考虑先期和当期资源投入的能源应急协同研究

刘晓燕,吕 涛

(中国矿业大学管理学院，江苏 徐州 221116)

1 引言

能源应急管理涉及的利益主体众多，包括各级政府及职能部门、能源供应链企业、行业协会等非政府组织、相关能源专家、公众等，其中能源供应链企业包括能源生产企业、能源消费企业和能源运输企业等。2017年城镇燃气、天然气发电、工业燃料升级、交通燃料升级等四项天然气项目陆续上马，导致从2017夏天开始天然气消费量猛增，进入冬季各地供暖需求加剧了天然气供不应求态势，出现了全国性“气荒”。政府要求保民生，限制工业用气，扩大天然气供应。作为天然气供应方的中石油、中石化及中海油，供气优先保证民用，全力优化国内油气田运行，确保主力气田满负荷生产，与进口国密切沟通协调，避免出现停供、无序下载等情况，各LNG接收站满档期接船，以最大气化能力供应市场管道气，储气库注满库容，确保应急调峰采气。中石油还与中石化、中海油等企业建立联保机制，缓解冬季供气缺口。从天然气消费端来看，油企为了保证民用，牺牲工业用户，收紧终端管道气气量，对部分地区的LNG工厂限气。同时引入价格机制，引导天然气价格市场化，中石油天然气销售公司在上海石油天然气交易中心参与天然气气量竞拍。面对天然气供应不足的情况，政府加快储气调峰等基础设施建设，合理化“煤改气”政策规划，尽快完善基础设施公平开放实施细则，并发挥交易中心的作用，落实第三方准入规则，并进行严格监督应对此次“气荒”。由此可见能源突发事件的应急不是某个主体能够独自完成的，需要各地区、各部门实现多主体、多层级、多环节的协同联动，需要主体之间打破组织独立、地域分散的壁垒，实现主体之间的应急协同，才能更快更高效地应对能源突发事件，减少给公众、企业和社会带来的损失。

2008年的雪灾带来煤炭短缺，中国政府成立了“煤电油气运保障工作部际协调机制”，由国家发展改革委牵头，工信部、财政部、交通部、运输部、水利部、农业部、商务部、安全监管总局、气象局、能源局、煤炭协会、铁道部、中石油、中石化、国网公司、南网公司等单位组成，跨部门跨地区统筹协调煤电油气的生产、供应和运输等工作，实现能源应急协同响应。该协调机制所立即启动的能源应急机制使各成员单位紧密协作，在2008年煤炭短缺中发挥了重要作用，确保了汶川大地震后抗震救灾对能源的需求，对于2009年底至2010年初的天气异常引发的中国大范围的天然气荒和煤荒，2010年10月全国范围内出现的柴油荒和2011年10月华中等区域出现的油荒，以及冬季春运造成的能源运输紧张等事件均起到了积极的作用，可见能源应急主体之间的协同配合对于提高能源应急效率发挥着重要作用。然而当能源供需紧张态势得到缓解，“煤电油气运保障工作部际协调机制”的工作就结束了，导致了中国能源应急出现明显的临时性特征，各应急主体之间缺乏日常的沟通和联系，主体间的协同仅仅依靠能源突发事件发生后的临时动员，无法把能源应急行为渗透到组织的日常运作中，在时间紧、任务重的情况下，各个主体内部、主体之间要花费大量的时间进行协调磨合，在信息共享、物质设备调用、资源配置等环节缺乏沟通与协调的有效通道和反馈机制，造成各个主体掌握的信息、资源的极其不对称，应急能力分散不能形成合力，能源应急工作将难以及时有效地展开，错失控制能源短缺事态的最佳时机，能源应急协同效率低下，造成更多应急人力、物力等资源的浪费。

此外，由于中国能源应急管理体系建设相对滞后，各主体的应急职责和权限模糊，缺乏相关制度的约束以及具体的协同程序，加之能源的公共物品性特征，导致地方政府将责任转嫁给上级政府，过度依赖上级政府的力量，担负着企业责任、社会责任及政治责任的能源供应链企业作为追求利益最大化的“经济人”， 在自身经济利益不能得到有效保障时会消极应对能源突发事件，采取的应急行动往往缺乏持续性和深入性，“搭便车”现象屡见不鲜。这些问题严重制约了能源应急协同效率，能源应急管理的常态化建设，平衡主体之间的应急协同参与度对于改善中国能源应急管理现状是迫切的。

国内外学者关于能源应急管理的研究成果较多地集中在能源应急管理体系的建设[1-6]以及能源应急储备[7-12]两个方面，关于能源应急协同问题的研究屈指可数，且更多的是针对某一个能源种类，缺乏对整个能源应急的一般性理论的研究，如朱维娜[13]通过协同熵的计算，以卡特里娜飓风为例研究了突发性石油短缺主体间的协同效率；刘晓燕和吕涛[14]构建了政府和能源供应链企业两个主体的演化博弈模型研究了能源应急主体的演化稳定策略及应急主体行为策略影响因素；吕涛和富莉[15]构建了中国与国际能源组织石油应急合作的演化博弈模型，研究了两个主体应急合作策略的演进。能源以外的应急管理领域，张乐等[16]对突发水灾害干旱灾害准备阶段的应急水资源合作储备问题，构建了政府与企业合作、不合作情况下的应急水资源合作储备模型；李勇建和王治莹[17]运用演化博弈论研究了社会公众之间及社会公众和政府部门之间突发事件舆情传播问题；张乐等[18]对突发水灾害应急过程中异质性主体的合作行为构建博弈模型，探讨了合作效用变量对应急合作可能性的影响；刘德海等[19]构建了政府和社会公众间的演化博弈模型研究了重大突发公共卫生事件的疫情传播问题。上述文献更多地是界定各主体的应急行为并构建博弈模型进行应急系统演化均衡策略的研究，本文则引入应急主体的协同参与度概念，从资源投入的角度对能源应急协同问题进行研究，拓展了应急协同问题的研究视角和研究方法，一定程度上丰富了能源应急管理理论。

学者们在供应链多主体间协同合作研究取得了丰富的成果，如张子健和刘伟[20]构建不同的任务分配模式下供应商参与产品开发的收益模型，分析不同市场状况下各参与方的任务分配与企业收益间的影响作用；刘征驰等[21]基于Samaddar和 Kadiyala[22]的研究构建了服务集成商和专业服务提供商知识协作的Stacklberg主从博弈模型，探讨了非合作型独立决策和合作型共同决策两种情形下主体间的知识协作机制及对服务创新绩效的影响；陈洪转等[23]构建了供应商双重努力下主制造商和供应商协同合作模型和最优利益分配规划模型，分别研究了主制造商未协调控制下和主制造商协调控制下的供应商最优努力水平、合作程度及主制造商的最优利益分配比例；熊榆等[24]构建了领导者和追随者在只有资金投入和同时含有资金和知识投入两种情况下的新产品合作开发的博弈模型，通过比较分析两种情形下的研发努力程度、最优投入了等指标研究了新产品开发参与主体的最优投入决策问题；时茜茜等[25]构建了重大工程中承包商和供应商协同在分散决策、集中决策两种模式下的协同合作的动态博弈模型，通过赋予主体不同的合作贡献权重，分析最优努力程度、供应链系统最优收益等指标研究了重大工程供应链协同合作的利益分配机制；陈洪转等[26]构建了基于努力程度的最优成本分摊模型，通过Nash均衡和Stackelberg均衡两种激励模式下主制造商分摊供应商研制成本的最优比例、最优努力水平和最优收益研究了主制造商与供应商协同合作的最优成本分摊问题。应急供应链是将供应链理论运用到公共危机管理领域，是应急管理理论的重要内容之一[27]。本文在以上协同合作模型基础上，结合能源应急协同现实情况，在能源应急协同模型构建中引入灾害经济学中“守业投入”概念[28]，将能源应急资源投入减少的能源短缺量作为能源应急经济效益，将减少的灾害损失作为正效益进行计算；提出先期资源投入、当期资源投入的概念，构建仅有先期资源投入和有先期和当期资源投入两种情形体现能源应急协同临时性并进行比较分析；在模型中加入应急补偿变量，研究政府补偿力度在能源应急主体协同过程中的影响作用，为政府制定相关能源应急政策提供理论支持，指导相关主体应急行为。基于以上能源应急协同的实践和研究现状，构建政府和能源供应链企业应急协同模型，得出主体协同参与程度、应急资源投入、补偿力度以及协同效益之间的关系，为提高能源应急主体主观能动性，建设能源应急管理常态化机制给出一定的启示。

2 模型构建

能源应急是针对能源突发事件的应急，李洪涛[29]认为能源突发事件是指包括石油、煤炭、天然气在内的多个能源种类的供应紧张状态，体现为能源生产停滞、能源运输中断或能源消费突增，造成能源短缺，引起能源行业、能源市场的波动。能源应急协同则是相关利益主体通过各自内部、主体间及与外部环境的相互协调合作，实现煤电油气运的有序高效生产、供应和运输活动，缓解能源短缺态势，恢复正常的能源生产和消费秩序。

中国当前对能源应急的界定局限于能源突发事件发生以后，这是一种狭义的能源应急，本文拟扩展能源应急外延，即能源应急包括常态下和非常规情况下的一系列应急活动和工作。将政府和能源供应链企业在能源突发事件发生后的应急协同资源投入定义为当期资源投入，是应对具体能源突发事件的资源投入；常态下的应急协同资源投入定义为先期资源投入，先期资源的投入是各个主体在具体的能源应急过程中实现高效协同的基础，没有先期资源的投入，仅仅依靠在能源短缺情况出现时，主体间临时建立起应急协同合作关系，这种传统的临时性应对方式导致各个应急环节衔接不够紧密，存在严重脱节现象，难以达到快速有效的反应。同时参与应急的部门、单位等派出的应急人员都是临时抽调的，日常缺乏应急培训与演练，不能掌握一定的能源应急知识和技能，能源应急处置能力低。

当期资源投入是指能源短缺事件发生后的应急过程中应急主体投入的人力、物力、财力等资源，包括政府及职能部门抽调的工作人员、财政拨款支持、物资储备释放，能源供应链企业投入的专业应急人员、应急物资设备、专业应急技术、能源资源、运力以及财力等，能源专家的应急知识和经验投入，以及应急通信等其他应急保障资源投入等；先期资源投入指常态下各主体在能源应急“一案三制”建设和准备工作中针对协同要素的投入，包括能源应急知识教育与普及、能源应急组织制度建设、能源应急法律制度和应急机制的完善、能源应急预案编制、能源应急技能培训、能源应急演练、能源应急物资资源储备库建设、能源应急沟通平台建设以及其他能源应急保障环节投入的人力、物力和财力等。

能源应急协同的一个基本且关键的要素是应急主体，能源应急涉及的主体众多，为了简化模型，选取在应急过程中扮演重要角色的两个主体，政府和能源供应链企业。模型假设政府和能源供应链企业在应急协同过程中，政府根据能源短缺严重程度决定其应急协同参与度；能源供应链企业根据政府的应急行动确定自身应急协同资源投入。

本文构建两种情况下应急协同模型：第一种情况是政府和能源供应链企业未进行先期资源投入，仅有当期资源投入应对突发性能源短缺；第二种情况是政府和能源供应链企业依靠先期资源投入和当期资源投入应对突发性能源短缺。

2.1 仅有当期应急协同资源投入

仅有当期资源投入的情况是指能源应急协同仅发生在非常态下，是临时性的。

在能源应急过程中，政府和能源供应链企业的应急协同表现在风险预警、资源保障、信息沟通等环节，通过各环节人力、物力、财力、信息等资源要素的整合实现协同收益[30]。采用绩效函数度量能源应急过程中政府和能源供应链企业应急资源投入带来的协同绩效，即单位协同资源投入弥补的能源短缺量。能源应急过程中，主体间应急协同绩效的提升本质上是应急主体间的知识涌现[31]，故假设随着政府和能源供应链企业应急资源投入的增加，其弥补的能源短缺量逐渐增大，故应急协同绩效函数是非递减的[32-33]。随着政府和能源供应链企业更多应急资源的投入，可弥补的能源短缺量的增加会趋于缓慢。因此，设应急协同绩效函数为非线性的[34]。应急协同绩效函数受到政府和能源供应链企业当前应急协同资源投入的影响，用x表示，随着x的增加，协同绩效F(x)达到饱和点s，s为应急协同绩效理论上的最大值，应急协同绩效函数[35]记为:

F(x)=s-x-μ+ε

(1)

s、μ为常数，μ表示应急协同投入弹性，μ越大，政府和能源供应链企业在应急过程中的投入对协同绩效影响就越大，ε为随机误差，则应急协同期望绩效函数为:

(2)

令α、β分别表示政府和能源供应链企业单位应急协同绩效带来的边际协同收益，且为常量。能源应急过程中引入变量p表示政府在应急协同过程中的参与度，且p∈[0,1]。

《能源法》意见稿第八章指出政府应针对承担能源应急工作的企业给予一定的补偿，因此引入补偿系数k衡量政府对能源供应链企业的补偿力度，k∈[0,1]。假设政府根据能源供应链企业的应急投入给予一定程度的补偿，则政府、能源供应链企业以及两个主体共同的协同期望收益函数分别为:

Eg=α(s-x-μ)-xp-kx(1-p)=α(s-x-μ)-x[p+k(1-p)]

(3)

Ec=β(s-x-μ)-x(1-p)+kx(1-p)=β(s-x-μ)-x(1-p)(1-k)

(4)

Et=(α+β)(s-x-μ)-x

(5)

令公式(4)为0，并对x求一阶偏导，得到能源应急最优资源投入x*：

(6)

MaxEt=(α+β)[s-(x*)-μ]-x*

(7)

政府的应急协同最优参与度p*由公式(7)决定。将x*带入公式(7)，得到:

(8)

令公式(8)等于0，对p求一阶偏导得到p*：

(9)

将p*带入到公式(6)，得到：

(10)

将x*带入到公式(5)，得到：

(11)

2.2 有先期和当期两种资源投入

有先期和当期两种应急协同资源投入的情况是指能源应急协同具有常态化特征，而非临时的。在有先期资源投入的情况下，应急协同绩效函数除了受政府和能源供应链企业当期应急协同资源投入的影响，也受到政府和能源供应链企业先期资源投入的影响，应急协同绩效函数[35]记为:

F(x,bg,bc)=s-x-μbg-μgbc-μc+ε

(12)

应急协同期望绩效函数记为:

(13)

bg、bc分别代表政府和能源供应链企业先期资源投入，μ表示政府和能源供应链企业当期共同应急资源投入弹性，值越大，应急主体当期应急资源投入对协同绩效影响越大，μg、μc分别代表政府和能源供应链企业先期资源投入弹性，值越大，应急主体先期资源投入对协同绩效影响越大，同时s、μ、μg、μc为常量且取值均为正。由于在具体的突发性能源的短缺事件应急过程中，政府和能源供应链企业当期的资源投入更具有针对性，投入有效性更高，因此假设μ大于μg、μc。

令p为政府应急协同参与度，α和β分别为政府和能源供应链企业单位应急协同绩效带来的边际协同收益，则政府和能源供应链企业的期望协同收益函数及共同的期望协同收益函数分别记为：

(14)

(15)

(16)

令公式(15)等于0并对x求一阶偏导，得到：

(17)

同理计算得到：

(18)

(19)

(20)

3 结果分析

通过对仅有当期资源投入与有先期当期两种资源投入两种情况得到的最优协同参与度、最优资源投入以及最优协同收益的比较分析，得到以下结论。

(1)在两种情况下政府的协同参与度及约束条件相同，可见政府和能源供应链企业关于能源应急的日常资源投入，例如常规应急演练、能源应急各项资源的日常储备等对各自在具体的能源应急过程中的协同参与度没有影响，这主要由于日常的能源应急资源投入缺乏针对性，在具体的突发性能源短缺事件应急过程中，政府和能源供应链企业仍需根据能源突发事件的具体情况进行相应的资源投入，即使在有日常资源投入的情况下也应积极充分参与应急协同工作。

(3)由公式(9)和(18)可见政府的协同参与度与其补偿力度负相关，即意味着能源供应链企业的应急协同参与度与政府的补偿力度正相关，当政府的补偿力度越大，能源供应链企业则愿意更多地参与到能源应急过程中，承担更多的应急任务。

4 算例分析

表1 参数α、β赋值情况及补偿力度k的取值范围

根据以上赋值情况得到最优协同参与度与补偿力度之间的关系，如图(1)、图(2)所示。

图1 政府最优协同参与度与补偿力度的关系图

图(1)是政府最优协同参与度与政府补偿力度之间的关系图。图例中data1、data2、data3指示的曲线分别表示赋值情形①、②、③三种情况下政府最优参与度与补偿力度之间的关系。

图2 能源供应链企业最优协同参与度与补偿力度的 关系图

图(2)是能源供应链企业最优协同参与度与补偿力度的关系。图例中data1、data2、data3指示的曲线分别表示赋值情形①、②、③三种情况下能源供应链企业最优参与度与补偿力度之间的关系。图(1)中data1、data2、data3所示的曲线分别对应图(2)中data1、data2、data3所示的曲线，即图(1)中三种赋值情形下，政府最优协同参与度随着政府补偿力度的增加而降低，对应图(2)中能源供应链企业最优协同参与度随政府补偿力度的增加提高，且从曲线走势可知政府补偿力度越大，能源供应链企业的协同参与度变化越明显。

基于α=9、β=1对仅有当期资源投入和有先期和当期资源投入两种情形下得到的最优资源投入进行数值模拟，得到图(3)。

图3 两种假设情形下最优资源投入

由前文研究结果可知，在有先期和当期资源投入情形下的最优资源投入与先期资源投入的协同绩效有关，故对参数bg、bc、μg、μc赋予两组数值表征先期协同资源投入绩效高低的情况，其中bg=4，bc=8，μg=1/2，μc=1/3的参数赋值得到的是图(3)中实线所示的先期协同资源投入绩效较高时的最优资源投入；bg=1/4，bc=1/8，μg=1/2，μc=1/3的参数赋值得到的是图(3)中圆点虚线所示的先期协同资源投入绩效较低时的最优资源投入。图(3)中中间虚线表示的是仅有当期资源投入情形下的最优资源投入。由图(3)可知有先期和当期资源投入情形下，先期资源投入绩效较高时最优资源投入小于仅有先期资源投入情形的最优资源投入；有先期和当期资源投入情形下，当先期资源投入绩效较低时最优资源投入大于仅有先期资源投入情形的最优资源投入。同时根据图(3)中三条曲线走势可知，在先期资源投入绩效较高的情形下，能源应急资源投入能够更快达到最优。综上可知先期资源的合理高效利用决定了当期资源投入，先期资源投入绩效越高，对应的当期应急资源投入越少，避免了能源应急过程中不必要的资源浪费。

基于α=9，β=1，μ=2，对情形一和情形二最优资源投入与政府补偿力度、政府协同参与度之间的关系进行数值模拟分析，得到图(4)、图(5)。

图4 仅有当期资源投入情形下最优资源投入与 政府协同参与度、补偿力度的关系

图5 有先期和当期资源投入情形下最优资源投入与 政府协同参与度、补偿力度的关系

图(4)所示曲线分别表示仅有当期资源投入情形下，在政府协同参与度p={0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9}的不同取值情况下最优资源投入随政府补偿力度的变化趋势，图(5)所示曲线表示有先期和当期资源投入情形下，在政府协同参与度p={0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9}的不同取值情况下最优资源投入随政府补偿力度的变化。由图(4)、图(5)可知，两种情形下，政府补偿力度一定的情况下，随着政府协同参与度的提高，能源应急的资源投入越多；当政府的协同参与度保持一定的情况下，政府的补偿力度越大，能源应急的资源投入越多。说明政府要平衡好协同参与度与补偿力度之间的关系，尽可能使应急资源得到合理配置，减少资源浪费。

5 结语

通过对仅有当期资源投入、有先期和当期两种资源投入两种情况的建模及分析，得到在能源应急协同响应中政府和能源供应链企业的最优参与度、最优资源投入以及最优协同收益等，根据研究结论提出以下建议：

(1)日常应急协同资源投入主要是建设和完善能源应急体系，使应急主体在面对具体的能源突发事件时能够实现高效协同，提高应急响应效率，快速控制能源短缺事态，但是政府和能源供应链企业不能依赖日常应急协同资源的投入而在具体能源突发事件应急过程中掉以轻心，仍需全力以赴。

(2)能源供应链企业应意识到自身消极应对突发性能源短缺事件并不能为自己带来更多好处，政府承担过多的应急工作会带来更多的不必要的资源投入，这需要加快中国能源应急管理体系的建设和完善，明确各参与主体在应急过程中的职责与权限，分工协作；政府应逐渐实现权力下放，给予能源供应链企业更多的主动权，使其充分地参与到应急工作中，提高应急协同效率。

(3)建设能源应急补偿机制，制定合理的补偿力度，规避可能出现的更多资源浪费风险，有利于提高能源供应链企业应急主观能动性，承担更多地责任，而不是一味地依赖政府，进而提高能源应急协同效率。

(4)鉴于日常应急资源的投入对于具体能源应急过程的协同效益存在一定的影响，提出加快建立常态化的能源应急管理体制，促进能源应急协同效率的提高。目前能源应急管理主要停留在能源突发事件发生之后的响应阶段，且呈现出临时性的特征，政府和能源供应链企业等主体之间应当加强日常的联系和沟通，通过建设和完善能源应急管理体系，定期组织能源应急演练，规范常规的能源应急活动，发现应急过程中可能遇到的问题及时解决，进而可以在具体的能源应急过程中避免不必要的慌乱，主体之间配合更流畅，同时保障日常应急资源投入的有效性，避免常态化的能源应急管理流于形式，提高能源应急协同效率。