碳排放成本对我国石油供应链超额利润获取影响研究——基于夏普利博弈模型的分析

李莉，薛冬辉，刘建

（南开大学，天津市 300071）

碳排放成本对我国石油供应链超额利润获取影响研究
——基于夏普利博弈模型的分析

李莉，薛冬辉，刘建

（南开大学，天津市 300071）

文章指出，集团控制与协作是我国石油供应链最主要的特点，协作使我国石油供应链获得超额收益，将多个独立的石油生产环节纳入一个集团控制之下，使我国石油供应链收益大幅提升。然而低碳经济下，受碳排放成本影响，我国石油供应链传统获利模式受到挑战，超额利润会随碳排放成本的增加而减少。为推动我国石油供应链发展，使石油供应链重获持续竞争力，石油供应链企业应充分利用现有资源优势，积极进行低碳技术和新能源开发与转化，推动低碳经济发展。而我国政府应配合石油供应链转型，制定推动低碳经济发展的各项政策，在通过加征环境税等形式对高能耗行业施以惩罚的同时，为企业制定明确的新能源开发计划，综合利用财政、税收政策协助企业转型。

低碳经济；碳排放成本；石油供应链；夏普利博弈模型

一、引言

石油是我国重要的战略储备资源，石油产业发展不仅关系到国计民生，而且影响到我国的能源安全。1998年，我国石油产业战略调整，将大量资源分散的中小石油企业合并，组建中国石油、中国石化、中国海洋石油三大集团公司，形成了以三大集团为核心、以合作与垄断为特征的石油供应链体系。国际经验表明，在石油这一特殊行业，合作与垄断所带来的协作与规模效益，远比竞争的经济效率高。当前，低碳经济已经成为全球的发展方向，低碳经济以减少能源消耗、降低碳排放为基本特征，并且在技术进步、碳排放权交易、政府资源税的多重作用下，未来我国石油类能源的消耗将呈下降趋势，这无疑将对石油行业发展提出新的挑战。当前，有关石油供应链生产经营规律、垄断利润获取等方面的研究较多，但采用博弈方法对低碳经济下碳排放成本对石油供应链利润获取模式影响的研究文献还很少，本研究将为相关理论研究提供有益补充，对石油行业发展具有一定现实指导意义。

本文主要贡献在于：通过夏普利（Shapley）博弈模型的构建和推演，分析低碳经济下碳排放成本给我国石油行业传统利润获取模式带来的影响，并规划我国石油行业未来可能的发展方向。

本文从我国石油供应链特点入手，构建石油供应链结构，在此基础上应用夏普利博弈模型，分析合作博弈过程中我国石油供应链超额利润获取方式。本文的重点在于，考虑低碳经济下碳排放成本对我国石油供应链垄断利润获取的影响。未来因石油产品使用而带来的碳排放不再是零成本，在碳交易、国家资源税、技术进步、石油紧缺等因素的综合影响下，我国企业可能会积极更新生产设备，以更少的石油资源投入获取更多的收益，从而导致石油产品需求模型发生改变。本文将新的需求模型代入原有夏普利博弈模型中，分析碳排放成本所带来的超额利润的减少。通过分析，本文发现碳排放成本的引入会大大降低石油行业的垄断利润，从而可能会导致我国当前的石油供应链运作方式无法持续。因此，我国石油集团不能坐等这一天的到来，而应采取更为积极的措施，提前投入资源，推进节能技术和新能源的开发与应用。

二、相关理论回顾

本文主要涉及石油供应链理论、低碳经济理论和博弈理论，下面逐一回顾上述理论的主要成果。

自斯太尔（Stear）以一家石油企业为例对其供应链进行研究以来，国内外多位学者对石油供应链的结构、分销、网络优化、价格、政治影响等问题进行了研究。昆塔纳（Escudero Quintana）和萨尔莫荣（Salmeron）提出了处理石油公司供应、运输和配送问题的线性模型。内蓉（Neiro）和品托（Pinto）论述了石油供应链建模的一般框架，并为石油供应链建立了一个综合的模型。崔树杰、张文杰、李莉结合我国石油供应链特点，引入关系维度，构建了三维的石油供应链成本分析模型。[1]其后，崔树杰、张文杰、薛冬辉又使用斯提尔博格（Stackelberg）博弈模型分析了我国石油供应链的成本分担问题。[2]

低碳经济的术语在20世纪90年代后期就已经出现，但其首次出现于官方文件是在2003年英国首相布莱尔发表的能源白皮书《我们未来的能源——创建低碳经济》中。在这个白皮书中，低碳经济被定义为在能够创造更高生活标准和更好生活质量的前提下，通过更少的自然资源消耗和更少的环境污染，使经济运行能够得到更多的产出。近年来，各国政府积极推动低碳经济发展，2007年的“巴厘岛路线图”、2009年的哥本哈根联合国气候变化大会，都对在世界范围内贯彻低碳经济理念起到了重要的推动作用。我国政府也十分重视发展低碳经济，先后出台政府文件，不仅要将低碳产业规划为我国未来发展的战略产业，而且要全面改革资源税，开征环境保护税。国外学者的研究主要集中在低碳经济实施的可行性分析与探讨方面，如约翰逊（Johnson）、[3]迪璨菲斯（Treffers）、[4]梅斯纳尔（Messner）等的研究；国内学者则从不同的角度对低碳经济概念进行了界定，如鲍健强等、[5]何建坤等。

从最早的古诺（Cournot）模型到纳什均衡，再到动态博弈、非对称信息博弈，博弈理论得到了长足发展，已经成为经济、管理理论分析的重要方法和工具。竞合博弈作为博弈理论的一个重要分支，有着自身的发展规律。1996年，布兰德伯格（Brandenburger）和奈勒布夫（Nalebuff）首次提出了竞争合作（Co-operition）的概念，并运用博弈论描述了包含竞争与合作的现象。夏普利较早提出了联盟合作博弈解概念模型，夏普利向量值并非一个确定的值，而是局中人对随机出现的联盟贡献的数学期望。格门德恩（Gemunden）提出了合作供应商的概念，由此夏普利模型在研究供应链竞合关系中得到了广泛应用。我国学者李锦也通过构建夏普利模型对供应链上相邻供应商与生产商的博弈进行了分析，认为合作收益差越大，供应商与生产商充分合作的倾向越大，供应链效率越高。

三、我国石油供应链特点与结构分析

1.我国石油供应链特点分析

本文认为，集团控制与协作是我国石油供应链最主要的特点，我国石油供应链内企业的协作体现在两个层面：第一个层面是三大集团内各分（子）公司间的协作。自1998年我国石油行业重组以来，原来小而分散的石油企业分布格局得以改变，中央政府根据地域上的南北分布和陆地海洋油气资源开采特点的差异，将我国石油企业重组为中国石油、中国石化、中国海洋石油三大集团公司，在每个集团内部，生产和建设任务由总部下达，具体的油田、炼厂、销售网络都成为职能部门，总部控制着每年的投资建设量、产量、售价等重要决策，从而形成了集团内部各分（子）公司间生产经营运作的高度统一。第二个层面的协作是政府对整个石油行业的行政调控。在我国，油田、炼厂的建设以及管道的铺设需要经过政府的审批，主要石油产品的售价也是全国统一，甚至国际原油的购买和销售也要受到政府的严密监控。因此，政府是石油供应链协作的重要组成部分，在政府的协调下，我国三大石油集团间并不是完全意义上的竞争关系，而是合作多于竞争的联盟体。

我国政府推动石油供应链形成集团控制与协作格局是有意而为，石油行业不同于其他行业，规模效益远远大于竞争所带来的效率提升，尽管由协作带来的垄断可能会造成市场不公平，却可以大大提升石油供应链的运作效率，降低成本，减少不必要的浪费，提高我国石油行业的综合竞争力。

2.我国石油供应链结构分析

石油工业是一个典型的过程工业，复杂的钻探施工过程、广阔的工作区域、多变的野外施工作业环境、复杂的地质构造以及企业办社会的性质，决定了石油供应链具有点多、线长、面广等特点。石油的生产过程涉及复杂的物理、化学变化，原油、天然气以及各种石油产品的存储运输方式较为特殊。国内学者通常主张根据石油的增值过程来构建石油供应链结构模型。李成标、吴先金根据石油产品的增值过程，提出了石油行业供应链的体系结构，主要包括原材料供应、石油勘探开发、运输、炼化、分销等环节。郑国生认为，从石油行业的行业特征看，石油天然气从勘探开发到储运、炼制、化工、销售自成一个供应链系统，继而提出了一个普遍适用的石油企业供应链管理模型。

本文认为，我国不宜以三大集团作为石油供应链的节点，而应进入集团内部，以具体职能部门（分（子）公司）作为供应链的节点。一般来说，典型的石油产品价值增值过程包括石油勘探、油田开发、石油开采、炼油、化工、运输、销售等多个环节。此外，石油产业还应包括为油田、炼厂建设和管道铺设配套的各类机械设备生产企业。如果再考虑进口原油的情况，石油供应链将是一个极为复杂的供应网络。如此复杂的结构会给理论分析带来困难，因此本文在总结前人研究成果的基础上，咨询石油业相关专家，根据石油产品生产的现实方式，对具体生产流程进行合并，最终确定了包括石油勘探开发开采、炼油化工、产品运输分销三个节点的石油供应链结构，物流、资金流、信息流在三个节点间相互流动，共同形成石油供应链的生产链条。

四、我国石油供应链垄断利润获取博弈模型分析

1.博弈模型的选择

集团化与协作是我国石油供应链最为重要的特点之一，在集团总部和政府的双重作用下，我国石油供应链各节点企业（实际上是石油集团的分（子）公司）间形成了一种竞争合作关系，而且由于我国石油集团已经建立了较为完备的信息系统，各节点企业对供应链前后节点的生产计划、销售情况等了如指掌，可以在几乎没有浪费的情况下，设定各阶段的生产目标。在众多博弈模型中，夏普利模型是专门用来分析合作博弈的，其模型假设与我国石油供应链的特征极为相似，因此本文借助夏普利模型对我国石油供应链获利模式进行分析。

2.博弈模型的假设

为简化模型结构，本文进行如下假设：

假设1：假设全部石油供应链只生产一种石油产品，而石油产品以吨为基本计量单位，其生产成本为每吨石油产品的生产成本。

假设2：石油供应链每个环节在生产单位石油产品的过程中都会负担一定的成本。勘探开发开采企业将开采出的原油输送给炼油化工企业，原油开采的总成本平均到每吨石油产品上为cext；炼油化工企业将精炼后的石油产品输送给销售企业，原油炼化总成本平均到每吨石油产品上为cfin；石油产品销售企业负责将产品出售给最终客户，石油产品销售总成本平均到每吨石油产品上为csal。

假设3：虽然石油产品的最终价格会受到政府与国际油价的影响，但总体来讲仍然受市场规律的约束，具有价高量减的特征。因此，我们假设石油产品售价与销售量之间存在qsal=a-bpsal的规律，其中，qsal代表石油产品的最终销售量，psal代表石油产品的最终销售价格，a为常数项，b为销售量受销售价格影响的斜率。

3.博弈模型的建立与推演

（1）所有生产环节均不参与合作时的利润获取情况。当所有生产环节均不参与合作时，整个石油供应链企业间形成了一个三阶段非合作博弈关系，每个环节上的企业各自为政，以自身收益最大化为目标确定策略，整个博弈是一个完全信息动态博弈。第一阶段，油田勘探开发开采企业与石油炼化企业展开博弈，原油开采出来后以适当的价格出售给炼油化工企业，此时油田勘探开发开采企业均衡；第二阶段，炼油化工企业通过对原油进行再加工形成最终石油产品，并以适当的价格出售给石油产品运输和销售企业，此时炼油化工企业均衡；最终在第三阶段，石油产品运输与销售企业将产品销售给顾客，此时石油产品运输与销售企业均衡。本文采用逆向归纳法对这一博弈过程进行求解。

首先，石油销售企业预测石油炼化企业的石油产品出厂价格为pfin，其收益函数为：

石油销售企业的最优销售策略为：

石油销售企业的销售量为：

而石油销售企业的销售量也就是它从炼油化工企业那里的需求量，由此可以进一步求出炼油化工企业的最优定价策略：

同理可得油田勘探开发开采企业的最优定价策略为：

逆向求解可得整个石油供应链博弈精炼纳什均衡时各企业产品的最优定价。而将各均衡策略代入相应的收益函数，可以得出均衡状态下各参与博弈的石油供应链企业不参与合作时的收益函数。石油供应链内所有企业都不参与合作时，其供应链总体收益函数为每个供应链内企业收益函数的加和，具体见表1。

（2）当供应链所有企业都参与合作时的利润获取情况。当石油供应链上所有的企业都参与合作时，整个供应链形成了一个因合作而形成的利益共同体（在我国表现为一个企业集团），根据逆向归纳法，可得整个供应链的收益函数为：

得最优勘探开发开采、炼油化工、运输销售策略为：

由此可知合作后石油供应链联盟的收益。与合作前相比，石油供应链上的企业可以多获得近1.3倍的收益。多获得的这部分利润正是我国石油供应链企业集团化运作、共同决策所带来的。

五、低碳经济下石油供应链利润获取博弈模型建立与推演

低碳经济下，碳排放不再没有成本，无论是碳排放权交易，还是资源税、环境税的开征，都预示着顾客使用石油产品不但要承担购买产品的成本，还要承担因燃烧石油产品导致碳排放而带来的附加成本。而且，随着技术的进步，对顾客而言，降低石油产品的用量并非没有可能，顾客可以通过改进设备来降低对石油产品的需求。凡此种种，都将导致石油产品最终用户需求函数的变化。

1.模型假设

低碳经济下，我国石油供应链的结构和生产流程并不会改变，改变的只是顾客的消费函数。因此本文假设低碳经济下顾客的消费函数变为：

其中，ccar代表低碳经济下顾客每使用一单位石油产品所需付出的额外碳排放成本。

2.模型推演结果

加入碳排放成本后，石油供应链在合作与不合作两种情况下的博弈模型和模型推演过程，与未加入碳排放成本时相似，在此本文不再赘述，其主要推演结果见表2。

由此可见，低碳经济下碳排放成本如同供应链内的一项生产成本那样参与整个博弈的过程，并对最终的博弈结果产生影响。在碳排放成本参与下，我国石油供应链的超额收益降低，碳排放的成本越高，石油供应链的超额收益越低，其降低程度受a-b（cext+cfin+csal+ccar）值的影响。如果未来技术进步导致顾客对石油的需求不再刚性，其他能源取代石油，顾客的函数还会发生变化（a值升高或b值降低），石油行业原有获利生产模式将不再能持续获利，特别是由集团化与协作所带来的利润提升将不再明显。

六、结论与建议

由上述博弈模型推导结果可知，协作使我国石油供应链获得了超额收益，将多个独立的石油生产环节纳入到一个集团控制之下，使石油供应链收益大幅提升。然而低碳经济下，顾客使用石油产品所导致的碳排放不再没有成本，这使我国石油供应链现有获利模式受到挑战。通过模型推导我们可以看到，即便是集团化的运作方式，仍然无法避免受到碳排放成本的影响，且碳排放成本的引入会使我国石油供应链超额收益大幅降低。

表1 石油供应链各自独立时纳什均衡结果表

表2 碳排放成本对石油供应链超额收益影响对照表

由此可见，低碳经济下碳排放成本将逐步升高，进而会导致我国石油供应链当前获利模式变得不再可持续。更为甚者，未来低碳科技（如电动汽车、太阳能、风能、核能的高效利用等）取得较大突破后，很多对石油的刚性需求将被软化，替代品的出现会导致顾客需求函数进一步改变，甚者有可能使我国石油行业面临全面亏损的威胁。

为避免上述情况的出现，本文建议我国石油供应链企业抓住当前有利时机，合理利用依靠协作和垄断所获得的超额利润，积极投入新能源开发与转化，占据未来产业革命先机，由抗拒低碳经济发展，转为推动低碳经济发展，在新能源开发和利用领域取得更好成绩。同时，为配合石油供应链转型，我国政府应积极制定推动低碳经济发展的各项政策，除以加征环境税等形式对高能耗行业施以惩罚外，还应给企业制定明确的新能源开发计划，综合利用财政、税收政策协助企业转型。

[1]崔树杰，张文杰，李莉.我国石油供应链成本构成与管理问题研究[J].中国流通经济，2010（2）：42-45.

[2]崔树杰，张文杰，薛冬辉.基于Stackelberg博弈模型的石油供应链成本分担问题研究 [J].中国流通经济，2010（7）：31-34.

[3]Johnson D.，Lowe R.，Bell M..An Exploration of the Technical Feasibility of Achieving CO2 Emission Reductions in Excess of 60%Within the UK Housing Stock by the Year 2050[J].Energy Policy，2005，33：1643-1659.

[4]Treffers T.，Faaij APC，Sparkman J.，Seebregts A..Exploring the Possibilities for Setting up Sustainable Energy Systems for the Long Term：Two Vision for the Dutch Energy System in 2050[J].Energy Policy，2005，33：1723-1743.

[5]鲍健强，苗阳，陈锋.低碳经济：人类经济发展方式的新变革[J].中国工业经济，2008（4）：153.

The Influence of Carbon Emission Cost to Getting Excess Profit by Chinese Oil Supply Chain——Based on Shapley Game Model

LILi，XUE Dong-hui and LIU Jian
（Nankai University，Tianjin300071，China）

Group control and coordination is one of the characteristics of China's oil supply chain.Coordination makes China's oil supply chain to obtain excess profit and making several independent oil production sections under the control of one group will help increase the profit of oil supply chain significantly.The Low-carbon economy brings new opportunity and challenge to Chinese oil supply chain.In this paper,based on analysis to features of Chinese oil supply chain,the authors construct a oil supply chain structure model;and for the first time,they analyze the way,that collectivize operating,to get excess profit of oil supply chain,based on Shapley game model;and then the authors innovatively introduce the carbon emission cost to game model,through model developing,discuss the influence of carbon emission cost to the excesses profit getting of oil supply chain.In this paper the authors think that,influenced by Low-carbon economy,the traditional getting profit model of Chinese oil supply chain was challenged;their excess profit would be reduced with the increasing of carbon emission cost.So the authors think,for making oil supply chain getting sustainable competitive ability,they should research Low-carbon technologies and develop new energies.

low-carbon economy；carbon emission cost；oil supply chain；Shapley game model

F252.8

A

1007－8266（2011）01－0036－05

＊本文受教育部人文社会科学研究一般项目“循环经济框架下我国企业投融资互动机理研究”（项目编号：07JA630014）、天津市发展战略咨询项目“天津市制造业与金融服务业互动发展对策研究”的支持。

李莉（1961-），女，天津市人，南开大学 MPACC中心副主任、商学院财务管理系系主任，教授，博士生导师，主要研究方向为公司财务管理、物流财务管理、证券投资与证券市场分析；薛冬辉（1981-），男，辽宁省沈阳市人，南开大学商学院博士生，主要研究方向为财务管理、物流金融；刘建（1956-），女，本文通讯作者，天津市人，南开大学财务管理系副教授，硕士生导师，主要研究方向为会计理论、公司财务管理、税务管理。

陈静