供應(yīng)安全下天然氣進(jìn)出口國(guó)共建基礎(chǔ)設(shè)施策略研究

張 華，張 榮

供應(yīng)安全下天然氣進(jìn)出口國(guó)共建基礎(chǔ)設(shè)施策略研究

張 華，張 榮

（重慶大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院，重慶 400030）

經(jīng)濟(jì)發(fā)展與供應(yīng)安全通常是天然氣進(jìn)口國(guó)所關(guān)注的焦點(diǎn)。鑒于某些進(jìn)口國(guó)可能存在因基礎(chǔ)設(shè)施不足而導(dǎo)致天然氣供應(yīng)安全問題，文章提出了兼顧經(jīng)濟(jì)利益和供應(yīng)安全的目標(biāo)函數(shù)，并以此構(gòu)建了進(jìn)出口兩國(guó)之間的動(dòng)態(tài)博弈模型，運(yùn)用微分對(duì)策理論，求得了雙方的最優(yōu)策略與最優(yōu)效用。結(jié)果表明，進(jìn)口國(guó)的最優(yōu)基礎(chǔ)設(shè)施投入及其銷售價(jià)格，均與基礎(chǔ)設(shè)施存量之間呈正向關(guān)系；出口國(guó)總效用與其出口價(jià)格之間呈倒“U”型關(guān)系；供應(yīng)安全意識(shí)越強(qiáng)或需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性越大，天然氣出口價(jià)格越高；供應(yīng)安全意識(shí)、需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性對(duì)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)均具有推動(dòng)作用，但可能在短期內(nèi)的效果有限；通常情況下，供應(yīng)安全意識(shí)能給雙方均帶來好處，只不過需要在長(zhǎng)期下才能突顯，但如果進(jìn)口國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量過高，那么它可能反而起到負(fù)作用，使得自身效用下降。

供應(yīng)安全意識(shí)；天然氣基礎(chǔ)設(shè)施；天然氣進(jìn)口；天然氣出口；微分對(duì)策

0 引言

隨著能源供應(yīng)局勢(shì)日趨緊張以及氣候變化問題日益嚴(yán)峻，天然氣作為一種清潔高效能源，其開發(fā)與利用在全球范圍內(nèi)都受到了高度重視。近年來，我國(guó)天然氣消費(fèi)需求不斷增加，2017年，我國(guó)天然氣消費(fèi)總量2373億立方米，同比增加315億立方米，同比增長(zhǎng)15.3%。與此同時(shí)，我國(guó)天然氣進(jìn)口量也逐年攀升，從十年前開始變成天然氣凈進(jìn)口國(guó)，天然氣對(duì)外依賴程度也越來越大。2017年我國(guó)天然氣進(jìn)口量累計(jì)920億立方米，同比增長(zhǎng)27.6%，對(duì)外依存度從2007年的2.0%飆升至39%。在“2015年中國(guó)氣體清潔能源發(fā)展與能源大轉(zhuǎn)型高層論壇”上，國(guó)家能源局專家表示，我國(guó)要大力提高天然氣的消費(fèi)比重，擴(kuò)大天然氣的使用規(guī)模，力爭(zhēng)2020年天然氣消費(fèi)占一次能源消費(fèi)中的比重達(dá)10%左右，2030年天然氣消費(fèi)占比達(dá)15%左右，可見，在未來的發(fā)展道路上天然氣的需求潛力巨大。我國(guó)作為天然氣消費(fèi)與進(jìn)口大國(guó)，其供應(yīng)安全問題便成為“十三五”能源規(guī)劃中的重要內(nèi)容。

通常造成進(jìn)口國(guó)天然氣供應(yīng)安全問題的原因有很多，如出口國(guó)因自然災(zāi)害、經(jīng)濟(jì)、政治和軍事等因素造成天然氣出口供應(yīng)中斷；又或者是進(jìn)口國(guó)自身因天然氣戰(zhàn)略儲(chǔ)備不足，天然氣進(jìn)口多元化程度不高，天然氣與其他替代能源比價(jià)關(guān)系不合理等因素引起國(guó)內(nèi)天然氣供需矛盾。此外，另一個(gè)重要因素在于進(jìn)口國(guó)的天然氣管網(wǎng)、儲(chǔ)氣庫(kù)、LNG（液態(tài)天然氣）接收站等基礎(chǔ)設(shè)施不足。例如，2017年冬季，我國(guó)天然氣供應(yīng)緊張，天然氣價(jià)格也持續(xù)上漲。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2017年8月下旬全國(guó)LNG價(jià)格為3129.1元/噸，9月同期價(jià)格為3519元/噸，10月為4337.4元/噸，11月為5636.7元/噸。按此計(jì)算，2017年11月LNG價(jià)格比8月上漲高達(dá)80%，比9月上漲60%，比10月上漲30%左右。然而，2017年12月8日，華南地區(qū)碼頭氣庫(kù)的進(jìn)口LNG批發(fā)價(jià)為4780.8元/噸，與2017年10月13日的價(jià)格相比，卻只提高了3.5%。換言之，華北、華中地區(qū)“氣荒”，不是全球天然氣供應(yīng)緊缺、價(jià)格上漲，而是有氣進(jìn)不來。此次華北、華中地區(qū)出現(xiàn)大面積“氣荒”，主要原因就是LNG接收站的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后，LNG接收能力不足，導(dǎo)致取暖季新增需求難以得到滿足。鑒于此，文章以進(jìn)出口兩國(guó)雙方共建天然氣基礎(chǔ)設(shè)施為背景，提出了進(jìn)口國(guó)兼顧經(jīng)濟(jì)利益和供應(yīng)安全的目標(biāo)函數(shù)，主要研究進(jìn)出兩國(guó)如何采取最優(yōu)策略，使得他們各自效用達(dá)到最大。

1 文獻(xiàn)回顧

目前，關(guān)于天然氣進(jìn)口供應(yīng)安全方面的問題也逐步受到一些學(xué)者的關(guān)注。Cabalu[1]構(gòu)建了天然氣供應(yīng)安全指數(shù)，分析了亞洲七個(gè)進(jìn)口國(guó)關(guān)于天然氣供應(yīng)中斷的脆弱性程度。Abada和Massol[2]采用靜態(tài)的古諾模型分析了在天然氣供應(yīng)中不確定的供應(yīng)中斷對(duì)處在長(zhǎng)期天然氣合同中的天然氣零售商合同行為、合同價(jià)格及福利的影響。Biresselioglu[3]考慮現(xiàn)有的政治、經(jīng)濟(jì)及安全風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建了多目標(biāo)規(guī)劃模型分析土耳其LNG進(jìn)口安全策略。Biresselioglu[4]認(rèn)為衡量天然氣供應(yīng)安全最有效的指標(biāo)為：出口國(guó)的數(shù)量、出口國(guó)天然氣供應(yīng)安全的脆弱性以及天然氣的進(jìn)口總量。Villada和Olaya[5]考慮到天然氣供應(yīng)取決于生產(chǎn)、需求及基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜相互作用，天然氣供應(yīng)安全呈現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)、管理、政治、環(huán)境和技術(shù)方面的風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建了天然氣供應(yīng)鏈仿真模型，包括運(yùn)輸約束和需求波動(dòng)，通過對(duì)哥倫比亞天然氣行業(yè)的實(shí)證模擬，評(píng)價(jià)了運(yùn)輸能力的提高以及市場(chǎng)靈活性的增加對(duì)天然氣供應(yīng)安全的影響。Shaffer[6]認(rèn)為天然氣貿(mào)易中依賴性較弱的一方更容易利用對(duì)方較強(qiáng)的依賴性在政治中獲利，貿(mào)易國(guó)之間的政治關(guān)系是影響天然氣供應(yīng)安全的重要因素。與此同時(shí)，不少學(xué)者對(duì)保障油氣資源進(jìn)口供應(yīng)安全的具體措施展開研究，主要提出了“進(jìn)口多元化”和“戰(zhàn)略儲(chǔ)備”等策略[7-13]。

也有一些學(xué)者研究了基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)天然氣進(jìn)口的影響。Skea[14]等認(rèn)為英國(guó)在遭遇到天然氣進(jìn)口中斷時(shí)，天然氣基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)揮的了重要作用。Lochne[7]和Dieckh?ner[15]等通過建立各種情形的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施模型，分析了歐洲天然氣市場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)輸能力，以及對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)輸能力遇到瓶頸狀況的識(shí)別，認(rèn)為歐洲國(guó)家整體的天然氣市場(chǎng)進(jìn)口一體化水平較高，德國(guó)與丹麥以及一些東歐國(guó)家在某些情形下可能會(huì)遭遇到天然氣基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)輸?shù)钠款i。Zhang[16]構(gòu)建最優(yōu)化模型研究了天然氣供應(yīng)成本對(duì)我國(guó)區(qū)域間天然氣流動(dòng)以及天然氣基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)度的影響，結(jié)果表明，國(guó)內(nèi)非常規(guī)天然氣生產(chǎn)成本和天然氣進(jìn)口成本是影響我國(guó)區(qū)域間天然氣流動(dòng)以及天然氣基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)度的兩個(gè)關(guān)鍵因素；天然氣基礎(chǔ)設(shè)施主要根據(jù)不同情形下的區(qū)域間天然氣流動(dòng)進(jìn)行調(diào)度。

文章也與進(jìn)出口國(guó)之間天然氣博弈問題的文獻(xiàn)相關(guān)。Boots[17]構(gòu)建了歐洲天然氣市場(chǎng)上出口國(guó)為主導(dǎo)者和進(jìn)口國(guó)為跟隨者的Stackelberg博弈模型。研究表明，歐盟作為博弈中的跟隨者，可以通過增加進(jìn)口源的方式用于防止天然氣貿(mào)易過于集中，這樣可以降低天然氣進(jìn)口價(jià)格，削弱出口國(guó)的壟斷勢(shì)利。Lise[18]構(gòu)建了一個(gè)動(dòng)態(tài)博弈模型，研究了天然氣出口國(guó)的戰(zhàn)略行為對(duì)未來天然氣進(jìn)口價(jià)格，及歐盟對(duì)天然氣運(yùn)輸投資行為的影響。研究表明，歐盟對(duì)天然氣運(yùn)輸?shù)耐顿Y，及出口國(guó)之間的出口競(jìng)爭(zhēng)將導(dǎo)致天然氣進(jìn)口價(jià)格大幅下降，同時(shí)也會(huì)削弱出口國(guó)的壟斷勢(shì)力。Abada[19]構(gòu)建了俄羅斯、阿爾及利亞等出口國(guó)與德國(guó)、保加利亞等進(jìn)口國(guó)之間的古諾模型，研究了供應(yīng)中斷風(fēng)險(xiǎn)對(duì)天然氣進(jìn)口價(jià)格與社會(huì)福利的影響，以及進(jìn)口國(guó)的最優(yōu)進(jìn)口策略。研究表明，如果供應(yīng)中斷風(fēng)險(xiǎn)與天然氣進(jìn)口價(jià)格均過高，那么進(jìn)口國(guó)應(yīng)放棄進(jìn)口天然氣行為。

綜上所述，在已有的研究中，對(duì)進(jìn)口國(guó)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的研究主要針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)輸能力的評(píng)估、運(yùn)輸能力遇到瓶頸狀況時(shí)的識(shí)別以及天然氣供應(yīng)成本等問題。考慮基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)進(jìn)口國(guó)天然氣供應(yīng)安全的影響，以及采用基礎(chǔ)設(shè)施存量對(duì)天然氣供應(yīng)安全進(jìn)行量化的研究較少，對(duì)供應(yīng)安全影響下進(jìn)出口國(guó)之間的天然氣博弈問題缺乏深入的討論。為此，鑒于某些進(jìn)口國(guó)可能存在因基礎(chǔ)設(shè)施不足而導(dǎo)致天然氣供應(yīng)安全問題，文章提出了兼顧經(jīng)濟(jì)利益和供應(yīng)安全的目標(biāo)函數(shù)，并以此構(gòu)建了出口國(guó)和進(jìn)口國(guó)之間的動(dòng)態(tài)博弈模型，運(yùn)用微分對(duì)策理論[20]，研究了進(jìn)口國(guó)的天然氣供應(yīng)安全意識(shí)、天然氣需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性等系數(shù)對(duì)兩國(guó)雙方的最優(yōu)策略及其效用的影響，為以我國(guó)為代表的進(jìn)口國(guó)與其它出口國(guó)在天然氣供應(yīng)鏈中共建天然氣基礎(chǔ)設(shè)施方面提供一定的理論支持。

2 模型描述及相關(guān)假設(shè)

文章選擇全球天然氣貿(mào)易中，單個(gè)出口國(guó)與單個(gè)進(jìn)口國(guó)組成的簡(jiǎn)單供應(yīng)鏈系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究?jī)蓢?guó)雙方共建天然氣基礎(chǔ)設(shè)施問題。某些進(jìn)口國(guó)由于對(duì)天然氣進(jìn)口需求量較大，且具有較強(qiáng)的依賴性，從而會(huì)表現(xiàn)出相應(yīng)的供應(yīng)安全意識(shí)。兩國(guó)雙方共建天然氣基礎(chǔ)設(shè)施，一方面，出口國(guó)可借此增加對(duì)進(jìn)口國(guó)的天然氣出口量而獲得更多利益；另一方面，進(jìn)口國(guó)不僅可借此增加國(guó)內(nèi)消費(fèi)者的天然氣需求量獲得更多利益，還能保障天然氣供應(yīng)安全。因此，基礎(chǔ)設(shè)施在天然氣供應(yīng)鏈系統(tǒng)中的影響機(jī)制如圖1所示。

圖1 天然氣進(jìn)出口供應(yīng)鏈中的基礎(chǔ)設(shè)施的影響機(jī)制

Figure 1 Impact mechanism of infrastructure in natural gas import and export supply chain

2.1 天然氣需求函數(shù)

中俄東線天然氣管道事關(guān)中俄合作和國(guó)家能源戰(zhàn)略安全。2014年5月底，Gazprom（俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司）與中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司簽署了為期30年，價(jià)值將達(dá)到4000億美元的《俄中東線供氣購(gòu)銷合同》。雙方商定，2019年12月20日起，俄羅斯開始通過雙方共同建設(shè)的“西伯利亞力量”管道向中國(guó)供氣，輸氣量逐年增加，最終達(dá)到380億立方米?？梢姡陔p方為保障天然氣供應(yīng)安全而加快天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐下，如果仍然采用傳統(tǒng)的需求函數(shù)顯得不太合適，因此，文章假設(shè)進(jìn)口國(guó)的天然氣需求函數(shù)為[21-23]

2.2 目標(biāo)函數(shù)

出口國(guó)A與進(jìn)口國(guó)B在各自境內(nèi)建設(shè)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施將付出相應(yīng)的成本，例如，根據(jù)《俄中東線供氣購(gòu)銷合同》約定，東線主供氣源地為俄羅斯東西伯利亞的伊爾庫(kù)茨克州科維克金氣田和薩哈共和國(guó)恰揚(yáng)金氣田，俄羅斯天然氣工業(yè)股份公司負(fù)責(zé)氣田開發(fā)、天然氣處理廠和俄羅斯境內(nèi)管道的建設(shè)，中石油負(fù)責(zé)中國(guó)境內(nèi)輸氣管道和儲(chǔ)氣庫(kù)等配套基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。文章假設(shè)兩國(guó)的成本函數(shù)分別為[24,25]

出口國(guó)A為了追求經(jīng)濟(jì)利益最大化，其目標(biāo)函數(shù)為

通常對(duì)天然氣進(jìn)口依賴性較強(qiáng)的進(jìn)口國(guó)來說，如果擁有充足的天然氣管網(wǎng)、儲(chǔ)氣庫(kù)、LNG接收站等基礎(chǔ)設(shè)施，那么當(dāng)出口國(guó)的天然氣供應(yīng)充足時(shí)，進(jìn)口國(guó)便可以更充分地將進(jìn)口天然氣引入國(guó)內(nèi)，以保障國(guó)內(nèi)的天然氣供應(yīng)安全。因此，文章在進(jìn)口國(guó)兼顧經(jīng)濟(jì)利益和供應(yīng)安全效用的背景下，假設(shè)進(jìn)口國(guó)的天然氣供應(yīng)安全效用函數(shù)為[26]

綜上所述，進(jìn)口國(guó)B為了追求兼顧經(jīng)濟(jì)利益與天然氣供應(yīng)安全效用最大化，其目標(biāo)函數(shù)可表示為

由式(5)易見，雖然天然氣基礎(chǔ)設(shè)施存量越多，進(jìn)口國(guó)的供應(yīng)安全效用越高，但同時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本可能也隨之上升，因此，進(jìn)口國(guó)在選擇天然氣銷售價(jià)格與基礎(chǔ)設(shè)施投入等最優(yōu)決策時(shí)，必然會(huì)在供應(yīng)安全效用與成本之間進(jìn)行權(quán)衡。

2.3 天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的動(dòng)態(tài)約束方程

3 模型求解與分析

定理1 出口國(guó)A與進(jìn)口國(guó)B的最優(yōu)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施投入、進(jìn)口國(guó)B最優(yōu)天然氣銷售價(jià)格與最優(yōu)基礎(chǔ)設(shè)施存量之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系分別為：

其中，

由定理1可以得到以下性質(zhì)：

定理2 天然氣基礎(chǔ)設(shè)施存量的最優(yōu)動(dòng)態(tài)路徑為：

定理3 進(jìn)口國(guó)B的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施投入、天然氣銷售價(jià)格的最優(yōu)動(dòng)態(tài)路徑分別為：

由定理2和定理3可以得到以下性質(zhì)：

由定理2和定理3可知，天然氣基礎(chǔ)設(shè)施存量、進(jìn)口國(guó)B的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施投入及其天然氣銷售價(jià)格在收斂至各自最優(yōu)穩(wěn)態(tài)的路徑上擁有相同的收斂速度；它們的動(dòng)態(tài)路徑變化趨勢(shì)主要取決于天然氣基礎(chǔ)設(shè)施存量的初始水平與最優(yōu)穩(wěn)態(tài)水平之間的差距，即前者小于后者時(shí)，它們均隨時(shí)間以遞增趨勢(shì)收斂至各自的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)水平。反之，則隨時(shí)間以遞減趨勢(shì)收斂至各自的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)水平。此外，從定理2和定理3還可以發(fā)現(xiàn)，它們的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)水平均與進(jìn)口國(guó)的供應(yīng)安全意識(shí)有關(guān)，但與基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量無關(guān)，具體情形可見下一節(jié)的數(shù)值分析。

定理4 出口國(guó)A與進(jìn)口國(guó)B獲得的最優(yōu)總效用分別為

由定理4可知，進(jìn)口國(guó)B的供應(yīng)安全意識(shí)不僅影響到自身的總效用，它還對(duì)出口國(guó)A的總效用產(chǎn)生影響，而基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量卻僅對(duì)進(jìn)口國(guó)B的總效用產(chǎn)生影響。顯然，天然氣基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量越高，進(jìn)口國(guó)B的總效用越小。其原因就好比制定的標(biāo)準(zhǔn)越高，實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于原有的水平在下降，那么效用越小也就不難理解了。

由定理5可知，出口國(guó)A的總效用與天然氣出口價(jià)格之間呈倒“U”型關(guān)系。出口國(guó)A作為天然氣出口價(jià)格的制定者，站在無限時(shí)域內(nèi)獲得的總效用角度出發(fā)，必將制定一個(gè)最優(yōu)天然氣出口價(jià)格使其總效用達(dá)到最大。

4 數(shù)值分析

4.1 最優(yōu)天然氣出口價(jià)格分析

由定理5可知，出口國(guó)A將制定一個(gè)最優(yōu)天然氣出口價(jià)格，使得其總效用達(dá)到最大。那么，隨著供應(yīng)安全意識(shí)與需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性的變化，最優(yōu)天然氣出口價(jià)格又該如何變化呢？圖2不僅展現(xiàn)了出口國(guó)A的總效用隨天然氣出口價(jià)格的變化情況，還展現(xiàn)了天然氣出口價(jià)格隨供應(yīng)安全意識(shí)、需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性的變化情況。

圖2 參數(shù)、和對(duì)總效用的影響

表1 時(shí)，隨參數(shù)的變化情況

表2 時(shí)，隨參數(shù)的變化情況

4.2 兩國(guó)最優(yōu)穩(wěn)態(tài)策略與總效用的分析

將表1和表2所示的不同供應(yīng)安全意識(shí)、需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性下的最優(yōu)天然氣出口價(jià)格代入定理1-5的各式中，可得到關(guān)于兩國(guó)最優(yōu)策略的穩(wěn)態(tài)值及其總效用。具體如表3和表4所示。

表3 時(shí)，參數(shù)對(duì)兩國(guó)最優(yōu)策略與總效用的影響

表4 時(shí)，參數(shù)對(duì)兩國(guó)最優(yōu)策略與總效用的影響

圖3 參數(shù)和對(duì)總效用的影響

4.3 兩國(guó)最優(yōu)策略與瞬時(shí)效用的動(dòng)態(tài)路徑分析

在上一部分，雖然研究了供應(yīng)安全意識(shí)、需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性的變化對(duì)兩國(guó)最優(yōu)策略的穩(wěn)態(tài)值及其總效用的影響，并得出了相應(yīng)的結(jié)論。但可能有人不禁要問，在隨時(shí)間推移的動(dòng)態(tài)路徑上，供應(yīng)安全意識(shí)、需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性的變化，又會(huì)對(duì)兩國(guó)最優(yōu)策略及其瞬時(shí)效用產(chǎn)生何種影響呢？為此，首先圖4和圖5分別展現(xiàn)了在供應(yīng)安全意識(shí)、需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性的變化下，天然氣基礎(chǔ)設(shè)施存量、進(jìn)口國(guó)B的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施投入及其銷售價(jià)格的動(dòng)態(tài)變化軌跡。

由圖4和圖5易見，隨著供應(yīng)安全意識(shí)、需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性的增加，任意時(shí)刻的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施存量、進(jìn)口國(guó)B的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施投入及其銷售價(jià)格均隨之增加；需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性越大，會(huì)使得天然氣基礎(chǔ)設(shè)施存量、進(jìn)口國(guó)B的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施投入及其銷售價(jià)格的收斂速度越慢。由圖4(a)和圖5(a)還可以看出，因供應(yīng)安全意識(shí)或需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性變化的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施增加量，在短期內(nèi)較小，并隨著時(shí)間逐漸遞增直至一個(gè)穩(wěn)態(tài)水平。這表明，供應(yīng)安全意識(shí)或需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性增加，盡管有助于推動(dòng)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)程，但可能在短期內(nèi)的效果有限。

圖4 參數(shù)對(duì)最優(yōu)策略、和的影響

圖5 參數(shù)對(duì)最優(yōu)策略、和的影響

圖6 參數(shù)對(duì)瞬時(shí)效用的影響

由圖6(a)易見，出口國(guó)A的瞬時(shí)效用將隨時(shí)間呈遞增趨勢(shì)收斂至最優(yōu)穩(wěn)態(tài)水平；隨著供應(yīng)安全意識(shí)增加，出口國(guó)A的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)效用將隨之增加。但由圖6(b)可以看出，隨著供應(yīng)安全意識(shí)的增加，并非使得出口國(guó)A的效用在任意時(shí)刻遞增，而是在短期內(nèi)可能隨之遞減。其原因可能是，在短期內(nèi)，雖然供應(yīng)安全意識(shí)增加，使得天然氣基礎(chǔ)設(shè)施存量及其出口價(jià)格增加，導(dǎo)致收益增加，但此時(shí)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本的增加速度快于收益，因此出口國(guó)A的效用隨之遞減。結(jié)合表3和圖6的結(jié)果表明，供應(yīng)安全意識(shí)增強(qiáng)，雖然會(huì)使得出口國(guó)A的總效用增加，但它的瞬時(shí)效用卻并非如此，因供應(yīng)安全意識(shí)的增加而帶給出口國(guó)A的好處可能在長(zhǎng)期下才能突顯出來。

圖7 參數(shù)對(duì)瞬時(shí)效用的影響

由圖7(a)和(b)易見，無論基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量處于何種水平，進(jìn)口國(guó)B的瞬時(shí)效用同樣會(huì)隨時(shí)間呈遞增趨勢(shì)收斂至最優(yōu)穩(wěn)態(tài)水平；隨著供應(yīng)安全意識(shí)增加，進(jìn)口國(guó)B的最優(yōu)穩(wěn)態(tài)效用將隨之增加，當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量處于較低或中等水平時(shí)，進(jìn)口國(guó)B的瞬時(shí)效用可能在短期內(nèi)隨之遞減，長(zhǎng)期下則隨之遞增。其原因可能是，與因供應(yīng)安全意識(shí)變化的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施增加量相比，進(jìn)口國(guó)B的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施投入的增加量在短期內(nèi)更大（如圖4(a)和(b)所示）。當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量處于較高水平時(shí)，進(jìn)口國(guó)B的瞬時(shí)效用卻始終呈遞減趨勢(shì)。以上結(jié)果表明，如果基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量處于較低或中等水平，那么供應(yīng)安全意識(shí)的增加也能給進(jìn)口國(guó)B帶來好處，這種好處同樣可能在長(zhǎng)期下才能突顯出來；如果基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量處于較高水平，那么這種供應(yīng)安全意識(shí)反而可能產(chǎn)生負(fù)作用，使得它的效用下降。

5 結(jié)語

基于某些進(jìn)口國(guó)可能存在因基礎(chǔ)設(shè)施不足而導(dǎo)致天然氣供應(yīng)安全問題，文章提出了兼顧經(jīng)濟(jì)利益和供應(yīng)安全的目標(biāo)函數(shù)，并構(gòu)建了出口國(guó)和進(jìn)口國(guó)之間的動(dòng)態(tài)博弈模型，研究了進(jìn)口國(guó)的天然氣供應(yīng)安全意識(shí)、天然氣需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性等系數(shù)對(duì)進(jìn)出口兩國(guó)的最優(yōu)策略及其效用的影響。通過研究得出以下主要結(jié)論：進(jìn)口國(guó)的最優(yōu)基礎(chǔ)設(shè)施投入及其銷售價(jià)格，均與基礎(chǔ)設(shè)施存量之間呈正向關(guān)系；出口國(guó)總效用與其出口價(jià)格之間呈倒“U”型關(guān)系；進(jìn)口國(guó)的供應(yīng)安全意識(shí)越強(qiáng)或需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性越大，出口國(guó)制定的最優(yōu)天然氣出口價(jià)格越高；供應(yīng)安全意識(shí)與需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性對(duì)天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)均具有推動(dòng)作用，但可能在短期內(nèi)的效果有限；從效用的角度來看，進(jìn)口國(guó)的供應(yīng)安全意識(shí)的增強(qiáng)，通常情況下對(duì)進(jìn)出口兩國(guó)均能夠帶來一定好處，只不過這種好處可能需要在長(zhǎng)期下才能突顯，但是，如果進(jìn)口國(guó)的天然氣基礎(chǔ)設(shè)施基準(zhǔn)量過高，那么其供應(yīng)安全意識(shí)可能反而起到負(fù)作用，使得進(jìn)口國(guó)的效用下降。

文章研究了進(jìn)口國(guó)的天然氣供應(yīng)安全意識(shí)及其需求基礎(chǔ)設(shè)施彈性等因素對(duì)進(jìn)出口兩國(guó)的最優(yōu)策略及其效用的影響，對(duì)以我國(guó)為代表的進(jìn)口國(guó)與其它出口國(guó)在天然氣供應(yīng)鏈中共建天然氣基礎(chǔ)設(shè)施方面具有一定的參考建議。但未來在以下幾個(gè)方面還有待深入研究：（1）為了簡(jiǎn)化模型，文章假設(shè)出口國(guó)制定的天然氣出口價(jià)格是一個(gè)與時(shí)間無關(guān)的參數(shù)，之后可針對(duì)出口國(guó)在動(dòng)態(tài)過程中對(duì)天然氣出口定價(jià)問題進(jìn)行研究。（2）文章僅考慮由一個(gè)出口國(guó)和一個(gè)進(jìn)口國(guó)組成的天然氣供應(yīng)鏈模型，隨著近年來越來越多的進(jìn)口國(guó)開始實(shí)施天然氣進(jìn)口多元化戰(zhàn)略，那么在天然氣貿(mào)易供應(yīng)鏈中可能涉及更復(fù)雜的關(guān)系，之后的研究可擴(kuò)展到一對(duì)多、多對(duì)一、甚至多對(duì)多的情形。（3）之后的研究還可考慮一些隨機(jī)不確定因素對(duì)進(jìn)出口兩國(guó)共建天然氣基礎(chǔ)設(shè)施體系的影響。

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Joint investment in natural gas infrastructure under supply security

ZHANG Hua, ZHANG Rong

(School of Economics and Business Administration, Chongqing University, Chongqing, 400030)

In recent years, China's natural gas consumption demand has continuously increased. In 2017, China's total natural gas consumption was 237.3 billion cubic meters, an increase of 15.3% comparing last year. At the same time, China's natural gas imports have also increased year by year, and it has become a net importer of natural gas since a decade ago. The natural gas has become increasingly dependent on foreign countries. Foreign dependency has soared to 39% from 2.0% in 2007. As a major natural gas consumer and importer, China should pay more attention to its supply security. An important reason for the safety of natural gas supply for importing countries is the lack of infrastructure in pipeline network, gas storage, and LNG receiving stations. In response to this situation, importing countries and exporting countries usually work together to build natural gas infrastructure as investment. On the one hand, infrastructure construction can ensure the safety of natural gas demand and supply in importing countries; on the other hand, it can also benefit both countries. Under this background, this paper studies the dynamic game problems of large natural gas import and export countries with relevant interests, and mainly analyzes the equilibrium strategy and the decision-making implication in the joint construction of natural gas infrastructure by the import and export countries.

Specifically, the first section of the paper discusses the main players in the natural gas market, objective functions, and strategy sets, and constructs a dynamic game model that describes the economic interests of both the exporting and importing countries, and the security of supply. In the second section, the differential game theory is used to analyze the optimal strategy of natural gas infrastructure investment for exporting country, and the optimal natural gas sales price and optimal path of infrastructure investment for importing country. The third section mainly studies the potential impact of the natural gas supply security awareness and the elasticity of natural gas demand infrastructure on the optimal strategies of the import and export countries by a numerical analysis.

The results of the study show that the optimal infrastructure investment and the natural gas sale price of the importing country have a positive relationship with the infrastructure stock; the optimal utility of the exporting country and the optimal natural gas export price have an inverted "U" relationship; the stronger the awareness of natural gas supply security or the greater the elasticity of demand on infrastructure stock, the higher the export price of natural gas; the awareness of supply security and the elasticity of infrastructure demand have a promoting effect on the construction of natural gas infrastructure, but may have limited effects in the short term; usually, the awareness of supply security can bring benefits to both parties, but its highlighted effectiveness is only in the long run. However, if the infrastructure benchmark of the importing country is too high, then it may play a negative role instead and cause its total utility to decline.

Supply security awareness; Natural gas infrastructure; Natural gas import; Natural gas export; Differential game

F224.32

A

1004-6062(2020)06-0110-009

10.13587/j.cnki.jieem.2020.06.011

2018-05-21

2008-11-27

Supported by the National Social Science Foundation of China (16BGL136)

2018-05-21

2018-11-27

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金資助項(xiàng)目（16BGL136）

張華（1986—），男，湖南株洲人；重慶大學(xué)經(jīng)濟(jì)與工商管理學(xué)院博士生；主要研究方向：經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、能源經(jīng)濟(jì)與動(dòng)態(tài)博弈。

中文編輯：杜 ??；英文編輯：Boping Yan