基于博弈論的私樁共享充電定價(jià)策略

引言：

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)于能源和環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注度越來(lái)越高，電動(dòng)汽車(chē)因具有清潔環(huán)保、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)而受到了政府的大力支持。作為一種新型的負(fù)荷，如果不對(duì)其充電進(jìn)行規(guī)范化建設(shè)，將會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)側(cè)負(fù)荷峰谷差變大，影響變壓器的使用壽命，而制定出科學(xué)、合理的定價(jià)策略則能夠引導(dǎo)電動(dòng)汽車(chē)的充電習(xí)慣，使其能夠有序參與電網(wǎng)輔助服務(wù)，優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行。由此可以看出，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)定價(jià)策略進(jìn)行深入的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

作為新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的重要支撐，充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對(duì)于推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。從當(dāng)前階段來(lái)看，我國(guó)充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)存在著供需不平衡的問(wèn)題，這在很大程度上影響了我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，在充電基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度無(wú)法匹配系能源汽車(chē)發(fā)展速度的情況下，通過(guò)優(yōu)化充電基礎(chǔ)設(shè)施布局和強(qiáng)化充電設(shè)施管理力度等方法來(lái)提升利用率不失為一種行之有效的方法。通過(guò)調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，私人充電樁的使用時(shí)間大部分都集中在晚上，在白天則會(huì)處于完全閑置的狀態(tài)，因此如何能夠充分利用私人充電樁的閑置時(shí)間，提升充電樁的利用效率就成為了當(dāng)務(wù)之急。而建立起科學(xué)、合理的私人充電樁共享平臺(tái)，通過(guò)對(duì)私人充電樁資源配置的優(yōu)化來(lái)激發(fā)起私樁充電市場(chǎng)中各個(gè)主體的積極性，就成為了一個(gè)亟待解決的難題。

一、私樁共享博弈分析基礎(chǔ)

國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)充電市場(chǎng)中涉及到的主體較多，不同利益群體為了實(shí)現(xiàn)自身利益的最大化會(huì)選擇不同的策略，相互之間進(jìn)行博弈，最終達(dá)到博弈均衡的狀態(tài)。通常來(lái)講，私樁充電系統(tǒng)之中主要涉及到三個(gè)利益相關(guān)群體，即充電市場(chǎng)外部利益群體、充電市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)商以及車(chē)主。三方群體都希望將自身的利益最大化，充電市場(chǎng)外部利益群體主要是政府希望將充電市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的正面效益最大化；充電運(yùn)營(yíng)商則希望自身的利益最大化；而車(chē)主則希望自己的充電成本最小化[1]。因此，三方之間通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)博弈的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)三方群體的利益均衡，并同時(shí)對(duì)充電資源進(jìn)行優(yōu)化配置。在該種模式下，電動(dòng)汽車(chē)充電市場(chǎng)系統(tǒng)中存在著運(yùn)營(yíng)商之間的博弈、服務(wù)供給與需求之間的博弈以及車(chē)主之間的博弈。由于前兩種博弈對(duì)于私樁共享具有較大的影響，屬于是核心博弈，因此本文主要針對(duì)其作了分析。

（一）充電運(yùn)營(yíng)商之間的博弈

在當(dāng)前我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)充電運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)當(dāng)中，私樁共享模式和公共充電設(shè)施之間形成了競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，且私樁共享與公樁運(yùn)營(yíng)商之間不存在相互制約的協(xié)議，因此，無(wú)論是私樁共享運(yùn)營(yíng)商還是公樁運(yùn)營(yíng)商都可以結(jié)合自身的資源配置和電力市場(chǎng)情況來(lái)進(jìn)行策略調(diào)整，最終達(dá)到一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，兩者之間是一種非合作博弈關(guān)系[2]。其具體的博弈過(guò)程為：公樁運(yùn)營(yíng)商在第n輪的博弈中票價(jià)為P0，而私樁共享運(yùn)營(yíng)商作為后來(lái)者，其在制定定價(jià)策略時(shí)會(huì)結(jié)合公樁運(yùn)營(yíng)商的定價(jià)策略，以自身最大化收益為目的來(lái)定制私樁共享充電價(jià)格P1，待公樁運(yùn)營(yíng)商了解到私樁運(yùn)營(yíng)商的定價(jià)之后，也會(huì)根據(jù)當(dāng)前市場(chǎng)情況來(lái)對(duì)自身的定價(jià)進(jìn)行優(yōu)化，并得出一個(gè)最優(yōu)電價(jià)P2，之后私樁運(yùn)營(yíng)商也會(huì)依據(jù)公樁運(yùn)營(yíng)商調(diào)整過(guò)后的定價(jià)來(lái)對(duì)自身的私樁共享電價(jià)進(jìn)行調(diào)整，得出最優(yōu)定價(jià)p3，以此類(lèi)推，雙方經(jīng)過(guò)幾輪的博弈之后，在雙方都無(wú)法通過(guò)單方面來(lái)改變價(jià)格以提高自身收益時(shí)，充電價(jià)格將會(huì)達(dá)到博弈中的均衡點(diǎn)。

（二）車(chē)主與運(yùn)營(yíng)商之間的博弈

在我國(guó)當(dāng)前的汽車(chē)充電市場(chǎng)中，私樁充電平臺(tái)的運(yùn)營(yíng)商是該市場(chǎng)博弈中的領(lǐng)導(dǎo)者，其會(huì)通過(guò)對(duì)電價(jià)的調(diào)整來(lái)將自身的利益最大化，并對(duì)車(chē)主充電方式行為選擇產(chǎn)生影響。電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主作為充電市場(chǎng)博弈參與者，其會(huì)依據(jù)自身的電車(chē)使用特點(diǎn)，從自身利益角度出發(fā)，綜合充電習(xí)慣以及價(jià)格等因素來(lái)將使用私樁充電的成本將至最低[3]。而私樁充電運(yùn)營(yíng)商在掌握了車(chē)主使用私樁充電的實(shí)際使用需求之后，會(huì)依據(jù)用戶(hù)的需求來(lái)優(yōu)化調(diào)整自身的定價(jià)策略，進(jìn)而使用私樁充電的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主也會(huì)依據(jù)充電共享平臺(tái)的定價(jià)策略來(lái)調(diào)整自身的使用策略，在此過(guò)程中電動(dòng)汽車(chē)車(chē)主與私樁充電運(yùn)營(yíng)商之間在每次策略調(diào)整之后都會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的收益，并且這種策略調(diào)整存在著先后邏輯順序，屬于是一種動(dòng)態(tài)的博弈過(guò)程，其具體的博弈流程如下圖1所示。

二、充電站-電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)收益模型

對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電電價(jià)能夠產(chǎn)生影響的主體主要有國(guó)家電網(wǎng)、私樁充電運(yùn)營(yíng)商以及用戶(hù)。其中私樁充電運(yùn)營(yíng)商作為充電電價(jià)的制定者，汽車(chē)用戶(hù)作為電價(jià)的跟隨者，充電運(yùn)營(yíng)商對(duì)通過(guò)制定出科學(xué)、合理的電價(jià)來(lái)引導(dǎo)用戶(hù)進(jìn)行規(guī)范有序的充電，以降低電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差，并對(duì)電源側(cè)機(jī)組參與電網(wǎng)調(diào)峰服務(wù)起到積極的影響[4]。結(jié)合私樁充電運(yùn)營(yíng)商的調(diào)峰結(jié)果，并參照調(diào)峰容量的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，電網(wǎng)會(huì)給予私樁充電運(yùn)營(yíng)商相應(yīng)的激勵(lì)。三個(gè)不同定價(jià)主體之間的信息交互關(guān)系如下圖2所示。

在指定具體的電價(jià)時(shí)，電網(wǎng)公司會(huì)向私樁充電運(yùn)營(yíng)商傳遞調(diào)峰激勵(lì)費(fèi)率，然后運(yùn)營(yíng)商會(huì)結(jié)合調(diào)峰激勵(lì)費(fèi)率和充電站的具體負(fù)載向用戶(hù)傳遞不同時(shí)段的具體充電價(jià)格，而各個(gè)用戶(hù)之間也會(huì)相互傳遞充電的時(shí)間以及負(fù)荷狀態(tài)，并結(jié)合各個(gè)不同時(shí)段的價(jià)格信息，電動(dòng)汽車(chē)用戶(hù)向私樁充電運(yùn)營(yíng)商傳遞自己的充電決策。

三、基于用戶(hù)位置和需求的私樁充電定價(jià)策略

當(dāng)前階段，有關(guān)充電樁共享定價(jià)的相關(guān)研究多集中于公共充電樁，而研究的重點(diǎn)也都集中于用戶(hù)需求方面，忽略了充電樁位置對(duì)于定價(jià)的影響。對(duì)于私人充電樁來(lái)講，位置越好車(chē)主就會(huì)更愿意將自己的充電樁共享出去，以便獲得更多的回報(bào)，相反，如果充電樁位置較為偏僻，那么車(chē)主將會(huì)更傾向于選擇他人所提供的共享充電樁[5]。本文結(jié)合充電樁位置和用戶(hù)對(duì)于共享充電樁的需求來(lái)建立起模型，針對(duì)共享充電樁位置和用戶(hù)需求對(duì)于用戶(hù)行為的影響進(jìn)行研究。

目前，國(guó)內(nèi)實(shí)行的充電樁定價(jià)主要存在兩種不同的收費(fèi)模式，一種是按月收費(fèi)，即用戶(hù)只需按月繳納一定的費(fèi)用既可，可以不限次數(shù)的使用；另一種則是按照使用量進(jìn)行收費(fèi)，即在單位電價(jià)的基礎(chǔ)之上進(jìn)行加成，設(shè)置一定的利潤(rùn)空間來(lái)定價(jià)，用戶(hù)按照自己的使用量來(lái)繳費(fèi)。從整體上看，這兩種定價(jià)方式都存在著一定的缺點(diǎn)，對(duì)于第一種收費(fèi)方式來(lái)說(shuō)，會(huì)存在著一定的不公平性，影響到用戶(hù)參與的積極性，尤其是對(duì)于充電需求不大的車(chē)主來(lái)講，是很不合適的[6]。而第二種定價(jià)方式支付費(fèi)用和使用量之間呈線(xiàn)性關(guān)系，方式比較單一，對(duì)于貢獻(xiàn)出充電樁的用戶(hù)來(lái)講，位置較好的充電樁會(huì)出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀態(tài)，而位置較為偏僻的充電樁則會(huì)出現(xiàn)供大于求的狀況，影響用戶(hù)收益，最終導(dǎo)致他們退出共享社區(qū)。基于此，本文就融合了上述兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，制定出了一整套靈活、合理的定價(jià)方案。

（一）私樁共享定價(jià)模型

1.系統(tǒng)建模

設(shè)定在一個(gè)私樁共享社區(qū)之內(nèi)有N個(gè)車(chē)主，用來(lái)表示，每位車(chē)主用戶(hù)，這些私人充電樁分布在社區(qū)中的各個(gè)角落，有中心區(qū)域也有偏遠(yuǎn)地區(qū)，在此定義Li為用戶(hù)充電樁的位置，為車(chē)主充電樁位置的熱度值，位置越好就說(shuō)明特度值越高[7]。定義為用戶(hù)對(duì)于充電樁的需求度，依據(jù)用戶(hù)對(duì)于充電樁需求度的大小可以將用戶(hù)劃分為幾種不同的類(lèi)型，具體如下，四種不同用戶(hù)的特點(diǎn)如下表1所示：

供應(yīng)者，此類(lèi)型車(chē)主的充電續(xù)航壓力較小，更專(zhuān)注于共享出自己的充電樁給他人充電，同時(shí)獲得相應(yīng)的報(bào)酬。

需求者，此類(lèi)型車(chē)主出行需求較大，長(zhǎng)時(shí)間在外，車(chē)經(jīng)常需要充電續(xù)航，經(jīng)常享用他人共享的充電樁，同時(shí)支付相應(yīng)的費(fèi)用。

混合者，此類(lèi)型車(chē)主不僅經(jīng)常共享自己的充電樁給他人提供方便，獲取報(bào)酬，同時(shí)還經(jīng)常支付費(fèi)用使用他人共享的充電樁。

絕緣者，此類(lèi)型車(chē)主既不選擇共享充電樁以獲取收益，也不使用他人的充電樁充電，完全地做到自給自足，不參與共享社區(qū)。

表1 共享社區(qū)中4種用戶(hù)的特點(diǎn)

項(xiàng)目 共享充電樁 使用充電樁 獲得報(bào)酬 支付費(fèi)用

供應(yīng)者 是 否 是 否

需求者 否 是 否 是

混合者 是 是 是 是

絕緣者 否 否 否 否

2.平臺(tái)定價(jià)建模

在此首先假設(shè)私樁共享運(yùn)營(yíng)平臺(tái)是一個(gè)企業(yè)或者政府組織，提供充電樁服務(wù)，其主要目的是推動(dòng)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展。主要對(duì)用戶(hù)的“支付費(fèi)用”和供應(yīng)者的“報(bào)酬”進(jìn)行建模，在用戶(hù)選擇成為需求者時(shí)，首先要繳納一筆固定費(fèi)用，即進(jìn)入共享社區(qū)的會(huì)員費(fèi)，然后再依據(jù)其他會(huì)員使用充電樁的單價(jià)來(lái)支付實(shí)際使用充電樁的費(fèi)用。而在用戶(hù)作為供應(yīng)者的情況下，其所能夠獲取的報(bào)酬主要是由其他用戶(hù)繳納的固定費(fèi)用以及使用充電樁所產(chǎn)生的費(fèi)用兩部分組成[8]。由此也可以看出，在車(chē)主用戶(hù)的充電樁位置較好時(shí)，其充電樁將會(huì)受到供不應(yīng)求，相應(yīng)獲取的報(bào)酬也就越為豐厚。充電樁需求者支付費(fèi)用的表達(dá)式為：

式中，為使用充電樁單位時(shí)間內(nèi)所支付的費(fèi)用，P為進(jìn)入共享社區(qū)所繳納的費(fèi)用，為使用電量，k為單位電價(jià)。

車(chē)主用戶(hù)供應(yīng)私人充電樁所能夠獲得的報(bào)酬表達(dá)式為：

式中，為車(chē)主用戶(hù)所獲取的單位報(bào)酬，M為平均補(bǔ)貼，為使用電量，為供應(yīng)者集合，為需求者集合。

3.車(chē)主用戶(hù)建模

在私樁共享充電社區(qū)之內(nèi)，車(chē)主用戶(hù)所提供的充電樁熱度值越大，就越可以吸引其他用戶(hù)使用，而對(duì)于具有充電需求的用戶(hù)來(lái)講，其對(duì)于充電樁的需求度越高，則加入該共享社區(qū)中的概率就越大[9]。在此我們?cè)O(shè)定車(chē)主用戶(hù)所提供的充電樁在單位時(shí)間內(nèi)所能夠提供的經(jīng)濟(jì)效益為S，在車(chē)主將私有充電樁共享給他人使用之后，自己使用充電樁必然會(huì)受到影響，因此，需要對(duì)充電時(shí)間進(jìn)行合理安排，在此設(shè)定車(chē)主用戶(hù)使用充電樁的效用參數(shù)為，在該系統(tǒng)中，每一位車(chē)主用戶(hù)都對(duì)應(yīng)一個(gè)位置和充電需求，設(shè)定充電樁位置熱度值為，對(duì)充電樁的需求度為，在建立起的車(chē)主用戶(hù)模型中，相同的和具有相同的行為決策，結(jié)合上文對(duì)車(chē)主的類(lèi)型的分析，定義為車(chē)主用戶(hù)的決策集，其中A為私人充電樁的供應(yīng)者，B為充電樁需求者，C為混合者，D為絕緣者。

在車(chē)主用戶(hù)選擇成為充電樁的供應(yīng)者時(shí)，其需要首先提供私人充電樁和車(chē)位，在這種情況下，自己使用充電樁的時(shí)間會(huì)受到影響，且需要承擔(dān)充電樁工作所產(chǎn)生的費(fèi)用，但同時(shí)也會(huì)獲取相應(yīng)的回報(bào)。供應(yīng)者收益表達(dá)式為：

式中，為供應(yīng)者收益，T為充電時(shí)間，為單位電價(jià)，為除了i之外的充電樁需求用戶(hù)數(shù)量，H為車(chē)主用戶(hù)自己充電，L為車(chē)主用戶(hù)使用他人共享充電樁進(jìn)行充電[10]。

在車(chē)主選擇成為需求者時(shí)，其會(huì)使用其他車(chē)主所提供的充電樁，因此需要支付一定的費(fèi)用，其效益函數(shù)主要是由在家充電效用，接入他人共享充電樁充電效用以及支付費(fèi)用等部分內(nèi)容組成，具體的收益函數(shù)表達(dá)式為：

式中，為車(chē)主在共享社區(qū)內(nèi)使用共享充電樁的數(shù)量。

在車(chē)主用戶(hù)選擇成為混合者時(shí)，其不僅提供了自己的私人充電樁，且同時(shí)也使用了他人所提供的充電樁，因此他的收益函數(shù)主要是由自己的充電效用、接入他人充電樁的充電效用、提供自己私人充電樁所獲得的報(bào)酬以及為使用他人充電樁所支付的費(fèi)用等部分內(nèi)容組成，具體的表達(dá)式為：

  在車(chē)主選擇成為絕緣者時(shí)，此時(shí)車(chē)主既不會(huì)提供自己的私人充電樁，同時(shí)也不會(huì)使用他人所提供的充電樁，因此，車(chē)主的收益函數(shù)主要是自己使用充電樁的充電效用，具體表達(dá)式為：

綜上，在私樁共享社區(qū)之中，新能源汽車(chē)車(chē)主之間的關(guān)系可以擬合成為一個(gè)非合作的博弈模型，彼此之間沒(méi)有限制和約束，只以自己的利益為核心。

（二）博弈流程

本文針對(duì)私樁充電共享問(wèn)題進(jìn)行建模時(shí)采用了斯塔克爾伯格的博弈論。該理論認(rèn)為局中人存在一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)人員和多個(gè)追隨者，他們進(jìn)行決策的流程為：領(lǐng)導(dǎo)人員首先確定具體的決策方案，然后跟隨者會(huì)對(duì)領(lǐng)導(dǎo)所制定出來(lái)的決策方案對(duì)自己的影響進(jìn)行評(píng)估，并將自身利益最大化[11]。在博弈的第一階段內(nèi)，私樁充電共享平臺(tái)就是居中人的領(lǐng)導(dǎo)者，平臺(tái)會(huì)根據(jù)結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)發(fā)展情況來(lái)評(píng)估制定固定費(fèi)用和單價(jià)，以將自身的利益最大化。在博弈的第二階段，私樁共享中的車(chē)主用戶(hù)會(huì)對(duì)共享平臺(tái)所制定出的定價(jià)策略進(jìn)行分析，并決定自己以何種身份加入至共享網(wǎng)絡(luò)之中。之后，在該博弈流程中，雙方為了將自身利益最大化將會(huì)一直進(jìn)行拉鋸發(fā)展，直至達(dá)到某種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。本文所構(gòu)建起來(lái)的私樁共享系統(tǒng)發(fā)展演化流程框架如下圖3所示。

由此圖可以看出，該系統(tǒng)在演化過(guò)程中就是私樁充電共享平臺(tái)、需求者以及私樁供應(yīng)者等不同柱體之間的博弈過(guò)程，其中主要包含三個(gè)不同的要素：

局中人，即私樁共享充電社區(qū)中的所有私人充電樁用戶(hù)，使用數(shù)據(jù)集表示為：I={1,2,3...i}。策略選擇，即用戶(hù)以自己利益最大化為目標(biāo)所選擇在私樁共享充電社區(qū)內(nèi)所扮演的角色，角色集為。支付收益，即車(chē)主用戶(hù)通過(guò)提供私人充電樁來(lái)為其他人提供汽車(chē)充電服務(wù)所獲得的收益Vxi。

私樁充電共享平臺(tái)作為用戶(hù)、消費(fèi)者和平臺(tái)三方博弈中的一個(gè)重要組成部分，其采用的管理方式和激勵(lì)政策會(huì)對(duì)用戶(hù)以及消費(fèi)者的共享意愿產(chǎn)生直接的影響，而為了實(shí)現(xiàn)私樁共享充電模式的穩(wěn)定發(fā)展，除了要做好私樁共享充電定價(jià)之外，還應(yīng)制定出合理的利潤(rùn)分配模式[12]。在私樁充電共享平臺(tái)建立的前期平臺(tái)可以出臺(tái)相關(guān)的政策來(lái)給與用戶(hù)一定的獎(jiǎng)勵(lì)，以激勵(lì)他們參與至共享充電中來(lái)。例如可以設(shè)置私樁充電專(zhuān)項(xiàng)激勵(lì)獎(jiǎng)金，針對(duì)私樁充電供應(yīng)者給予一定的獎(jiǎng)金回報(bào)，如此可一方面可以提升用戶(hù)的共享滿(mǎn)意度，另一方面可以吸引更多的用戶(hù)加入至私樁共享充電平臺(tái)之中。而針對(duì)私樁充電的消費(fèi)者則可以在前期給與一定的充電優(yōu)惠，以提升他們使用私樁充電的頻率。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)今我國(guó)提供“低碳”、“可持續(xù)發(fā)展”理念下，充分利用能源已經(jīng)成為了當(dāng)前社會(huì)中的一個(gè)焦點(diǎn)話(huà)題。而隨著我國(guó)新能源汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展，相應(yīng)的配套設(shè)施建設(shè)問(wèn)題不足被逐漸放大，為了解決我國(guó)現(xiàn)階段新能源汽車(chē)充電樁數(shù)量短缺問(wèn)題，并有效提升充電樁的使用率，本文提出了一種私人充電樁共享定價(jià)策略，以博弈論為基礎(chǔ)對(duì)其中不同主體之間的博弈模型進(jìn)行了構(gòu)建。

本文來(lái)源：《中國(guó)集體經(jīng)濟(jì)》http://12-baidu.cn/w/jg/1406.html