石油天然气管道共建共享博弈分析

李宏勋　丁鹏　张涛

[摘要] 油气定价方式是油气行业竞争环境的主要影响因素，定价方式的改变将显著改变油气企业的收益。假设政府通过选择三种油气定价方式（市场竞争形成价格、价格绝对固定、价格相对固定）改变油气行业竞争环境，对双寡头企业在每种价格条件下的新市场和成熟市场进行管道共建共享博弈分析，结果表明：市场竞争形成价格条件下的新市场和成熟市场，企业之间均能够实现管道共建共享；价格绝对固定条件下的新市场，企业之间能够实现管道共建共享，成熟市场则需要进一步考虑企业进入市场的成本和收益；价格相对固定条件下的新市场和成熟市场，企业之间均不能够实现管道共建共享。因此，推进油气价格的市场化改革，发挥市场在油气资源配置中的基础性作用，可以有效解决当前管道重复建设问题。

[关键词] 油气价格市场化改革；油气定价方式；石油天然气管道；共建共享；博弈分析

[中图分类号]F407.22

[文献标识码]A

[文章编号] 1673-5595（2014）05-0001-07

一、引言

中国正迎来管道建设大发展、大跨越的新时期，但中国早已存在的管道重复建设问题却愈加严重。导致管道重复建设的原因，业内普遍认为有两点：业主制管道建设模式和多元化的管道投资主体各自为政。其解决方案多为政府对管道进行集中管理，主要通过集中管道管理权或推行管道独立来进行集中管理。这一思想由来已久。早在2002年，原国务院体改办体改所就提交了《长距离管输与城市配气监管框架研究》的报告，报告中提出“管”“气”分离、设立机构监管的建议。2013年，国务院发展研究中心为十八届三中全会提交的“383”改革方案重提这一建议，提出“将石油天然气管网业务从上中下游一体化经营的油气企业中分离出来，组建若干家油气管网公司，并建立对油气管网的政府监管制度”。应该说，建立独立管道公司确实可以解决管道重复建设问题，而且也有成功的先例。1998年，由艾克森·美孚等公司分拆重组的“金德-摩根管道公司”，从业主有限合伙制向独立管道运营模式进行改造以来，已成为目前世界规模最大、盈利能力最强的油气管道运输商。但在中国，如果从中石油、中石化、中海油这三大石油公司分割石油天然气供应和输送网络业务，将涉及数千亿元石油天然气管道资产的分割与重组，从资产分割技术和经济上的可行性来看，成立独立管道公司似乎是不切实际的。企业为何不能自发进行管道共建共享、解决管道重复建设问题呢？十八届三中全会做出了“积极稳妥推进市场化改革，使市场在资源配置中起决定性作用”，“完善主要由市场决定价格的机制，推进水、石油、天然气、电力、交通、电信等领域价格改革”的决定，将现行政府主导的油气定价变为市场主导。因此，本文从油气定价角度分析现阶段油气企业为何不能自发进行管道共建共享以及油气价格改革将会对管道共建共享产生何种影响。

现有文献尚未对此做出解答。解决重复建设问题，相关文献均建议通过政策激励企业进行设施（或资源）共建共享，或者只是分析共建共享给博弈方带来的利益。孙瑞英通过“斗鸡博弈”模型分析图书馆重复购买信息资源问题，提出确立共建共享价值观、建立良好的协调合作机制、合理使用资金、公平利益分配及加强图书馆之间信息沟通与互动等五条具体措施，强调信息资源共建共享协调合作机制的作用。[1]陈荣仲、祝建军和蒲云利用两阶段动态博弈分析方法分析了企业间知识共享对产品需求曲线、企业单位成本、产品市场价格和企业利润的影响。[2]苑春荟和陈曦对电信行业基础设施共建共享问题进行研究，根据企业间实力差异，将博弈分为三种情况：大差异非对称共享、非对称共享、对称共享，并通过比较三种情况下企业是否共享基础设施对企业收益的影响，得出需要引入激励机制，鼓励电信企业进行基础设施共享的结论。[3]以上研究对各自领域内的设施（或资源）共享问题做出了有益的探索，但其对油气行业的借鉴意义有限。

在油气行业竞争环境的各个参数中，油气价格无疑是最重要的参数，因此，十八届三中全会提出的油气价格市场化改革将对油气行业竞争环境产生巨大而深远的影响。所以，本文从油气定价角度入手，假定政府通过选择不同的油气定价方式营造不同的行业竞争环境，通过分析不同竞争环境下油气生产企业利润最大化决策，力图找出实现企业管道共建共享的竞争环境，并确定该环境对应的油气定价方式。

二、问题描述和模型假设

（一）问题描述

假设市场为卖方垄断市场，存在两个无差异且具有竞争关系的寡头油气生产企业。企业在新市场和成熟市场上进行竞争，目标是通过选择油气产品价格、油气产量和管道共建共享程度来实现利润最大化。

政府不直接参与企业利益博弈，而是通过选择不同的宏观调控政策——这里主要是规定油气定价方式——改变企业的竞争环境。因而将政府作为外生条件来处理。政府的目标是通过选择合适的油气定价方式实现管道共建共享。

中国石油大学学报（社会科学版）2014年10月

第30卷第5期李宏勋，等：石油天然气管道共建共享博弈分析

（二）模型假设及符号说明

用i表示油气生产企业，其中i=1，2；qi表示企业i的市场需求量，pi表示企业i的产品价格； L表示以最经济最有效率的方式铺设的油气运输管道总长度（这意味着无论哪家企业修建管道，其最优的管道修建方案都是L对应的管道修建方案）；cb表示单位长度油气管道的建设成本；s0i 表示不进行管道共建共享时企业i每单位油气运输量对应的管道建设成本（以下简称平均管输成本）[4]，则s0i=Lcbqi；c表示单位产品成本，cg表示单位油气开采成本（包括自采和外购油气的成本）；β表示企业之间管道共建共享程度。为对模型进行清楚的解释，以下对主要假设做出说明：

假设1：管道共建共享程度β的取值只有两种情况：β=0或β=1。

令βi表示企业i管道共建共享意愿，βi=0表示企业i不希望与其他企业进行管道共建共享，βi=1表示企业i希望与其他企业进行管道共建共享。

令β=βiβ-i表示企业之间管道共建共享程度。β=0意味着企业之间的管道完全不共建不共享；β=1意味着企业之间的管道完全共建共享。因此，管道共建共享的实现条件是β=1。

假设2：企业i平均管输成本si仅与企业市场需求量和管道共建共享程度有关[5]。

si的形式如下：

si=Lcbqi， 当β=0时Lcbq1+q2 ，当β=1时

因为在一定时期内，油气行业技术水平基本保持不变，所以L和cb是定值，故si仅与qi和β有关。将β=0时的企业平均管输成本记为s0i，β=1时的平均管输成本记为s。易知，s0i 是双寡头油气企业所能达到的最高平均管输成本，而s是其能达到的最低平均管输成本。

假设3：企业单位产品成本ci=cg+si。

这个假设意味着模型中的企业单位产品成本只包括单位油气开采成本cg和平均管输成本si。假设两家企业的油气开采技术相同[6]，则c1g=c2g=cg。

假设4：油气产品价格比较稳定，长期油价趋势是可以预测的。

假设5：政府有三种备选油气定价方案：市场定价、价格绝对固定、价格相对固定。

市场定价。

市场定价即政府对企业油气定价不进行干预，允许企业在市场竞争中自由制定各自的油气产品价格。油气产品价格由市场决定，一家企业的市场需求量受所有企业制定的产品价格影响。

令m为需求/价格系数，则mi=-qipi；令k为交叉需求/价格系数[7]，则ki=qip-i。由于产品完全同质，所以不同企业的m和k是相同的[8]，并且在通常情况下，m>k成立。这是因为企业价格变动带来的弊端完全由企业自己承担，而其他企业价格变动给本企业带来的好处却要与其他所有企业共享。

价格绝对固定。

所谓价格绝对固定，是指油气价格由政府给出，在较长时期内不得更改。

油气产品价格采用成本加成法确定，其计算过程如下：

首先，给定基期，由政府相关定价主管部门在市场层面上统计基期样本油气生产企业的全部生产成本。

其次，确定利润率。在综合权衡各方利益的基础上，定价主管部门确定油气生产企业的利润率。

再次，计算油气产品价格。令r表示利润率，则P=c（1+r）。

价格P即所有企业油气产品的销售价格。

价格相对固定[911]。

所谓价格相对固定，是指不同管道运输的油气，其价格是不同的；同一条管道运输的油气，其价格是相同的，且价格一经给出，在较长时期内不得更改。

油气产品价格采用成本加成法确定，其计算过程如下：

首先，确定管道修建完成的时间，由政府相关定价主管部门按照“新线新价”原则统计管道修建完成时油气生产企业的全部生产成本。（“新线新价”原则指以管道为标准确定管道修建成本，给每一条管道核算其建设成本）

其次，确定利润率。在综合权衡各方利益的基础上，定价主管部门确定油气生产企业的利润率。

再次，计算油气产品价格。令r表示利润率，则Pi=ci（1+r）。

价格P即由该管道运输的油气产品的销售价格。

（三）基本模型

企业i的市场需求函数

qi=a-mpi+kp-i （1）

企业i的单位产品成本函数

ci=cg+si （2）

企业i的利润函数

πi=qi（pi-ci） （3）

式（1）中的a、m、k为系数，可以利用企业历史销售数据通过回归分析得出。[12]769783

在企业利润最大化决策中，价格决策pi、产量决策qi以及管道共建共享决策β是同时做出的。

三、双寡头三种定价方式下企业博弈分析

（一）市场竞争形成价格条件下的博弈模型

1.新市场进入与管道共建共享

新市场，企业i需要决定是否进入市场，以及进入市场之后决定pi、qi和βi。双寡头决策问题如下[12]769783：

在此基础上，利用链式法则直接求π*1 关于c1的一阶偏导以及π*2 关于c2的一阶偏导，得π*1c1<0、π*2c2<0。易知，企业产品价格与单位产品成本正相关，产品需求量与单位产品成本负相关，企业利润与单位产品成本负相关。因此，企业的策略为通过降低单位产品成本，提高产品需求量，进而提高企业利润。又因为单位产品成本中，si是可控可变的，因此，企业将选择可以实现最低si的管道建设策略，即βi=1。

均衡解为（共建，共建）。均衡结果说明，在市场定价条件下的新市场，双寡头企业将以管道共建共享的方式进入市场。此时不存在管道重复建设问题。

2.成熟市场价格博弈与管道共建共享

在成熟市场上，假设企业进行有先后的价格博弈，适用斯坦克尔伯格模型。[13]在博弈的第一阶段，企业i根据利润最大化原则，选择pi≥0和βi；第二阶段，企业-i观测到pi和βi，根据利润最大化原则选择p-i≥0和β-i。

均衡解为（共享，共享）。均衡结果说明，在市场定价条件下的成熟市场，进行价格竞争的双寡头企业可以实现管道共建共享。此时不存在管道重复建设问题。

（二）价格绝对固定条件下管道共建共享博弈模型

1.新市场进入与管道共建共享

当面对新市场时，企业i和-i同时决定是否进入该市场，如果进入该市场，是否与其他企业进行管道共建共享，这是一个完全信息静态博弈。

此时，产品价格固定为P=（cg+s）（1+r），其中s=Lcbq1+q2。这意味着，政府定价主管部门是从市场层面而非企业层面来核算企业单位产品成本。油气企业面临的决策问题为：

令β=βiβ-i表示企业之间管道共建共享程度。β=0意味着企业之间的管道完全不共建不共享；β=1意味着企业之间的管道完全共建共享。因此，管道共建共享的实现条件是β=1。

假设2：企业i平均管输成本si仅与企业市场需求量和管道共建共享程度有关[5]。

si的形式如下：

si=Lcbqi， 当β=0时Lcbq1+q2 ，当β=1时

因为在一定时期内，油气行业技术水平基本保持不变，所以L和cb是定值，故si仅与qi和β有关。将β=0时的企业平均管输成本记为s0i，β=1时的平均管输成本记为s。易知，s0i 是双寡头油气企业所能达到的最高平均管输成本，而s是其能达到的最低平均管输成本。

假设3：企业单位产品成本ci=cg+si。

这个假设意味着模型中的企业单位产品成本只包括单位油气开采成本cg和平均管输成本si。假设两家企业的油气开采技术相同[6]，则c1g=c2g=cg。

假设4：油气产品价格比较稳定，长期油价趋势是可以预测的。

假设5：政府有三种备选油气定价方案：市场定价、价格绝对固定、价格相对固定。

市场定价。

市场定价即政府对企业油气定价不进行干预，允许企业在市场竞争中自由制定各自的油气产品价格。油气产品价格由市场决定，一家企业的市场需求量受所有企业制定的产品价格影响。

令m为需求/价格系数，则mi=-qipi；令k为交叉需求/价格系数[7]，则ki=qip-i。由于产品完全同质，所以不同企业的m和k是相同的[8]，并且在通常情况下，m>k成立。这是因为企业价格变动带来的弊端完全由企业自己承担，而其他企业价格变动给本企业带来的好处却要与其他所有企业共享。

价格绝对固定。

所谓价格绝对固定，是指油气价格由政府给出，在较长时期内不得更改。

油气产品价格采用成本加成法确定，其计算过程如下：

首先，给定基期，由政府相关定价主管部门在市场层面上统计基期样本油气生产企业的全部生产成本。

其次，确定利润率。在综合权衡各方利益的基础上，定价主管部门确定油气生产企业的利润率。

再次，计算油气产品价格。令r表示利润率，则P=c（1+r）。

价格P即所有企业油气产品的销售价格。

价格相对固定[911]。

所谓价格相对固定，是指不同管道运输的油气，其价格是不同的；同一条管道运输的油气，其价格是相同的，且价格一经给出，在较长时期内不得更改。

油气产品价格采用成本加成法确定，其计算过程如下：

首先，确定管道修建完成的时间，由政府相关定价主管部门按照“新线新价”原则统计管道修建完成时油气生产企业的全部生产成本。（“新线新价”原则指以管道为标准确定管道修建成本，给每一条管道核算其建设成本）

其次，确定利润率。在综合权衡各方利益的基础上，定价主管部门确定油气生产企业的利润率。

再次，计算油气产品价格。令r表示利润率，则Pi=ci（1+r）。

价格P即由该管道运输的油气产品的销售价格。

（三）基本模型

企业i的市场需求函数

qi=a-mpi+kp-i （1）

企业i的单位产品成本函数

ci=cg+si （2）

企业i的利润函数

πi=qi（pi-ci） （3）

式（1）中的a、m、k为系数，可以利用企业历史销售数据通过回归分析得出。[12]769783

在企业利润最大化决策中，价格决策pi、产量决策qi以及管道共建共享决策β是同时做出的。

三、双寡头三种定价方式下企业博弈分析

（一）市场竞争形成价格条件下的博弈模型

1.新市场进入与管道共建共享

新市场，企业i需要决定是否进入市场，以及进入市场之后决定pi、qi和βi。双寡头决策问题如下[12]769783：

在此基础上，利用链式法则直接求π*1 关于c1的一阶偏导以及π*2 关于c2的一阶偏导，得π*1c1<0、π*2c2<0。易知，企业产品价格与单位产品成本正相关，产品需求量与单位产品成本负相关，企业利润与单位产品成本负相关。因此，企业的策略为通过降低单位产品成本，提高产品需求量，进而提高企业利润。又因为单位产品成本中，si是可控可变的，因此，企业将选择可以实现最低si的管道建设策略，即βi=1。

均衡解为（共建，共建）。均衡结果说明，在市场定价条件下的新市场，双寡头企业将以管道共建共享的方式进入市场。此时不存在管道重复建设问题。

2.成熟市场价格博弈与管道共建共享

在成熟市场上，假设企业进行有先后的价格博弈，适用斯坦克尔伯格模型。[13]在博弈的第一阶段，企业i根据利润最大化原则，选择pi≥0和βi；第二阶段，企业-i观测到pi和βi，根据利润最大化原则选择p-i≥0和β-i。

均衡解为（共享，共享）。均衡结果说明，在市场定价条件下的成熟市场，进行价格竞争的双寡头企业可以实现管道共建共享。此时不存在管道重复建设问题。

（二）价格绝对固定条件下管道共建共享博弈模型

1.新市场进入与管道共建共享

当面对新市场时，企业i和-i同时决定是否进入该市场，如果进入该市场，是否与其他企业进行管道共建共享，这是一个完全信息静态博弈。

此时，产品价格固定为P=（cg+s）（1+r），其中s=Lcbq1+q2。这意味着，政府定价主管部门是从市场层面而非企业层面来核算企业单位产品成本。油气企业面临的决策问题为：

令β=βiβ-i表示企业之间管道共建共享程度。β=0意味着企业之间的管道完全不共建不共享；β=1意味着企业之间的管道完全共建共享。因此，管道共建共享的实现条件是β=1。

假设2：企业i平均管输成本si仅与企业市场需求量和管道共建共享程度有关[5]。

si的形式如下：

si=Lcbqi， 当β=0时Lcbq1+q2 ，当β=1时

因为在一定时期内，油气行业技术水平基本保持不变，所以L和cb是定值，故si仅与qi和β有关。将β=0时的企业平均管输成本记为s0i，β=1时的平均管输成本记为s。易知，s0i 是双寡头油气企业所能达到的最高平均管输成本，而s是其能达到的最低平均管输成本。

假设3：企业单位产品成本ci=cg+si。

这个假设意味着模型中的企业单位产品成本只包括单位油气开采成本cg和平均管输成本si。假设两家企业的油气开采技术相同[6]，则c1g=c2g=cg。

假设4：油气产品价格比较稳定，长期油价趋势是可以预测的。

假设5：政府有三种备选油气定价方案：市场定价、价格绝对固定、价格相对固定。

市场定价。

市场定价即政府对企业油气定价不进行干预，允许企业在市场竞争中自由制定各自的油气产品价格。油气产品价格由市场决定，一家企业的市场需求量受所有企业制定的产品价格影响。

令m为需求/价格系数，则mi=-qipi；令k为交叉需求/价格系数[7]，则ki=qip-i。由于产品完全同质，所以不同企业的m和k是相同的[8]，并且在通常情况下，m>k成立。这是因为企业价格变动带来的弊端完全由企业自己承担，而其他企业价格变动给本企业带来的好处却要与其他所有企业共享。

价格绝对固定。

所谓价格绝对固定，是指油气价格由政府给出，在较长时期内不得更改。

油气产品价格采用成本加成法确定，其计算过程如下：

首先，给定基期，由政府相关定价主管部门在市场层面上统计基期样本油气生产企业的全部生产成本。

其次，确定利润率。在综合权衡各方利益的基础上，定价主管部门确定油气生产企业的利润率。

再次，计算油气产品价格。令r表示利润率，则P=c（1+r）。

价格P即所有企业油气产品的销售价格。

价格相对固定[911]。

所谓价格相对固定，是指不同管道运输的油气，其价格是不同的；同一条管道运输的油气，其价格是相同的，且价格一经给出，在较长时期内不得更改。

油气产品价格采用成本加成法确定，其计算过程如下：

首先，确定管道修建完成的时间，由政府相关定价主管部门按照“新线新价”原则统计管道修建完成时油气生产企业的全部生产成本。（“新线新价”原则指以管道为标准确定管道修建成本，给每一条管道核算其建设成本）

其次，确定利润率。在综合权衡各方利益的基础上，定价主管部门确定油气生产企业的利润率。

再次，计算油气产品价格。令r表示利润率，则Pi=ci（1+r）。

价格P即由该管道运输的油气产品的销售价格。

（三）基本模型

企业i的市场需求函数

qi=a-mpi+kp-i （1）

企业i的单位产品成本函数

ci=cg+si （2）

企业i的利润函数

πi=qi（pi-ci） （3）

式（1）中的a、m、k为系数，可以利用企业历史销售数据通过回归分析得出。[12]769783

在企业利润最大化决策中，价格决策pi、产量决策qi以及管道共建共享决策β是同时做出的。

三、双寡头三种定价方式下企业博弈分析

（一）市场竞争形成价格条件下的博弈模型

1.新市场进入与管道共建共享

新市场，企业i需要决定是否进入市场，以及进入市场之后决定pi、qi和βi。双寡头决策问题如下[12]769783：

在此基础上，利用链式法则直接求π*1 关于c1的一阶偏导以及π*2 关于c2的一阶偏导，得π*1c1<0、π*2c2<0。易知，企业产品价格与单位产品成本正相关，产品需求量与单位产品成本负相关，企业利润与单位产品成本负相关。因此，企业的策略为通过降低单位产品成本，提高产品需求量，进而提高企业利润。又因为单位产品成本中，si是可控可变的，因此，企业将选择可以实现最低si的管道建设策略，即βi=1。

均衡解为（共建，共建）。均衡结果说明，在市场定价条件下的新市场，双寡头企业将以管道共建共享的方式进入市场。此时不存在管道重复建设问题。

2.成熟市场价格博弈与管道共建共享

在成熟市场上，假设企业进行有先后的价格博弈，适用斯坦克尔伯格模型。[13]在博弈的第一阶段，企业i根据利润最大化原则，选择pi≥0和βi；第二阶段，企业-i观测到pi和βi，根据利润最大化原则选择p-i≥0和β-i。

均衡解为（共享，共享）。均衡结果说明，在市场定价条件下的成熟市场，进行价格竞争的双寡头企业可以实现管道共建共享。此时不存在管道重复建设问题。

（二）价格绝对固定条件下管道共建共享博弈模型

1.新市场进入与管道共建共享

当面对新市场时，企业i和-i同时决定是否进入该市场，如果进入该市场，是否与其他企业进行管道共建共享，这是一个完全信息静态博弈。

此时，产品价格固定为P=（cg+s）（1+r），其中s=Lcbq1+q2。这意味着，政府定价主管部门是从市场层面而非企业层面来核算企业单位产品成本。油气企业面临的决策问题为：