全球管道天然氣貿易節點重要性評價

邢文婷 賀向宇 袁 琳重慶工商大學管理科學與工程學院重慶 400067 四川大學商學院成都 60065

引 言

受清潔發展機制（CDM）、 《巴黎協定》以及替代能源競爭等影響，天然氣作為一種相對高清潔環保的能源，正逐漸取代石油成為21世紀消費增速最快的能源，預計2022年全球天然氣消費總量將超過4×1012m3［1］。在中國明確提出 “碳達峰、碳中和”目標的背景下，天然氣作為我國能源改革中間樞紐，肩負著我國從高碳化石能源結構向可再生能源結構轉變的重要使命。因此，我國天然氣需求在短期內仍將保持穩步增長，預計2035年我國天然氣需求量為 6×1011∶6.5×1011m3［2］。 受限于國內資源稟賦，我國天然氣消費主要依賴于進口，對外依存度高。因全球天然氣資源分布不均及供需雙方的時空差異，天然氣資源需在全球范圍內流動，形成了全球天然氣貿易復雜網絡［3］。由于全球天然氣儲存、生產及消費區域分布極度不均衡，各國需求增長將導致全球天然氣貿易網絡愈加復雜，貿易活動的增加將提升天然氣進口風險［4］。復雜網絡本質上的非同質拓撲結構，決定了網絡中各個節點的重要程度是不同的，少數擁有大量連接度的重要節點對網絡的整體性能起著關鍵作用［5］。天然氣貿易網絡中重要節點國家的變化對于整個貿易網絡具有巨大的影響，將會改變貿易量或流動方向，甚至會導致天然氣貿易網絡運作癱瘓［6］。因此，厘清天然氣貿易節點國家重要性變化，將有助于我國解決天然氣進口源頭單一、高依賴等問題，保障我國天然氣進口安全。

復雜網絡理論被廣泛應用于天然氣貿易網絡的結構特征和節點連接等方面的研究。主要集中在以下3個方面：從節點層面，相關文獻依據節點度值和介數中心性等指標，分析了節點國家在天然氣貿易網絡中的地位和作用。劉勁松等［7，8］利用節點度值、中心性和異質性等指標，分析了全球和區域天然氣貿易網絡中的主要貿易節點國家，得出我國憑借進口規模的擴大，在網絡中的影響力正逐漸上升的結論。從整體層面，相關文獻運用網絡密度、最短路徑和聚類系數等指標，探討了全球或區域天然氣貿易的網絡拓撲結構和貿易集群現象。全球天然氣貿易網絡呈現 “馬太效應”，局部表現出聚集性；網絡密度總體較低，液化天然氣貿易網絡的連接更為緊密［9，10］。此外，也有學者運用復雜網絡理論對 “一帶一路”等經濟區域的天然氣貿易網絡進行分析。“一帶一路”天然氣貿易網絡具有 “區域小世界”特征，區域內貿易緊密度呈波動上升趨勢［11］。 “絲綢之路經濟帶”天然氣貿易網絡緊密度不斷增加，但網絡密度還較低；核心-邊緣結構不穩固，不斷發生重組和變更［12］。最后，學者們對全球天然氣貿易網絡優化、網絡競爭格局和網絡連接鏈路模擬等進行了研究和分析［13-15］。

復雜網絡中節點重要性是指節點的影響力、地位或者其他因素的綜合。從網絡拓撲結構選取評價指標是研究這類問題常用的方法之一，常用的評價指標大多都針對某種具體問題提出，從某個角度探討節點的重要性，都有自身的優缺點［16］。如節點度值越大表明與之相連的節點越多，體現節點在網絡中的直接影響力，但具有相同度值的節點，在網絡中的重要性不一定相同；介數中心性刻畫出節點或連邊對網絡中能量流的控制能力，該指標按照最短路徑定義，然而在實際網絡中，能量流不一定沿著最短路徑流動，而是根據實際需求進行路徑選擇［17］。天然氣貿易網絡復雜且多變，節點國家重要性與網絡的整體結構和網絡自身功能相關，僅用單一指標很難準確判斷出節點國家重要性。因此，本文將從靜態復雜網絡結構特征和動態網絡功能維度選取多個評價指標，構建健全的評價體系，對全球管道天然氣貿易網絡的節點國家重點性進行全面綜合的評價，避免單一指標評價的不足。

目前，關于天然氣貿易網絡節點重點性的評價的問題，定量方面的研究文獻較少，因此參考了較多的其它相似研究指標評價方面的文獻。常用的評價方法主要有層次分析法、模糊綜合評價法、兩階段數據包絡分析（DEA）法、神經網絡模型、模糊聚類、多目標優化模型［18-20］。然而，模糊綜合評價法和層次分析法在權重確定的問題上存在人為任意性［21，22］。神經網絡模型需要相當大的樣本數據，易陷入局部極小點，且網絡結構還需要確定［23，24］。模糊聚類在描述分類指標空間與類型空間之間的非線性關系上具有一定的困難［22］。基于此，本文構建了動態綜合評價模型，采用客觀賦權評價法中的 “熵值法”，利用熵值計算各指標的權重；引入 “TOWA算子”二次集結［25-27］，得到各個節點國家在整個時間段的重要性綜合評價值。

綜上，目前現有文獻已對全球或區域天然氣貿易網絡的結構特征、格局及集聚性等方面進行了相關的研究，為本文研究提供了很好的借鑒。然而，基于長時間序列采用復雜網絡理論對天然氣貿易網絡節點國家重要性評價的研究較少。本文在現有文獻的基礎上，構建有向加權的全球管道天然氣貿易復雜網絡，從靜態復雜網絡結構特征角度和動態網絡功能維度選取多個重要性評價指標，形成節點國家重要性指標體系，運用 “熵值法”和 “時序加權平均算子（TOWA）法”建立節點國家重要性動態綜合評價模型，并進行相應的實證分析。在此基礎上，結合我國管道天然氣進口源頭及路徑分析，為鞏固我國管道天然氣進口安全提出建議。

1 研究方法和數據來源

1.1 構建全球管道天然氣貿易復雜網絡

復雜網絡包含多個節點和多條節點間連邊，節點間根據一定的規則連接，連接規則的不同，會形成不同的網絡。本文將管道天然氣貿易國家作為節點、貿易關系作為邊、貿易流向作為方向、貿易量作為權重，構建有向加權的全球管道天然氣貿易復雜網絡模型。記集合G＝（U，E）表示某年的有向加權的全球管道天然氣貿易復雜網絡。其中，U表示網絡中的節點集合，表示網絡中的節點總數，即當年參與管道天然氣貿易的國家總數；E表示網絡中的邊集合，即當年國家間貿易關系的集合。記F＝｛fic｝表示當年網絡中節點國家間的管道天然氣貿易聯系，權重fic表示當年從節點國家i到節點國家c之間的管道天然氣貿易量，且i，c＝1，2，…，n。 全球管道天然氣貿易關聯矩陣可以表示為：

1.2 節點國家重要性指標體系

本文從靜態復雜網絡結構特征角度，選取度中心性、聚類系數、介數中心性和接近中心性等節點國家重要性評價指標［7，16，17］；本文從動態網絡功能維度，以節點國家管道天然氣貿易流動占比為指標，利用節點國家進出口貿易量的大小來評價節點國家重要程度。

1.2.1 度中心性

節點國家的度值大小，表示與之有直接貿易關系往來的國家多少。度值越大，表明與之有貿易往來的國家越多，節點國家貿易關系越復雜，節點國家重要性程度越大；反之，則越小。對于一個包含n個節點國家的網絡，節點國家最大可能的度值為n-1，便于比較進行歸一化處理，得到節點國家度中心性指標：

其中，DCi表示節點國家i的度中心性；ki表示節點國家i的度值；n表示節點國家總數。

1.2.2 聚類系數

聚類系數的大小，表示一個節點國家與相鄰節點國家發生貿易往來的可能性大小，衡量節點間聯系強度與網絡緊密程度的指標。節點國家與鄰近節點國家之間聯系越多、聯系強度越大，則聚類系數越大；反之，則越小。節點國家i的聚類系數Ci的計算公式如下：

其中，Ci表示節點國家i的聚類系數；ei表示節點國家i與鄰居節點國家間的連邊數；ki表示節點國家i的度值。

1.2.3 介數中心性

介數中心性大小，反映節點對網絡流動的控制能力，即作為 “橋”（節點之間連通的線）的程度。介數中心性可衡量節點國家對天然氣資源的控制能力。介數中心性越大，節點國家在網絡中的控制力越強，重要性越大；反之，則越小。節點國家i的介數中心性BCi的計算公式如下：

其中，BCi是節點國家i的介數中心性；gcr（i）表示從節點國家c到節點國家r會經過節點國家i的最短路徑條數；gcr表示從節點國家c到節點國家r的所有最短路徑條數。

1.2.4 接近中心性

接近中心性表示節點到復雜網絡中其他所有節點的距離平均值的倒數。接近中心性的大小，衡量節點國家距離貿易網絡中心位置的遠近，一定程度體現貿易發生的可能性大小。接近中心性越大，節點國家越靠近網絡中心；反之，則越遠離。節點國家i的接近中心性CCi的計算公式如下：

其中，CCi表示節點國家i的接近中心性；dic表示節點國家i到節點國家c的距離；n表示節點國家總數。

1.2.5 出口、進口流動占比

全球管道天然氣貿易復雜網絡的功能體現在天然氣資源的流動。節點國家每年出口、進口量占該年份所有國家出口、進口總量的大小，反映節點國家在該年份的天然氣資源流動過程中的貢獻大小。所占份額越大，重要性程度越高；反之，則越低。

1.3 節點重要性的動態綜合評價模型

本文結合“熵值法”和“時序加權平均（TOWA）算子法”構建節點國家重要性動態綜合評價模型，基于長時間序列數據實現節點國家重要性動態綜合評價。采用 “熵值法”確定各個重要性指標在不同時刻的權重系數，運用線性加權綜合模型進行第一次加權集結；利用 “時序加權平均算子法”進行第二次加權集結，突出時間影響，確定各個節點國家在整個時間段的重要性綜合評價值。

1.3.1 指標無量綱化

由于評價指標量綱不同，本文采用極值法對指標數據進行無量綱化處理。

1.3.2 第一、二次加權集結

采用熵值法得到ts時刻指標xj的權重系數Vj（ts），運用線性加權綜合模型求出節點國家i在ts時刻的綜合評價值yi（ts）。其中，t1～t7表示2013～2019年7個不同時刻：

評價對象、評價指標和時間共同構成三維立體數據，引入TOWA算子對第一次加權集結得到的綜合評價數值yi（ts）進行 “時間維度”的第二次加權集結，即：

其中，hi為節點國家i的重要性綜合評價值，W＝（w1，w2，…，w7）T是時間權向量，bis是ts時刻所對應的TOWA算子對中的yi（ts）。

1.3.3 時間權向量的確定

由上述計算式（3）可知，科學地確定時間權向量W＝（w1，w2，…，wp）T將是節點國家重要性評價的關鍵。時間權向量W體現對不同時刻的重視程度，在求解之前，先提出時間權向量的 “熵”I和 “時間度”λ的定義式：

時間權向量的 “熵”反映在數據集結過程中權重包含信息的程度，熵值越大，所包含的信息量越小。 “時間度”λ體現了數據集結過程中對時序的重視程度，λ在［0，1］中取值，取值越小，越重視近期數據；反之，則越注重遠期數據［27］。

采用數學規劃模型求解時間權向量W＝（w1，w2，…，wp）T：

1.4 研究對象和數據來源

本文以全球管道天然氣進出口國家為研究對象，數據來源于 《BP世界能源統計年鑒》。選取有關全球管道天然氣進出口國家的貿易實際數據，評價2013～2019年全球管道天然氣貿易復雜網絡中節點國家的重要性程度。為了簡化計算，本文未考慮規模小于（0.05×109m3）的貿易主體國家。

2 實證結果分析

本文采用 “極值法”對指標數據進行無量綱化處理，利用 “熵值法”計算2013～2019年全球管道天然氣出口、進口節點國家重要性評價指標的權重系數，分別如表1和表2所示；利用線性加權綜合模型進行第一次加權集合，得到2013～2019年各個出口、進口節點國家的綜合評價值，分別如表3、表4所示。本文選取λ為0.25［27］，可得到時間加權向量為W＝（0.02793，0.04291，0.06593，0.1013，0.1556，0.2391，0.3672）T；（4）利用TOWA算子對綜合評價值進行第二次加權集合，最終得到節點國家的重要性綜合評價值，見表5和表6。

表1 2013～2019年全球管道天然氣出口節點國家重要性評價指標的熵權重 單位：%

表2 2013～2019年全球管道天然氣進口節點國家重要性評價指標的熵權重 單位：%

表5 2013～2019年出口節點國家重要性動態綜合評價結果

表6 2013～2019年進口節點國家重要性動態綜合評價結果

關于2013～2019年全球管道天然氣貿易復雜網絡中出口節點國家重要性評價，從表1、表3、表5可以看出：（1）俄羅斯憑借豐富的天然氣儲量及地理位置與歐洲多國、部分中東國家、部分亞洲國家，建立了長期的管道天然氣貿易關系。因此，俄羅斯常年占據網絡核心位置，對全球管道天然氣貿易復雜網絡有絕對的流量控制能力；（2）荷蘭、美國和英國在全球管道天然氣貿易復雜網絡中承擔貿易流動樞紐作用。這些國家進口大量管道天然氣，將超過本國需求部分出口給鄰居節點國家，獲取中轉貿易利潤，推動管道天然氣貿易流動。受制于運輸條件和成本，中轉范圍一般保持在地理位置較近的節點國家，不會出現大范圍中轉情況；（3）哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦和挪威的天然氣產量豐富，出口對象國家都較為穩定，位于全球管道天然氣貿易復雜網絡中心附近；（4）阿爾及利亞、土庫曼斯坦和加拿大管道天然氣出口關系較固定，出口量較大，重要性動態綜合評價結果相對較低；（5）伊朗、阿塞拜疆、緬甸和印度尼西亞等國家的天然氣出口量較少、出口關系較單一，排名靠后。

關于在2013～2019年全球管道天然氣貿易復雜網絡中的進口節點國家重要評價，由表2、表4、表6可知： （1）俄羅斯、哈薩克斯坦和伊朗雖進口量不多，但它們在進口網絡中具有樞紐作用、鄰居節點國家影響力較大或位于貿易網絡中心，因而綜合排名較高；（2）荷蘭、美國和英國雖進口量較多，但進口的大部分被用于二次貿易，讓天然氣流動到周圍鄰居節點國家，在貿易網絡中作為樞紐節點，貿易往來關系較為復雜；（3）德國、法國、比利時、墨西哥、意大利和中國進口目的是為了解決國家自身天然氣需求問題，在進口端占據絕對地位。此外，通過管道進口天然氣的國家數量有所下降。

相較于亞太、中東等地區，歐洲、美洲等地區的天然氣資源更加豐富，區域間管道天然氣貿易往來密切且復雜，存在多個中轉樞紐國家，市場化程度更高，貿易流轉頻率更加快速，天然氣價格由市場決定。中東、亞洲等地區基本沒有小區域范圍內的管道天然氣貿易，管道天然氣貿易基本是被迫進行，天然氣價格無法由市場決定，多數由出口節點國家決定。非洲地區雖然天然氣市場化不高，但是地理位置優越，天然氣儲備資源豐富。全球管道天然氣貿易流向，大范圍是從歐洲、美洲地區向亞洲、中東地區流動，貿易往來關系較為單一，貿易關系較穩定，貿易量有所下降。小范圍則是歐洲、美洲內部國家間的流動，貿易往來關系復雜，貿易關系變化較大，貿易量變化不大。

3 中國管道天然氣進口分析

由全球管道天然氣貿易復雜網絡分析及2013～2019年節點國家重要性動態綜合評價結果可知，俄羅斯和中亞三國在全球管道天然氣貿易復雜網絡中占據重要地位，對管道天然氣貿易流動有絕對控制力，豐富的天然氣儲備資源，能夠滿足我國對管道天然氣的需求；緬甸雖然在全球管道天然氣貿易網絡中重要性地位不強，但我國仍有必要長期與緬甸保持管道天然氣進出口關系，原因在于：緬甸天然氣儲備豐富、地理位置優越；另外，與緬甸保持天然氣進出口關系可以降低我國西南地區天然氣進口對馬六甲海峽的過度依賴。我國2013～2019年管道天然氣進口總量的76.74%源于土庫曼斯坦，其余部分則來源于哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦及緬甸。由此可見，我國管道天然氣進口過度依賴土庫曼斯坦。隨著中俄管道的正常運作，從不同國家進口管道天然氣的比例應該會有所調整，有助于鞏固我國管道天然氣供應安全。此外，由于中俄管道的開通，我國增加了與中亞三國及緬甸的談判資本，可考慮進行雙邊或多邊談判，構建合理的管道天然氣進口定價機制。

目前，中國管道天然氣進口路徑包括中亞、中緬及中俄天然氣管道。中亞天然氣管道A、B、C、D線的構建，將我國和土庫曼斯坦、哈薩克斯坦及烏茲別克斯坦聯系起來，完善了中國西北方向管道天然氣進口通道。中亞天然氣管道可繼續向南建設，與阿塞拜疆和里海地區相連接。中緬天然氣管道的啟用，標志著中國西南方向管道天然氣進口通道的完善，緩解了中國對馬六甲海峽的依賴，降低了我國海上進口天然氣的風險。利用中緬天然氣管道，可繼續開拓 “巴西-印度尼西亞-伊朗”及中巴經濟走廊的管道天然氣貿易，也可以考慮從中東、非洲地區進口天然氣，走中緬管道進入中國。中俄天然氣管道的修建，打通了中國東北方向管道天然氣進口路徑，進一步完善了中國管道天然氣進口路徑多元化。

4 結論與建議

4.1 結論

（1）從出口節點國家來看，俄羅斯豐富的天然氣儲備、較為完善的基礎設施建設和長期穩固的天然氣貿易來往關系，在貿易網絡中占據絕對的核心地位。哈薩克斯坦、挪威和烏茲別克斯坦的天然氣資源豐富，出口關系較固定，位于貿易網絡中心且鄰居節點國家的作用較強，重要性動態綜合評價結果相對較高。荷蘭、美國和英國作為樞紐節點國家，雖然自身天然氣儲備不強，但通過進口大量天然氣，滿足自身能源需求之后，進行天然氣出口貿易，推動管道天然氣貿易流轉，重要性動態綜合評價結果相對略低。阿爾及利亞、土庫曼斯坦和加拿大出口貿易往來單一且固定，出口量較大，重要性動態綜合評價結果相對較低。阿塞拜疆、伊朗、緬甸和印度尼西亞出口關系較少，出口量較少，排名靠后。

（2）從進口節點國家來看，俄羅斯、哈薩克斯坦及伊朗雖然進口量不大，但是因網絡中的作用、鄰居節點影響力較大或位于網絡中心位置，而重要性動態綜合評價相對較高。荷蘭、美國及英國進口量大，重要性動態綜合評價相對較高，大部分進口是為了進行天然氣二次貿易，作為中轉節點推動管道天然氣流轉。德國、法國、意大利、比利時、墨西哥及中國在進口中占據較大比例，目的較為單純，主要是為了滿足能源需求，在管道天然氣進口端占據重要地位。

（3）管道天然氣貿易區域化情況：大范圍是中歐、美洲地區向亞洲、中東地區流動，貿易往來關系較為穩定，隨著液化天然氣運輸方式的發展，貿易量有所下降；小范圍則是歐洲、美洲內部國家之間，貿易往來關系復雜，貿易雙方變化頻繁，但是貿易量變化不大。

（4）由2013～2019年進口節點國家重要性動態綜合評價結果可知，我國在管道天然氣進口端占據重要地位，即我國天然氣對外依存度較高。我國已基本實現管道天然氣進口多元化。

4.2 建議

對于我國而言，在 “碳達峰、碳中和”目標下天然氣發展空間可能被壓縮，但短期內天然氣仍不可或缺。由于我國液化天然氣進口源和進口路徑較為單一，且嚴重依賴馬六甲海峽。為了保障我國天然氣供給及運輸安全，我國應積極完善管道天然氣進口多元化格局。基于研究結論，本文提出建議如下：

（1）我國可以加強和中亞三國、俄羅斯及緬甸的管道天然氣貿易往來，盡可能擴大哈薩克斯坦、烏茲別克斯坦和俄羅斯的管道天然氣進口量；利用中緬管道，向南擴展到印度尼西亞和伊朗等國；利用中亞管道，向西延伸到阿塞拜疆和里海地區。同時我國應該把握 “一帶一路”發展契機，加強與沿線國家（地區）的天然氣貿易合作；不斷提升合作水平、創新合作模式，優化我國管道天然氣進口多元化，保障我國管道天然氣進口安全。

（2）我國可以積極開辟北極航道、參與北極區域的天然氣項目，打通從美洲、歐洲獲取天然氣資源的最優路徑。為了長期、持續地獲取國際天然氣資源，應繼續完善西北、東北及西南方向的管道天然氣進口通道建設，積極尋找新的進口源頭和路徑，避免對單一進口源的過分依賴。