甄 仟,郭曉茜,閆 強
(1.中國地質大學(北京)地球科學與資源學院,北京 100083;2.中國地質科學院礦產資源研究所,北京 100037;3.中國地質科學院全球礦產資源戰(zhàn)略研究中心,北京 100037)
天然氣作為一種優(yōu)質的清潔能源,對優(yōu)化能源消費結構發(fā)揮著關鍵作用。與發(fā)達國家相比,中國能源消費中的天然氣比重明顯偏低,進一步提高天然氣比重已成為國家能源發(fā)展的重要目標,因此,深入剖析天然氣消費影響因素具有重要現(xiàn)實意義。本文通過因素分解方法分別對經濟產出行業(yè)(工業(yè)、交通業(yè)、商業(yè)及其他行業(yè))和非經濟產出行業(yè)(生活部門)的天然氣消費因素進行分解分析。研究表明,隨著我國天然氣的開采與消費開始大幅度的增加,煤和石油的消耗所占比例下降,天然氣在能源消費結構中所占份額逐步擴大,成為能源消費結構中的重要角色。經濟的迅速發(fā)展促進了天然氣的消費,同時能源消費強度逐年降低,說明產生單位的國內生產總值耗費的能源越來越少,從而會影響天然氣消費量的增長。本文通過化石能源替代效應、能源結構、經濟產出效應和能源消費強度效應以及總體效益(四個效應總和)對經濟產出行業(yè)進行分解分析。同樣,生活部門的天然氣的消費不容忽視,居民生活對天然氣的需求和天然氣管道基礎設施的建設大大促進了生活部門的消費。本文從居民生活天然氣消費需求效應、天然氣管道基礎設施建設效應以及天然氣管道服務效應三個方面進行分解分析。
天然氣消費;因素分解分析;行業(yè)視角
隨著我國經濟的迅速地發(fā)展與能源消費量的快速增加,能源安全與環(huán)境問題日益凸顯,同時,國際碳減排壓力巨大,我國有必要進一步發(fā)展以天然氣、可再生能源等為代表的清潔能源。我國天然氣工業(yè)取得了跨越式的發(fā)展[1],2000年我國天然氣消費總量為245.03億m3,到2015年天然氣消費總量達到了1 931.75億m3,消費總量增加了近7倍。與煤炭和石油相比,天然氣在一次能源中的比重越來越大。2000~2015年,煤炭的比重由68.5%降至64%,石油的比重由22%降至18.1%,而天然氣在一次能源中的比重由2.2%增至5.9%[2],預計到2020年天然氣在一次能源消費中的比重將提高到10%以上。從消費結構來看,天燃氣消費主要集中于工業(yè)、交通和生活這三個部門,2015年消費占比達95%,工業(yè)部門消費比重達到64%,交通業(yè)消費比重達到12.3%,生活部門消費比重達到18.6%。
為了推廣天然氣的普遍使用,減少碳物質的排放,充分分解分析影響天然氣消費的潛在因素是必不可少的。Wang等運用協(xié)整檢驗和誤差修正模型估計中國居民、工業(yè)和商業(yè)部門的天然氣長期需求,研究表明居民收入、用氣人口比例、天然氣價格、替代能源價格和氣溫是影響中國天然氣消費的主要因素[3-4];此外,對于經濟產出行業(yè),經濟的產出、能源強度的變化等也能影響天然氣的消費。天然氣作為能源中的重要部分,化石能源間有一定的替代作用,因此化石能源替代和能源結構變化也作為影響天然氣消費的因素。對于居民生活消費天然氣來講,它不產生經濟,但天然氣消費中占比很大,并且消費比例逐年增高。所以分析生活天然氣的消費主要從城市化的發(fā)展、天然氣管道基礎設施等因素來考慮[1]。
在過去的幾十年里,因素分解技術在能源研究中應用十分廣泛,其研究對象主要是能源消費,能源消費強度和碳排放[5-13],對單個能源礦種[14-16]尤其是對天然氣消費的因素分解相對較少[17]。在本文中我們采用了LMDI分解法。LMDI法的核心思想是將總增量分解為若干個相關的影響因子,量化分析不同因子對總增量的影響程度[1]。它是一種完全分解方法,分解結果無殘差,因此得到學者們的廣泛認可和接受,并更多地被應用于能源消費碳排放、煤炭消費、石油消費、電力消費等影響因素的分解[17-28]。LMDI分解法當然也適用于天然氣消費量影響因素的分解,重要的是對于不同的研究對象,要結合自身的行業(yè)特點、消費特征等情況,分解出科學合理的影響因子。對于經濟產出行業(yè),從化石能源替代效應(反映煤炭等化石能源對天然氣消費的替代效應)、經濟產出效益、能源結構效應(化石能源占總能源的比重)和能源強度效應以及總體效應(以上四個效應的總和)進行分解分析。對于非經濟產出行業(yè)即生活部門天然氣的消費,而已有研究顯示中國居民生活天然氣消費的影響因素主要有管網長度、居民收入、用氣人口、天然氣價格、替代能源價格(電) 等因素[3-4,29]。由于歷史原因,中國居民生活天然氣一直采取政府主導的統(tǒng)一定價模式,在2016年初各省市開始實施居民生活用氣階梯價格政策前,居民天然氣長期維持較低的價格水平并不作調整[1]。大量研究也證實短期內中國天然氣價格缺乏彈性,收入彈性和與替代能源的交叉價格彈性不僅較小,而且多數(shù)情況下不能通過檢驗[30-32]。最終選取天然氣管道基礎設施效應、管道服務效率效應(每千米管道服務的人口數(shù))和人均生活天然氣需求效應作為分析因素。
考慮到本文研究天然氣消費的因素分解分析對象是工業(yè)、交通運輸倉儲及郵電通訊業(yè)(簡稱交通業(yè))、批發(fā)零售貿易餐飲業(yè)及其他行業(yè)(簡稱商業(yè)及其他)三大行業(yè)以及全國。特別說明,農業(yè)部門幾乎不消耗天然氣,建筑業(yè)本身天然氣消費量小,也不宜納入分析,所以不將農業(yè)和建筑業(yè)作為分析對象。所采用的數(shù)據(jù)包括:全國的能源消費量、煤炭消費量、石油消費量、天然氣消費量、GDP(2000年不變價)和化石能源(煤炭,石油和天然氣)消費量,三大行業(yè)的能源消費量、煤炭消費量、石油消費量、天然氣消費、增加值(2000年不變價)和化石能源消費量。而對生活部門天然氣消費分析,需要采集的數(shù)據(jù)為年末總人口、天然氣管道里程、生活部門天然氣消費總量。上述數(shù)據(jù)主要來源于各年的中國統(tǒng)計年鑒和中國能源統(tǒng)計年鑒[33-34]。鑒于數(shù)據(jù)的完整性和可獲得性,本文三大行業(yè)所采用上述數(shù)據(jù)時間范圍為2000~2015年,生活部門所采用上述時間范圍為2004~2015年,具體見表1和表2。
表1 2000~2015年全國各行業(yè)天然氣、煤炭、石油、化石能源、能源消費量和GDP(增加值)
注:煤炭按0.7143 tce(噸標準煤)/t折算;石油按1.4286 tce/t;天然氣按13.3 tce/萬m3;下表同。
數(shù)據(jù)來源:中國統(tǒng)計年鑒,中國能源年鑒;部分數(shù)據(jù)由筆者計算所得。
表2 2004~2015年生活部門天然氣消費量、管道長度和全國年末總人口
1.2.1 經濟產出行業(yè)模型方法
天然氣消費分解基本模型分解見式(1)[17]。
SSi×SEi×Ii×Pi
(1)
式中:GCi為全國或第i行業(yè)的天然氣消費量;FCi為全國或第i行業(yè)的化石能源消費量;ECi為第i行業(yè)的能源消費量;Pi為全國GDP 或第i行業(yè)的增加值;SSi為全國或第i行業(yè)的化石能源替代結構,用天然氣消費量占化石能源消費量的比表示;SEi為全國或第i行業(yè)的能源結構,用化石能源消費量占能源消費量比表示;Ii為全國或第i行業(yè)的能源消費強度。
由LMDI方法分解各行業(yè)的因素變化引起石油消費變化,如式(2)~(7)所示 。
ΔGCit=GCit-GCio=
ΔGCiSSt+ΔGCiSEt+ΔGCiIt+ΔGCiPt
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
式中:ΔGCit為全國或第i行業(yè)第t期天然氣消費變化量;ΔGCisst為全國或第i行業(yè)第t期化石能源替代變化引起的天然氣消費變化量;ΔGCiSEt為全國或第i行業(yè)第t期石能源結構變化引起的石油消費變化量;ΔGCiIt為全國或第i行業(yè)第t期能源效率變化引起的天然氣消費變化量;ΔGCiPt為全國GDP或第i行業(yè)第t期產值變化引起的天然氣消費變化量。
1.2.2 生活部門模型方法
天然氣消費分解基本模型分解見式(8)。
(8)
式中:Q為居民生活天然氣消費總量;i= 1,2,…,8,為第i個區(qū)域;Qi、Li、Pi分別為各區(qū)域居民生活天然氣消費量、天然氣管道長度、天然氣用氣人口數(shù);Ei為單位長度天然氣管網服務的用氣人口數(shù);Di為用氣人口的人均生活天然氣消費量。
進一步,第0年到第t年的居民生活天然氣消費變化總量記為ΔQ,天然氣管道長度的變化記為ΔQL,單位長度天然氣管網服務的用氣人口數(shù)的變化ΔQE,用氣人口的人均生活天然氣消費量的變化記為ΔQD。采用LMDI方法的加法分解形式,可得式(9)~(13)。
ΔQ=Qt-Q0=ΔQL+ΔQE+ΔQD
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
當分解值為正,表示該效應造成了天然氣消費的增加;而分解值為負,表明該效應造成了天然氣消費的減少。需要說明的是,由于年度時間序列數(shù)據(jù)的可利用性,本研究將采用接分析技術分析天然氣消費因素的影響。這也正如Ang等認為的那樣:隨著時間推移能源效率發(fā)生變化,當使用的數(shù)據(jù)存在非連續(xù)數(shù)據(jù)時,鏈接分析無疑是最好的研究方法[17,35]。
根據(jù)LMDI分解方法,對于經濟產出行業(yè),將天然氣消費量變化的原因分解為:能源結構效應、經濟產出效應、化石能源替代效應、能源強度效應。以及對總體效應(以上四效應的總和)進行分析。通過式(1)~(7)對全國三大行業(yè)進行因素分解。對于非經濟產出行業(yè),即對生活部門天然氣的消費變化原因分解為:天然氣管道基礎設施效應、管道服務效率效應(每公里管道服務的人口數(shù))和人均生活天然氣需求效應。通過式(8)~(13)對生活部門進行因素分解。
全國天然氣消費影響因素分解如圖1所示,2000年以來,伴隨著經濟的快速發(fā)展,天然氣消費保持持續(xù)的增加,經濟產出效應成為拉動天然氣消費的主要貢獻因素。此外,與石油和煤炭相比,含碳量更低的天然氣有替代石油成為主要能源的趨勢。由于消費量基數(shù)太小,天然氣消費量的變化對能源結構變化影響不大,因此,能源結構效應曲線幾乎不發(fā)生變化。從能源消費強度走勢來看,能源的使用效率提高,單位耗能產生更多的產值。天然氣消費強度與能源消費強度走勢大致相同,由于能源消費的多元性及統(tǒng)計難度,天然氣消費強度難以剝離計算,本文用能源消費強度來代替。能源強度曲線發(fā)生明顯負向變化,說明我國能源整體能效有了較大提高,這也是我國能源管理與能源科技取得進步的結果,意味著單位天然氣消費量可以創(chuàng)造更多的產值。
2.2.1 總體效應
從圖2中可以看出,我國各行業(yè)天然氣的消費一直處于上升的趨勢。雖然2008年全球發(fā)生經濟危機,也沒有阻擋我國天然氣消費繼續(xù)增長的趨勢,這也表明天然氣的消費在我國是剛性需求的。從圖2中可以看出,工業(yè)和交通業(yè)增長趨勢明顯,工業(yè)天然氣消費增長1 035億m3(520.3%)。交通業(yè)天然氣消費增長也比較明顯(增長228.81億m3,2 597.2%),2000~2016年,天然氣汽車從6 000輛增至5 000 000輛,增加了近833倍,天然氣汽車的推廣大大促進了交通業(yè)天然氣的消費。商業(yè)及其他行業(yè)天燃氣消費增長幅度較低,累計增長92.65億m3。
2.2.2 經濟產出效應
圖3可看出,經濟產出拉動了三大行業(yè)天然氣的消費,對工業(yè)的拉動最為明顯,交通業(yè)次之。2000~2015年,工業(yè)和交通業(yè)的拉動增長量占全國的71%,工業(yè)天然氣消費累計增加1 001.4億m3(503.2%),交通業(yè)天然氣消費累計增加110.8億m3(1257.4%)。這表明了工業(yè)和交通業(yè)的經濟產出對天然氣消費依賴很大,是拉動天然氣消費的重要因素。商業(yè)及其他行業(yè)天然氣消費相對緩慢,累計增加63億m3(1 550%)。
2.2.3 化石能源替代效應
圖4可看出,化石能源替代效應對三大行業(yè)天然氣的消費均為拉動作用,其中對工業(yè)的拉動最為明顯,交通業(yè)次之。2000~2015年,工業(yè)和交通業(yè)的天然氣拉動增長量占全國的67%,工業(yè)天然氣消費累計增加422億m3(212%),交通業(yè)天然氣消費累計增加145.4億m3(1 650.4%)。這表明,在工業(yè)和交通業(yè)化石能源消費中,天然氣的消費量呈上升趨勢。商業(yè)及其他行業(yè)天然氣消費也呈增長趨勢,增長幅度相對緩慢,商業(yè)及其他行業(yè)累計增加63.47億m3(1 556%)。
2.2.4 能源結構效應
從圖5中可以看出,能源結構的變化對工業(yè)天然氣的消費影響突出,近幾年工業(yè)天然氣消費量很大,尤其是在采掘業(yè)、制造業(yè)和電力行業(yè)消費逐年增長。2000~2015年, 能源結構對工業(yè)天然氣消費累計增長26.05億m3(13.1%)。與工業(yè)相比,能源結構的變化對其余行業(yè)的影響非常小。2000~2015年,
圖1 2000~2015年全國天然氣消費影響因素分解結果
圖2 2000~2015年三大行業(yè)天然氣消費總體效應結果
圖3 2000~2015年三大行業(yè)天然氣消費經濟產出效應結果
圖4 2000~2015年三大行業(yè)天然氣消費化石能源替代效應結果
圖5 2000~2015年三大行業(yè)天然氣消費能源結構效應結果
交通業(yè)累計增長-1.75億m3(-19.8%),商業(yè)及其他行業(yè)累計增長-9.73億m3(-238.4%)。
2.2.5 能源消費強度效應
能源消費強度降低意味著能效提高,能效提高是天然氣消費量增長的抑制因素。從圖6中可以看出,能源消費強度變化對三大行業(yè)天然氣的消費均為抑制作用,對工業(yè)的抑制作用最為顯著。2000~2015年,能源消費強度對工業(yè)天然氣消費累計增長-413.9億m3(-208%),交通業(yè)累計增長-25.6億m3(-290.7%),商業(yè)及其他行業(yè)累計增長-24.33億m3(-596%)。
綜上所述,經濟產出拉動了各行業(yè)天然氣的消費,化石能源中天然氣消費消費的比例越來越高,在化石能源替代過程中,天然氣資源的優(yōu)勢逐漸顯出,在各行業(yè)的消費量逐年攀升。能源結構變化對工業(yè)天然氣的消費影響突出,消費量逐年增加。在能源使用效率提高的同時,能源消費強度效應抑制了三大行業(yè)的天然氣消費。從各個行業(yè)來看,以上的效應結果對工業(yè)的影響最大,交通業(yè)次之。這從某角度也說明了天然氣的消費在工業(yè)和交通業(yè)占很大份額。
天然氣管道基礎設施建設能夠促進居民生活天燃氣消費量的增加,用氣人口增加,單位長度的管道服務的人口隨之增加,能夠促進居民生活天燃氣消費量的增加,用氣人口的人均天燃氣消費量越高,居民天燃氣消費量越大[1]。通過圖7可以看出,天然氣管道基礎設施建設和人均生活天然氣需求效應拉動了生活天然氣的消費。天然氣管道基礎設施建設的拉動效果更加明顯,2004~2015年,我國工業(yè)化和城市化迅速發(fā)展,城鎮(zhèn)人口由54 283萬人增至77 116萬人,城鎮(zhèn)化率達到56.1%;天然氣管道長度由71 411.25km增至498 087.02km[36],天然氣管道基礎設施的建設大力促進了天然氣的消費。然
圖6 2000~2015年三大行業(yè)天然氣消費能源強度效應結果
圖7 2004~2015年生活部門天然氣消費影響因素分解分析結果
而,隨著天燃氣管道設施的大力建設,管道建設速度遠遠高于人口的增速,單位長度的天燃氣管道服務人口相對減少,天然氣管道的服務效率相對降低。我國人口基數(shù)過大,2004~2015年,我國人口從129 988萬人增至137 462萬人[37],天燃氣管道的建設將使更多的人能夠使用天燃氣。總的來看,生活部門天然氣的消費逐年遞增,在我國天燃氣消費中扮演著重要角色。
本文通過分解技術方法分別分析了全國和三大行業(yè)以及生活部門天然氣的消費變化的基本情況,并識別了促進天然氣消費的影響因素。
全國天然氣的消費隨著經濟的發(fā)展而持續(xù)增長。經濟產出效應使天然氣的消費持續(xù)快速上升,是拉動天然氣消費的主要貢獻因素,能源消費結構的清潔化與低碳化需求也是重要拉動因素(表現(xiàn)為化石能源替代效應的上升);能效提高(表現(xiàn)為能源消費強度的下降)是抑制天然氣消費的最大因素,但抑制作用明顯小于上述2個方面的拉動作用。
三大行業(yè)天然氣的消費的經濟產出和能源消費強度效應基本與全國保持一致,各行業(yè)間存在差異,以工業(yè)和交通業(yè)的經濟產出效應和能源消費強度效應最為顯著。能源結構變化對對工業(yè)起到拉動作用,對交通業(yè)、商業(yè)及其他行業(yè)起到抑制作用。化石能源替代對三大行業(yè)都起到拉動作用。
生活部門天然氣的消費在我國總的天然氣消費占比越來越大,與人們生活越來越緊密相關。天然氣管道基礎設施的建設與人們對天然氣的需求都大大拉動了天然氣的消費。而管道設施的服務效率在一定程度上抑制了天然氣的消費。
面對我國全國和三大行業(yè)以及生活部門天然氣消費的影響因素分解特征可知,未來為了推廣天然氣的廣泛使用,減少碳物質的排放,我們應從經濟方面考慮,增加經濟對天然氣能源的依賴。重點推廣天然氣在工業(yè)和交通業(yè)方面的使用。通過改善能源結構,促進在交通業(yè)、商業(yè)及其他行業(yè)天然氣的消費。同時,生活部門的消費不能忽視,要加強天然氣管道基礎設施的建設。
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2017年地質調查十大科技進展出爐
在1月23日召開的全國地質調查工作會議上,中國地質調查局、中國地質科學院2017年度地質調查十大科技進展正式發(fā)布。
十大科技進展分別是:我國首次海域天然氣水合物試采成功、湖北宜昌寒武系-志留系頁巖氣調查實現(xiàn)重大突破、松遼盆地陸相頁巖油調查取得突破性進展、新疆塔里木盆地溫宿新區(qū)新層系油氣調查獲重大突破、科技創(chuàng)新引領地質調查精準支撐服務脫貧攻堅成效顯著、首次建成國家地質大數(shù)據(jù)共享服務平臺——“地質云1.0”、多要素多技術城市地質調查有力支撐雄安新區(qū)總體規(guī)劃編制、松遼盆地資源與環(huán)境深部鉆探工程(松科2井)三項技術破世界紀錄、“海洋六號”南極科考取得多項突破性創(chuàng)新成果、基于智能互聯(lián)的地質災害監(jiān)測預警技術創(chuàng)新及應用。
專家表示,2017年地質調查十大科技進展,在有效解決資源環(huán)境問題和基礎地質問題、成果轉化應用和有效服務、地質科技創(chuàng)新、人才團隊建設等方面成果突出、亮點紛呈,是地質調查工作與科技創(chuàng)新深度融合的典范。