基于演化博弈模型的电网企业综合能源服务业务策略研究

王 梦,毛宁泽宇,周里添,许 源,焦 松

(1.国网(北京)综合能源规划设计研究院有限公司,北京 100052;2.国网综合能源服务集团有限公司,北京 100052)

0 引言

综合能源服务以用户价值为导向,同步提供绿色电力,燃气,供水,供热,并为客户提供节能服务和智慧增值服务。电网公司现有综合能源服务管理体制尚不明确,客户价值和目标导向不清晰,核心竞争力不足,面对的社会竞争形势也比较严峻,体制机制尚不完善,盈利点不明显[1]。因此,综合能源服务应运而生。如何把握市场规律,识别关键竞争者,采取正确的发展策略成为电网企业在转型综合能源服务商进程中亟须解决的关键问题[2]。如何利用自身优势、创新管理模式、提高竞争力和突破点是当务之急。基于对现有电网企业面临的竞争形势的分析,利用演化博弈模型提出适用于电网综合能源服务业务的稳定策略。

1 演化博弈模型的应用

博弈思想是用于研究寡头垄断市场各个竞争者之间关系以及规律的有效方法之一,通过对市场内多方主体之间的行为进行研究,探求出适合于各方的行为策略。目前,博弈论已经广泛应用于经济、管理等领域,为企业的决策提供新的思路。但是,传统的博弈论理论建立在“完全理性”假设基础上,不符合现实条件。演化博弈基于有限理性,通过模拟生物演化过程,可以算出对应博弈情形下最终的平衡点。

演化博弈以具有共同特点且互有联系的若干个体为研究对象,研究动态演化过程,在演化过程中筛选出适宜的行为策略[3]。演化博弈论是把博弈理论分析和动态演化过程分析结合起来的一种理论。在方法论上,它不同于博弈论将重点放在静态均衡和比较静态均衡上,强调的是一种动态的均衡。目前,演化博弈模型的应用已经很广泛,包括基于演化博弈思想对电力市场电源决策的动态变化开展分析,从而评估共享适用度对结果的影响程度[4];选取演化博弈论中的对称博弈模型研究电力市场中不同主体的动态策略,并进行稳定性分析[5];运用演化博弈理论,建立电网公司和金融机构关于电力数据征信产品商业模式的动态模型[6];基于演化博弈研究低碳物流商业模式创新问题[7];以演化博弈论为理论基础进行户用光伏整县开发协同机制及仿真[8];基于售电公司和供电公司的双边协商购电合同模型,应用演化博弈论计算用户在有限理性下的套餐选择比例,证明了方法的可行性[9]。

2 电网企业综合能源服务业务主体间演化博弈模型构建

2.1 模型构建基本假设

将除电网企业外的其他企业归为一类综合能源服务企业,基于用户需求的角度对电网企业和其他综合能源服务企业进行演化博弈分析,研究两类企业在有限理性下的行为方式,通过不断的模仿和改进,形成适合的业务行为策略。

基本假设如下:

1)假设将开展综合能源服务业务的企业分两类,电网企业m 和其他综合能源服务企业n。

目前市场上两类企业拥有的资源环境、用户群体、服务内容等有所不同,提供的综合化能源服务业务水平各有不同。假设两者的业务水平分别为lm和ln;市场占有率分别为p和q,其中p,q∈(0,1);在满足现有市场需求的情况下,潜在总利润为w。

2)假设竞争环境下,用户对综合能源服务的业务水平要求不断提高。

市场上存在着各种综合能源服务方案,用户不再局限于现有的业务水平,对企业服务水平从初始标准提高到l(l＞lm,l＞ln)。两类企业均面临两种策略的选择:一是选择维持业务现状,节约投资成本,企业则面临业务竞争力下降甚至市场淘汰的风险,收益将逐年降低至无;二是增加投资,对现有业务进行创新,企业更好的适应用户需求,保持甚至提高市场占有率。

由于企业拥有不同水平的资源、技术和人力资本等,所以提供综合能源服务业务的成本也不同,假设电网企业n的成本为Cm,其他企业n的成本为Cn。在原有成本基础上增加投资创新业务所提高的成本分别为CΔm和CΔn。业务的研发成果与成本基本正相关,结合市场的实际情况,提供的服务基本属于同质的,可以借鉴双寡头模型即AJ模型,假设研发投资是二次函数。

假设增加投资创新业务所付出的成本与水平的关系式为:CΔm=α(l-lm)2、CΔn=β(l-ln)2。其中l-lm和l-ln分别表示两类企业现有综合能源服务业务水平与用户需求的差距,数值越大,表示距离目标所付出的成本越高;α和β均大于0,分别为两类企业进行业务创新的成本对业务水平差距的弹性系数,表示提高单位水平所付出的成本。

3)假设综合能源服务市场需求量是一定的。

假设用户是定量的,对某业务的需求也是一定的,意味着两类企业生产同质的产品时,当一类企业获得这个用户市场时,另一企业则失去了同样的市场。同理,在面临是否选择创新业务时,如果一类企业选择创新,那么不创新的企业会失去原有的市场,选择创新的企业的市场占比将会提高,意味着创新业务会带来额外利润R。

4)假设企业是理性的,策略选择不尽相同。

假设电网企业选择对现有综合能源服务业务进行开发或优化的概率为x,则不进行开发或不优化的概率则为1-x。同时,假设其他企业对现有业务进行开发或优化的概率为y,则不进行开发或优化的概率为1-y。由于竞争主体基于有限理性选择策略,综合能源服务业务决策受到竞争者行为的影响,所以这两类企业会根据实际情况不断调整策略直至稳定状态。

2.2 构建综合能源服务主体演化博弈模型

基于2.1节的假设构建电网企业和其他综合能源服务企业进行博弈的策略组合,其中创新/开发的含义包括对已有业务进行产品优化和开发新业务,不创新/不开发则表示不对已有的综合能源服务业务进行产品优化或者不开发新业务。支付矩阵如图1所示,数据为对应业务策略选择下的收入成本差额。

设电网企业选择对综合能源服务业务进行创新或开发和不创新/不开发两种策略的期望收益分别为μ1和μ2,混合策略的平均收益表示为μ;其他企业进行创新和不创新两种策略的期望收益分别表示为v1和v2,混合策略的平均收益表示为v。

可以得到电网售电企业m 的复制动态方程为

同理可得,其他售电企业的复制动态方程表示为

以上方程逐渐趋向于0时,博弈将逐渐达到均衡状态。求解式(4),令F(x)=0,可以得到均衡点的3 个解,x1=0;x2=1;y=1+

同理,可得另一博弈方的均衡点,y1=0;y2=1;

但取得的均衡点不代表博弈处于稳定状态,为确保得到稳定状态,对F(x)和F(y)二次求导,当F'(x)或F'(y)＜0,意味着一阶导数确定的平衡点为演化稳定策略。

2.3 博弈双方综合能源服务业务决策分析

1)电网企业m 决策分析

3 演化博弈下的电网企业综合能源服务稳定策略

竞争环境下的综合能源服务市场,其他企业对电网企业综合能源服务业务施加了一定的竞争压力,在考虑满足局部均衡状态的同时,还需考虑不同情景下两类企业的稳定状态,从而得到电网企业综合能源服务业务适合的策略。

满足此条件时,电网企业和其他企业均处于局部稳定状态,根据复制动态方程求解导数,可以得到a、b、c、d、e5个平衡点,具体见图2所示的复制动态方程的趋势图。其中,a点为电网企业不创新/不开发,其他企业维持原状;b点为创新/开发;c点是电网企业开发新业务或者对原业务进行创新,其他企业采取相反策略;d点是双方均保持现状;e点则表示双方均选择创新/开发的概率。

图2 演化博弈的动态趋势一

由图3可知,博弈最终将收敛于d(0,0),电网企业和其他企业的最优策略均为不创新/不开发,表示在此情景中,这类业务不适合双方。

图3 演化博弈的动态趋势二

由图4可知,博弈最终将收敛于b(1,1),电网企业和其他企业最优策略均为创新/开发,表示在满足条件的前提下,此类综合能源服务业务值得推广。

图4 演化博弈的动态趋势三

4 电网企业综合能源服务效益主要驱动力分析

通过演化博弈下电网企业综合能源服务业务稳定策略的分析可知,策略选择主要取决于业务的成本及其效益和函数中主要参数的大小和变化方向。这些参数将影响收敛值,从而指导企业选择合适策略。其中,效益主要取决于市场份额,成本主要取决于业务差异。

4.1 电网企业综合能源服务业务的市场占有率

由于CΔm=α(l-lm)2,增量成本受差异程度和弹性系数的影响,代入公式(6)可得

同理,计算可得其他企业最优策略是选择不创新/不开发需满足公式(8)。

此时,满足两条件的结果是

在此条件下,电网企业选择创新/开发,其他企业维持现状。假设成本对差异的弹性系数一致,即α=β,由此得到市场占有率的关系

当市场不存在此类业务时,Cm=Cn=0;当市场存在此业务时,两类企业的初始投资成本关系不确定,一般来说,电网企业拥有天然的电网资源和庞大的客户群,初始投入成本会低于其他企业。所以,只要电网企业综合能源服务业务市场占有率大于其他企业,电网企业的稳定策略均是创新/开发,其他企业则不同。

4.2 电网企业综合能源服务业务水平

当现有业务与市场需求目标差异程度较大时,实现难度也较大。当满足条件和时,对应的策略均是选择创新/开发,假设市场占有率、弹性系数等相同时,业务水平越高的企业越容易满足条件,由于新投资或者再投资付出的成本跟现有业务水平相关,更适合选择积极对策。

4.3 电网企业选择创新/开发时的成本弹性

创新/开发的成本弹性不同,直接影响成本。假设初始投资、业务水平、市场占有率均一致,弹性系数对均衡点的影响为

由此可得,当其他企业成本弹性大于电网企业时,电网企业选择创新/开发原是最优策略。在相同的条件下,企业进行创新/开发需增加的成本对业务水平越敏感,那么成本投入就越易受影响,选择此策略需要额外考虑成本的影响。

5 结论

本文基于综合能源服务业务面对的竞争环境开展分析,构建了电网企业综合能源服务业务的演化博弈模型,从而找出更有针对性的适用于电网企业的综合能源服务业务发展策略,并挖掘出其效益的主要驱动力因素。电网综合能源服务业务开发与否受到竞争者的巨大影响,主要表现为市场占有率和业务水平两个方面,不同的市场形势下竞争策略是不同的,需要根据业务的具体情境进行计算分析,从而找出适合的发展策略,找到新的利益增长点,而不是盲目的开发综合能源服务业务或者完全抗拒新业务的开发。由于本文未考虑不同类型的综合能源服务业务的实际运行场景,缺乏数据分析及验证过程,下一步将结合具体业务的数据完善模型,对综合能源服务业务开展更深入的分析。