《Cleaner Engineering and Technology》：A behavioural choice perspective on shale gas production technological innovation considering cost learning and innovation effects
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本研究分析了一个由上游企业和下游企业组成的页岩气供应链，并提出了一种垂直合作机制来协调双方的技术创新努力。每个企业可能采取远视（farsighted）或短视（myopic）行为，同时下游企业分担上游企业一部分创新成本。页岩气的单位生产成本同时受到成本学习（co
本研究分析了一个由上游企业和下游企业组成的页岩气供应链，并提出了一种垂直合作机制来协调双方的技术创新努力。每个企业可能采取远视（farsighted）或短视（myopic）行为，同时下游企业分担上游企业一部分创新成本。页岩气的单位生产成本同时受到成本学习（cost learning）和技术创新（technological innovation）的影响。为了将经济模型与清洁工程实践联系起来，技术存量（technology stock）和创新努力通过页岩气生产的物理过程链进行阐释。研究推导并比较了四种行为情景下的均衡解：双方企业均为远视（FF）、双方均为短视（MM）、上游企业远视而下游企业短视（FM）、以及上游企业短视而下游企业远视（MF）。结果表明，下游企业仅在采取远视行为时才投资于页岩气生产技术；而远视构成上游企业的均衡行为。当成本分担率（cost-sharing ratio）相对较低时，下游企业倾向于采取短视行为，但一旦该比率超过某一阈值，则转向远视行为，从而实现双方企业的帕累托改进（Pareto improvement）。然而，在短期内，当成本分担率较低时，双方企业均可能采取短视行为并仍能实现帕累托改进。此外，当成本分担率可协商时，下游企业更可能采取短视行为，在这种情况下，帕累托改进可能无法实现。
一、研究背景与问题
中国在2020年联合国大会上承诺2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和。可再生能源转型虽是长期目标，但化石能源在能源转型过渡期仍至关重要。天然气作为低碳化石燃料，比煤炭和石油更清洁高效，而页岩气是中国天然气增产的重要来源。然而，上游企业主要偏重优质浅层资源开发，深层页岩气、陆相页岩气等受技术能力制约，难以实现规模经济，亟需通过生产技术创新实现大规模开采。页岩气的单位生产成本主要体现为劳动成本，受成本学习效应和技术创新的共同影响。从工程角度看，页岩气生产技术创新（shale gas production technological innovation, SGPTI）贯穿钻井完井、水力压裂、返排液回收、集输处理等全过程，需要供应链上下游企业共同协作。仅靠上游企业难以维持持续技术改进，因此必须调动不同参与者的资本、技术能力和专业知识。现有研究对碳减排技术创新（carbon reduction technological innovation, CRTI）的垂直合作多集中于静态环境，忽视技术创新对生产成本的动态影响，且对短视行为关注不足。为此，本研究旨在构建一个上游企业与下游企业之间的垂直合作机制，分析远视与短视行为选择对页岩气生产技术创新决策的影响。
二、研究内容与主要结论
研究人员构建了一个由上游企业和下游企业组成的页岩气供应链微分博弈模型，引入成本分担合同，并比较四种行为组合（FF、MM、FM、MF）的均衡解。研究发现：下游企业只有在远视时才会投资于页岩气生产技术；远视是上游企业的均衡行为。当成本分担率较低时，下游企业倾向于短视，FM组合成为均衡；当成本分担率超过一定阈值，下游企业转向远视，FF组合实现双方帕累托改进。从瞬时角度看，短期内低成本分担率下MM组合也可能实现帕累托改进。若成本分担率由双方协商决定，下游企业更可能选择短视，此时帕累托改进难以实现。该研究为供应链垂直合作促进页岩气生产技术创新提供了理论依据，也为管理者识别行为切换阈值和工程治理条件提供了参考。
三、主要技术方法
研究人员采用微分博弈（differential game）和最优控制理论，构建了动态Stackelberg博弈模型，其中上游企业为领导者、下游企业为跟随者。技术存量作为状态变量，其演化受双方创新努力和技术衰减率影响；市场需求为零售价格与技术存量的线性函数；单位生产成本由固定成本、成本学习系数和创新成本降低效应共同决定；创新成本为二次凸函数。运用逆向归纳法求解四种行为组合的反馈均衡。数值分析采用半经验无量纲校准法，参数参考中国涪陵页岩气田等公开行业统计和技术经济研究数据；内生成本分担率通过纳什议价模型求解。该研究不涉及生物样本队列。
四、研究结果
5.1 外生成本分担率下的行为选择
通过比较四种情景下企业利润，发现无论下游企业行为如何，上游企业从远视策略中获得的利润总是更高；下游企业在成本分担率较低时选择短视（FM均衡），在分担率足够高时选择远视（FF均衡）。FF组合不仅能实现帕累托改进，还能最大化供应链总利润。
5.1.1 成员间行为选择博弈
利润矩阵分析显示，成本分担率对FF和FM情景下企业利润影响显著，对MF和MM情景影响较小。低分担率时FM为均衡，高分担率时FF为均衡。
5.1.2 技术对需求边际贡献的影响
当技术对需求的边际贡献和成本分担率都足够高时，上游企业可能更偏好与短视的下游企业合作，以获得更高利润，这是对基本观察的补充。
5.1.3 瞬时行为选择博弈
从瞬时利润轨迹看，FF、FM、MM均可能成为均衡。当成本分担率较低时，短期MM组合可实现帕累托改进。
5.2 参数对利润和稳态策略的影响
敏感性分析表明，成本学习系数和创新成本效应参数的增大会提高双方利润和技术水平；但创新成本效应参数增大也可能促使上游企业提高批发价格以覆盖额外创新成本。
5.3 协商成本分担率下的行为选择
当成本分担率内生决定时，FM组合成为行为均衡，但帕累托改进仅在FF情景下实现。
5.4 工程解释与企业证据
涪陵页岩气田的实践展示了上游远视行为的典型特征：持续技术创新、制定标准、专利积累和废水回收等；管网公司案例则说明下游协调对释放上游创新价值的重要性。模型中的成本分担阈值可解释为维持跨阶段协调所需的最低治理承诺。
五、讨论与结论
讨论部分（管理启示）指出：上游企业应建立覆盖钻井、压裂、处理等环节的长期创新组合，并通过标准化流程和知识转移制度化成本学习；下游企业应通过需求信息、质量反馈和输配优化补充上游创新，并合理分担成本，而非仅将其视为补贴；管理者应认识到短期中双短视行为也可能带来绩效改进，但不能替代持续技术投资；当谈判无法形成足够高的成本分担率时，能源监管者可通过数据标准、第三方验证和针对性激励促进合作。
结论部分可概括为：本文研究了由上游和下游企业组成的页岩气供应链在SGPTI垂直合作框架下的行为选择问题。模型融合了技术积累、过程创新、成本学习、定价决策和行为选择。结果表明，无论下游企业行为如何，上游企业总是选择远视策略。当下游分担创新成本较低时，其倾向短视，FM成为均衡；当分担率足够高时，下游选择远视。若技术对需求的边际贡献和成本分担率均足够高，上游可能偏好与短视下游合作。从整体供应链看，FF组合最优。从瞬时行为看，FF、FM、MM都可能是均衡，低成本分担率下短期MM可实现帕累托改进。随着成本学习和创新效率提高，成员获益增加。如果成本分担率由双方协商，下游倾向于短视，但帕累托改进只能在FF情景下实现。
