天然气被誉为“最清洁化石能源”。目前,全球天然气需求约为每年3.5万亿立方米,而随着全球低碳经济时代的来临,天然气需求在未来很长一段时间内仍将不断增长。IEA(2011)指出,全球天然气需求在2010-2035年间增长将超过50%。BP的统计数据表明,中国天然气消费由2000年的235亿立方米增长到2017年的2400亿立方米左右。2017年中国天然气供需缺口近920亿立方米,对外依存度达38%。我国天然气消费在一次能源的占比目前约为6.6%,而世界平均水平约为23.8%。天然气消费需求潜力巨大,天然气市场的供需矛盾日益突出,这对我国能否提供稳定可靠的天然气供给带来了挑战。与世界上许多能源消费大国相比,中国能源供给侧存在的困境尤为突出,产业所需的技术水平偏低,通过能源技术改进或者研发可替代的新技术明显不足;能源市场结构不尽合理、市场体系不够健全,缺乏科学、合理、成熟的能源价格形成机制。实施创新驱动发展战略是实现能源有效供给的重要途径,全面创新成为突破产业发展瓶颈的迫切需要。国家能源局2016年发布的《天然气发展“十三五”规划》提出天然气行业发展必须要依靠科技进步、加大研发投入,从国家战略层面已对天然气市场的发展作出了明确安排。本文结合供给侧改革的大环境,将创新投入引入天然气定价机制、成本控制、寡头竞争博弈、供应链管理,运用最优控制与微分对策等方法,主要对不同情形下天然气市场参与者的最优创新投入以及均衡策略进行理论分析,同时在数据可获得的情况下,对部分模型还进行了初步的实证分析。论文主要研究了如下四个方面的问题:第一,天然气生产商创新投入与市场定价的关系问题。采用Nested Logit选择模型来刻画用户在多消费类型、多价位区间的选择行为,从而建立创新投入产出与分类定价的随机动态规划模型,以描述天然气生产商的动态定价决策过程,并采用动态规划算法求解最优定价与创新投入的综合策略。研究表明,我国天然气实行市场化机制,多类型天然气在保持各自定价不变的情形下,天然气生产商的创新收益在一定范围内会随创新投入的增加而增加;同时,还发现在创新投入不变的情况下,天然气生产商实行一定幅度的多层阶梯定价所带来的创新收益高于单一定价所带来的创新收益。第二,天然气生产商企业供应链协同创新在受到外部冲击影响的创新决策问题。运用微分博弈模型分析了两级供应链受到不同外部冲击影响下,采取创新协同、中立、抵制所交叉形成九种不同策略组合的动态决策过程。研究表明,天然气生产商在受不同外部冲击影响下,供应链企业可以通过创新协同合作模式实现帕累托最优。供应链企业可通过知识信息共享提高协同创新工作效率,通过提高对客户需求的响应率来缩短知识创新成果转换周期,通过建立企业间的互信互惠互利降低协同知识创新努力成本的影响系数,通过强化知识产权保护降低供应链上知识衰减率,以及通过巩固拓展链外业务,挖掘内部潜力,进一步提高防冲击能力。第三,天然气生产商寡头垄断市场创新博弈问题。针对中国天然气生产商三寡头垄断市场,基于知识创新所产生的成本降低和降价决策反应时滞,建立定价决策动态微分博弈模型,分析了市场均衡的创新与定价策略。研究发现,天然气生产商在知识创新周期不变时,可通过调整知识创新投入产出强度来降低成本,并据此实施降价策略,随着创新投入产出强度的改变,系统会出现Hopf分岔,且有唯一的Nash平衡点;当创新投入产出强度不断增加时,系统会达到并保持平衡状态;而创新投入产出强度不断降低时,系统会出现周期解,进而增大周期运动幅度,市场出现无序竞争状态。第四,天然气生产商基于行业发展趋势如何实施创新策略问题。从系统控制论视角,针对国内近年来天然气产业创新投入产出情况,以R&D经费支出、R&D人员、R&D项目数为创新投入指标,以专利申请数、产品销售收入以及利润总额为创新产出测度指标,建立了天然气产业创新绩效评价体系,并运用数据包络分析方法进行创新投入产出绩效评估;同时,采用最优控制理论和多项式回归预测方法对天然气产业创新投入趋势作进一步分析。分析了天然气生产商个体创新投入比与整个天然气产业创新投入总量的相关性,发现在一定时期宏观层面资本要素弹性系数和创新投入产出转化水平的约束限制下,创新投入比随着产业创新投入累计总量的增大而增大,要实现创新投入效益的最大化,就要求天然气生产商不仅要不断增加科技投入绝对额,还应提高创新投入在产出中的占比。论文通过对以上问题的分析研究,以期为我国天然气产业宏观调控、天然气企业优化创新投入配置提供一定理论支持和决策参考。