中國天然氣進口安全預測研究

李宏勛 張玉潔 許 寒

（中國石油大學（華東)經(jīng)濟管理學院，山東青島 266580）

一、引言

中共十九大報告中，提出要推進能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳安全高效的能源體系。[1]天然氣在產(chǎn)生相等熱值時排放的二氧化碳量僅僅是石油的72.8%、煤炭的55.2%，[2]因此，作為一種清潔低碳能源，天然氣已被業(yè)界認為是能源轉(zhuǎn)型中最佳的橋梁性能源。[3]

中國天然氣消費量已經(jīng)從2009年的902×108 m3迅速攀升到2020年的3306×108 m3，[4]并且根據(jù)中國石油經(jīng)濟技術(shù)研究院發(fā)布的《2050年世界與中國能源展望》中設定的基準情景預測，中國的天然氣需求量還會不斷增加，2035年與2050年天然氣需求量會分別達到 6100×108 m3和 6900×108 m3。[5]與此同時，雖然中國天然氣資源較為豐富，但質(zhì)量較差，埋藏較深，[6]中國的天然氣生產(chǎn)難以滿足需求，需要大量進口天然氣資源。2018年，中國天然氣進口量超過日本，成為全球第一大天然氣進口國，對外依存度大幅攀升至43.2%。[7]同時，國際能源署預計，到2040年中國天然氣進口量將達到2800×108 m3，進口依存度增至50%。[3]另外，由于新冠肺炎疫情的暴發(fā)和經(jīng)濟復蘇等因素綜合影響，2021年天然氣需求大增，進口價格大漲，這對中國天然氣進口造成非常惡劣的影響。

綜上所述，中國為實現(xiàn)“雙碳”目標、實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型，需要以天然氣來作為過渡能源，但受限于中國天然氣勘探開發(fā)技術(shù)條件等，中國天然氣生產(chǎn)不足以支撐需求。因此，隨著中國天然氣供需缺口逐漸增大，進口天然氣數(shù)量也逐漸增加，對外依存度日益升高，與此同時，天然氣進口價格大幅上漲，中國天然氣進口安全形勢不容樂觀。因此，對中國天然氣進口安全進行合理預測，明確中國天然氣進口安全的未來趨勢，對于中國有關(guān)部門制定恰當?shù)倪M口策略，保障中國天然氣進口及供應安全具有重要意義。

二、文獻回顧

近些年來，隨著能源轉(zhuǎn)型與清潔能源需求增加，天然氣在能源體系中的重要性逐漸凸顯，隨之，其安全問題也逐步成為中外研究熱點。但現(xiàn)有研究大多側(cè)重于對天然氣整體安全和天然氣供應安全的影響因素、評價、建議等內(nèi)容的研究，僅有少數(shù)研究聚焦于天然氣進口安全問題。

在天然氣整體安全和供應安全的影響因素和評價方面，李云鶴等（2020）在技術(shù)利用、國民負擔、資源獲得、環(huán)境承載等4個能力維度基礎上，構(gòu)建了中國的天然氣能源安全的評價模型，并依據(jù)4-As雷達圖，分析了2005—2018年中國天然氣安全變化的總趨勢以及各維度的演變和影響因素。[8]Cabalu H.（2010）、Biresselioglu et al.(2015)、張珺和黃艷（2015）根據(jù)不完全相同的指標分別構(gòu)建了天然氣供應安全指標體系，確定影響供應安全的主要因素，對相應對象的天然氣供應安全作出評估并提出了相關(guān)建議。[9-11]周云亨等（2020）在APERC能源安全“4A”分析框架基礎上加以改進，運用德爾斐法與層次分析法，構(gòu)建天然氣安全評價指標體系。[12]

針對天然氣進口安全預測，相關(guān)文獻很少，更多的是天然氣進口安全的評價及對整體能源安全的預測，但可以為筆者在指標體系建立和預測方法選擇上提供參考。

首先是中國天然氣進口安全評價方面，王旻昊（2015）從運輸線路安全、進口價格及進口來源地穩(wěn)定三方面以適當方法對中國天然氣進口安全作出評估，但其評價模型綜合性不強，且指標選擇不夠全面。[13]李宏勛等（2020）提出，天然氣進口安全主要是指一個國家以其可以接受的、合理波動范圍內(nèi)的價格獲取持續(xù)穩(wěn)定的天然氣供應，充分保障經(jīng)濟發(fā)展和人民生活需求，天然氣進口儲備得以加強，供應安全進一步提高，并基于PSR模型對中國天然氣進口安全進行評價。[14]范秋芳等（2020）則采用新的方法——改進物元可拓模型從資源、政治、經(jīng)濟、運輸?shù)?個方面建立指標體系對中國天然氣進口安全進行評價。[15]

然后是整體能源安全預測方面，ZhaoW.Z.et al.（2019）根據(jù)中國天然氣自產(chǎn)、儲氣庫的建設趨勢、各個領(lǐng)域天然氣的消費規(guī)模以及天然氣總需求的預測分析，通過平衡國內(nèi)生產(chǎn)、儲備和需求氣體三者得出中國天然氣對外依存度上限為50%，不應超過60%的結(jié)論。[6]鄭言（2013）從資源、市場、供給三角度建立指標體系，運用多種預測方法相結(jié)合來對天然氣安全進行預測，為中國在天然氣安全的預防控制上提供了決策依據(jù)。[16]翟清云等（2018）運用指數(shù)平滑法對京津冀地區(qū)的能源安全進行預測。[17]劉璐（2012）基于灰色預測模型、主成分分析和情景分析對北京的能源安全進行了實證研究。[18]余良暉（2007）和萬璽（2008）在分析天然氣預警的研究思路、方法等基礎上，根據(jù)中國特點建立了中國的天然氣預警指標體系及預警標準。[19][20]李宏勛和吳復旦（2018）采用13項指標構(gòu)建了中國進口天然氣供應安全預警指標體系，利用K-means聚類和主成分分析建立預警模型，并對中國進口天然氣供應安全狀況進行分析。[21]

綜上所述，國內(nèi)外在天然氣安全方面以及預測方法上已有大量研究，這為筆者提供了堅實的理論根基。但通過文獻閱讀與總結(jié)，筆者發(fā)現(xiàn)了其中的不足：（1）大多數(shù)文獻集中于天然氣安全的整體以及天然氣的供應安全研究，在天然氣進口安全方面的研究不多。（2）有關(guān)天然氣進口安全的研究指標不盡相同，還未達成共識。（3）天然氣進口安全預測方面的研究較少。因此，筆者選取2006—2020年數(shù)據(jù)，擴展研究年份，選取恰當全面的指標建立指標體系，用熵值法確定指標權(quán)重后采用加速平移轉(zhuǎn)換與加權(quán)均值生成以及曲線估計法對中國天然氣進口安全進行預測，并據(jù)此提出相關(guān)對策建議。

三、指標體系與預測模型構(gòu)建

（一）指標體系構(gòu)建

1.天然氣進口安全指標體系確定

由于影響中國天然氣進口安全的因素多而復雜，因此目前已有研究中對中國天然氣進口安全的影響因素的選取尚不統(tǒng)一，筆者在借鑒李宏勛等（2020）[14]、范秋芳等 （2020）[15]、董秀成和孔朝陽（2017）[22]、李澤紅等（2018）[23]的研究基礎上，基于科學性、系統(tǒng)性、可操作性的原則建立中國天然氣進口安全指標體系（見表1）。

表1 中國天然氣進口安全指標體系

指標體系中，對外依存度、進口來源集中度、天然氣消費強度、儲采比、天然氣進口國家數(shù)量、人均GDP、人民幣兌換美元匯率、運輸量可以根據(jù)《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》和國家統(tǒng)計局中的數(shù)據(jù)或通過簡單計算的二次數(shù)據(jù)得到。對其他指標作出相應解釋：

主要天然氣進口來源國出口潛力：根據(jù)李澤紅等（2018）[23]的相關(guān)研究，某天然氣進口來源國出口潛力為該國的天然氣探明儲量占世界探明儲量的比例和儲采比的乘積，在此取每年中國進口量中占比前五的進口來源國出口潛力的平均值。

國家風險：國家風險可以用來衡量一個國家政治、經(jīng)濟等方面的穩(wěn)定性，與穩(wěn)定國家進行天然氣的相關(guān)交易顯然更為安全。指標數(shù)據(jù)來源為PRS（Political Risk Services）推出的 ICRG（國際國家風險指南）。ICRG綜合考慮了政治、經(jīng)濟、金融等三方面 22個指標，數(shù)值在 1～100之間，值越大，風險越低。

外部沖突指數(shù)：外部沖突指數(shù)是對外國行動給中國政府帶來的風險的評估，范圍從非暴力的外部壓力（外交壓力、停止援助、貿(mào)易限制、領(lǐng)土爭端、制裁等）到暴力的外部壓力（跨境沖突到全面戰(zhàn)爭）。數(shù)據(jù)來源于ICRG中政治指標中的外部沖突。

天然氣進口價格：基于中國天然氣進口價格會根據(jù)合同時間、進口方式與來源等不同的原因，簡單選取某一價格作為天然氣進口價格不太恰當，因此，借鑒劉貴賢等（2016）[24]、范秋芳等（2020）[15]的研究，中國進口天然氣的平均價格與日本進口天然氣價格相關(guān)，公式為：天然氣進口價格=0.428×日本進口天然氣價格+2.836。

運輸距離：根據(jù)范秋芳等（2020）[15]的研究中中國各條天然氣進口路線的數(shù)據(jù)（見表2）進行計算。

表2 天然氣進口路線情況

軍事因素：采用PRS提供的Military in Politics指標，數(shù)值從1到6，值越大，越安全。

2.指標權(quán)重確定

熵值法作為一種客觀賦予權(quán)重的方法，在各領(lǐng)域都有廣泛應用。需要指出的是，筆者對計算過程中樣本值比重為0的數(shù)據(jù)采取非負平移法，[25]賦值為0.00001，具體計算過程如下所示：

（1）數(shù)據(jù)選取

選擇前文所列指標2006—2020年數(shù)據(jù)進行計算。

（2）計算過程

第一步：數(shù)據(jù)標準化處理。

為使各指標之間具有可比性，對指標數(shù)據(jù)進行標準化處理。[26]年份記為 i，i=1，2，…，m；指標記為 j，j=1，2，…，n。則：

正向指標：

負向指標：

第二步：計算第i年第j項指標比重。

第三步：計算指標信息熵。

第四步：計算信息熵冗余度。

第五步：計算指標權(quán)重。

（3）計算結(jié)果

各指標權(quán)重計算結(jié)果如表3所示。

表3 中國天然氣進口安全指標權(quán)重

（二）預測模型構(gòu)建

筆者主要運用加速平移轉(zhuǎn)換、加權(quán)均值生成[27]及曲線估計法建立模型。觀察各指標2006—2020年數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)基本呈振蕩狀態(tài)，無法很好地利用曲線估計法對其進行擬合。因此，采用加速平移轉(zhuǎn)換與加權(quán)均值生成方法將原始序列變換成單調(diào)遞增序列，然后結(jié)合曲線估計法[28]將變換后的序列作為原始序列進行擬合，之后再將預測得到的數(shù)據(jù)進行還原，最后得到預測值。

模型構(gòu)建的具體步驟如下：

第一步：將原始數(shù)據(jù)進行加速平移轉(zhuǎn)換。設數(shù)據(jù)序列為：

記M為序列中的最大值，m為序列中最小值，T=M-m，則稱變換：

為加速平移轉(zhuǎn)換，記作D1，變換后的序列記為X1。

第二步：將加速平移轉(zhuǎn)換之后的序列進行加權(quán)均值生成。則變換：

為加權(quán)均值生成變換，記為D2，變換后的序列記為 X2。

第三步：將加權(quán)均值生成變換之后的序列作為原始數(shù)據(jù)，利用SPSS軟件進行曲線估計，得到預測值，記此時序列為2。

第四步：將曲線估計得到的預測值序列進行還原，得到原始數(shù)據(jù)的預測值序列。

四、中國天然氣進口安全預測

（一）數(shù)據(jù)選取

自2006年以來，中國成為天然氣凈進口國，筆者選取各指標2006—2020年數(shù)據(jù)進行分析處理。

（二）計算過程

受限于篇幅，以進口來源集中度指標為例介紹計算過程。

1.加速平移轉(zhuǎn)換

進口來源集中度原始數(shù)據(jù)如表4所示，據(jù)此計算得到T值為28.76237，然后根據(jù)式（1）計算得到經(jīng)過加速平移轉(zhuǎn)換之后的數(shù)據(jù)，如表5所示。

表4 進口來源集中度原始數(shù)據(jù)表

表5 加速平移轉(zhuǎn)換計算結(jié)果

2、加權(quán)均值生成

根據(jù)式（2），將表5中得到的數(shù)據(jù)進行加權(quán)均值生成，得到結(jié)果如表6所示。

表6 加權(quán)均值生成計算結(jié)果

3.曲線估計

觀察加權(quán)均值生成后數(shù)據(jù)的散點圖（圖1）可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)可近似看作一條直線，因此在曲線估計時選擇線性進行擬合，擬合結(jié)果如表7至表9。

圖1 加權(quán)均值生成數(shù)據(jù)散點圖

表7 模型摘要

表8 ANOVA

表9 系數(shù)

由表7以及圖2可以看出，該直線對于數(shù)據(jù)的擬合度很高，由表8和表9可以看出，方程的顯著性檢驗以及回歸系數(shù)的顯著性檢驗均通過，總體擬合程度較好。具體擬合及預測數(shù)值如表10所示。

圖2 曲線估計線性擬合圖

表10 線性擬合數(shù)據(jù)表

4.數(shù)據(jù)還原

將上一步中擬合直線得到的2006—2020年數(shù)據(jù)進行還原，與原始數(shù)據(jù)進行比較，計算平均相對誤差，結(jié)果如表11所示。

表11 預測數(shù)據(jù)相對誤差

根據(jù)計算所得相對誤差可以判斷得到對數(shù)據(jù)的預測效果較好，可以用來對未來的趨勢進行預測，預測結(jié)果如表12所示。

表12 進口來源集中度預測結(jié)果

5.其余指標數(shù)據(jù)

根據(jù)其余各指標經(jīng)過加速平移轉(zhuǎn)換與加權(quán)均值生成變換后數(shù)據(jù)的散點圖，觀察發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)換后各指標數(shù)據(jù)均呈線性趨勢，所以均選擇線性進行擬合。但在計算過程中發(fā)現(xiàn)，運輸距離與運輸量這兩個指標在線性的曲線估計下平均相對誤差較大，效果不好，因此重新擬合新的曲線，最終確定其擬合曲線分別為三次曲線和二次曲線。以運輸距離指標為例進行介紹。

利用SPSS對指標運輸距離經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行三次曲線的擬合結(jié)果如表13所示：

表13 運輸距離三次曲線擬合結(jié)果

由表13可知，R方較高，擬合優(yōu)度較好，圖3也證實了這一點。同時，回歸方程的顯著性檢驗和回歸系數(shù)的顯著性檢驗均通過，模型可用。由圖4可知，三次曲線估計的效果優(yōu)于線性估計，相對誤差也較小，預測效果較好，故選擇三次曲線對該指標進行預測。

圖3 運輸距離三次曲線擬合效果圖

表14 運輸距離預測結(jié)果對比

圖4 線性估計與三次曲線估計相對誤差

綜上，各指標預測結(jié)果匯總?cè)绫?5所示（保留三位小數(shù)）。

表15 各指標預測結(jié)果

（三）結(jié)果分析

對前文得到的各指標的預測數(shù)據(jù)以及收集到的原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，得到4個層面各指標標準化后數(shù)據(jù)折線圖，然后根據(jù)表3中計算所得到的權(quán)重及標準化數(shù)據(jù)，計算得到中國各年天然氣進口安全得分，并繪制中國天然氣進口安全各年得分折線圖。

1.總體安全

由圖10可知，自成為完全進口國以來，中國天然氣進口安全基本上處于中低水平，大概在0.5～0.65之間波動，但在未來一段時間中國天然氣進口安全總體水平呈下降趨勢，從0.5左右下降到0.34左右。與圖9結(jié)合來看，運輸安全與外部安全在未來一段時間下降較快，資源安全保持平穩(wěn)，經(jīng)濟安全略微提升，但外部安全與運輸安全水平下降帶來的劣勢遠超資源安全與經(jīng)濟安全的穩(wěn)定及略微提高帶來的優(yōu)勢，使得未來天然氣進口安全水平呈下降趨勢。

圖9 各層級安全得分

圖10 天然氣進口安全總體得分折線圖

2.資源安全

通過圖5可知，資源安全的各指標中，對外依存度、主要天然氣進口來源國出口潛力以及消費強度的水平未來向劣勢方向發(fā)展，即中國對天然氣的消費強度逐漸增加，所需量也增加，這也是中國對外依存度不降反增的原因之一。但進口國家數(shù)量、進口集中度和儲采比水平有所上升，其帶來的良性影響抵消了另外3個指標的劣勢，使得中國資源安全總體水平在未來一段時間基本保持不變。在資源安全的各指標中，發(fā)現(xiàn)主要進口來源國出口潛力在2009年及2020年有明顯上升，結(jié)合其計算過程發(fā)現(xiàn)，原因在于該兩年的主要進口國家中含俄羅斯，這為提高中國天然氣進口安全提供了思路。

圖5 資源安全各指標標準化數(shù)據(jù)折線圖

3.外部安全

從圖6可知，外部安全下的兩個指標——國家風險和外部沖突指數(shù)水平在未來一段時間均下降，說明中國主要進口來源國的穩(wěn)定性不好，并且外國行動給中國政府帶來的風險可能會增大，圖9中總體的外部安全也表明中國天然氣進口的外部安全未來一段時間內(nèi)將持續(xù)降低。

圖6 外部安全各指標標準化數(shù)據(jù)折線圖

4.經(jīng)濟安全

由圖7可知，中國的人民幣兌換美元匯率和人均GDP水平會持續(xù)升高，但天然氣進口價格會因為數(shù)值的上升而趨于劣勢水平。中國的能源定價話語權(quán)較低，在能源進口時常遭遇“亞洲溢價”的不公平待遇，對中國天然氣進口安全造成惡劣影響。但從圖9總體經(jīng)濟安全來看，總體的經(jīng)濟安全略有上升，這表明中國經(jīng)濟的迅速發(fā)展會對中國天然氣進口安全水平的提高作出較大貢獻。

圖7 經(jīng)濟安全各指標標準化數(shù)據(jù)折線圖

5.運輸安全

最后是運輸安全。由圖8和圖9可知，運輸安全在未來一段時間內(nèi)呈下降趨勢，軍事因素、運輸量和運輸距離水平的下降導致了整體運輸安全的下降，運輸安全在未來一段時間不容樂觀。

圖8 運輸安全各指標標準化數(shù)據(jù)折線圖

五、結(jié)論與對策建議

筆者通過選取14項指標構(gòu)建中國天然氣進口安全指標體系，采用加速平移轉(zhuǎn)換和加權(quán)均值生成以及曲線估計的方法，利用2006年至2020年各指標數(shù)據(jù)對中國2021年至2035年中國天然氣進口安全水平作出預測。由上述分析可知：

（1）未來一段時間內(nèi)中國天然氣進口安全水平逐年下降，其中，資源安全水平基本保持穩(wěn)定，經(jīng)濟安全水平略有上升，外部安全和運輸安全逐漸下降；

（2）資源安全中對外依存度、主要天然氣進口來源國出口潛力以及消費強度三指標水平在未來呈下降趨勢，亟需控制；

（3）外部安全中國家風險和外部沖突指數(shù)指標水平基本逐年下降，待改善；

（4）經(jīng)濟安全中天然氣進口價格未來逐年增加，向著劣勢方向發(fā)展，需采取相應措施加以控制；

（5）運輸安全中軍事因素、運輸量和運輸距離在未來水平呈劣勢方向發(fā)展趨勢，有待進一步改善。

根據(jù)前文所得出來的結(jié)論，可以從以下幾個方面提出相應對策建議來保障中國天然氣進口安全：

加大技術(shù)研發(fā)投資，增強勘探開發(fā)力度。根據(jù)前文對資源安全的分析，對外依存度在未來一段時間內(nèi)持續(xù)升高，因此我們要加大科學技術(shù)投資，提高勘探、開發(fā)技術(shù)與力度，實現(xiàn)勘探開發(fā)較為復雜地質(zhì)的資源，從而提高儲采比，達到縮小中國油氣供需差距，降低中國的對外依存度的目的。

分散進口來源，動態(tài)調(diào)整進口量。根據(jù)對資源安全的分析，進口集中度的降低也有益于中國天然氣進口安全水平的提升。因此，可以分散中國天然氣進口來源。雖然目前中國天然氣的進口來源國已經(jīng)增加到30個左右，但中國的天然氣進口來源集中度依然很高，因此我們可以嘗試采取盡量從不同國家等份額進口天然氣的措施。同時，根據(jù)對各進口來源國的安全監(jiān)測及出口潛力的計算分析，靈活調(diào)整進口量，如可從俄羅斯進口相對較多的天然氣，對于穩(wěn)定性低且出口潛力小的國家可適當減少進口量。另外，要注意發(fā)現(xiàn)新的進口來源國，以此來降低中國天然氣的進口來源集中度。

監(jiān)測天然氣進口來源國穩(wěn)定性。根據(jù)對外部安全及整體安全水平的分析，國家風險對中國天然氣進口安全影響很大，因此，要重視中國天然氣進口來源國的穩(wěn)定性，不僅要重視其資源穩(wěn)定性、政治穩(wěn)定性，也要包括其經(jīng)濟穩(wěn)定性、軍事穩(wěn)定性等。可以建立完善的風險評估或者安全預測系統(tǒng)，對來源地進行實時監(jiān)測，及時收集信息并進行分析，以便于能夠及時采取相應措施。另外，不僅要監(jiān)測目前進口來源國，對于未來可能會成為中國天然氣進口來源國的國家也要將其納入監(jiān)測范圍。

聯(lián)合議價，提高定價話語權(quán)。根據(jù)對經(jīng)濟安全以及總體安全的分析，進口價格在未來會持續(xù)走高。尤其是相較于2020年，2021年天然氣價格突飛猛進，對中國天然氣進口安全造成惡劣影響，因此，可聯(lián)合中國周圍天然氣進口需求同樣高的國家地區(qū)，共同商議進價機制，采取獲得東亞定價權(quán)到亞洲定價權(quán)隨后增強在國際天然氣定價中的話語權(quán)的進程形式，保障中國天然氣進口價格的合理。

完善外交，促進運輸路線多元化。根據(jù)對運輸安全的分析，運輸距離與運輸量在未來可能會持續(xù)增加。由于中國天然氣需求量還會持續(xù)增加，[5]故只能通過中國天然氣產(chǎn)出來盡量減少運輸量。對于增加的運輸距離，可加強與運輸路線沿線國家地區(qū)的外交，完善運輸路線多選擇性，保障運輸安全。