基于熵權法的天然氣供需關系綜合評價

吳 明，富 鑫，劉廣鑫，2（.遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 300； 2.中國石油大學（華東）儲運與建筑工程學院，山東 青島 26607）

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基于熵權法的天然氣供需關系綜合評價

吳 明1，富 鑫1，劉廣鑫1，2
（1.遼寧石油化工大學 石油天然氣工程學院，遼寧 撫順 113001； 2.中國石油大學（華東）儲運與建筑工程學院，山東 青島 266071）

摘要：針對我國天然氣供需關系的研究對保障居民生活和工業生產，以及對我國天然氣的發展具有重要意義。運用了熵權法對2008-2012年國內天然氣供需關系進行了綜合評價。從物質、經濟、環境三方面對影響我國天然氣供需關系的指標進行了劃分；建立了以熵權法為基礎的天然氣供需關系綜合評價模型，以2008-2012年天然氣供需關系指標作為數據，分別計算了5年中天然氣供需關系綜合評價得分，并對其計算結果及其變化規律進行分析與討論。

關鍵詞：天然氣；綜合評價；熵權；供需關系；指標

天然氣是一種優質、高效、清潔的化石燃料，以其低碳環保、熱值高、價格便宜等特點在電力、化學工業、城市燃氣等諸多領域有很廣泛的應用［1］。隨著國民經濟的發展，我國天然氣消費量也隨之大增，據統計，2013年國內天然氣消費量為1.456×1011m3，同比增長 10.8%。其中，進口天然氣量為4.21×1010m3，天然氣對外依存度約為 28.9%［2］。在天然氣行業快速發展的同時，也暴露出不斷增長的天然氣需求量與目前我國天然氣開采運輸能力之間的矛盾。天然氣使用對外依賴度逐年增加威脅我國能源安全。此外，天然氣季節消費差異性突出且用氣峰谷波動大。天然氣供需矛盾日益顯現并呈惡化趨勢，緊張的供需關系逐步成為人們關注的焦點。因此，對我國天然氣供需關系的評價及其影響因素的研究，對于改善我國天然氣供需關系具有指導意義，對于民生的穩定和一次能源行業的發展具有重要意義。

綜合評價法是在確定研究對象評價指標體系的基礎上，運用一定方法對各指標在研究領域內的重要程度也就是它的權重值進行確定；根據所選擇的評價模型，利用綜合指數的計算形式，定量的對某現象進行綜合評價的方法［3］。綜合評價法包括專家分析法、主層次法、熵權法等，其中熵權法是一種根據各指標提供的信息量計算一個綜合指標的客觀的數學方法。熵原本是一個熱力學概念，最早由C.E.Shannon［4］引入信息理論，信息量越大，不確定性越小，熵越小。因此，應用熵可以度量評價指標體系中指標數所蘊含的信息量，并依次確定各指標的權重。目前，熵權理論已被廣泛應用于各類綜合評估。徐友寧等［5］運用熵權法計算了潼關金礦區礦渣型泥石流潛勢度信息熵的綜合評價值，并探討了熵權評價與主觀賦值評價的結果差異；張星等［6］運用熵權理論建立了多災情的農業氣象綜合評價，預測了農業氣象災害的規律；張鳳太等［7］基于熵權灰色關聯分析了重慶市 2003-2005年的城市生態安全，并證實了該方法與實際相吻合；尹鵬等［8］應用熵權法對房地產項目建筑質量做綜合評價，對各項目的建筑質量做出排序和評價。E.O.Fagbote等［9］基于熵權法對有瀝青沉積的農場地下水質指標進行分析，通過對水中含有的各種物質的數量賦予權值來判斷水質是否適于飲用。但是鮮有作者應用熵權法對天然氣的供需關系做綜合評價。天然氣供需關系綜合評價是一個多因素共同作用且各評價指標取值模糊多變的過程，本文擬應用熵權法建立了國內天然氣供需關系綜合評價模型，從物質、經濟和環境三個方面建立了熵權評價指標體系，量化了各指標對天然氣供需關系的影響，分析了2008-2012年關于物質、經濟和環境三方面對于天然氣供需關系的影響，找出了影響天然氣供需關系的主要影響因素和次要影響因素，以期對解決我國天然氣供需關系中存在的問題提供理論依據。

1　綜合評價法的構建

1.1評價指標的選擇

將評價天然氣供需關系的評價指標分為物質、經濟和環境三個方面，運用SPSS19.0，篩選影響國內天然氣供需關系的多個影響因素。計算各個因子的方差貢獻率和累計貢獻率，選取累計貢獻率大于85%或特征根值大于1的因子保留為公因子。然后采用方差最大旋轉法對公因子載荷矩陣實施正交旋轉，經過計算篩選最終得到所需的14個評價指標，分別為天然氣探明儲量、天然氣產量、天然氣進口量、人均生活用量、天然氣消費量、城市天然氣供氣總量、天然氣管道長度、對外依存度、固定資產投資與行業投資之比、行業投資、國內外天然氣價格差異、石油與天然氣開采中消耗的天然氣量及天然氣減少的二氧化碳排放量。

1.2綜合評價模型

由文中列出的 14個評價指標構成了一個指標體系來評價2008-2012年國內天然氣供需關系。設第j個評價對象的第i個指標的特征值為xij，則由14個指標構成的5個待比較評價對象指標體系可用矩陣表示為：X =（xij）14×5

為消除指標間不同單位的影響，計算各指標權重之前必須要先對每個指標進行對標準化處理。在指標體系中，各評價指標分為正向指標和逆向指標［10］。正向指標為“效益型”，即指標越大越好；逆向指標為“成本型”，即指標越小越好。為了消除指標間不同單位的影響，對于不同的指標要分別采取不同的公式進行標準化處理。

當第j項為正向指標時，

當第j項為逆向指標時，

式中：min xij— 第i項指標中的最小值；

max xij— 第i項指標中的最大值。

對各個指標進行標準化之后就可以計算信息熵。第i個指標的熵Hi定義為：

假定當fij= 0時，fijlnfij= 0，n為列向量數。

在指標熵值確定下來以后計算第i個指標的熵權：

根據計算得出的各個指標的標準化值和熵權值，可以計算出綜合評價值Gi：

2　實例應用

2.1基礎數據

依據以上確立的指標，選取國內天然氣2008-2012年的數據作為評價對象，如表1。其中數據來源于2008-2012年《BP Statistical Review of World Energy》［11］和2009-2013年《中國能源統計年鑒》［12］。

2.2實例計算

對以上數據根據公式（1）、（2）進行標準化，得到矩陣xij。 標準化之后根據公式（3）計算可得如下矩陣fij。根據公式（4）、（5）計算出各指標的熵，如表2。

最后根據公式（7）計算出2008-2012年的綜合評價值，如表3。

2.3結果分析

基于熵權法所建立的綜合評價模型，通過計算得出 2008-2012年國內天然氣供需關系綜合評價值。為了進一步分析物質、經濟和環境三方面對國內天然氣供需關系的影響，按照建立的模型分別計算三方面的綜合評價得分，如圖1、圖2、圖3和圖4所示。

表1　2008-2012年國內天然氣供需關系評價指標值Table 1　The value of natural gas supply and demand index from 2008 to2012 in China

表2　各指標的熵及熵權Table 2　Entropy and entropy weight of each index

表3　2008-2012年國內天然氣供需關系綜合評價值Table 3　Comprehensive evaluation value of domestic supply and demand of natural gas form 2008 to 2012

2.3.1物質因素對天然氣供需關系影響的分析

圖1　2008-2012年物質因素的綜合評價得分圖Fig.1 2008-2012 Comprehensive evaluation value of material factors

由圖1可以看出，在物質方面綜合評價得分與年份基本上呈線性關系，且綜合評價得分隨年份的增加而增加。2008年天然氣消費量為815×109m3，天然氣產量為803×109m3［11］，天然氣供需關系不平衡是其物質綜合評價得分最低的主要原因；2009-2012年國家擴大天然氣進口來源［10］，天然氣進口量不斷上升，緩解了國內天然氣供需壓力。此外，天然氣的開采、運輸等基礎設施建設發展迅速［13］，天然氣供應逐步穩定，因此，物質綜合評價得分快速升高，2012年物質得分0.71，國內天然氣供需較為寬松。但是，2008-2012年5年間我國天然氣對外依存度從1.2%上升至28.9%，天然氣對外依存度的大幅上升嚴重威脅了我國能源安全，為天然氣市場的穩定留下隱患。

2.3.2經濟因素對天然氣供需關系影響的分析

分析圖 2可知，經濟因素綜合評價得分在2008-2010年之間迅速上升，2008-2009年得分增幅為5年間最快，增加了約0.333。2010-2011年得分較為穩定，2011-2012年得分再次升高。年平均增幅約為12.9%，年平均得分約為0.585。其中2008年經濟綜合評價得分約為0.173，為5年中得分最低年，2012年得分約為0.818，為5年中得分最高年。

圖2　2008-2012年經濟因素的綜合評價得分圖Fig.2 2008-2012 Comprehensive evaluation value of economic factors

2008-2012年間，天然氣行業投資的逐年增加是經濟因素綜合評價得分逐年上升的主要原因。隨著天然氣在國內工業生產和居民生活中的廣泛應用，國家加了大天然氣行業的投資力度。［14］2009年的行業投資較2008年增加約116億元，為五年中行業投資增幅最大，因此，2008-2009年間經濟因素綜合評價得分增幅最快。2008-2012年5年間行業投資的年均增量約為100.5億元，這也是經濟因素綜合評價得分在物質、經濟和環境綜合評價得分中增幅最大的原因。

2.3.3環境因素對天然氣供需關系影響的分析

如圖3所示，環境綜合評價得分與年份呈“V”字型關系，2008-2010年綜合評價得分呈下降趨勢，在2010年達到最低值約為0.264；2010-2012年環境綜合評價得分整體呈上升趨勢，于2012年達到最大值約為0.606。

圖3　2008-2012年環境因素的綜合評價得分圖Fig.3 2008--2012 Comprehensive evaluation value of environmental factors

2.3.4綜合因素對天然氣供需關系的影響

如圖4所示，國內天然氣供需關系綜合評價得分同年份基本呈線性關系，并隨年份的增加而增加。年平均增幅約為6.1%，年平均得分約為0.49。2008年綜合得分約為 0.355，在五年中得分最低。2012年綜合得分約為0.66，為五年中得分最高的年份。

圖4　2008-2012年國內天然氣供需關系綜合評價得分圖Fig.4 2008-2012 Natural gas supply and demand comprehensive evaluation value

從整體看，綜合評價值呈上升趨勢，即從2008-2012年國內天然氣供需關系逐年穩定。近年來我國大力發展天然氣能源，天然氣產量持續增長；天然氣管網逐漸完善，天然氣供氣量增加；受到全球能源強勁投資的帶動，國際能源格局發生深刻變化，使得原本出口美洲、歐洲等地區的天然氣向亞太市場轉移［15］，國內天然氣進口量增長。以上因素使得天然氣供需關系逐步穩定，天然氣供需量寬松。然而受到國際油價的高位震動影響，國際天然氣價格波動幅度較大［11］，長遠來看對天然氣供需關系的穩定有一定影響。

3　結 論

（1）物質因素綜合評價得分與年份基本呈線性關系，并隨年份的增加而增加，2012年達到最大值，約為0.706。物質因素和國內天然氣供需關系綜合評價得分的年均漲幅和年均值相近，物質因素是影響國內天然氣供需關系的主要因素。

（2）經濟因素綜合評價得分在 2008-2010年間快速增長，2010-2011發展平穩，增幅較小，2011-2012年繼續增長，2012年達到最大值。經濟因素綜合評價得分的年均漲幅最大，約為12.9%，年平均分最高，約為0.585。2008年起行業投資的不斷加大，并且每年漲幅都很大，增加了天然氣市場的活力和供需關系的穩定性。

（3）環境因素綜合評價得分同年份呈“V”字型關系，2008-2010呈線性下降，2010年達到最小值0.264，2010-2012年呈線性增長。

（4）國內天然氣供需關系的綜合評價得分與年份基本呈線性關系，并隨年份的增加而增加。2008-2012年國內天然氣供需關系逐年穩定，供需從緊張發展至較為寬松。但是不斷增長的對外依存度和復雜的國際經濟環境對我國未來天然氣供需關系仍有影響。

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Evaluation of the Relationship Between Supply and Demand of Natural Gas Based on Entropy-right Method

WU Ming1，FU Xin1，LIU Guang-xin1，2
（1.College of Petroleum Engineering，Liaoning Shihua University，Liaoning Fushun 113001，China.；
2.College of Architecture Storage Engineering，China University of Petroleum，Shandong Qingdao 266071，China）

Abstract：Research on the relationship of natural gas supply and demand has the important meaning to residents living and industrial production and development of natural gas in China.In this paper，the entropy method was used to make comprehensive evaluation on the relationship of nature gas supply and demand.the influence indexes were divided from three aspects of material，economics and environment；Comprehensive assessment model of natural gas supply and demand relationship was established based on the entropy weight method with the data of natural gas supply and demand in 2008 to 2012 as relation indexes，comprehensive evaluation of the relationship between supply and demand each year scores of gas were calculated，and the calculating results and the variation were analyzed and discussed.

Key words：Natural gas；Comprehensive assessment；Entropy；Supply and demand relations；Index

中圖分類號：TE 624

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0092-04

基金項目：國家能源局東北監管局“東北地區石油天然氣需求分析及對策研究”項目（編號：201411146）。

收稿日期：2015-09-16

作者簡介：吳明（1961-），男，1997年畢業于東北大學，教授，博士，博士生導師，目前從事油氣儲運工程方向的研究工作。