基于熵权法的天然气供需关系综合评价.pdf
第4 5卷第 l期 2 0 1 6年 1月 当 代 化 工 C o n t em p o r a r y C h e mi c a l I n d u s t r y V o 1 .4 5 . N O . 1 J a n u a r y,2 0 1 6 基于熵权法的天然气供需关系综合评价 吴 明 ,富 1 . 辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院,辽宁 抚顺 1 1 3 0 0 1 鑫 ,刘广鑫 2 .中国石油大学 华东 储运与建筑工程学院,山东 青岛 2 6 6 0 7 1 摘 要 针对我国天然气供需关系的研究对保障居民生活和工业生产,以及对我国天然气的发展具有重 要意义。运用了熵权法对 2 0 0 8 2 0 1 2 年国内天然气供需关系进行了综合评价。从物质、 经济、 环境三方面对影 响我国天然气供需关系的指标进行了划分 ;建立 了以熵权法为基础 的天然气供需关系综合评价模型 ,以 2 0 0 8 2 0 1 2年天然气供需关系指标作为数据,分别计算了 5 年中天然气供需关系综合评价得分,并对其计算结 果及其变化规律进行分析与讨论。 关键词天然气 ; 综合评价 ; 熵权 ; 供需关系;指标 中图分类号 T E 6 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 6 O 1 0 0 9 2 0 4 Eva l ua t i o n o f t he Re l a t i o ns hi p Be t we e n S uppl y a n d De m a n d o f Na t u r a l Ga s Ba s e d o n En t r o p y - r i g h t M e t h o d WU M i n gL . FU Xi n L LI U Gu an g - xi n 1 . Co l l e g e o f P e t r o l e u m En g i n e e r i n g , Li a o n i n g S h i h u aUn i v e r s i t y , L i a o n i n g F u s h u n 1 1 3 0 01 , C h i n a . ; 2 . C o l l e g e o f A r c h i t e c t u r e S t o r a g e E n g i n e e r i n g , C h i n a Un i v e r s i t y o f P e t r o l e u m, S h a n d o n g Q i n g d a o 2 6 6 0 7 1 , C h i n a Ab s t r a c t Re s e a r c h o n t h e r e l a t i o n s h i p o f n a t u r a l g a s s u p p l y a n d d e ma n d h a s t h e i mp o a n t me a n i n g t o r e s i d e n t s l i v i n g a n d i n d u s t r i a l p r o d u c t i o n a n d d e v e l o p me n t o f n a mr a l g a s i n Ch i n a . I n t h i s p a p e r , the e n t r o p y me t h o d wa s u s e d t o ma k e c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n o n the r e l a t i o n s h i p o f n a t u r e g a s s u p p l y a n d d e ma n d .t h e i n fl u e n c e i n d e x e s we r e d i v i d e d f r o m t h r e e a s p e c t s o f ma t e r i a l , e c o n o mi c s and e n v i r o n me n t ; Co mp r e h e n s i v e a s s e s s me n t mo d e l o f n a t u r a l g a s s u p p l y an d d e man d r e l a t i o n s h i p wa s e s t a b l i s h e d b a s e d o n t h e e n t r o p y we i g h t me t h o d wi t h t h e d a t a o f n a t u r a l g a s s u p p l y a n d d e ma n d i n 2 0 0 8 t o 2 0 1 2 a s r e l a t i o n i n d e x e s , c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n o f the r e l a t i o n s h i p b e t we e n s u p p l y and d e ma n d e a c h y e a r s c o r e s o f g a s we r e c a l c ul a t e d , a n d the c a l c u l a t i n g r e s u l t s and the v a r i a t i o n we r e a n a l y z e d a n d d i s c u s s e d . Ke y wo r d s Na t u r a l g a s ; Co mp r e h e n s i v e a s s e s s me n t ; En t r o p y ; S u p p l y a n d d e ma n d r e l a t i o n s ; I n d e x 天然气是一种优质、高效、清洁的化石燃料, 以其低碳环保、热值高、 价格便宜等特点在电力、 化学工业、城市燃气等诸多领域有很广泛的应用 。 随着国民经济的发展,我国天然气消费量也随之大 增 ,据统计,2 0 1 3年国内天然气消费量为 1 .4 5 6 x 1 0“m ,同比增长 1 0 .8 %。其中,进口天然气量为 4 .2 1 x 1 0 m ,天然气对外依存度约为 2 8 . 9 % 。在 天然气行业快速发展的同时 ,也暴露出不断增长的 天然气需求量与目前我国天然气开采运输能力之间 的矛盾。天然气使用对外依赖度逐年增加威胁我国 能源安全 。此外 ,天然气季节消费差异性突出且用 气峰谷波动大。天然气供需矛盾日益显现并呈恶化 趋势,紧张的供需关系逐步成为人们关注的焦点。 因此,对我国天然气供需关系的评价及其影响因素 的研究,对于改善我国天然气供需关系具有指导意 义,对于民生的稳定和一次能源行业的发展具有重 要意 义 综合评价法是在确定研究对象评价指标体系的 基础上 ,运用一定方法对各指标在研究领域 内的重 要程度也就是它的权重值进行确定;根据所选择的 评价模型,利用综合指数的计算形式,定量的对某 现象进行综合评价的方法p 。综合评价法包括专家 分析法、主层次法、熵权法等,其中熵权法是一种 根据各指标提供的信息量计算一个综合指标的客观 的数学方法 。熵原本是一个 热力 学概念 ,最早 由 c .E . S h a n n o n [4 ] 1 人信息理论,信息量越大,不确定 性越小 ,熵越小。因此 ,应用熵可以度量评价指标 体系中指标数所蕴含的信息量,并依次确定各指标 的权重。目 前,熵权理论已被广泛应用于各类综合 评估。徐友宁等 】运用熵权法计算了潼关金矿区矿 渣型泥石流潜势度信息熵的综合评价值,并探讨了 熵权评价与主观赋值评价的结果差异;张星等L6 J 运 用熵权理论建立了多灾情的农业气象综合评价,预 测了农业气象灾害的规律;张凤太等【7 J 基于熵权灰 基金项 目项 目基金 国家能源局东北监管局 “ 东北地 区石油天然气需求分析及对策研究”项 目 编号2 0 1 4 1 1 1 4 6。 莩 暑 2吴 0 1明 5 - 9 6 1 , 男 , 1 9 9 7 年 毕 业 于 东 北 大 学 , 教 授 , 博 士 , 博 士 生 导 师 , 目 前 从 事 油 气 储 运 Z - 程 方 向 的 研 究 工 作 。 作 者 简 介 吴 明 1 一 , 男 , 1 年 毕 业 于 东 北 大 学 , 教 授 , 博 士 , 博 士 生 导 师 , 目 前 从 事 油 气 储 运程 万 向 的 研 冤 工 作 。 第 4 4卷第 1期 吴 明,等基于熵权法的天然气供需关系综合评价 9 3 色关联分析了重庆市 2 0 0 3 2 0 0 5年的城市生态安 全 ,并证实了该方法与实际相吻合 ;尹鹏等 J 应用 熵权法对房地产项 目 建筑质量做综合评价, 对各项 目的建筑质量做出排序和评价。E .O .F a g b o t e 等【9 J 基 于熵权法对有沥青沉积的农场地下水质指标进行分 析,通过对水中含有的各种物质的数量赋予权值来 判断水质是否适于饮用。但是鲜有作者应用熵权法 对天然气的供需关系做综合评价。天然气供需关系 综合评价是一个多因素共同作用且各评价指标取值 模糊多变的过程,本文拟应用熵权法建立了国内天 然气供需关系综合评价模型,从物质、经济和环境 三个方面建立了熵权评价指标体系,量化了各指标 对天然气供需关系的影响,分析了 2 0 0 8 2 0 1 2年关 于物质、经济和环境三方面对于天然气供需关系的 影响, 找出了影响天然气供需关系的主要影响因素 和次要影响因素,以期对解决我国天然气供需关系 中存在的问题提供理论依据。 l 综合评价法的构建 1 . 1 评价指标的选择 将评价天然气供需关系的评价指标分为物质、 经济和环境三个方面,运用 S P S S 1 9 .0 ,筛选影响国 内天然气供需关系的多个影响因素。计算各个因子 的方差贡献率和累计贡献率,选取累计贡献率大于 8 5 %或特征根值大于 1 的因子保留为公因子。然后 采用方差最大旋转法对公因子载荷矩阵实施正交旋 转,经过计算筛选最终得到所需的 1 4 个评价指标, 分别为天然气探明储量 、天然气产量 、天然气进 口 量、人均生活用量、天然气消费量、城市天然气供 气总量、天然气管道长度、对外依存度、固定资产 投资与行业投资之比、行业投资、国内外天然气价 格差异、石油与天然气开采中消耗的天然气量及天 然气减少的二氧化碳排放量。 1 . 2 综合评价模型 由文中列出的 l 4个评价指标构成了一个指标 体系来评价 2 0 0 8 2 0 1 2 年国内天然气供需关系。设 第 , 个评价对象的第 i 个指标的特征值为 , 则由 1 4 个指标构成的5 个待比较评价对象指标体系可用 矩阵表示为X f 1 4 x 5 为消除指标间不同单位的影响,计算各指标权 重之前必须要先对每个指标进行对标准化处理。在 指标体系中,各评价指标分为正向指标和逆向指标 ”明 。正向指标为 “ 效益型”,即指标越大越好 ;逆 向指标为 “ 成本型”,即指标越小越好。为了消除 指标间不同单位的影响, 对于不同的指标要分别采 取不同的公式进行标准化处理。 当第 , 项为正向指标时, 二 竺 1 ma xx 一mi 当第/ 项为逆向指标时, 竺 二 2 . __一 \ , ma xx 一mi nx 式中mi n 一 第 i 项指标中的最小值 ; ma y ,. x j 一 第 i 项指标中的最大值 。 对各个指标进行标准化之后就可以计算信息 熵。第 i 个指标的熵 凰定义为 厂 3 ∑ J1 4 In 一 ∑ 1 5 假定当 0 时, h 0 , 为列向量数。 在指标熵值确定下来以后计算第 i 个指标的熵 权 6 一 ∑ i l 根据计算得出的各个指标的标准化值和熵权 值,可以计算出综合评价值 G f G i -- Zw , X /j 7 2 实例应用 2 . 1 基础数据 依 据 以上确 立 的指 标 ,选取 国 内天 然气 2 0 0 8 2 0 1 2 年的数据作为评价对象, 如表 1 。 其中数据 来源于 2 0 0 8 2 0 1 2年 B P S t a ti s t ic a l R e v i e w o f Wo A d E n e r g y 1 11和2 0 0 9 2 0 1 3 年 中国能源统计年鉴 。 2 _ 2 实例计算 对以上数据根据公式 1 、 2 进行标准化, 得到矩阵 X 。 标准化之后根据公式 3 计算可得 如下矩阵 。根据公式 4 、 5 计算出各指标 的熵,如表 2 。 最后根据公式 7 计算出 2 0 0 8 2 0 1 2年的综 合评价值,如表 3 。 2 . 3 结果分析 基于熵权法所建立的综合评价模型,通过计算 得出 2 0 0 8 2 0 1 2年国内天然气供需关系综合评价 值。为了进一步分析物质、经济和环境三方面对国 内天然气供需关系的影响,按照建立的模型分别计 化 工 2 0 1 6年 1月 算三方面的综合评价得分, 如图 l 、 图2 、 图3 和图 4所示。 表 1 2 0 0 8 2 0 1 2年国内天然气供需关系评价指标值 T a b l e 1 Th e v a l u e o f n a t u r a l g a s s u p p l y a n d d e m a n d i n d e x f r o m 2 0 0 8 t o 2 0 1 2 i n Ch i n a 项 目 2 0 0 8 2 0 0 9 2 0 1 0 2 0 1 1 2 0 1 2 国内天然气探明储量/ 1 0 m 2 .4 6 2 . 8 0 2 . 9 0 3 . 1 0 3 . 1 0 天然气产量/ 1 m 8 O . 3 8 5 .3 9 4 . 8 1 0 2 . 7 1 0 7 . 2 天然气进 口量/ 1 0 X m 4 6 7 6 1 6 5 3 1 2 4 2 1 人均生活用量/ m 1 2 . 8 1 3 .3 1 7 . 0 1 9 . 7 2 1 .3 天然气消费量/ 1 m 8 1 .5 8 9 .5 1 0 6 .9 1 3 0 . 5 1 4 3 .8 城市天然气供气总量/ 1 o 9 X m 3 6 . 8 4 0 .5 4 8 . 8 6 7 . 9 7 9 . 5 天然气管道长度/ k m 2 4 0 7 3 2 8 5 9 5 3 2 8 0 1 3 6 1 1 6 4 9 0 0 5 对外依存度, % 1 .2 7 . 7 1 1 . 8 2 4 . 3 2 8 .9 固定资产投资珩 业投资 O . 2 7 7 0 . 4 5 5 0 .6 1 4 0 . 6 6 5 0 . 6 3 8 行业投资/ 1 0 元 2 6 7 5 2 7 9 1 2 9 2 8 3 0 2 2 3 0 7 7 国内外天然气价格差异 3 .6 5 2 .4 2 1 . 9 1 2 . 1 4 1 .9 5 I 中 1 0 4 .4 1 1 1 7 . 4 1 2 9 . 5 5 1 2 6 - 0 4 1 2 2 . 9 4 消耗的天然气量/ 1 0 Xm ~ ’ ⋯ ⋯ 天然气减少的 c 0 排放量/ 1 0 x k g 2 0 .3 1 2 2 . 3 1 2 6 . 6 5 3 2 . 5 3 3 5 .8 5 注国际天然气价格参考德国进 口天然气价格。 表 2 各指标的熵及熵权 Ta b l e 2 En t r o p y a n d e n t r o p y we i g h t o f e a c h i n d e x 表 3 2 0 0 8 2 0 1 2年国内天然气供需关系综合评价值 T a b l e 3 Co mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n v a l u e o f d o m e s ti c s u p p l y a nd de ma nd o f na t ur a l ga s f o r m 20 08 t o 201 2 2 .3 . 1 物质因素对天然气供需关系影响的分析 啦 Ⅱ 蝾 懈 函 年份 图 1 2 0 0 8 2 0 1 2年物质因素的综合评价得分图 Fi g . 1 2 0 0 8 2 0 1 2 Co mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n v a l ue o f m a t e r i a l f a c t o r s 由图 1 可以看出,在物质方面综合评价得分与 年份基本上呈线性关系,且综合评价得分随年份的 增加而增加。2 0 0 8 年天然气消费量为 8 1 5 X 1 0 m , 天然气产量为 8 0 3 1 0 m “ ,天然气供需关系不平 衡是其 物质综合评 价得分 最低 的主要 原 因 ; 2 0 0 9 2 0 1 2年国家扩大天然气进 口来源 ,天然气 进口量不断上升,缓解了国内天然气供需压力。此 外,天然气的开采、运输等基础设施建设发展迅速 ,天然气供应逐步稳定,因此,物质综合评价得 分快速升高, 2 0 1 2 年物质得分 0 .7 1 ,国内天然气供 需较为宽松。但是,2 0 0 8 2 0 1 2 年 5年间我国天然 气对外依存度从 1 .2 %上升至 2 8 .9 %, 天然气对外依 存度的大幅上升严重威胁了我国能源安全,为天然 气市场的稳定留下隐患。 2 .3 . 2 经济因素对天然气供需关系影响的分析 分析图 2可知 ,经济因素综合评价得分在 2 0 0 8 2 0 1 0年之间迅速上升 ,2 0 0 8 2 0 0 9年得分增 幅为5 年间最快, 增加了约 0 . 3 3 3 。2 0 1 0 2 0 1 1 年得 分较为稳定 ,2 0 1 1 2 0 1 2年得分再次升高。年平均 增幅约为 1 2 . 9 %, 年平均得分约为 0 .5 8 5 。 其中2 0 0 8 年经济综合评价得分约为 O . 1 7 3 , 为 5 年中得分最低 年, 2 0 1 2 年得分约为 0 .8 1 8 , 为 5 年中得分最高年。 正 然 年份 图2 2 0 0 8 2 0 1 2年经济因素的综合评价得分图 Fi g . 2 2 0 0 8 - 2 0 1 2 Co mp r e h e n s i v e e v a l u a tio n v a l u e o f e c o n o m i c f a c t o r s 2 0 0 8 2 0 1 2年间,天然气行业投资的逐年增加 是经济因素综合评价得分逐年上升的主要原因。随 着 天然气在 国内工业生产和居 民生活中的广泛应 用,国家加了大天然气行业的投资力度。 2 0 0 9 年 的行业投资较 2 0 0 8 年增加约 1 1 6 亿元, 为五年中行 业投资增幅最大,因此,2 0 0 8 2 0 0 9年间经济因素 综合评价得分增幅最陕。2 0 0 8 2 0 1 2年 5 年间行业 投资的年均增量约为 1 0 0 .5亿元,这也是经济因素 综合评价得分在物质、经济和环境综合评价得分中 增幅最大的原因。 2 . 3 _3 环境因素对天然气供需关系影响的分析 如图 3 所示, 环境综合评价得分与年份呈 “ V ” 字型关系, 2 0 0 8 2 0 1 0 年综合评价得分呈下降趋势, 在 2 0 1 0年达到最低值约为 O . 2 6 4 ;2 0 1 0 2 0 1 2年环 境综合评价得分整体呈上升趋势, 于2 0 1 2 年达到最 大值约为 0 . 6 0 6 。 第 4 4卷第 1期 吴 明,等基于熵权法的天然气供需关系综合评价 9 5 睫 Ⅱ 蝾 懈 函 躲 年 份 图3 2 0 0 8 2 0 1 2年环境因素的综合评价得分图 F i g . 3 2 0 0 8 - 一 2 0 1 2 Co mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n v a l u e o f e n v i r o n me n t a l f a c t o r s 2 .3 .4 综合因素对天然气供需关系的影响 如图4 所示,国内天然气供需关系综合评价得 分同年份基本呈线性关系,并随年份的增加而增加。 年平均增幅约为 6 . 1 %, 年平均得分约为 0 .4 9 。 2 0 0 8 年综合得分约为 0 .3 5 5 ,在五年中得分最低。2 0 1 2 年综合得分约为 0 .6 6 ,为五年中得分最高的年份。 图 4 2 0 0 8 2 0 1 2年国内天然气供需关系综合评价得分图 F i g .4 2 0 0 8 2 0 1 2 Na t u r a l g a s s u p p l y a n d d e ma n d c o mp r e h e n s i v e e v a l u a t i o n v a l u e 从整体看 ,综合评价值呈上升趋势 ,即从 2 0 0 8 - 2 0 1 2 年国内天然气供需关系逐年稳定。 近年来我 国大力发展天然气能源, 天然气产量持续增长;天然 气管网逐渐完善,天然气供气量增加; 受到全球能源 强劲投资的带动,国际能源格局发生深刻变化, 使得 原本出口 美洲、欧沙 H 等地区的天然气向亚太市场转移 [ 1 引 ,国内天然气进口 量增长。以上因素使得天然气供 需关系逐步稳定 ,天然气供需量宽松。然而受到国际 油价的高位震动影响,国际天然气价格波动幅度较大 Ⅱ ,长远来看对天然气供需关系的稳定有一定影响。 3 结 论 1 物质因素综合评价得分与年份基本呈线性 关系, 并随年份的增加而增加, 2 0 1 2 年达到最大值, 约为 0 .7 0 6 。 物质因素和国内天然气供需关系综合评 价得分的年均涨幅和年均值相近,物质因素是影响 国内天然气供需关系的主要因素。 2 经济因素综合评价得分在 2 0 0 8 2 0 1 0年 问快速增长,2 0 1 0 2 0 1 1发展平稳 ,增幅较小 , 2 0 1 1 - 2 0 1 2 年继续增长,2 0 1 2 年达到最大值。经济 因素综合评价得分的年均涨幅最大,约为 1 2 .9 %, 年平均分最高,约为 0 .5 8 5 。2 0 0 8年起行业投资的 不断加大, 并且每年涨幅都很大,增加了天然气市 场的活力和供需关系的稳定性。 3 环境因素综合评价得分同年份呈 “ V ”字 型关系,2 0 0 8 2 0 1 0 呈线性下降,2 0 1 0 年达到最小 值 0 .2 6 4 , 2 0 1 0 2 0 1 2 年呈线性增长。 4 国内天然气供需关系的综合评价得分与年 份 基本 呈 线性 关 系 ,并 随 年份 的增 加 而增加 。 2 0 0 8 2 0 1 2年国内天然气供需关系逐年稳定,供需 从紧张发展至较为宽松。但是不断增长的对外依存 度和复杂的国际经济环境对我国未来天然气供需关 系仍有影响。 参考文献 [ 1 ] 何春蕾,肖学兰_ 中国天然气行业政策研究进展及框架构建『 J 1 . 天然 气工业,2 0 1 2 , 3 2 0 6 8 5 9 2 . 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W a t e r o f B i t u me n De p o s i t I mp a c t e d F a r m S e t tl e me n t s Us i n g E n t r o p y We i g h t e d M e t h o d .1 n t . 【 J ] .E n v i r o n me n t al S c i e n c e T e c h n o l o g y , 2 0 1 4 . 4 7 1 1 1 2 7 1 3 8 . [ 1 1 ]B PS t a t i s t i c a l R e v i e w o f Wo r l dE n e r g y [ R ] , B P ,2 0 1 0 2 0 1 4 . . [ 1 2] 国家统计局能源统计司冲 国能源统计年鉴[ M ] .北京 中国统计 出版 社 . 2 0 0 9 2 0 1 3 . [ 1 3] 杨义肼 慧, 王梅. 我国城市燃气发展现状与展望 油气储运, 2 0 1 1 , 3 0 1 0 7 2 5 - 7 2 8 . [ 1 4]刘小丽. 中国天然气市场发展现状与特点【 J l_ 天然气工业,2 0 1 0 , 3 0 0 7 8 - 1 2 . [ 1 5 ]华贲. 中国低碳能源格局中的天然气口 ] . 天然气工业, 2 0 1 1 , 3 1 f01 1 1 - 9 . 畏圃