李宏勛,吳復旦

(中國石油大學(華東) 經(jīng)濟管理學院,山東 青島 266580)

一、引言

近年來,在藍天計劃、能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、“一帶一路”及“煤改氣”工程等新背景下,作為清潔能源的天然氣日益受到市場的青睞。2017年我國天然氣消費量為2 373億立方米,同比增長15.3%。相比而言，天然氣產(chǎn)量的增速相對較緩，因此加大天然氣進口已成為維持我國天然氣供需平衡、經(jīng)濟安全發(fā)展的新常態(tài)。根據(jù)湯森路透Eikon終端統(tǒng)計數(shù)據(jù),2017年我國管道天然氣和液化天然氣(LNG)進口量達6 700萬噸,比一年前增加1/4以上,僅LNG進口量同比增長50%,天然氣對外依存度已接近40%。此外，我國獲取能源的成本很高，在國際市場上的話語權(quán)和影響力有限。由于我國天然氣工業(yè)起步較晚,關(guān)于天然氣供應(yīng)安全預警方面的研究相對欠缺,本文通過探討影響我國進口天然氣供應(yīng)安全的主要因素以及2006年以來我國進口天然氣供應(yīng)安全的發(fā)展狀況,提出保障我國進口天然氣供應(yīng)安全的對策建議,為我國實現(xiàn)天然氣的持續(xù)、穩(wěn)定、安全供應(yīng)提供參考。

二、文獻回顧

20世紀70年代以后的相當長一段時間,能源安全僅指石油的供應(yīng)安全,但對能源安全的關(guān)注不應(yīng)僅局限于石油的供應(yīng)安全,還應(yīng)加強對電力及天然氣等能源安全的關(guān)注。[1]國內(nèi)外學者大多側(cè)重于對天然氣供應(yīng)安全影響因素、現(xiàn)狀、建議等內(nèi)容的研究,較少學者運用定量分析的方法對天然氣供應(yīng)安全進行評價。[2-4]Cabalu創(chuàng)新性地提出天然氣供應(yīng)安全綜合指標(GSSI),并對亞洲六大經(jīng)濟體的天然氣供應(yīng)安全的脆弱性進行了研究。[5]Biresselioglu、張秀梅、王曉宇等主要從供應(yīng)和需求兩個層面建立天然氣安全指標體系,并運用適當?shù)难芯糠椒▽μ烊粴夤?yīng)安全狀況進行評價。[6-8]有關(guān)天然氣供應(yīng)安全預警區(qū)間界限的研究相對較少,典型的代表有余良暉和萬璽,他們在分析天然氣預警研究思路和方法的基礎(chǔ)上,建立了天然氣預警指標體系和預警標準。[9-10]由于其權(quán)重的確定均采用專家意見法,主觀性較強。宋杰鯤等以供需等五個因素建立石油天然氣安全預警指標體系,通過主成分分析等方法建立油氣安全預警模型,對我國石油天然氣安全進行預警。[11]由于我國石油天然氣供需現(xiàn)狀存在差異,對其進行綜合預警缺乏一定的針對性。鄭言從影響天然氣供應(yīng)安全的因素出發(fā),建立指標體系對天然氣安全進行預測,為天然氣安全預防和控制提供決策依據(jù)，[12]但是地緣政治風險對天然氣供應(yīng)安全的影響尚未考慮。

盡管各學者從不同側(cè)面對天然氣供應(yīng)安全狀況進行研究并取得了較好的成果,但是關(guān)于天然氣供應(yīng)安全預警的探索還有待進一步加強,因此本文選取2006—2016年的數(shù)據(jù)對我國進口天然氣供應(yīng)安全狀況進行探討。與以往學者的研究有所不同,本文除了考慮國內(nèi)供應(yīng)和需求層面因素對我國進口天然氣供應(yīng)安全的影響以外,著重探討進口層面的因素,從進口安全、國內(nèi)供應(yīng)、需求安全三方面選取13項指標建立我國進口天然氣供應(yīng)安全預警指標體系,之后運用主成分分析和K-means聚類分析建立模型,并對其進行評價分析,最后提出保障我國進口天然氣供應(yīng)安全的對策建議。

三、指標體系與預警模型構(gòu)建

(一)指標體系構(gòu)建

由于天然氣供應(yīng)安全的影響因素具有復雜性和多樣性,因此關(guān)于我國天然氣供應(yīng)安全預警指標體系的構(gòu)建尚未達成一致。本文在借鑒鄭言、王曉宇等對天然氣供應(yīng)安全指標體系構(gòu)建的基礎(chǔ)上[12,8],在進口安全層面添加地緣政治風險[5]和運輸量等指標。最后遵循科學代表性、動態(tài)性、可操作性的原則從三個層面選取13項指標構(gòu)建我國進口天然氣供應(yīng)安全預警指標體系(見表1)。

表1 我國進口天然氣供應(yīng)安全預警指標體系

我國主要通過國內(nèi)天然氣開采及國際貿(mào)易獲取天然氣資源,與此同時,國內(nèi)天然氣的消費對天然氣的供應(yīng)具有重要的反作用,因此本文指標體系包含進口安全、國內(nèi)供應(yīng)安全、需求安全三個層面。其中進口安全層面主要反映我國天然氣進口的穩(wěn)定性、多樣性,國內(nèi)天然氣供應(yīng)層面體現(xiàn)我國天然氣的采儲能力及可持續(xù)供應(yīng)能力,需求層面則直接反映我國天然氣的消費增長狀況及消費強度。

(二)預警模型構(gòu)建

本文運用主成分分析(PCA)和K-means聚類分析的方法建立模型,其中主成分分析是一種將多指標問題轉(zhuǎn)化為較少綜合指標(主成分)的統(tǒng)計方法,雖然這些綜合指標之間互不相關(guān),但由于其所占的權(quán)重較大,因而能有效地反映原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息。[13]K-means聚類是以距離為衡量標準的聚類算法,其認為每個類內(nèi)部的數(shù)據(jù)相似程度較高,而不同類的數(shù)據(jù)之間相關(guān)性較低。[14]

模型構(gòu)建的過程主要有以下幾步:

第一,構(gòu)建數(shù)據(jù)矩陣。選取n年數(shù)據(jù)p個指標,構(gòu)建天然氣供應(yīng)安全樣本數(shù)據(jù)矩陣:

(1)

式中:i=1,2,…,n;j=1,2,…,p。

第二,對數(shù)據(jù)進行標準化處理。為了增強各指標的可比性,將各個指標轉(zhuǎn)化成相同的量綱[8],本文利用Z-score方法,對數(shù)據(jù)進行標準化處理,公式如下:

(2)

(3)

第三，計算相關(guān)系數(shù)矩陣:

(4)

第四，求解主成分的特征向量。通過主成分分析得到p個特征根λj及載荷矩陣，利用式(5)，計算特征向量:

(5)

式中:j=1,2,…,p;λ1≥λ2…≥λp≥0。

第五,確定主成分的個數(shù)。根據(jù)累計方差貢獻率≥0.85[15]的原則確定主成分的個數(shù)。

(6)

第六，計算主成分矩陣和綜合主成分得分。主成分矩陣為Uj=Zbj，計算綜合主成分得分，并將其作為我國進口天然氣供應(yīng)安全預警風險水平。

(7)

第七,確定預警界限。通過K-means聚類分析,令K=3得到3個聚類中心,將其作為預警界限。具體過程如下:

(8)

其次將所有數(shù)據(jù)重新分配之后再確認新的聚類中心：

(9)

式中:j=1,2,3;N代表在第t+1迭代時聚類中心的總數(shù)。

如果聚類準則函數(shù)值較上一次發(fā)生變化,則重復上述步驟,否則輸出聚類結(jié)果,最終得到聚類中心作為預警區(qū)間的臨界點。

四、我國進口天然氣供應(yīng)安全評價

(一)數(shù)據(jù)選擇

2006年之后,我國開始大量引進天然氣資源。因此本文選取2006—2016年的數(shù)據(jù)進行研究,數(shù)據(jù)來自《BP世界能源統(tǒng)計年鑒》(2007—2017年)及2017年《中國統(tǒng)計年鑒》。對相關(guān)數(shù)據(jù)進行篩選并對部分數(shù)據(jù)進行二次計算,得到我國進口天然氣供應(yīng)安全預警指標基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(見表2)。

表2 我國進口天然氣供應(yīng)安全預警指標基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

(二)計算過程

1.相關(guān)性分析

在對原始數(shù)據(jù)標準化的基礎(chǔ)上,借助SPSS對標準化的數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析,得到相關(guān)系數(shù)矩陣。統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，指標之間的相關(guān)性較大,因此需要通過主成分分析降低指標的維度,以降低復雜性。

2.主成分分析

通過主成分分析,得到特征值、方差貢獻率和累計方差貢獻率(見表3)。根據(jù)累計方差貢獻率≥0.85[15]的原則確定主成分,結(jié)果顯示前三項的累積貢獻率為88.395%,能有效反映數(shù)據(jù)的全部信息。依據(jù)主成分分析得到的載荷矩陣,通過式(5)計算主成分的特征向量,結(jié)果見表4。

以特征向量為系數(shù)得到3個主成分表達式:

U1=0.312x1+0.299x2+0.151x3+0.335x4+0.326x5+0.307x6+0.032x7-0.277x8-0.146x9-0.254x10+0.333x11+0.307x12-0.332x13

(10)

U2=0.141x1-0.152x2-0.443x3+0.008x4+0.120x5+0.262x6+0.623x7-0.197x8+0.462x9-0.154x10+0.111x11-0.048x12-0.015x13

(11)

U3=0.270x1-0.285x2+0.394x3+0.204x4+0.203x5-0.016x6-0.184x7+0.330x8+0.577x9+0.126x10+0.114x11+0.249x12-0.204x13

(12)

表4 載荷矩陣及特征向量

將3個主成分作為自變量,其方差貢獻率為權(quán)重,對主成分進行加權(quán)求和,得到我國進口天然氣供應(yīng)安全預警風險水平的綜合得分模型:

F=0.655 88U1+0.160 59U2+0.067 48U3

(13)

將標準化的數(shù)據(jù)分別帶入公式(10)、(11)、(12),得到各主成分的得分，之后將各主成分的得分帶入式(13)，計算得到我國進口天然氣供應(yīng)安全綜合得分(見表5)。

表5 2006—2016年我國進口天然氣供應(yīng)安全綜合得分

3.K-means聚類分析

通過K-means聚類分析,令K=3,將最終的聚類中心作為我國進口天然氣供應(yīng)安全預警區(qū)間的界限。通過計算得到三個聚類中心:-2.520、1.716、-0.341。根據(jù)主成分的原理,預警風險水平越小,表明我國進口天然氣供應(yīng)狀況越安全,以此為基礎(chǔ)將其劃分成安全、關(guān)注、警戒三種狀態(tài),其中聚類1對應(yīng)安全狀態(tài),聚類2對應(yīng)警戒狀態(tài),聚類3對應(yīng)關(guān)注狀態(tài)(見表6)。

表6 K-means均值聚類中心

(三)結(jié)果分析

1.基于主成分分析

根據(jù)表5相關(guān)數(shù)據(jù),得到我國進口天然氣供應(yīng)安全趨勢圖(見圖1),以此直觀反映3個主成分及我國進口天然氣供應(yīng)安全水平的變化趨勢。

從主成分的載荷矩陣(見表4)中可以看出主成分1在天然氣對外依存度、消費占比、供需比、運輸量、進口集中度幾項指標上的得分絕對值較高,因而這些指標對于解釋主成分1具有較大的話語權(quán)。從圖1可知,2006—2016年主成分1的得分不斷升高,說明我國進口天然氣供應(yīng)安全面臨的壓力越來越大。主要影響因素包括:(1)天然氣的對外依存度持續(xù)上升,由2006年的1.69%增長到2016年的34.38%,2017年則接近40%。(2)天然氣消費在一次能源中的占比增加,意味著我國經(jīng)濟的發(fā)展越來越依賴天然氣,而供需比的降低則直接反映我國天然氣供需矛盾突出的狀況。(3)隨著天然氣進口量的增加,管道和液化天然氣運輸量也隨之增加,我國天然氣供應(yīng)較易受國外環(huán)境因素的制約,增加了我國天然氣供應(yīng)的不確定性。(4)我國天然氣進口集中度較高,天然氣進口比重不合理,單一輸入國進口的天然氣比重過高,僅土庫曼斯坦就占總管道天然氣進口量的77%。這些因素共同導致主成分1在接下來的時間內(nèi)仍然有繼續(xù)上漲的趨勢,另外,由于主成分1所占的比重較大，為65.588%,因此應(yīng)當重點關(guān)注上述因素對我國進口天然氣供應(yīng)安全的影響。

圖1 我國進口天然氣供應(yīng)安全趨勢

主成分2的得分在2006—2016年處于不斷波動狀態(tài),總體呈“W型”,2013年至今有進一步增長的趨勢。由表4可知,儲產(chǎn)比、儲量接替率、LNG進口價格在其中的得分絕對值較高,因而對解釋主成分2有較大的話語權(quán)。由圖1可知,2010年主成分2的得分最低,這主要因為我國天然氣的儲產(chǎn)比和儲量接替率在此處存在較大的波動,由于亞太地區(qū)沒有成熟的天然氣市場和定價機制,天然氣交易隨著原油的價格上下波動。[16]此外,液化天然氣的進口價格受國際社會其他因素的作用,屬于系統(tǒng)風險因素,其不確定性較高,因此總體呈現(xiàn)波動的狀態(tài)。

主成分3的得分整體呈“N型”,2013年在達到頂峰之后開始下降,這表明近幾年來天然氣供應(yīng)安全狀況得到改善。根據(jù)表4,主成分3在儲量接替率、LNG進口價格、生產(chǎn)增長率上的得分絕對值較高,因而對解釋主成分3有較大的話語權(quán)。2010年之后我國天然氣儲量接替率持續(xù)增長,而天然氣生產(chǎn)增長近幾年來有所放緩?？傮w而言,主成分3處于波動狀態(tài),但相對主成分2其波動性較小。從發(fā)展趨勢來看,主成分3對我國進口天然氣供應(yīng)安全造成的威脅會進一步降低。

2.基于K-means聚類分析

2006—2016年,我國進口天然氣供應(yīng)安全處于安全狀態(tài)的年份占27.27%,關(guān)注狀態(tài)占27.27%,警戒狀態(tài)占45.46%。由此可將我國進口天然氣供應(yīng)安全狀況劃分為三個階段:

(1)安全狀態(tài)(2006—2008年)

2006—2008年,我國進口天然氣供應(yīng)處于安全狀態(tài),雖然這一階段我國對天然氣的消費需求增長較大,為25.6%,但國內(nèi)天然氣產(chǎn)量能滿足市場需求,因此即使天然氣進口單一,進口集中度高,對我國天然氣供應(yīng)安全也未產(chǎn)生較大的影響。

(2)關(guān)注狀態(tài)(2009—2011年)

2009—2011年,我國進口天然氣供應(yīng)安全處于關(guān)注狀態(tài),主要原因有以下幾點:第一,我國天然氣市場出現(xiàn)供不應(yīng)求的狀況,天然氣消費的增長速度超過生產(chǎn)增長速度,供需缺口呈繼續(xù)擴大的趨勢,與此同時,我國天然氣對外依存度迅速增加。第二,雖然我國天然氣進口集中度有所下降,但依然處于較高的狀態(tài)。此外,進口比重不盡合理,從單一進口國進口的天然氣的數(shù)量偏多。第三,我國管道氣大部分來自中東、東南亞地區(qū),其地緣政治的不穩(wěn)定性對我國進口安全產(chǎn)生了較大的影響。總之,國內(nèi)天然氣供應(yīng)不能滿足需求,國外天然氣供應(yīng)面臨眾多不確定性因素。

(3)警戒狀態(tài)(2012—2016年)

從2012年開始,我國天然氣供應(yīng)安全處于警戒狀態(tài)。在這一階段,我國天然氣消費量持續(xù)增長,供需缺口越來越大,供需矛盾成為主要矛盾。與此同時,對外依存度上升,天然氣進口相對集中,加大了我國對境外天然氣的依賴性。但是從圖1可以看出,我國進口天然氣供應(yīng)安全的綜合得分增速有所放緩,表明在政策的作用下，我國進口天然氣供應(yīng)安全狀況有所改善。

五、結(jié)論與建議

筆者從進口、國內(nèi)供應(yīng)和需求三個層面選取13項指標構(gòu)建我國進口天然氣供應(yīng)安全預警指標體系,通過主成分分析和K-means聚類分析2006—2016年我國進口天然氣供應(yīng)安全狀況并給出預警界限。由上述分析可知:天然氣對外依存度、消費占比、供需比、運輸量、進口集中度這幾項指標對我國進口天然氣供應(yīng)安全的影響較大;2006—2008年我國進口天然氣供應(yīng)安全處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，2009—2011年處于關(guān)注狀態(tài),2012—2016年處于警戒狀態(tài);我國進口天然氣供應(yīng)安全預警界限為-2.520、-0.341、1.716。基于影響我國進口天然氣供應(yīng)安全的主要因素,提出以下建議:

第一，優(yōu)化進口來源,堅持多元化進口。我國天然氣進口集中度和對外依存度不斷提升,對我國進口天然氣長期供應(yīng)安全造成較大的威脅。2017年第四季度,我國最大的氣源國土庫曼斯坦減少供應(yīng),成為我國大面積、大范圍天然氣短供和“氣荒”的重要原因。因此,保障我國進口天然氣供應(yīng)的穩(wěn)定,應(yīng)當將天然氣對外依存度和進口集中度控制在一個合理的范圍內(nèi),實現(xiàn)天然氣進口來源、進口渠道、貿(mào)易方式的多元化。[17]在選擇進口來源時,著重選擇治安水平和比較優(yōu)勢高的國家。

第二，合理規(guī)劃天然氣進口運輸量,降低運輸風險。在進口天然氣的過程中會面臨各種風險,管道風險是其中重要的組成部分。[18]運輸天然氣的量越大,運輸?shù)娘L險越大。隨著我國東北、西北、西南、東南和東部海上的“東南西北”四個方向天然氣進口通道雛形的形成,加強同供應(yīng)商和國境國家的合作具有重要戰(zhàn)略意義,此外,將合理規(guī)劃天然氣的單次運輸量和加強國內(nèi)儲氣調(diào)峰設(shè)施建設(shè)相結(jié)合,降低運輸因素對我國進口天然氣供應(yīng)安全產(chǎn)生的影響。

第三，增加國內(nèi)天然氣供給,正確引導天然氣消費。近幾年,我國天然氣消費占比不斷增加,供需比持續(xù)降低,說明我國天然氣供不應(yīng)求的矛盾日益突出。天然氣的供應(yīng)不足,很大程度上是由需求側(cè)過快增長和供給側(cè)供給不足造成。提高國內(nèi)天然氣供給能力,可以有效降低對進口的依賴。此外,國家推行“煤改氣”政策很大程度上刺激了天然氣需求的快速增長,而需求量的增長應(yīng)當以相對充足的天然氣供給為保障,因此我國應(yīng)當鼓勵國內(nèi)頁巖氣、煤層氣等資源的投資開發(fā),增加國內(nèi)天然氣供給,降低對進口的依賴。