基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的中國(guó)天然氣需求量預(yù)測(cè)

時(shí)珊珊

摘 要 天然氣需求量受多方面因素影響，是一個(gè)典型的非線性問題，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在解決非線性問題方面將定性分析與定量分析結(jié)合起來(lái)，具有系統(tǒng)性的特點(diǎn)。將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于天然氣需求量預(yù)測(cè)。根據(jù)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值GDP和人口數(shù)量，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，并基于該模型對(duì)未來(lái)天然氣需求量做出預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)結(jié)果表明，2016-2020年內(nèi)，天然氣需求量將大幅增長(zhǎng)，2020年天然氣需求量將達(dá)到2820億立方米。

關(guān)鍵詞 天然氣需求量 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) GDP 人口

中圖分類號(hào)：F426 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)天然氣開發(fā)利用取得了長(zhǎng)足發(fā)展，市場(chǎng)進(jìn)入快速發(fā)展期。“西氣東輸”、“川氣東送”、“陜氣進(jìn)京”、“還起登陸”、“液化天然氣上岸”等一系列大型項(xiàng)目的順利實(shí)施，帶動(dòng)了我國(guó)天然氣工業(yè)的蓬勃發(fā)展，也加快了天然氣的消費(fèi)速度。加快天然氣利用，確立天然氣在我國(guó)能源系統(tǒng)中的戰(zhàn)略地位，對(duì)于保障我國(guó)能源供應(yīng)和能源安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、改善能源結(jié)構(gòu)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在世界能源低碳化的要求下，天然氣以其“潔凈、高效、方便儲(chǔ)運(yùn)”的特點(diǎn)成為最重要的清潔能源之一，其市場(chǎng)需求不斷擴(kuò)大，近幾年來(lái)，我國(guó)天然氣儲(chǔ)量與產(chǎn)量雙雙快速增長(zhǎng)，天然氣工業(yè)進(jìn)入快車道。與此同時(shí)，全球能源供應(yīng)日益緊張，包括天然氣在內(nèi)的能源供需矛盾日益突出。做好天然氣需求的預(yù)測(cè)，有利于整個(gè)宏觀面的供需調(diào)配，對(duì)加快我國(guó)天然氣利用的普及，能源規(guī)劃具有十分重大的意義。

目前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)天然氣需求量預(yù)測(cè)的方法做了很多研究。研究方法可以分為以下幾類：基于時(shí)間序列的預(yù)測(cè)方法，主要有指數(shù)平滑法、自回歸移動(dòng)平均模型和灰色預(yù)測(cè)等，林紅壘，蒲濤運(yùn)用灰色理論模型對(duì)世界天然氣需求量進(jìn)行預(yù)測(cè)；周子卜運(yùn)用灰色理論，對(duì)中國(guó)的天然氣需求情況開展了研究；毛文晉等改進(jìn)了GM（1，1）模型，開展了四川省天然氣需求預(yù)測(cè)研究；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測(cè)方法，羅東坤，徐平應(yīng)用附加動(dòng)量法改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)全國(guó)天然氣需求量做出預(yù)測(cè)；運(yùn)用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的預(yù)測(cè)方法，馮良等運(yùn)用計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)對(duì)上海市天然氣需求進(jìn)行了建模和分析；基于可拓理論和聚類分析，黃大富等運(yùn)用這個(gè)理論構(gòu)建可拓聚類模型，預(yù)測(cè)天然氣需求量；基于生長(zhǎng)曲線的預(yù)測(cè)，王雅菲等建立了天然氣中長(zhǎng)期需求預(yù)測(cè)的S型生長(zhǎng)曲線模型；基于多項(xiàng)式曲面分析理論的預(yù)測(cè)，李哲，張淑英首次利用多項(xiàng)式趨面分析理論，對(duì)未來(lái)天然氣消費(fèi)需求量進(jìn)行了具有一定可靠性的預(yù)測(cè)分析；基于組合預(yù)測(cè)的方法，李玉萍等綜合灰色預(yù)測(cè)模型和多項(xiàng)式趨面模型，并以二氧化碳排放量為低碳經(jīng)濟(jì)的一個(gè)指標(biāo)建立組合預(yù)測(cè)模型，對(duì)我國(guó)天然氣需求量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

天然氣需求是一個(gè)典型的非線性問題，而系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)便是定性分析和定量分析相結(jié)合，對(duì)于非線性，系統(tǒng)性問題的解決提供了一種有效方法。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)在預(yù)測(cè)方面也有較多應(yīng)用，韋凌云等將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于電力負(fù)荷的中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)；陳海濤運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法建立需求系統(tǒng)模型對(duì)我國(guó)石油需求量進(jìn)行了預(yù)測(cè)；唐旭等根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理構(gòu)建了中國(guó)石油產(chǎn)量預(yù)測(cè)的基本模型，對(duì)中國(guó)石油的剩余可采儲(chǔ)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)。根據(jù)我國(guó)GDP和人口發(fā)展情況，本文將系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)運(yùn)用于我國(guó)天然氣需求量的預(yù)測(cè)，為我國(guó)天然氣利用及規(guī)劃提出可行建議。

2天然氣需求預(yù)測(cè)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

2.1模型建立以及參數(shù)說(shuō)明

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（system dynamics，簡(jiǎn)稱SD）自 Forrester教授于1961年創(chuàng)立以來(lái)，被廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)、社會(huì)系統(tǒng)以及能源發(fā)展規(guī)劃等多個(gè)方面。其模型本質(zhì)上是帶時(shí)滯的一階微分方程組。這種方法在建模時(shí)借助于流圖，其中流位變量、流率變量、輔助變量都具有明確的物理（經(jīng)濟(jì)）意義，是一種面向?qū)嶋H的建模方法。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)可以解決高度非線性、高階次、多變量、多重反饋、復(fù)雜時(shí)變大系統(tǒng)問題，既可以在宏觀上把我事物發(fā)展的趨勢(shì)，又可以分析系統(tǒng)內(nèi)微觀因素的相互作用關(guān)系，可以應(yīng)用于天然氣需求預(yù)測(cè)。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的主要思想是基于給定的目標(biāo)，由多個(gè)相互依賴的因素有機(jī)組合二形成一個(gè)整體系統(tǒng)。系統(tǒng)由多個(gè)要素構(gòu)成，不同要素之間存在或多或少的聯(lián)系，系統(tǒng)內(nèi)的各要素之間并不是孤立存在的，而是相互聯(lián)系的，由于系統(tǒng)目標(biāo)和結(jié)構(gòu)的變化，系統(tǒng)處于不斷的動(dòng)態(tài)變化中，從而可以反映出預(yù)測(cè)對(duì)象在動(dòng)態(tài)變化中所具有的特性。

孫彥平指出，我國(guó)的天然氣需求量與GDP之間存在著密切的關(guān)系，短期內(nèi)，GDP的變化將引起天然氣需求量相同方向的變化，另外，上一期天然氣消費(fèi)量影響作用最大，彈性因子為0.89，反映出天然氣消費(fèi)具有顯著的長(zhǎng)周期和強(qiáng)慣性趨勢(shì)。根據(jù)以上分析，我們預(yù)測(cè)生產(chǎn)耗用天然氣時(shí)以GDP為基數(shù)，以GDP為基礎(chǔ)，估計(jì)第二產(chǎn)業(yè)以及第三產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)值，進(jìn)而估計(jì)第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)耗氣量。

能源消費(fèi)增長(zhǎng)與人口總量變化保持著正相關(guān)關(guān)系，張文璽指出GDP和人口對(duì)能源消費(fèi)總量為顯著正相關(guān)，且人口對(duì)能源消費(fèi)的影響超過(guò)GDP單位影響。

我們利用Vensim PLE軟件，以2005年為初始年，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。天然氣需求預(yù)測(cè)的系統(tǒng)流圖如圖1所示。

2.2模擬校準(zhǔn)

為了檢驗(yàn)所建立模型是否反映變量之間的動(dòng)態(tài)制約關(guān)系，將模擬結(jié)果與歷史數(shù)據(jù)對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相對(duì)誤差在5%以內(nèi)，屬于合理接受范圍，因此，可以認(rèn)為所建立的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能夠較好的擬合歷史發(fā)展情況，描述未來(lái)幾年天然氣需求量的變化趨勢(shì)，可以用來(lái)預(yù)測(cè)天然氣需求量。

2.3預(yù)測(cè)結(jié)果分析

中國(guó)天然氣需求量預(yù)測(cè)的結(jié)果如表1所示。未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)，天然氣需求量將會(huì)快速增長(zhǎng)，而且增長(zhǎng)率也逐漸加快。預(yù)計(jì)到2020年中國(guó)天然氣需求量將達(dá)到2819.6億立方米，比2016年增長(zhǎng)約37%。《十三五規(guī)劃》提出了2020年天然氣消費(fèi)比例達(dá)到10%的目標(biāo)，積極發(fā)展天然氣將是十三五時(shí)期的重點(diǎn)任務(wù)之一。根據(jù)分析，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能使擬合度達(dá)到99.61%，有文獻(xiàn)指出GM（1，1）灰色預(yù)測(cè)模型的擬合度為97.89%，二次多項(xiàng)式趨勢(shì)面預(yù)測(cè)模型的擬合度為96.22%，而他建立的組合模型的擬合度為99.96%，說(shuō)明相較于灰色模型系統(tǒng)和二次多項(xiàng)式趨勢(shì)面模型，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的解釋作用也比較強(qiáng)。

3結(jié)論和建議

本文采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)中國(guó)天然氣需求量進(jìn)行了仿真，從整體上研究GDP和人口對(duì)天然氣需求量的影響。預(yù)測(cè)了2016-2020年我國(guó)天然氣需求量數(shù)據(jù)，該結(jié)果對(duì)編制天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃有一定的參考價(jià)值。通過(guò)檢驗(yàn)，認(rèn)為模型較好的反應(yīng)了中國(guó)天然氣需求情況的發(fā)展。

基于預(yù)測(cè)結(jié)果提出以下幾點(diǎn)促進(jìn)天然氣需求增長(zhǎng)的策略：

（1）加強(qiáng)國(guó)內(nèi)天然氣資源的開發(fā)利用。我國(guó)天然氣資源主要集中在西部，必須加快輸送儲(chǔ)氣庫(kù)等配套設(shè)施的建設(shè)，建立天然氣運(yùn)輸及儲(chǔ)備系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)天然氣供需平衡。加大勘探開發(fā)投入，提升勘探開發(fā)技術(shù)，保障天然氣的充足供應(yīng)是今后國(guó)內(nèi)天然氣生產(chǎn)企業(yè)的工作重點(diǎn)。

（2）加快引進(jìn)、利用國(guó)際天然氣資源，積極與周邊國(guó)家合作發(fā)展天然氣產(chǎn)業(yè)。開拓海外市場(chǎng)，在穩(wěn)定同已有油氣貿(mào)易國(guó)家往來(lái)的同時(shí)，必須尋找新的市場(chǎng)。引進(jìn)天然氣資源的主要方式有：從東部沿海地區(qū)進(jìn)口液化天然氣（LNG）；新疆和東北地區(qū)進(jìn)口俄羅斯和中亞地區(qū)的天然氣。

（3）加快改善天然氣利用技術(shù)，有效利用天然氣資源。依照國(guó)情，自主創(chuàng)新，創(chuàng)立中國(guó)自己的城市終端用能模式和DES/CCHP系統(tǒng)。把建設(shè)DES/CCHP系統(tǒng)與推進(jìn)城鎮(zhèn)化和發(fā)展智能電網(wǎng)結(jié)合起來(lái)，綜合發(fā)展。

（4）利用價(jià)格杠桿，促進(jìn)高效節(jié)約用氣。利用價(jià)格杠桿，以天然氣價(jià)格的市場(chǎng)化為目標(biāo)，加快天然氣價(jià)格機(jī)制的改革。促進(jìn)天然氣價(jià)格由目前的政府定價(jià)逐步轉(zhuǎn)向市場(chǎng)定價(jià)政府監(jiān)督相結(jié)合的過(guò)渡定價(jià)機(jī)制。

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