是煤炭企业生产产品的利益直接相关者，又是政府政策调控行为的间接受益者。本系统中市场对于企业高质量发展的反馈有两种可能：接受高质量发展、不接收高质量发展。

博弈模型的相关参数及含义见表1。为不失一般性，假定以下因素的符号均为正，并基于表1假定，建立该模型的基本形式见表2。

表1 模型相关参数及含义Table 1 Model related parameters and meanings

表2 政府-企业-市场三方博弈模型收益矩阵Table 2 Tripartite game model benefit matrix of government-enterprise-market

2 模型的动态演化路径及稳定性分析

本模型提出以下假设：政府选择“激励”的概率为x，选择“不激励”的概率为1-x；企业选择“高质量发展模式”策略的概率为y，选择“传统粗放发展模式”策略的概率为1-y；市场选择“接受高质量发展”策略的概率为z，选择“不接受高质量发展”策略的概率为1-z。

2.1 政府决策的复制动态分析

政府选择激励和不激励的期望收益πx1和πx，见式(1)和式(2)。

πx1=yz(U-M-S+W)+

y(1-z)(U-M-S-K+Q)+

(1-y)z(U-M-L+T)+

(1-y)(1-z)(U-M-K-L+Q+T)

(1)

πx2=yzW-y(1-z)K-

(1-y)zL-(1-y)(1-z)(L+K)

(2)

政府决策的复制动态方程，见式(3)。

F(x)=dx/dt=x(1-x)(πx1-πx2)=

x(1-x)(-Sy+U-M+Q+T-Ty-Qz)

(3)

由复制动态方程稳定性定理可知以下两点。

图1 政府决策的动态演化图Fig.1 Dynamic evolution of government strategies

2.2 企业决策的复制动态分析

企业选择高质量发展和传统粗放发展模式策略的期望收益πy1和πy2见式(4)和式(5)。

πy1=xz(R+R′+βS-Cq)+

x(1-z)(R′+S-Cq)+

(1-x)z(R+R′-Cq)+

(1-x)(1-z)(R′-Cq)

(4)

πy2=xz(-C1-C2-T)+

x(1-z)(R1-C1-C2-T)+

(1-x)z(-C1-C2)+

(1-x)(1-z)(R1-C1-C2)

(5)

企业决策的复制动态方程见式(6)。

F(y)=dy/dt=y(1-y)(πy1-πy2)=

y(1-y)(βSxz+Sx-Sxz+Rz+R′-

Cq+Tx-R1+C1+C2+R1z)

(6)

图2 企业决策的动态演化图Fig.2 Dynamic evolution of enterprises strategies

2.3 市场决策的复制动态分析

市场选择接受高质量发展和不接受高质量发展策略的期望收益πz1和πz2见式(7)和式(8)。

πz1=xy(A+S-βS)+(1-x)yA

(7)

πz2=-xyQ+x(1-y)(B-Q)+

(1-x)(1-y)B

(8)

市场决策的复制动态方程见式(9)。

F(z)=dz/dt=z(1-z)(πz1-πz2)=

z(1-z)(Sxy-βSxy+Ay+Qx+By-B)

(9)

图3 市场决策的动态演化图Fig.3 Dynamic evolution of market strategies

(10)

2.4 三方主体策略的演化稳定性分析

在非对称博弈中，若演化博弈均衡E是演化稳定均衡，则E一定是严格纳什均衡，而严格纳什均衡又是纯策略均衡，即在非对称博弈中混合策略均衡一定不是演化稳定均衡。因此，只需讨论纯策略均衡的渐近稳定性即可。故讨论E1(0，0，0)、E2(1，0，0)、E3(0，1，0)、E4(0，0，1)、E5(1，1，0)、E6(1，0，1)、E7(0，1，1)、E8(1，1，1)八个点的渐近稳定性，找出均衡稳定点，其余均为非渐近稳定状态。稳定性分析可以通过Jacobian矩阵展开，其矩阵见式(10)。

由李雅谱诺夫第一法可知，当Jacobian矩阵的所有特征值λ>0时，均衡点是不稳定点，称为源点；当Jacobian矩阵中所有特征值λ<0时，该均衡点是渐进稳定点，即为汇；当Jacobian阵的特征值λ中存在有正有负时，该均衡点是不稳定点，称为鞍点。且渐进稳定点(ESS)的Jacobian矩阵的特征根必须小于0。下面以点E1(0，0，0)为例分析纯策略纳什均衡点的渐近稳定性(式(11))，其他点的稳定性证明类似可得。

(11)

上述矩阵的特征多项式见式(12)。

(12)

依据现实情况，煤炭企业选择传统粗放式发展模式时获得的运营收益R1，付出的运营成本C1和风险损失C2三者满足R1-C1-C2>0。

由表3可知在推进高质量发展过程中政府、企业、市场在不同情境下各自最终的演化稳定策略。演化的稳定状态是三方博弈的结果，且会随另外两方选择的比例变化而变化。本文致力于为社会提供政府激励、企业高质量发展、市场积极接受的高质量发展模式，即鼓励达到(x=1，y=1，z=1)的理想策略选择状态。 由表3分析得出：要使博弈三方达到理想状态，需要满足条件⑤：M-U+S<0,Cq-R-R′-βS-C1-C2-T<0,βS-S-A-Q<0。

表3 各均衡点稳定性判断Table 3 Judging the stability of each equilibrium point

3 算例分析

结合煤炭行业的自身特点，取各部门公布的行业指标的平均水平，并考虑满足M-U+S<0，Cq-R-R′-βS-C1-C2-T<0，βS-S-A-Q<0的条件，将参数初始值设定为U=16，M=6，S=5，R=12，R′=5，Cq=13，β=0.6，R1=10，C1=6，C2=2，A=8，B=4，T=4，Q=3，进行模拟分析。

基于上述条件，将x初值设定为0.5(即设定：政府选择“激励”的概率为0.5)，在0到1之间随机对y和z赋值。由图4可知，不同的y和z初值会对x的收敛速度产生影响，但x仍单调递增并收敛于1，说明政府选择“激励”策略的比例会随着时间持续增加，最终将全部选择“激励”策略。

图4 y和z随时间(t)变化时x值的演化曲线图Fig.4 Evolution curve of x when y and z change with time

将y初值设定为0.5(即设定：煤炭企业选择“高质量发展模式”的概率为0.5)，在0到1之间随机对x与z赋值。由图5可知，在演化过程中y值并非单调递增，甚至出现了明显减小的情况，即在演化的初期企业选择“高质量发展”的比例逐渐减小。这可能是由于该阶段政府的政策激励力度不大，市场对于高质量发展的接受度不高，且企业需要一段时间来适应和接受高质量发展新模式，所以导致企业逐渐转向选择传统粗放式发展模式。但经过一定时间演化，政府采取适当的激励措施，市场愿意接受高质量发展时，企业最终全部选择“高质量发展”的策略。

图5 x和z随时间(t)变化时y值的演化曲线图Fig.5 Evolution curve of y when x and z change with time

将z初值设定为0.5(即设定：煤炭能源市场选择“接受高质量发展”的概率为0.5)，在0到1之间随机对x与y赋值。由图6可知，在演化过程中市场选择“接受高质量发展”的比例出现了大幅下降的情形，这表明市场需要时间来接受高质量发展。随着时间的推移，政府采取适当的激励措施，企业全面转型为高质量发展模式时，市场最终将全部选择“接受高质量发展”。

图6 x和y随时间(t)变化时z值的演化曲线图Fig.6 Evolution curve of z when x and y change with time

图7为三方决策组合的演化趋势，给x、y、z进行三次赋值，分别为x=0.2，y=0.4，z=0.5；x=0.8，y=0.6，z=0.2和x=0.4，y=0.4，z=0.4。可以看出随着时间的变化，三方主体最终都演化至稳定状态点E8(1，1，1)。

图7 三方博弈的演化路径图Fig.7 Evolution path of the three-party game

4 结论及建议

4.1 研究结论

1) 在推动煤炭企业高质量发展的过程中，政府、煤炭企业和煤炭能源市场三个主体的不同决策之间相互影响。企业“不愿转型，不能转型，不敢转型，不想转型”，主要受到政府和市场决策行为的影响。

2) 当M-U+S<0，Cq-R-R′-βS-C1-C2-T<0，βS-S-A-Q<0时，动态稳定平衡点是E8(1，1，1)。 即当同时满足以下三个条件：①政府激励的成本和补贴之和小于其效用；②企业高质量发展的运营成本小于企业高质量发展的运营收益、潜在收益、所得补贴、企业传统粗放式发展的总成本、企业传统粗放式发展时交付政府的罚款之和；③企业高质量发展所得补贴小于政府付出的补贴、市场接受高质量发展的效用、市场不接受高质量发展时交付政府的罚款之和时，该三方博弈会演化至理想的稳定状态。因此，模型能否达到全局稳定状态将取决于政府激励的成本、效用、补贴，企业高质量发展和传统粗放式发展的运营成本、总收益，市场接受高质量发展的效用、不接受高质量发展时交付的罚款等参数值的大小。

3) 目前我国煤炭企业高质量发展仍处于初期阶段，煤炭企业、煤炭能源市场都需要时间来适应和接受高质量发展这一新模式。在演化初期，政府激励高质量发展的措施若单一且无明显效果，加之市场监管与竞争体制尚不完善，会使得煤炭企业高质量发展的相关利益主体的参与积极性不高，导致企业和市场选择和接受高质量发展的比例大幅下降。此时政府需着重发挥主导作用，提高企业和市场的传统管控效用(罚款)以及激励补贴，降低高质量发展的成本，有效提升企业转型动力，促进市场积极接受高质量发展。

4.2 政策建议

1) 从政府角度来看，针对煤炭企业高质量发展中不同阶段的不同情形，政府需“审时度势”，着重发挥调节作用。在高质量发展的初期，煤炭企业和市场对高质量发展的积极性难免不高，此时政府需着重发挥主导作用，给予推行高质量发展的行为以奖励和反方向行为的惩罚，适当增加对市场和企业的激励补贴及传统管制效用，征收企业的资源、能源税，环境污染罚款，对环境破环严重、安全事故较多的企业实施退出机制。当高质量发展到一定阶段时，降低政府的政策性激励成本，充分运用市场机制，利用无形资源如媒体、互联网及非营利性组织进行政策宣传和自动调节；此外适当降低对企业和市场的直接补贴，完善其他方式的激励，比如对企业实施土地和税收优惠政策、银行给予贷款政策优惠等。

2) 从煤炭企业角度来看，除了追求企业利润，也要提升社会效益和环境效益。在高质量发展初期，企业应抓住高质量发展先机，争取得到更多政策支持，以降低企业运营总成本。此时高质量发展模式对于大多数企业和市场来说较为陌生，所以企业的销售额可能减少甚至亏损，但从长远来看，高质量发展会为煤炭企业创造大量经济效益、社会效益和环境效益，对能源行业的持续健康发展产生深远的影响。面对发展清洁能源的大趋势，企业应以科技创新突破发展瓶颈，探索煤炭化学开采等前沿技术，提升煤炭作为清洁能源原料的比重，实现煤炭资源的清洁高效利用。

3) 从市场角度来看，市场应积极适应高质量发展带来的煤炭消费结构变化。面对严格控制煤炭消费总量增长[17]的要求，应减少煤炭的低效消费量，降低煤炭作为燃料的消费比重，提高煤炭作为清洁能源原料的消费比重。目前火电企业的主体地位逐渐被清洁能源企业代替，其中以新型煤化工企业为代表的煤炭消费群体应主动参与到高质量发展建设之中，争取获得更多的财政补贴，提高高质量发展的增量效用。

4.3 创新与展望

本文以“政府-煤炭企业-煤炭能源市场”三方博弈机制分析为基础，深入挖掘煤炭企业深层次机制障碍，分析煤炭企业“不愿转型，不能转型，不敢转型，不想转型”的深层次原因，有望识别并破解煤炭企业转型升级成效不彰、高质量发展动力不足等现实瓶颈问题，为煤炭行业政策机制优化设计提供根本思路，为推进煤炭企业高质量发展提供学理上的支撑。

作为未来研究方向的建议，应针对煤炭企业高质量发展模式的创新构建，开展煤炭企业高质量发展模式的评价指标体系研究。