基于熵权法的天然气供需关系综合评价

吴 明，富 鑫，刘广鑫，2（.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 300； 2.中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东 青岛 26607）



基于熵权法的天然气供需关系综合评价

吴 明1，富 鑫1，刘广鑫1，2
（1.辽宁石油化工大学 石油天然气工程学院，辽宁 抚顺 113001； 2.中国石油大学（华东）储运与建筑工程学院，山东 青岛 266071）

摘要：针对我国天然气供需关系的研究对保障居民生活和工业生产，以及对我国天然气的发展具有重要意义。运用了熵权法对2008-2012年国内天然气供需关系进行了综合评价。从物质、经济、环境三方面对影响我国天然气供需关系的指标进行了划分；建立了以熵权法为基础的天然气供需关系综合评价模型，以2008-2012年天然气供需关系指标作为数据，分别计算了5年中天然气供需关系综合评价得分，并对其计算结果及其变化规律进行分析与讨论。

关键词：天然气；综合评价；熵权；供需关系；指标

天然气是一种优质、高效、清洁的化石燃料，以其低碳环保、热值高、价格便宜等特点在电力、化学工业、城市燃气等诸多领域有很广泛的应用［1］。随着国民经济的发展，我国天然气消费量也随之大增，据统计，2013年国内天然气消费量为1.456×1011m3，同比增长 10.8%。其中，进口天然气量为4.21×1010m3，天然气对外依存度约为 28.9%［2］。在天然气行业快速发展的同时，也暴露出不断增长的天然气需求量与目前我国天然气开采运输能力之间的矛盾。天然气使用对外依赖度逐年增加威胁我国能源安全。此外，天然气季节消费差异性突出且用气峰谷波动大。天然气供需矛盾日益显现并呈恶化趋势，紧张的供需关系逐步成为人们关注的焦点。因此，对我国天然气供需关系的评价及其影响因素的研究，对于改善我国天然气供需关系具有指导意义，对于民生的稳定和一次能源行业的发展具有重要意义。

综合评价法是在确定研究对象评价指标体系的基础上，运用一定方法对各指标在研究领域内的重要程度也就是它的权重值进行确定；根据所选择的评价模型，利用综合指数的计算形式，定量的对某现象进行综合评价的方法［3］。综合评价法包括专家分析法、主层次法、熵权法等，其中熵权法是一种根据各指标提供的信息量计算一个综合指标的客观的数学方法。熵原本是一个热力学概念，最早由C.E.Shannon［4］引入信息理论，信息量越大，不确定性越小，熵越小。因此，应用熵可以度量评价指标体系中指标数所蕴含的信息量，并依次确定各指标的权重。目前，熵权理论已被广泛应用于各类综合评估。徐友宁等［5］运用熵权法计算了潼关金矿区矿渣型泥石流潜势度信息熵的综合评价值，并探讨了熵权评价与主观赋值评价的结果差异；张星等［6］运用熵权理论建立了多灾情的农业气象综合评价，预测了农业气象灾害的规律；张凤太等［7］基于熵权灰色关联分析了重庆市 2003-2005年的城市生态安全，并证实了该方法与实际相吻合；尹鹏等［8］应用熵权法对房地产项目建筑质量做综合评价，对各项目的建筑质量做出排序和评价。E.O.Fagbote等［9］基于熵权法对有沥青沉积的农场地下水质指标进行分析，通过对水中含有的各种物质的数量赋予权值来判断水质是否适于饮用。但是鲜有作者应用熵权法对天然气的供需关系做综合评价。天然气供需关系综合评价是一个多因素共同作用且各评价指标取值模糊多变的过程，本文拟应用熵权法建立了国内天然气供需关系综合评价模型，从物质、经济和环境三个方面建立了熵权评价指标体系，量化了各指标对天然气供需关系的影响，分析了2008-2012年关于物质、经济和环境三方面对于天然气供需关系的影响，找出了影响天然气供需关系的主要影响因素和次要影响因素，以期对解决我国天然气供需关系中存在的问题提供理论依据。

1　综合评价法的构建

1.1评价指标的选择

将评价天然气供需关系的评价指标分为物质、经济和环境三个方面，运用SPSS19.0，筛选影响国内天然气供需关系的多个影响因素。计算各个因子的方差贡献率和累计贡献率，选取累计贡献率大于85%或特征根值大于1的因子保留为公因子。然后采用方差最大旋转法对公因子载荷矩阵实施正交旋转，经过计算筛选最终得到所需的14个评价指标，分别为天然气探明储量、天然气产量、天然气进口量、人均生活用量、天然气消费量、城市天然气供气总量、天然气管道长度、对外依存度、固定资产投资与行业投资之比、行业投资、国内外天然气价格差异、石油与天然气开采中消耗的天然气量及天然气减少的二氧化碳排放量。

1.2综合评价模型

由文中列出的 14个评价指标构成了一个指标体系来评价2008-2012年国内天然气供需关系。设第j个评价对象的第i个指标的特征值为xij，则由14个指标构成的5个待比较评价对象指标体系可用矩阵表示为：X =（xij）14×5

为消除指标间不同单位的影响，计算各指标权重之前必须要先对每个指标进行对标准化处理。在指标体系中，各评价指标分为正向指标和逆向指标［10］。正向指标为“效益型”，即指标越大越好；逆向指标为“成本型”，即指标越小越好。为了消除指标间不同单位的影响，对于不同的指标要分别采取不同的公式进行标准化处理。

当第j项为正向指标时，

当第j项为逆向指标时，

式中：min xij— 第i项指标中的最小值；

max xij— 第i项指标中的最大值。

对各个指标进行标准化之后就可以计算信息熵。第i个指标的熵Hi定义为：

假定当fij= 0时，fijlnfij= 0，n为列向量数。

在指标熵值确定下来以后计算第i个指标的熵权：

根据计算得出的各个指标的标准化值和熵权值，可以计算出综合评价值Gi：

2　实例应用

2.1基础数据

依据以上确立的指标，选取国内天然气2008-2012年的数据作为评价对象，如表1。其中数据来源于2008-2012年《BP Statistical Review of World Energy》［11］和2009-2013年《中国能源统计年鉴》［12］。

2.2实例计算

对以上数据根据公式（1）、（2）进行标准化，得到矩阵xij。 标准化之后根据公式（3）计算可得如下矩阵fij。根据公式（4）、（5）计算出各指标的熵，如表2。

最后根据公式（7）计算出2008-2012年的综合评价值，如表3。

2.3结果分析

基于熵权法所建立的综合评价模型，通过计算得出 2008-2012年国内天然气供需关系综合评价值。为了进一步分析物质、经济和环境三方面对国内天然气供需关系的影响，按照建立的模型分别计算三方面的综合评价得分，如图1、图2、图3和图4所示。

表1　2008-2012年国内天然气供需关系评价指标值Table 1　The value of natural gas supply and demand index from 2008 to2012 in China

表2　各指标的熵及熵权Table 2　Entropy and entropy weight of each index

表3　2008-2012年国内天然气供需关系综合评价值Table 3　Comprehensive evaluation value of domestic supply and demand of natural gas form 2008 to 2012

2.3.1物质因素对天然气供需关系影响的分析

图1　2008-2012年物质因素的综合评价得分图Fig.1 2008-2012 Comprehensive evaluation value of material factors

由图1可以看出，在物质方面综合评价得分与年份基本上呈线性关系，且综合评价得分随年份的增加而增加。2008年天然气消费量为815×109m3，天然气产量为803×109m3［11］，天然气供需关系不平衡是其物质综合评价得分最低的主要原因；2009-2012年国家扩大天然气进口来源［10］，天然气进口量不断上升，缓解了国内天然气供需压力。此外，天然气的开采、运输等基础设施建设发展迅速［13］，天然气供应逐步稳定，因此，物质综合评价得分快速升高，2012年物质得分0.71，国内天然气供需较为宽松。但是，2008-2012年5年间我国天然气对外依存度从1.2%上升至28.9%，天然气对外依存度的大幅上升严重威胁了我国能源安全，为天然气市场的稳定留下隐患。

2.3.2经济因素对天然气供需关系影响的分析

分析图 2可知，经济因素综合评价得分在2008-2010年之间迅速上升，2008-2009年得分增幅为5年间最快，增加了约0.333。2010-2011年得分较为稳定，2011-2012年得分再次升高。年平均增幅约为12.9%，年平均得分约为0.585。其中2008年经济综合评价得分约为0.173，为5年中得分最低年，2012年得分约为0.818，为5年中得分最高年。

图2　2008-2012年经济因素的综合评价得分图Fig.2 2008-2012 Comprehensive evaluation value of economic factors

2008-2012年间，天然气行业投资的逐年增加是经济因素综合评价得分逐年上升的主要原因。随着天然气在国内工业生产和居民生活中的广泛应用，国家加了大天然气行业的投资力度。［14］2009年的行业投资较2008年增加约116亿元，为五年中行业投资增幅最大，因此，2008-2009年间经济因素综合评价得分增幅最快。2008-2012年5年间行业投资的年均增量约为100.5亿元，这也是经济因素综合评价得分在物质、经济和环境综合评价得分中增幅最大的原因。

2.3.3环境因素对天然气供需关系影响的分析

如图3所示，环境综合评价得分与年份呈“V”字型关系，2008-2010年综合评价得分呈下降趋势，在2010年达到最低值约为0.264；2010-2012年环境综合评价得分整体呈上升趋势，于2012年达到最大值约为0.606。

图3　2008-2012年环境因素的综合评价得分图Fig.3 2008--2012 Comprehensive evaluation value of environmental factors

2.3.4综合因素对天然气供需关系的影响

如图4所示，国内天然气供需关系综合评价得分同年份基本呈线性关系，并随年份的增加而增加。年平均增幅约为6.1%，年平均得分约为0.49。2008年综合得分约为 0.355，在五年中得分最低。2012年综合得分约为0.66，为五年中得分最高的年份。

图4　2008-2012年国内天然气供需关系综合评价得分图Fig.4 2008-2012 Natural gas supply and demand comprehensive evaluation value

从整体看，综合评价值呈上升趋势，即从2008-2012年国内天然气供需关系逐年稳定。近年来我国大力发展天然气能源，天然气产量持续增长；天然气管网逐渐完善，天然气供气量增加；受到全球能源强劲投资的带动，国际能源格局发生深刻变化，使得原本出口美洲、欧洲等地区的天然气向亚太市场转移［15］，国内天然气进口量增长。以上因素使得天然气供需关系逐步稳定，天然气供需量宽松。然而受到国际油价的高位震动影响，国际天然气价格波动幅度较大［11］，长远来看对天然气供需关系的稳定有一定影响。

3　结 论

（1）物质因素综合评价得分与年份基本呈线性关系，并随年份的增加而增加，2012年达到最大值，约为0.706。物质因素和国内天然气供需关系综合评价得分的年均涨幅和年均值相近，物质因素是影响国内天然气供需关系的主要因素。

（2）经济因素综合评价得分在 2008-2010年间快速增长，2010-2011发展平稳，增幅较小，2011-2012年继续增长，2012年达到最大值。经济因素综合评价得分的年均涨幅最大，约为12.9%，年平均分最高，约为0.585。2008年起行业投资的不断加大，并且每年涨幅都很大，增加了天然气市场的活力和供需关系的稳定性。

（3）环境因素综合评价得分同年份呈“V”字型关系，2008-2010呈线性下降，2010年达到最小值0.264，2010-2012年呈线性增长。

（4）国内天然气供需关系的综合评价得分与年份基本呈线性关系，并随年份的增加而增加。2008-2012年国内天然气供需关系逐年稳定，供需从紧张发展至较为宽松。但是不断增长的对外依存度和复杂的国际经济环境对我国未来天然气供需关系仍有影响。

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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

中图分类号：TE 624

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）01-0092-04

基金项目：国家能源局东北监管局“东北地区石油天然气需求分析及对策研究”项目（编号：201411146）。

收稿日期：2015-09-16

作者简介：吴明（1961-），男，1997年毕业于东北大学，教授，博士，博士生导师，目前从事油气储运工程方向的研究工作。