长期以来，人们一直普遍认为基础设施产业是竞争机制不能发挥作用的领域，各国都把电信、电力、铁路、民航等基础设施产业看做自然垄断产业，供给的责任通常被分配给国有企业，并且这些基础设施的垄断经营者通常是采取纵向一体化经营的，既提供自然垄断的服务，也提供那些需要进入瓶颈式的垄断网络设施才能参与的潜在竞争性的服务。但是，在基础设施产业的发展过程中，这种垄断的弊端也日渐凸显，许多国家已经或正在实施基础设施产业的重大改革计划，民营化、重组和放松管制已经成为提高基础设施产业绩效的标准“处方”。面对如此声势浩大的、全球性的基础设施产业放松管制运动，可以肯定的是，基础设施产业的管制环境发生了变化，在此不禁要反思，究竟是传统上被认为是自然垄断的基础设施产业存在着市场失败的观点错了？还是基础设施产业政府管制本身出了什么问题？或者是由于基础设施产业的环境变化致使其管制的必要性逐渐丧失？为此，有必要从基础设施产业的自然垄断性质的演变出发，展开对基础设施产业市场化改革的理论分析。
一、基础设施产业的技术经济特征
1.基于网络性的规模经济效应。
基础设施产业提供的产品或服务，必须借助于传输网络才能传递给用户，用户也必须借助于传输网络才能实现消费。基础设施产业的网络供应系统，由于其不可分性及资产的专用性等原因，存在着较大的技术上的规模经济性，这意味着伴随企业生产规模的不断扩大，平均成本和边际成本随产量增加而降低，另外，基础设施网络作用的发挥与网络相配套的服务流量密切相关（如通讯信号、交通运力等），随着生产规模的不断扩大，物品或服务的每一单位的平均成本呈单调递减。由此可得出结论，规模经济性显著的基础设施产业，只由一个厂商来经营的生产成本可能会更低，从社会最优资源配置的角度看，也许应该只允许一个厂商存在。正如亚当·斯密所言：“建设并维持某些公共事业及某些公共设施（其建设与维持绝不是为了任何个人或任何少数人的利益），这种事业与设施，在由大社会经营时，其利润常能补偿所费而有余，但若由个人或少数人经营，就绝不能补偿所费。”
2.基于网络性的范围经济效应。
基于网络系统的范围经济效应，意味着一个企业同时生产多种产品，可多获得收益。例如，市内电话和市外电话，铁路运输的客运和货运，使用同一企业的设备和人员比起分别由几个企业提供更有效率，这也可称为联合生产效应。由于存在着范围经济，一个厂商生产所有产品或服务的总成本要小于多家厂商分别生产这些产品或服务的成本之和，这种“成本的部分可加性”（stand alone cost）意味着独家垄断更有效率，如将垄断企业分割开来分别进行供给，可能会造成社会性浪费。
3.基于网络性的密度经济效应。
基础设施产业是典型的具有密度经济性的产业。基础设施产业所提供的产品或服务，都依赖于从生产设备到用户的室内服务所需的网络设备，如电信产业中的有线通信网络，铁路运输部门的铁轨网络，航空运输业的航线系统等。这些网络供应系统、距离等空间范围越大，越需要庞大的固定资本投资，从而进入壁垒越高；同时，由于网络是被众多用户共用的，因此，会随着用户密度的增加而边际成本递减。这些成本优势也会构成对潜在竞争者的进入障碍，形成自然垄断。
4.基于网络性的准公共性。
如果把基础设施作为整体来看，具有一定的公共产品的特性：第一，效用的不可分割性。即有些基础设施是向整个社会共同提供的，具有联合受益或联合消费的特点，其效用为整个社会成员所享用，而不能将其分割为若干部分，分别归属于某些个人或厂商享用，例如电信网络、输电设备等。第二，消费的非竞争性。即某一个人或厂商对某种基础设施的享用，不排斥和不妨碍其他人或厂商同时享用，也不会因此减少其他人或厂商享用该种基础设施的数量或质量。如不拥挤的桥梁、未满载的火车车厢等，这种消费的非竞争性来自于商品的不可分性。但是，这种“公共”性界定的范围是有限的，一旦使用者人数的增加超过公共物品消费容量限制时，拥挤就会出现，负载过重的轮船就有翻船的危险。这一类公共产品又称为可拥挤产品或准公共产品。第三，技术上的非排他性或排他非经济性。即技术上没有办法将拒绝为之付款的个人或厂商排除在基础设施的受益范围之外；或者排除的成本高到使排除他成为不经济。第四，使用的外部性。按照传统的福利经济学观点，外部性是一种经济力量对另一种经济力量的“非市场性”影响，这种影响有好有坏，好的影响被称为外部经济或正外部性，坏的外部性被称为外部不经济或负外部性。基础设施有着很强的正外部经济性，从整个社会生产过程来看，基础设施为整个生产过程提供“共同的生产条件”，它是支撑一国经济运行的基础部门，决定工业、农业、商业等直接生产活动及人民生活的发展水平。
长期以来，基于基础设施产业的技术经济特征，传统的经济理论一直认为基础设施产业具有自然垄断的性质，是存在“市场失败”的领域。那么，对这些“自然垄断产业”进行改革，除了这些产业本身的技术经济特征已经发生变异的原因之外，还必须分析自然垄断理论本身是不是也已经发生了演变。
二、传统的自然垄断理论与政府管制
早期的自然垄断概念与资源条件的集中和资源的稀缺性有关，在经济思想史上，奥古斯丁·库尔诺（Augustin Cournot，1838）是最先试图对自然垄断做出定义的经济学家，他认为垄断对应于向下倾斜的需求曲线，也就是说，垄断者可以在不考虑市场价格的条件下自由定价，这种垄断是由自然条件作为决定性因素而形成的垄断，库尔诺的一个经典例子是，一个拥有矿泉的地主发现，他可以无需成本而出售矿泉水，但他要出售更多数量的矿泉水，就必须降低其价格。库尔诺为这个垄断者设想出最优定价策略，从而形成了著名的利润最大化公式——边际收益等于边际成本。
不过一般地认为，米勒（Miller，1848）是最早从技术经济角度提出自然垄断概念的经济学家，他将自然垄断定义为在市场中形成的一家供应商对市场的独占。他通过观察英国伦敦的某些公共设施，提出煤气、自来水等基础设施不应该竞争性经营，这类生产都需要巨额的一次性固定投入，并且只有通过销售额足够巨大的产出品，才能分摊全部固定投资，从这种技术经济特征出发，市场上只有一个供应商时效率最高。
亨利·卡特·亚当斯（Henry Carter Adams，1887）则把自然垄断的定义简化为产业的规模经济技术状况，即规模经济效益递增。另外，他也是最早主张对自然垄断产业实行政府管制以实现社会福利最大化的学者之一。他把政府管制看做是维护大规模生产优势，同时，保护消费者免受垄断企业滥用垄断力量而造成损害的重要手段。
法勒（Farrer，1902）是最早按照经济特征来辨识自然垄断的经济学者之一。他把那些从来没有发生过竞争，或者发生竞争而最终失败的产业归为自然垄断产业。他具体列举出了这些产业的五个经济特征：（1）这些产业必须是提供生活必需的产品或服务；（2）这些产业必须具有良好的生产环境和地理环境；（3）这些产业的产出品必须是无法储存的；（4）这些产业的生产必须以规模经济为特征；（5）这些产业的顾客要求获得稳定的、可靠的供应，通常只能一个企业才能提供这种供应。
马歇尔（Marshall，1927）则认识到，在特定产业中，垄断是与成本和生产状况相联系的，平均成本不断上升的产业一般是竞争性产业，而平均成本不断下降的产业往往是垄断性产业。他进一步指出，在那些随着产量增加成本不断下降的产业中，垄断或许是一种理想的市场结构，它比竞争性市场结构能使价格更低，产量更大。
此后，伊利（Ely，1937）提出了有关自然垄断的不同观点，认识到规模经济的程度并非是自然垄断产生的惟一条件，他把自然垄断划分为以下三类：（1）依赖于独特的资源（如某些珍稀的矿藏）；（2）依赖于秘密或特权（如专利）；（3）依赖于产业的特性。伊利认为，如果这些“不可竞争性”条件成立，那么，自然垄断就成为一种更有效率、更稳定的制度安排。
可见，早期的经济学家主要是致力于描述自然垄断产业最重要的根本特征，并认识到规模经济只是自然垄断产业的最主要特征，但不是自然垄断的必要条件，即使不存在规模经济，只要一家企业能够比两家或两家以上企业更有效率地提供产品或服务，则自然垄断就存在，就需要政府出面对市场的进入进行管制，只允许一家企业从事生产，其他厂商不得进入，这就是对自然垄断行业进行管制的原因。对自然垄断管制的另一个原因是自然垄断定价的两难处境。因为自然垄断企业的平均成本随产量的增加而持续下降，由边际量和平均量的一般关系可知，这时的边际成本曲线（MC）一定在平均成本曲线（AC）的下方。
这时，如果价格边际成本，总收入边际成本×产量，总成本平均成本×产量，总成本大于总收入，企业出现亏损。根据微观经济学的基本原理，只有当价格等于边际成本时社会的总福利最大。但是，在自然垄断行业，当价格等于边际成本时企业亏损，这就是自然垄断的定价矛盾。这一矛盾使社会陷入两难困境，必须由政府出面对价格进行管制，在社会福利和企业利益之间进行取舍，这也使对自然垄断的管制成为必要。
在市场经济体制下，资源分配基本上取决于市场机制，即根据供求关系，以非人为地决定的价格作为信号，最合理地分配资源。如果市场价格能够实现相当高的利润率，则有新的企业加入该行业，增加经济资源的使用量；若不能实现必须满足的水平的利润率，企业则从该行业退出来，减少经济资源的使用量；如果全部市场处在完全竞争状态下，经过这样的均衡过程，结果使资源合理地分配在各产业之间。然而，在基础设施产业，取决于完全竞争性市场结构的最合理的资源分配，却常常因“市场失败”而难以实现。一方面，由于基础设施产业规模经济、范围经济、密度经济及准公共性要求十分明显，且存在大量的沉淀成本，在基础设施产业由一家或少数几家企业提供产品或服务能达到最小平均成本，即实现最大生产效率，如果企业能以合理的价格和优良的质量向社会稳定地提供基础设施产品或服务，则有利于全社会福利的增加；如果在一定时期内企业进入过多，必然会发生破坏性竞争，由此导致资源浪费，有损社会资源配置的效率与效益，所以要对新企业进入进行规制。另一方面，一旦企业取得了垄断地位，就会凭借其“定价权”而制定一个垄断价格。但垄断定价会带来三个方面的问题：首先，它意味着从消费者到垄断企业的转移支付，产生分配不公问题；其次，这种定价会带来资源配置效率上的损失，减少社会剩余；最后，在没有竞争压力的情况下，垄断企业缺乏提高成本效率的动力。正如斯蒂格利茨教授所认为的那样，只要自然垄断厂商不担心其他厂商进入，那么，它就会像其他垄断厂商那样把产量确定在边际收益等于边际成本之处。因为，这对自然垄断厂商最为有利，他以此可从消费者那里拿走来自规模经济的全部好处，但对全社会而言却是不利的，因为在这种情况下，社会的一部分需求因受高价所限而没有得到满足，形成福利经济学中所说的“帕累托低效”。这也正是政府对基础设施产业实施“管制”的真正原因所在。这样，既侵犯了消费者的利益，又会扭曲社会资源的配置，因此，政府不能放任其追逐利润最大化行为，而必须对其提供的产品和服务的价格进行规制。
总之，传统的自然垄断理论认为，由于规模经济的存在，在自然垄断领域的竞争可能造成低效率，因而不适宜竞争，从全社会的利益出发，政府必须对自然垄断产业进行管制。
三、现代自然垄断理论与“弹性管制”
对自然垄断认识的转变，首先起因于近30多年来西方基础设施产业管制实践与建立在单一产品假设上的理论模型之间的冲突。在现实经济生活中，一个提供基础设施产品或服务的企业通常不只是生产一种产品或服务，而是同时生产多种产品或服务。多种产品的总成本不是简单地取决于各个产品的规模经济，而更主要地取决于各种产品成本的相互影响，这种相互影响可用范围经济来描述：当利用单一经营单位内的生产或销售过程来生产或销售多于一种产品而产生的经济。例如，利用同一群绵羊同时生产羊毛和羊肉的成本，往往低于用一群绵羊只生产羊毛而用另一群绵羊只生产羊肉的成本之和。产生范围经济的主要原因包括：第一，生产设备具有多种功能，可用来生产不同产品；第二，某些生产要素投入后可重复使用；第三，零部件或中间产品具有多种组装性能；第四，可共用企业的无形资产等。而基础设施产业正是具有范围经济性的产业，一旦突破了单一产品的假设，自然垄断的边界就需要重新界定。
1982年，夏基、鲍莫尔等著名学者用成本函数的部分可加性重新定义了自然垄断。假设有N种不同产品，K个生产企业，任何一个企业可以生产任何一种或多种产品。如果单一企业生产所有各种产品的总成本小于多个企业分别生产这些产品的成本之和，该企业的成本就是部分可加的。如果在所有有关的产量上企业的成本都是部分可加的，则某行业就是自然垄断行业。根据这一新定义，只要单一企业供应整个市场的总成本小于多个企业分别生产的成本之和，不管单一企业的成本是上升还是下降，都是自然垄断。已经证明，当单一企业的总成本低于多个企业的成本之和时，单一企业的平均成本可能上升，也可能下降。
以平均成本AC和边际成本MC为纵轴，产量Q为横轴，D1、D2、D3为不同的需求曲线。根据边际成本定价原则，需求曲线和边际成本曲线的交点决定产量水平，从而决定成本水平。根据不同的需求水平，平均成本可能处于下降阶段（图中需求曲线为D1，产量为q1的情形），这时边际成本小于平均成本，边际成本定价会导致企业亏损，自然垄断定价矛盾存在；也可能处于平均成本曲线的最低点（图中需求曲线为D2，产量为q2的情形），这时边际成本等于平均成本，边际成本定价正好使企业盈亏相抵；平均成本也可能处于上升阶段（图中需求曲线为D3，产量为q3的情形），这时边际成本大于平均成本，边际成本定价会导致企业盈利。现代经济学把第一种情况下的自然垄断称为强自然垄断，把第二、三种情况下的自然垄断称为弱自然垄断。
在第一、二种情况下，边际成本小于或等于平均成本，企业亏损或盈亏相抵，占据垄断地位的原有企业可以制定有承受力的价格，使自己有利可图，而潜在竞争者如果继续降价竞争，就会亏损，新进入者无空可钻，不能靠降价进入市场。因此，只要新企业是理性的，就不会产生进入市场掠夺垄断企业市场份额的刺激，这就会自动保证自然垄断的可维持性，不需要政府对市场进入进行管制。相反，在第三种情况下，边际成本价格使社会福利最大化，同时又使企业盈利，由此产生一个新的问题，即垄断企业如何保持垄断地位，防止潜在的竞争者进入市场分享利润的问题。由鲍莫尔、贝利、潘则和威利格等经济学家提出和发展的“可维持性理论”（theory of sustainability）专门讨论了新企业进入自然垄断产业而引起的问题。在这一理论中，自然垄断企业被认为是产业中的主导企业，它在做出价格和产量决策时要受到以下约束条件的制约：第一，产量等于特定价格下的市场需求总量；第二，收入等于生产这些产量的总成本；第三，如果新企业进入市场，垄断企业不能够改变原来的价格，并要求以原有价格满足新企业夺走后的剩余需求。在这些约束条件下，如果没有新企业企图进入市场，那么，垄断企业是可以维持（或有承受力）的，但是，在允许新企业自由进入的情况下，往往会造成垄断企业的不可维持性（或没有承受力）。潘则和威利格在1977年把一组可维持的价格定义为：使新进入者的利润为负、原垄断者的利润为非负的一组价格。夏基在1982年将有可维持力的价格定义为真正能够阻止拥有同等或低级的技术竞争的竞争对手进入市场的价格。当平均成本上升时，自然垄断企业没有承受力，因为潜在的竞争者会在非负利润的刺激下进入市场，新来者只要按高于其最低成本但略低于当前垄断企业定价的价格出售产品，即可占领市场，取得非负利润。因此，在平均成本上升时，垄断企业虽然盈利，却使后来者有可乘之机，需要政府对市场进入进行管制以保护垄断企业的生存。
基于对自然垄断理论的新认识，伯格（Berg）和车赫特（Tschirhart）1988年在其专著《自然垄断管制》中为自然垄断的治理提出了新的思路：当其他企业进入自然垄断产业有不可逾越的障碍时，无论该自然垄断是强自然垄断还是弱自然垄断，都需要政府对垄断企业的行为进行管制，特别是价格管制和产品与服务质量管制；当其他企业进入自然垄断产业没有障碍时，可根据垄断企业对新来者的竞争是否具备承受力分别处理。当不具备承受力时，不仅垄断企业的行为需要管制（价格管制和产品与服务质量管制），而且该行业内部的竞争程度也必须受到管制（进入管制）。当具备承受力时，没有必要对该行业进行管制，因为潜在竞争者的进入威胁将迫使垄断者制定盈亏相抵的价格（强自然垄断）或者制定边际成本价格（弱自然垄断），同时努力降低成本。
综上所述，新的自然垄断理论的新进展不仅扩大了自然垄断的范围，认为只要一家企业生产所有各种产品的总成本小于多个企业分别生产这些产品的成本之和，不管平均成本是上升还是下降，都是自然垄断。其重要意义在于提出了对自然垄断的规制要因时制宜，要视其自然垄断的强弱、进入市场有无障碍和承受力的不同，而采取不同的对策，有时要管，有时不需要管。这种自然垄断的“弹性管制”理论，成为自然垄断产业放松管制运动的一个重要的理论基础。
