基于灰色系統(tǒng)的天然氣消費(fèi)量預(yù)測(cè)及影響因素研究

宗慶瑩

（蘭州財(cái)經(jīng)大學(xué) 會(huì)計(jì)學(xué)院，甘肅 蘭州 730020）

2019年，全球天然氣消費(fèi)量同比增長(zhǎng)了2%；從數(shù)量上來看，全球天然氣消費(fèi)量同比增加了780億立方米[1]，鑒于我國(guó)天然氣的資源稟賦和經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段，國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量與消費(fèi)量的增速差距不斷加大，保障國(guó)內(nèi)天然氣穩(wěn)定供應(yīng)已經(jīng)成為我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)的重要使命。

在天然氣需求預(yù)測(cè)方法的選取上，大多數(shù)文獻(xiàn)采用時(shí)間序列、回歸分析、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型等研究方法。鄭明貴[2]等人運(yùn)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)影響天然氣需求的主要因素進(jìn)行宏觀情景分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)2020-2030年天然氣需求情況的系統(tǒng)性測(cè)算。賈愛林等人[3]采用產(chǎn)量構(gòu)成法進(jìn)行產(chǎn)量預(yù)測(cè)，即以氣田/區(qū)塊為基本單元，通過探索不同開發(fā)階段的生產(chǎn)特點(diǎn)、剩余可采儲(chǔ)量的可靠性等指標(biāo)，測(cè)算每個(gè)基本單元的產(chǎn)量潛力，進(jìn)而按時(shí)間疊加得到不同年份的總產(chǎn)量規(guī)模，充分考慮理論技術(shù)的進(jìn)步和局限，并細(xì)化分階段預(yù)測(cè)了國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量潛能。吳曾等[4]在影響天然氣消費(fèi)量的六個(gè)主要因素的基礎(chǔ)上，提出了基于遺傳算法優(yōu)化的小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，有效地提高了預(yù)測(cè)精度，為涉及天然氣的相關(guān)行業(yè)未來趨勢(shì)提供理論上依據(jù)和實(shí)證經(jīng)驗(yàn)支撐。周娟[5]綜合運(yùn)用馬爾科夫區(qū)制轉(zhuǎn)移模型和宏觀經(jīng)濟(jì)景氣變化數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)顯示，2019-2025年在不同情景下，西南油氣田天然氣總需求和分行業(yè)需求均保持持續(xù)上升的態(tài)勢(shì)，且上升的幅度有所區(qū)別。徐博等人[6]提出在不發(fā)生大規(guī)模戰(zhàn)爭(zhēng)的情況下，“十四五”期間中國(guó)天然氣消費(fèi)量年均增長(zhǎng)率仍將在5%以上，推動(dòng)天然氣消費(fèi)增長(zhǎng)仍然是中國(guó)能源轉(zhuǎn)型的主要方向，因此，應(yīng)該采取政策措施推動(dòng)天然氣消費(fèi)高情景努力。白樺等[7]認(rèn)為，受新冠肺炎疫情沖擊以及國(guó)際油價(jià)下跌等因素的擾動(dòng)，2020年全球天然氣供需兩側(cè)均呈下滑走勢(shì)。未來5年，全球天然氣市場(chǎng)需求將逐步復(fù)蘇，但增速放緩，全球天然氣市場(chǎng)將經(jīng)歷供應(yīng)過剩到收緊的過程。

本研究以2012-2018年天然氣消費(fèi)總量歷史數(shù)據(jù)為例，采用灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)GM（1，1）模型對(duì)未來時(shí)間段內(nèi)國(guó)內(nèi)天然氣消費(fèi)量發(fā)展趨勢(shì)予以預(yù)測(cè)；并有效結(jié)合分析灰色關(guān)聯(lián)度，篩選出對(duì)天然氣消費(fèi)量產(chǎn)生影響的主要因素，對(duì)相關(guān)因素展開進(jìn)一步分析，為中國(guó)天然氣資源在未來的需求狀況，對(duì)天然氣資源的生產(chǎn)、進(jìn)出口安排，以及能源戰(zhàn)略的制定提供參考。

1 預(yù)定模型設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)

如果系統(tǒng)中的所有信息都是已知的，則稱為白色系統(tǒng)。如果所有信息都是未知的，則稱為黑匣子系統(tǒng)。但是，灰色系統(tǒng)介于兩者之間，也就是說，灰色系統(tǒng)中一部分信息是已知的，而另一部分是未知的?；疑A(yù)測(cè)是為了預(yù)測(cè)同時(shí)包含已知信息和不確定信息的系統(tǒng)，即預(yù)測(cè)在一定范圍內(nèi)變化并與時(shí)間相關(guān)的灰色過程。通過識(shí)別系統(tǒng)因素之間發(fā)展趨勢(shì)的差異程度進(jìn)行相關(guān)分析，生成原始數(shù)據(jù)以找到系統(tǒng)變化規(guī)律，并生成具有較強(qiáng)規(guī)律性的數(shù)據(jù)序列以預(yù)測(cè)未來的發(fā)展趨勢(shì)。

1.1 灰色系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型GM（1，1）建模機(jī)理

在對(duì)微分方程予以求解，即可得到預(yù)測(cè)模型：

1.2 數(shù)據(jù)分析

我國(guó)天然氣消費(fèi)總量呈逐年攀升的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2012-2018年，我國(guó)的天然氣消費(fèi)總量分別為1 463.00億立方米、1 705.37億立方米、1 868.94億立方米、1 931.75億立方米、2 078.06億立方米、2 393.69億立方米、2 817.09億立方米；第三產(chǎn)業(yè)增加值分別為244 856.20億元、277 983.50億元、310 654.00億元、349 744.70億元、390 828.10億元、438 355.90億元、489 700.80億元?？梢园l(fā)現(xiàn)，第三產(chǎn)業(yè)增加值也隨天然氣消費(fèi)量逐年遞增，但能源作為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的驅(qū)動(dòng)因素之一，其總量始終保持著有限性，這將使我國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展直接受到能源因素的制約。這時(shí)，資源的有效配置便成為解決當(dāng)前問題的關(guān)鍵方法，因此，精確預(yù)測(cè)天然氣消費(fèi)量對(duì)我國(guó)未來資源規(guī)劃以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展極其重要。

1.3 天然氣消費(fèi)總量預(yù)測(cè)及趨勢(shì)特征分析

表1 2012-2018年中國(guó)天然氣消費(fèi)總量實(shí)際值與模擬值（億立方米）

圖1 2012-2018年天然氣消費(fèi)總量實(shí)際值與模擬預(yù)測(cè)值擬合圖

表2 2019-2026年天然氣消費(fèi)總量預(yù)測(cè)表

由上述預(yù)測(cè)可知，在我國(guó)利用政策的出臺(tái)以及政府對(duì)天然氣能源利用的大力推崇下，我國(guó)2019-2026年天然氣消費(fèi)總量呈逐漸增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，且增速有所提升。預(yù)計(jì)至2026年，我國(guó)天然氣消費(fèi)總量將達(dá)6 709億立方米，在能源問題顯著的大環(huán)境下，能源的儲(chǔ)備量威脅著國(guó)家與社會(huì)的發(fā)展。能源日趨殆盡的今天，無論是國(guó)家政府還能源供應(yīng)部門都希望準(zhǔn)確掌握天然氣消費(fèi)量的數(shù)據(jù)，為制定相關(guān)政策，及更加合理的規(guī)定能源的使用，以達(dá)到可持續(xù)化的目的。

2 天然氣消費(fèi)量影響因素的灰色關(guān)聯(lián)度分析

在世間萬物中從客觀角度來看，由于萬物之間的關(guān)系是一種灰色狀態(tài)，無法判斷哪些因素之間具有緊密關(guān)聯(lián)，哪些因素毫無關(guān)系，因此就難以找到矛盾的癥結(jié)所在。因此，關(guān)聯(lián)度分析則成為分析系統(tǒng)中各因素錯(cuò)綜關(guān)系的有效途徑之一。

2.1 天然氣消費(fèi)總量影響因素指標(biāo)選取和指標(biāo)數(shù)據(jù)序列整理

根據(jù)現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)及現(xiàn)實(shí)狀況，由于人類社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展極大程度上依賴于自然資源稟賦，天然氣又作為所能利用的自然能源的重要組成部分，因此影響天然氣消費(fèi)量的因素幾乎無法與社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)、基礎(chǔ)設(shè)施等各個(gè)方面脫開干系。并且天然氣能源的使用直接或間接地影響了各個(gè)國(guó)家及地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，而天然氣的用氣水平更是直接受制于經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，應(yīng)將國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）納入考慮。而人口作為社會(huì)系統(tǒng)的最基本元素，人們?cè)谌粘Ｉ钪械姆椒矫婷婢婕叭細(xì)獾睦?，因此城?zhèn)天然氣用氣人口也應(yīng)成為影響天然氣消費(fèi)需考慮的因素。根據(jù)經(jīng)濟(jì)學(xué)中的需求理論，供求關(guān)系是影響價(jià)格的主要原因，而價(jià)格是影響需求的直接因素，但由于天然氣價(jià)格存在區(qū)域性差異，因此，本研究并未將價(jià)格因素考慮在內(nèi)。居民消費(fèi)水平是量化了居民在日常生活中對(duì)滿足人類生存、發(fā)展和享受所擁有的能力，即支付能力或購買力水平，況且人們對(duì)天然氣資源的需求也存在著由于地域差異或經(jīng)濟(jì)狀況所導(dǎo)致的分布不均的現(xiàn)象，因此該因素也應(yīng)納入分析。

綜上所述，本研究主要考慮經(jīng)濟(jì)因素（GDP）、人口因素（城鎮(zhèn)人口）、限制性因素（天然氣產(chǎn)量）、社會(huì)經(jīng)濟(jì)（居民消費(fèi)水平）、第三產(chǎn)業(yè)增量等五個(gè)不同類型的指標(biāo)來分析預(yù)測(cè)我國(guó)的天然氣消費(fèi)量（見表3）。

表3 變量符號(hào)定義表

2.2 計(jì)算步驟和計(jì)算結(jié)果分析

相關(guān)度分析是一種分析系統(tǒng)中各個(gè)因素的相關(guān)聯(lián)系程度的方法。在計(jì)算關(guān)聯(lián)度之前，要先行對(duì)相關(guān)系數(shù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，且計(jì)算步驟如下。

將關(guān)聯(lián)系數(shù)定義為：

以表4原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算X0（天然氣消費(fèi)總量）與X1-X5之間的灰色關(guān)聯(lián)度通過SPSS軟件分析輸出結(jié)果見表5、表6。

表4 2012-2018年中國(guó)天然氣消費(fèi)總量影響因素?cái)?shù)據(jù)表

表5 天然氣消費(fèi)總量與其他影響因素的關(guān)聯(lián)系數(shù)表

表6 關(guān)聯(lián)度結(jié)果

5個(gè)影響因素與天然氣消費(fèi)總量的關(guān)聯(lián)系數(shù)如表5所示，對(duì)其分別取均值得到關(guān)聯(lián)度，當(dāng)ρ=0.5時(shí)，關(guān)聯(lián)度大于0.6便說明影響因素對(duì)天然氣消費(fèi)量確有影響。對(duì)其關(guān)聯(lián)度進(jìn)行排序如表6為：X3>X4>X2>X5>X1，X1、X5的灰色關(guān)聯(lián)度小于0.6，說明對(duì)我國(guó)天然氣消費(fèi)總量影響程度較小，而X2、X3、X4的灰色關(guān)聯(lián)度均大于0.6，且高達(dá)90%以上，說明3個(gè)影響因素與我國(guó)天然氣消費(fèi)量變動(dòng)關(guān)系密切。其中，天然氣產(chǎn)量與消費(fèi)量的關(guān)聯(lián)度最大，意味著我國(guó)天然氣相關(guān)產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展布局在某種程度上依賴于我國(guó)天然氣的開發(fā)量，天然氣產(chǎn)量也是我國(guó)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的根基。此外，居民消費(fèi)水平與天然氣消費(fèi)總量的關(guān)聯(lián)度為0.964，說明天然氣消費(fèi)量極大程度上取決于居民在日常生活中支付能力或購買力水平，并且人們對(duì)天然氣資源的需求同理于消費(fèi)水平，存在著地域差異或經(jīng)濟(jì)狀況所導(dǎo)致的分布不均的現(xiàn)象。

3 結(jié)論和建議

本研究以國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)，將2012-2018年歷史數(shù)據(jù)采用灰色預(yù)測(cè)GM（1，1）模型對(duì)2019-2026年天然氣消費(fèi)量增長(zhǎng)趨勢(shì)加以預(yù)測(cè)，并采用灰色關(guān)聯(lián)分析理論對(duì)我國(guó)天然氣消費(fèi)總量的影響因素進(jìn)行分析。結(jié)果表明：我國(guó)2019-2026年天然氣消費(fèi)總量將持續(xù)增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)速度有所提升。在選取的5個(gè)影響因素中，天然氣產(chǎn)量和居民消費(fèi)水平與我國(guó)天然氣消費(fèi)量的灰色關(guān)聯(lián)度最大。說明天然氣產(chǎn)量與居民消費(fèi)水平是影響中國(guó)天然氣需求的主要因素，且由于國(guó)內(nèi)天然氣產(chǎn)量與消費(fèi)量的增速差距不斷加大，保障國(guó)內(nèi)天然氣穩(wěn)定供應(yīng)已經(jīng)成為我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)的重要使命。中國(guó)作為世界上主要的天然氣消費(fèi)和進(jìn)口大國(guó)，現(xiàn)階段我國(guó)經(jīng)濟(jì)由高速增長(zhǎng)階段轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量發(fā)展階段，經(jīng)濟(jì)發(fā)展更加注重質(zhì)量效益，同時(shí)環(huán)保約束日益趨緊，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)步伐加快。這意味著經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和增長(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力的調(diào)整，從深層次來看也必然意味著能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對(duì)天然氣能源的依賴程度將不斷上升。

3.1 認(rèn)清目前資源劣質(zhì)化，加大天然氣勘探開發(fā)力度

雖然我國(guó)天然氣資源分布較廣，但是由于天然氣管道建設(shè)不夠完善等因素，導(dǎo)致天然氣資源開采規(guī)模和效率方面與其他國(guó)家相比還存在一定差距。近幾年來，我國(guó)居民天然氣消費(fèi)量迅速增長(zhǎng)，但是我國(guó)資源劣質(zhì)化的情況逐漸加劇，優(yōu)質(zhì)資源越來越少，超低滲透率和致密油藏等低品位資源占新資源的70%以上。所以我國(guó)需要擴(kuò)大天然氣勘探規(guī)模來維持我國(guó)天然氣市場(chǎng)供需關(guān)系的平衡。為了穩(wěn)定市場(chǎng)消費(fèi)，在加大天然氣勘探開發(fā)力度的同時(shí)，我國(guó)應(yīng)該著力改善資源劣質(zhì)化的局面，提高天然氣整體利用率，穩(wěn)步發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)。

3.2 改革天然氣價(jià)格機(jī)制，對(duì)天然氣市場(chǎng)加大管控

我國(guó)面臨建設(shè)地下儲(chǔ)氣庫耗費(fèi)成本較高、投資回收期較長(zhǎng)等問題，所以為了保障天然氣供應(yīng)，促進(jìn)天然氣產(chǎn)業(yè)健康有效發(fā)展，推進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及維持市場(chǎng)供需平衡，我國(guó)急需推進(jìn)天然氣定價(jià)機(jī)制市場(chǎng)化改革。第一，需要加大地下儲(chǔ)氣庫建設(shè)財(cái)政資金支持。第二，在維持天然氣市場(chǎng)供需關(guān)系以及市場(chǎng)預(yù)期價(jià)格的基礎(chǔ)上，根據(jù)市場(chǎng)回饋適當(dāng)放開天然氣價(jià)格，提高資源配置效率，促進(jìn)油氣行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。第三，當(dāng)我國(guó)天然氣行業(yè)逐步趨于成熟時(shí)，可采用天然氣期貨上市的方式來提高我國(guó)在國(guó)際市場(chǎng)上的定價(jià)權(quán)。

3.3 增加科技投入，降低勘探成本

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，面對(duì)資源不斷劣質(zhì)化的趨勢(shì)，在增加開采規(guī)模的基礎(chǔ)上還要不斷增加新勘探技術(shù)研發(fā)投入，有效降低勘探和開采成本。眾所周知，美國(guó)近年來通過“頁巖氣革命”，油氣產(chǎn)量直線上升，在天然氣方面，美國(guó)2017年上半年天然氣出口總量約為435億立方米，同時(shí)美國(guó)石油天然氣雙雙實(shí)現(xiàn)出口大于進(jìn)口，已成為事實(shí)上的能源凈出口國(guó)。而中國(guó)要想擺脫天然氣進(jìn)口大國(guó)的身份，首先要增加開采規(guī)模，在保證規(guī)模的同時(shí)也要節(jié)約勘探和開采成本。