基于博弈論的私樁共享充電定價策略

引言：

進入21世紀以來，人們對于能源和環(huán)境問題的關(guān)注度越來越高，電動汽車因具有清潔環(huán)保、高效節(jié)能等優(yōu)點而受到了政府的大力支持。作為一種新型的負荷，如果不對其充電進行規(guī)范化建設，將會導致電網(wǎng)側(cè)負荷峰谷差變大，影響變壓器的使用壽命，而制定出科學、合理的定價策略則能夠引導電動汽車的充電習慣，使其能夠有序參與電網(wǎng)輔助服務，優(yōu)化電網(wǎng)運行。由此可以看出，對于電動汽車定價策略進行深入的研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

作為新能源汽車產(chǎn)業(yè)的重要支撐，充電基礎設施建設對于推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。從當前階段來看，我國充電基礎設施建設存在著供需不平衡的問題，這在很大程度上影響了我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，在充電基礎設施建設速度無法匹配系能源汽車發(fā)展速度的情況下，通過優(yōu)化充電基礎設施布局和強化充電設施管理力度等方法來提升利用率不失為一種行之有效的方法。通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，私人充電樁的使用時間大部分都集中在晚上，在白天則會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間，提升充電樁的利用效率就成為了當務之急。而建立起科學、合理的私人充電樁共享平臺，通過對私人充電樁資源配置的優(yōu)化來激發(fā)起私樁充電市場中各個主體的積極性，就成為了一個亟待解決的難題。

一、私樁共享博弈分析基礎

國內(nèi)電動汽車充電市場中涉及到的主體較多，不同利益群體為了實現(xiàn)自身利益的最大化會選擇不同的策略，相互之間進行博弈，最終達到博弈均衡的狀態(tài)。通常來講，私樁充電系統(tǒng)之中主要涉及到三個利益相關(guān)群體，即充電市場外部利益群體、充電市場運營商以及車主。三方群體都希望將自身的利益最大化，充電市場外部利益群體主要是政府希望將充電市場對電動汽車的正面效益最大化；充電運營商則希望自身的利益最大化；而車主則希望自己的充電成本最小化[1]。因此，三方之間通過競爭博弈的方式來實現(xiàn)三方群體的利益均衡，并同時對充電資源進行優(yōu)化配置。在該種模式下，電動汽車充電市場系統(tǒng)中存在著運營商之間的博弈、服務供給與需求之間的博弈以及車主之間的博弈。由于前兩種博弈對于私樁共享具有較大的影響，屬于是核心博弈，因此本文主要針對其作了分析。

（一）充電運營商之間的博弈

在當前我國電動汽車充電運營市場當中，私樁共享模式和公共充電設施之間形成了競爭關(guān)系，且私樁共享與公樁運營商之間不存在相互制約的協(xié)議，因此，無論是私樁共享運營商還是公樁運營商都可以結(jié)合自身的資源配置和電力市場情況來進行策略調(diào)整，最終達到一個動態(tài)平衡，兩者之間是一種非合作博弈關(guān)系[2]。其具體的博弈過程為：公樁運營商在第n輪的博弈中票價為P0，而私樁共享運營商作為后來者，其在制定定價策略時會結(jié)合公樁運營商的定價策略，以自身最大化收益為目的來定制私樁共享充電價格P1，待公樁運營商了解到私樁運營商的定價之后，也會根據(jù)當前市場情況來對自身的定價進行優(yōu)化，并得出一個最優(yōu)電價P2，之后私樁運營商也會依據(jù)公樁運營商調(diào)整過后的定價來對自身的私樁共享電價進行調(diào)整，得出最優(yōu)定價p3，以此類推，雙方經(jīng)過幾輪的博弈之后，在雙方都無法通過單方面來改變價格以提高自身收益時，充電價格將會達到博弈中的均衡點。

（二）車主與運營商之間的博弈

在我國當前的汽車充電市場中，私樁充電平臺的運營商是該市場博弈中的領(lǐng)導者，其會通過對電價的調(diào)整來將自身的利益最大化，并對車主充電方式行為選擇產(chǎn)生影響。電動汽車車主作為充電市場博弈參與者，其會依據(jù)自身的電車使用特點，從自身利益角度出發(fā)，綜合充電習慣以及價格等因素來將使用私樁充電的成本將至最低[3]。而私樁充電運營商在掌握了車主使用私樁充電的實際使用需求之后，會依據(jù)用戶的需求來優(yōu)化調(diào)整自身的定價策略，進而使用私樁充電的電動汽車車主也會依據(jù)充電共享平臺的定價策略來調(diào)整自身的使用策略，在此過程中電動汽車車主與私樁充電運營商之間在每次策略調(diào)整之后都會產(chǎn)生相應的收益，并且這種策略調(diào)整存在著先后邏輯順序，屬于是一種動態(tài)的博弈過程，其具體的博弈流程如下圖1所示。

二、充電站-電動汽車用戶收益模型

對電動汽車充電電價能夠產(chǎn)生影響的主體主要有國家電網(wǎng)、私樁充電運營商以及用戶。其中私樁充電運營商作為充電電價的制定者，汽車用戶作為電價的跟隨者，充電運營商對通過制定出科學、合理的電價來引導用戶進行規(guī)范有序的充電，以降低電網(wǎng)負荷的峰谷差，并對電源側(cè)機組參與電網(wǎng)調(diào)峰服務起到積極的影響[4]。結(jié)合私樁充電運營商的調(diào)峰結(jié)果，并參照調(diào)峰容量的補償標準，電網(wǎng)會給予私樁充電運營商相應的激勵。三個不同定價主體之間的信息交互關(guān)系如下圖2所示。

在指定具體的電價時，電網(wǎng)公司會向私樁充電運營商傳遞調(diào)峰激勵費率，然后運營商會結(jié)合調(diào)峰激勵費率和充電站的具體負載向用戶傳遞不同時段的具體充電價格，而各個用戶之間也會相互傳遞充電的時間以及負荷狀態(tài)，并結(jié)合各個不同時段的價格信息，電動汽車用戶向私樁充電運營商傳遞自己的充電決策。

三、基于用戶位置和需求的私樁充電定價策略

當前階段，有關(guān)充電樁共享定價的相關(guān)研究多集中于公共充電樁，而研究的重點也都集中于用戶需求方面，忽略了充電樁位置對于定價的影響。對于私人充電樁來講，位置越好車主就會更愿意將自己的充電樁共享出去，以便獲得更多的回報，相反，如果充電樁位置較為偏僻，那么車主將會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對于共享充電樁的需求來建立起模型，針對共享充電樁位置和用戶需求對于用戶行為的影響進行研究。

目前，國內(nèi)實行的充電樁定價主要存在兩種不同的收費模式，一種是按月收費，即用戶只需按月繳納一定的費用既可，可以不限次數(shù)的使用；另一種則是按照使用量進行收費，即在單位電價的基礎之上進行加成，設置一定的利潤空間來定價，用戶按照自己的使用量來繳費。從整體上看，這兩種定價方式都存在著一定的缺點，對于第一種收費方式來說，會存在著一定的不公平性，影響到用戶參與的積極性，尤其是對于充電需求不大的車主來講，是很不合適的[6]。而第二種定價方式支付費用和使用量之間呈線性關(guān)系，方式比較單一，對于貢獻出充電樁的用戶來講，位置較好的充電樁會出現(xiàn)供不應求的狀態(tài)，而位置較為偏僻的充電樁則會出現(xiàn)供大于求的狀況，影響用戶收益，最終導致他們退出共享社區(qū)?；诖?，本文就融合了上述兩種方式的優(yōu)點，制定出了一整套靈活、合理的定價方案。

（一）私樁共享定價模型

1.系統(tǒng)建模

設定在一個私樁共享社區(qū)之內(nèi)有N個車主，用來表示，每位車主用戶，這些私人充電樁分布在社區(qū)中的各個角落，有中心區(qū)域也有偏遠地區(qū)，在此定義Li為用戶充電樁的位置，為車主充電樁位置的熱度值，位置越好就說明特度值越高[7]。定義為用戶對于充電樁的需求度，依據(jù)用戶對于充電樁需求度的大小可以將用戶劃分為幾種不同的類型，具體如下，四種不同用戶的特點如下表1所示：

供應者，此類型車主的充電續(xù)航壓力較小，更專注于共享出自己的充電樁給他人充電，同時獲得相應的報酬。

需求者，此類型車主出行需求較大，長時間在外，車經(jīng)常需要充電續(xù)航，經(jīng)常享用他人共享的充電樁，同時支付相應的費用。

混合者，此類型車主不僅經(jīng)常共享自己的充電樁給他人提供方便，獲取報酬，同時還經(jīng)常支付費用使用他人共享的充電樁。

絕緣者，此類型車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種用戶的特點

項目 共享充電樁 使用充電樁 獲得報酬 支付費用

供應者 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.平臺定價建模

在此首先假設私樁共享運營平臺是一個企業(yè)或者政府組織，提供充電樁服務，其主要目的是推動新能源汽車市場的快速發(fā)展。主要對用戶的“支付費用”和供應者的“報酬”進行建模，在用戶選擇成為需求者時，首先要繳納一筆固定費用，即進入共享社區(qū)的會員費，然后再依據(jù)其他會員使用充電樁的單價來支付實際使用充電樁的費用。而在用戶作為供應者的情況下，其所能夠獲取的報酬主要是由其他用戶繳納的固定費用以及使用充電樁所產(chǎn)生的費用兩部分組成[8]。由此也可以看出，在車主用戶的充電樁位置較好時，其充電樁將會受到供不應求，相應獲取的報酬也就越為豐厚。充電樁需求者支付費用的表達式為：

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

車主用戶供應私人充電樁所能夠獲得的報酬表達式為：

式中，為車主用戶所獲取的單位報酬，M為平均補貼，為使用電量，為供應者集合，為需求者集合。

3.車主用戶建模

在私樁共享充電社區(qū)之內(nèi)，車主用戶所提供的充電樁熱度值越大，就越可以吸引其他用戶使用，而對于具有充電需求的用戶來講，其對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]。在此我們設定車主用戶所提供的充電樁在單位時間內(nèi)所能夠提供的經(jīng)濟效益為S，在車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受到影響，因此，需要對充電時間進行合理安排，在此設定車主用戶使用充電樁的效用參數(shù)為，在該系統(tǒng)中，每一位車主用戶都對應一個位置和充電需求，設定充電樁位置熱度值為，對充電樁的需求度為，在建立起的車主用戶模型中，相同的和具有相同的行為決策，結(jié)合上文對車主的類型的分析，定義為車主用戶的決策集，其中A為私人充電樁的供應者，B為充電樁需求者，C為混合者，D為絕緣者。

在車主用戶選擇成為充電樁的供應者時，其需要首先提供私人充電樁和車位，在這種情況下，自己使用充電樁的時間會受到影響，且需要承擔充電樁工作所產(chǎn)生的費用，但同時也會獲取相應的回報。供應者收益表達式為：

式中，為供應者收益，T為充電時間，為單位電價，為除了i之外的充電樁需求用戶數(shù)量，H為車主用戶自己充電，L為車主用戶使用他人共享充電樁進行充電[10]。

在車主選擇成為需求者時，其會使用其他車主所提供的充電樁，因此需要支付一定的費用，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用等部分內(nèi)容組成，具體的收益函數(shù)表達式為：

式中，為車主在共享社區(qū)內(nèi)使用共享充電樁的數(shù)量。

在車主用戶選擇成為混合者時，其不僅提供了自己的私人充電樁，且同時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酬以及為使用他人充電樁所支付的費用等部分內(nèi)容組成，具體的表達式為：

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

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

（二）博弈流程

本文針對私樁充電共享問題進行建模時采用了斯塔克爾伯格的博弈論。該理論認為局中人存在一個領(lǐng)導人員和多個追隨者，他們進行決策的流程為：領(lǐng)導人員首先確定具體的決策方案，然后跟隨者會對領(lǐng)導所制定出來的決策方案對自己的影響進行評估，并將自身利益最大化[11]。在博弈的第一階段內(nèi)，私樁充電共享平臺就是居中人的領(lǐng)導者，平臺會根據(jù)結(jié)合當前市場發(fā)展情況來評估制定固定費用和單價，以將自身的利益最大化。在博弈的第二階段，私樁共享中的車主用戶會對共享平臺所制定出的定價策略進行分析，并決定自己以何種身份加入至共享網(wǎng)絡之中。之后，在該博弈流程中，雙方為了將自身利益最大化將會一直進行拉鋸發(fā)展，直至達到某種穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。本文所構(gòu)建起來的私樁共享系統(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)在演化過程中就是私樁充電共享平臺、需求者以及私樁供應者等不同柱體之間的博弈過程，其中主要包含三個不同的要素：

局中人，即私樁共享充電社區(qū)中的所有私人充電樁用戶，使用數(shù)據(jù)集表示為：I={1,2,3...i}。策略選擇，即用戶以自己利益最大化為目標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，即車主用戶通過提供私人充電樁來為其他人提供汽車充電服務所獲得的收益Vxi。

私樁充電共享平臺作為用戶、消費者和平臺三方博弈中的一個重要組成部分，其采用的管理方式和激勵政策會對用戶以及消費者的共享意愿產(chǎn)生直接的影響，而為了實現(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之外，還應制定出合理的利潤分配模式[12]。在私樁充電共享平臺建立的前期平臺可以出臺相關(guān)的政策來給與用戶一定的獎勵，以激勵他們參與至共享充電中來。例如可以設置私樁充電專項激勵獎金，針對私樁充電供應者給予一定的獎金回報，如此可一方面可以提升用戶的共享滿意度，另一方面可以吸引更多的用戶加入至私樁共享充電平臺之中。而針對私樁充電的消費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

綜上所述，在當今我國提供“低碳”、“可持續(xù)發(fā)展”理念下，充分利用能源已經(jīng)成為了當前社會中的一個焦點話題。而隨著我國新能源汽車市場的快速發(fā)展，相應的配套設施建設問題不足被逐漸放大，為了解決我國現(xiàn)階段新能源汽車充電樁數(shù)量短缺問題，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策略，以博弈論為基礎對其中不同主體之間的博弈模型進行了構(gòu)建。

本文來源：《中國集體經(jīng)濟》http://m.k2057.cn/w/jg/1406.html