《政府监管企业采用低碳发电技术的演化博弈分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《政府监管企业采用低碳发电技术的演化博弈分析.docx（66页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ f 齒科 # 妓术大 # 硕士学位论文 政府监管企业采用低碳发电技术的 演化博弈分析 作者姓名： 李家丽 学科专业： 管理科学与工程 导师姓名： 董雨副教授 完成时间： 二 一 六年四月十曰 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ University of Science
2、and Technology of China A dissertation for masters degree Evolutionary Game Analysis of Government Supervising Enterprises to Adopt Low-carbon Power Generation Technologies Authors Name: Jiali Li Specialty ： Management Science and Engineering Supervisor： Associate Prof. Yu Dong Finished time: April
3、10th, 2016 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 中国科学技术大学学位论文原创性声明 本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研宄工作所取得的成 果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写 过的研宄成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均已在论文中作了明确 的说明。 作 者 签 名 ： 签 字 日 期 ： 別 w 中国科学技术大学学位论文授权使用声明 作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国
4、科学技术大学拥 有学位论文的部分使用权， SP:学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入中国学 位论文全文数据库等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制 手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 2 会开 保密 _年 ) 作者签名： 涉底 i 签字日期 ： FILIAL 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/
5、 摘要 摘要 环境污染以及能源消耗问题的日趋严峻，严重限制了我国经济的发展速度， 我国已经出台了相关的环保政策以达到节能减排的目的，而环境保护政策的落实 离不开有效的监管机制。问题本身的复杂性和动态性，使得对环境污染的预测和 控制达不到预期的效果，因此，有必要对其监管机制进行研宄。目前在环境问题 的分析上，传统博弈论方法忽略了动态博弈过程中有限理性的不确定性，而有限 理性条件下的演化博弈则缺少对控制策略的研究，主要集中于分析演化稳定策略 的存在性。对于碳排放量最大的电力部门，通过控制其排放量是实现中国减排目 标的最佳途径，可再生能源具有独特的无污染以及可再生等特性，所以采用可再 生能源发电成为
6、当下节能减排最有效、效果最明显的措施。 鉴于此，本研究在对各可能影响要素剖析的基础上，借助演化博弈工具，构 建了环境监管部门与发电企业之间的演化博弈模型，对环境监管部门和发电企业 排污之间冲突的形成机理、演化趋势进行分析，从理论上研宄演化规律以及演化 稳定策略存在的条件，分析了两者 策略选择行为相互作用时的演化路径，以期得 到影响系统演化均衡方向的各个因素以及其具体的影响结果，并尝试通过数值仿 真分析找出环境监管部门引导发电企业采用可再生能源发电的最佳激励措施。 本文研宄发现：第一，环境监管部门和发电企业采取（高监管程度，超额完 成配额 ） 的策略组合，是两者之间监督博弈期望的演化均衡结果，并
7、且为政府的 策略实施提供如下建议：通过奖励政策鼓励可再生能源发电技术创新，使可再生 能源发电成本降低，普通能源发电的相对成本上升；提高对可再生能源发电的补 贴力度以及对普通能源发电部分收取的排污费；通 过网络等手段宣传环保的重要 性，提高发电企业的环保意识，进而降低环境监管部门的管理成本 ;提高贴现率， 人们意识到金钱的贬值，越热衷于现在进行投资，则发电企业现在购买可再生能 源发电所需的设备以及技术等的可能性越大，采用可再生能源发电的可能性也就 越大；上级政府加强对环境监管部门的监督，加大对其监管程度低行为的罚款。 第二，进行了确定参数下的数值仿真模拟，以具体实例辅助研宄得到，环境监管 部门对
8、发电企业利用可再生能源发电的最佳激励措施为轻奖重罚。 关键词：环境监管部门发电企业可再生能源发电演化博弈演化稳定策略 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ Abstract ABSTRACT Environmental pollution and energy consumption issues have restricted the economic growth of China seriously. The government has pro
9、mulgated relevant policies of environmental protection to achieve the purpose of energy saving, whose implementation is inseparable from the effective regulatory mechanisms. The problems are complex and dynamic. They make ifs hard to achieve the desired results on prediction and control of environme
10、ntal pollution. So it is necessary to study its regulatory mechanisms. Currently, in the analysis of environmental problems, traditional game theory approach ignores the uncertainty of limited rationality during dynamic game. However, evolutionary game under the condition of limited rationality is m
11、ainly focused on the analysis of the existence of evolutionary stable strategy, and is lack of study on control strategy. For the power sector, which is the biggest carbon emitter， its the best way to achieve the emission reduction targets of china by controlling carbon emission. Renewable energy ha
12、s the unique features such as non-polluting and renewable. As a result, the most effective measure is to generate electricity by renewable energy. On the basis of the analyses of a variety of possible affecting factors, we build an evolutionary game model about the interaction between the environmen
13、tal regulators and power plants. Using the model? we analyze the formation mechanism of the conflict and evolution trends between environmental regulators and power plants* emissions, investigate the evolution and the presence of evolutionary stable strategies theoretically, analyze the evolutionary
14、 path of their policy choice behaviors when interacting, in order to get the various affected factors of system evolution equilibrium direction and its detail impacting results. Furthermore, we have tried to find the best incentive measures to guide the power plants to generate electricity by renewa
15、ble energy. The results show that, the strategy combination that high levels of supervision and exceeding quota is the desirable evolution equilibrium of the supervising game. The suggestions offered to the government are showed as follows: first, the government can encourage technological innovatio
16、n for electricity generation by renewable energy, which can reduce the cost of electricity generation by renewable energy but raise the relative cost of electricity generation by general energy; second, another suggestion is I I I 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All ri
17、ghts reserved, http:/ Abstract to increase the subsidies for electricity generation by renewable energy and pollution discharge fees for electricity generation by general energy; third, the government can promote the importance of environmental protection and improve the environment protection sense
18、 of the companies, which can reduce administrative costs for the environmental regulators; forth, the government can increase discount rate, which may lead to the companies to invest in the equipment and technology related to renewable power generation because the depreciation can make people are ke
19、en on immediate investments; at last, higher level local governments can strengthen the supervision of environmental regulators. Furthermore, with the study of detailed examples, we prove that the best incentive measures for the power plants is light award and heavy penalty. Keywords: Environmental
20、Regulators, Power Plants, Renewable Energy Power Generation, Evolutionary Game, Evolutionarily Stable Strategy IV 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 目录 目录 第 1 章绪论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.1.1 环保问题 . 1 1.1.2 能源问题 . 3 1.1.3 政策环境 . 4 1.2 研究目的和意义 . 4 1.3
21、 本文研究内容和方法 . 5 1.4 本章小结 . 7 第 2 章理论基础与文献综述 . 9 2.1 演化博弈理论 . 9 2.1.1 演化博弈理论的产生和发展 . 9 2. 1.2 演化博弈理论基本内容 . 12 2. 1. 3 演化博弈理论的特征 . 13 2.2 国内外研究现状 . 14 2.2.1 环境污染问题中的博弈 . 14 2. 2. 2 奖惩策略机制的相关研宄 . 16 2. 2. 3 政府和发电企业之间的博弈 . 18 2. 3 本章小结 . 19 第 3 章演化博弈模型的构建 . 21 3. 1 模型假设前提 . 21 3. 2 模型构建及求解分析 . 24 3. 3 模型
22、结果 . 28 3. 4 本章小结 . 30 第 4章算例分析 . 31 V 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 4. 1 样本数据来源 . 31 4- 2 数据结果分析 . 32 4_ 3 本章小结 . 33 第 5 章总结与展望 . 35 5. 1 全文总结 . 35 5. 2 未来研宄展望 . 36 参考文 献 . 37 附录 1 数值仿真模拟的源程序 . 43 附录 2 攻读硕士学位期间发表的论文及专利 . 53 附录 3 攻读硕士学位期间参
23、与的科研项目 . 55 g 谓寸 . 57 VI 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 第 1 章 绪 论 第 1 章绪论 1.1 研究背景 1.1.1 环保问题 根据 IPCC(政府间气候变化专门委员会 )的工作评估报告 ,近百年，全球地表 温度值平均提升 0.3 - 0.6 摄氏度，海平面平均高度提升 10 - 24 厘米。针对全 球气候变暖的具体成因，各方所持的观点并不一致 ;就目前而言，全球达成的共识 是，导致气候变暖离不开温室气体特别是二氧化
24、碳的排放。大气中 C02浓度每增 加一倍将造成地表平均温度升高 1.5 -3 摄氏度，进而导致海平面上升 20 - 140 厘米 ,将给许多国家造成严重的经济和社会影响。化石能源的大量燃烧导致二氧 化碳浓度不断提高，数据显示，在工业革命前每 100 万大气单位中二氧化碳为 280 个单位， 1988 年则为 349 个单位，现在二氧化碳在大气中所占的比例更是在持续 提高中。降低温室气体排放量、优化能源结构是各国解决全球气候变化问题的一 致举措。根据 2010 年国际能源机构 （ IEA)发布的数据，中国是世界上最大的能源 消费国，而在相当长时期内，煤炭将仍是最主要的能源。在经济迅猛发展的同时，
25、 能源消耗及环境问题日趋严峻，近年来，我国 PM2. 5 指数屡次超标。依据国家统计 局关于碳排放 2008 - 2013 年的统计数据，绘制出图 1.1,由图中可以看到，碳排 放量排在第一位的电力部门的数据占每年碳排放总量的比例高达 40%以上。追随 国际上污染治理的步伐，首先要从重点行业入手， 对于碳排放量最大的电力部门， 通过控制其排放量是实现中国减排目标的最佳途径。经济的发展与电的使用息息 相关 ,据估计，从2016 年到 2030 年全球的电力需求将仍然以 2. 5%的年均增长率 增长（孙冠群和孟庆海，2015)，可见，减少电力供给是不符合时代发展潮流的。 在保证电力稳定供应的前提下
26、 ,就需要采用更加环保的发电方式来减少温室气体 的排放，包括对现有发电方式技术的改进和采用可再生能源发电。常规能源以外 的所有能源称之为可再生能源，具备取之不竭的特征，在自然界中能够不间断的 得以补充或者可以在较短周期内自动 再生产，包含风能、太阳能、生物质能等， 都具备资源散布范围广、可运用潜力大、对环境污染程度低、可再生等特征，它 的应用有助于人和自然的和谐发展。目前，我国仍以火电为主要的发电方式，对清 洁能源的利用微乎其微（图 1. 2,数据基于国家统计局 ）， 一定程度上加大了对环 境的污染力度，采用可再生能源发电成为当下节能减排最有效、效果最明显的措 71994-2018 China
27、 Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 图 1.1 2008 _ 2013 年电力部门、运输部门以及总的碳排放量 2 第 1 章绪论 施。最新统计数字显示，在 2014 年上半年中国新增的发电装机容量中，可再生能 源发电装机量己经首次超过燃煤火电装机量。 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 1.1.2 能源问题 第 1 章绪论 全球人口数量从
28、 1900 年的 16 亿急速增长到 2013 年的 72 亿，增幅达到 4. 5 倍，与此同时，能源消耗的增幅却髙达 18 倍，并且处在持续增长的态势中（左 然，施明恒和王希麟， 2015)。根据国家统计局数据绘制出 2008 - 2013 年平均 每天的能源消费量（图 1.3)，从图中可以看到不可再生能源的消费量每年都在 增长，长此以往，能源枯竭问题将迫在眉睫。 2014 年我国煤碳进口量和原油进 口量分别高达 2. 912 亿吨和 3. 0837亿吨，对于国外进口能源的髙额需求量存在 以下问题，首先，跨国的能源输送使得我国的能源供给受限于国际争端、自然灾 害等不确定性因素；其次，国际能源
29、的价格将对国内 能源价格产生影响，增加其 波动性。而目前新发现的可供开釆的化石能源基本位于我国的偏远地区或者海洋 区域，开采成本髙，如果发生泄漏事故还将严重危害周边的生态环境。 基于我国蕴藏的可再生能源数量，其利用的潜力非常大，是解决我国能源需 求问题的重要方法。我国拥有的水力资源蕴藏量为 6.9 亿千瓦，可开发的经济装 机容量可达4 亿千瓦（左然，施明恒和王希麟， 2015)。据气象局气候资源中心 资料估算，我国陆地加近岸海域风能资源潜力超过 10 亿千瓦；我国太阳能资源 也十分丰富， 96%以上的国土面积年均太阳能辐射量大于 l 50kwh/m2,接受的太 阳能辐射相当于 L 7亿吨标准煤
30、 （ tee)。除此之外，生物质能、海洋能等也有丰 富的资源，可见我国可再生能源发电拥有良好的前提条件。 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 第 1 章 绪 论 1.1.3 政策环境 2009 年底，中国政府对外承诺 ,2020 年单位国内生产总值 (GDP)二氧化碳排 放量与 2005 年相比将降低 40%、 5%。为有效调整中国电源结构， 十二五 期间， 中国推出可再生能源配额制 (RPS),目的就是保证在一定时间内的规划目标得以 实现 ,达到预
31、期的环保效果。国家发改委主任办公会已经讨论并原则通过由国家 能源局起草的可再生能源电力配额考核办法 (试行 )。该办法中提出了更加严 厉的监管要求，对在考核评判期内未抵达可再生能源电力配额基本指标的企业予 以处罚，超过可再生能源电力配额的予以奖励，配额实施 赏罚分明 。与此同时， 修订后的环境保护法经过十二届全国人大常委会第八次会议表决通过。该法规自 2015 年 1 月 1 日起实施，明确指出在提高对违法排污行为的惩处力度以及加强监 督等的基础上，排污费将逐步向 环境保护税过渡，已经征收环保税的就不再征收 排污费。中国政府非常注重对可再生能源的研究以及开发工作，中华人民共和 国可再生能源法由
32、国家经贸委制定并颁布，通过采用一定举措与制订预期的可 再生能源开发应用总量指标 ,来促进可再生能源市场的树立以及发展， 2006 年 1 月 1 日正式实施。改革开放以来，在国家政策的大力扶持下，我国在水力发电、风 力发电以及光伏发电等领域己经取得突破性的进展。 2014年，我国可再生能源发 电所占比例快速提升，水电发电量同比增长 19. 7%,风电同比增长 12. 5%，光伏同 比增长 170. 8%,而煤电同比下降 1.0% (孙冠群和孟庆海， 2015)。根据国家发展 和改革委员会起草的可再生能源中长期发展规划，到 2020 年，我国水电开发 程度将达到 70%左右，总装机容量达到 2.
33、 9 亿 kW， 风力发电、太阳能发电以及生物 质发电装机容量将分别达到 3000 万 kW、 200 万 kW 和 2000 万 kW， 力争在总电力 装机容量中可再生能源发电的比例达到 30%以上。可再生能源发展 十一五 规划提出的三个目标中最重要的一个即是逐渐提高清洁可再生能源在能源结构 中的占比，在 2020 年使可再生能源的消耗量能占 到能源总消耗量的 15%。 1.2 研究目的和意义 在国际化大环境下，面对环境污染问题，各国纷纷做出了减排承诺，结合中 国的具体国情，利用可再生能源发电是最有效的减排措施。然而，可再生能源发 电所需的成本以及对技术的要求都较高，一些发电企业对此望而却步
34、，如果没有 政府的相关政策支持，可再生能源发电所占的比例将微乎其微。本文研宄的目的 在于，系统全面地分析政府可通过哪些政策激励发电企业采用可再生能源发电。 由于政府和发电企业都是有限理性的群体，他们的决策会受到之前阶段的结果影 4 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 第 1 章 绪 论 响，也就是总是在不断变化中，符合演化博弈的特性。本文期望通过构建政府环 境监管部门和发电企业之间的演化博弈模型，在模型分析的基础上找到具体的政 府可采取的措施，以及每
35、种策略对结果的具体影响情况。 在上述研宄背景和研宄目的下，研宄政府可通过哪些具体措施激励发电企业 利用可再生能源发电，不仅丰富了演化博弈理论的应用，而且对政府政策的颁布、 促进节能减排有较好的指导作用。本研宄具备一定的理论意义以及实践意义： (1) 理论意义 .“ 可再生能源作为新生事物，目前对其所做的研究多为探讨其 对发电技术的推动作用、节能减排效果或者对现有电力市场结构的影响等方面， 对政府和发电企业排污之间冲突的形成机理、演化趋势，以及政府可通过哪些具 体措施激励发电企业绿色生产的研宄尚很少见，缺乏全面系统的分析。本文基于 这点展开，延伸了对 可再生能源投资的研讨，构建环境监管部门和发电
36、企业的演 化博弈模型，从理论上研宄演化规律以及演化稳定策略存在的条件，分析了影响 系统演化均衡方向的各个因素，揭示了环境监管部门引导发电企业采用可再生能 源发电的最佳激励措施。 (2) 实践意义：本文通过对各个可再生能源激励政策的详细梳理，全面系统 的解释了不同的政策对演化均衡方向的影响，为政策制定者和发电企业决策提供 有益的政策分析基础和例证。这对构建高效合理的政策扶持、促进可再生能源发 展具有重要的实践意义。因为细化到每一项政策变动对整体均衡结果的影响方向， 该研宄结 果具有很强的操作性，可指导政策制定者根据当下情况采取具体的措施， 鼓励发电企业采用可再生能源发电，从而达到节能减排的目的，
37、实现全社会的整 体发展目标。 1.3 本文研究内容和方法 为了跟随经济高速发展的步伐，实现自身利益的最大化，许多企业和个人盲 目地开发利用环境资源，对产生的环境成本却不管不顾，将其转嫁给社会，造成 环境污染问题频出的现象。近些年的社会实际情况，已经证明了 先污染后治理 的方法在中国行不通，这种仅仅依靠污染治理的方法，不是解决环境问题的根本 举措。行政法律手段以及市场经济手段，是当下政府解决环境污染问题最主要的 两种手段，然而，一个完善的监管机制才是政府控制企业以及个人排污的关键。 假设政府相关部门精心设计出一套完备的、切实可行的环境保护政策，用以约束 企业的任意生产排污行为，但是，如果没有与之
38、相匹配的具体监管措施，则企业 仍然会偷偷继续高排放的生产行为，各项环境保护政策得不到落实，也难以达到 环境保护政策设立之初，预期减缓环境污染问题压力的目的。由此可见，一套完 5 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, http:/ 第 1 章 绪 论 善可行的政府监管机制，对于环境保护政策的顺利实施，起到了不容忽视的作用。 各种工业生产排污是最主要的环境污染来源，因此，如果环境监管部门能够 有效监督它们的生产排污行为，则能在最大程度上控制环境继续被污染的现状。 因为发
39、电企业是排污量最大的工业企业，所以，本研宄在对各可能影响因素分析 的基础上，借助演化博弈工具，构建了环境监管部门和发电企业的演化博弈模型， 对环境监管部门和发电企业排污之间冲突的形成机理、演化趋势进行分析，从理 论上研宄演化规律以及演化稳定策略存在的条件，以期得到影响系统演化均衡方 向的各个因素以及其具体的影响结果，并尝试通过数值仿真分析的方式找出环境 监管部门引导发电企业采用可再生能源发电的最佳激励措施。论文的具体章节安 排如下： 第一章，首先从环保问题、能源问题，以及当下中国采取的一些政策环境角 度，对本文的研宄背景进行了介绍；其次，说明本文的研宄是为了找出政府可采 取哪些扶持政策，促进发
40、电企业采用可再生能源发电，并从理论和实践角度说明 本研究的意义所在；最后，对本文的主要研宄内容以及所采用的研宄方法，进行 了总结陈述。 第二章，主要目的是梳理与本研宄相关的理论知识以及国内外研宄现状，从 产生和发展、基本内容和主要特征三个方面重点介绍了演化博弈理论，从博弈论 在环境污染问题中的应用到奖惩策略机制的相关研究，再到政府和发电企业之间 的博弈，对国内外研宄现状进行了综述分析，总结了前人研宄的经验和不足，为 文章后续研讨提供借鉴和依据。 第三章，首先对博弈模型建立的前提条件，以及模型建立过程中应用到的参 变量符号，进行了详细的解释说明；其次，完成了环境监管部门和发电企业这两 个博弈方之
41、间演化博弈模型的构建，并用复制动态方程以及动态相位图对演化系 统的均衡性进行了分析；最后，用直接演化的方法对模型研宄结果进行了三点归 纳总结，解释了演化均衡的形成以及其动态稳定性，并进一步研究得到影响系统 演变方向的要素以及其具体的影响方向，为政府在节能减排方面的决策提供有效 参考依据。 第四章，主要利用实例数据对前文的研宄模型 进行数值仿真模拟，比较结果 分析得到的三种不同激励策略，发现轻奖重罚策略，是环境监管部门可施行的， 鼓励发电企业采用可再生能源发电的最佳策略。 第五章，对全文内容进行总结，并对本研宄的不足之处、后续可深入展开研 宄的地方进行展望。 本文的研宄方法包括理论分析、比较分析、数值仿真分析以及案例分析等。 一方面，笔者整理了大量国内外对节能减排以及演化博弈进行理论和实证研宄的 6 71994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House. Al