基于灰色系统的天然气消费量预测及影响因素研究

宗庆莹

（兰州财经大学 会计学院，甘肃 兰州 730020）

2019年，全球天然气消费量同比增长了2%；从数量上来看，全球天然气消费量同比增加了780亿立方米[1]，鉴于我国天然气的资源禀赋和经济发展阶段，国内天然气产量与消费量的增速差距不断加大，保障国内天然气稳定供应已经成为我国天然气产业的重要使命。

在天然气需求预测方法的选取上，大多数文献采用时间序列、回归分析、系统动力学模型等研究方法。郑明贵[2]等人运用BP神经网络模型，对影响天然气需求的主要因素进行宏观情景分析，实现对2020-2030年天然气需求情况的系统性测算。贾爱林等人[3]采用产量构成法进行产量预测，即以气田/区块为基本单元，通过探索不同开发阶段的生产特点、剩余可采储量的可靠性等指标，测算每个基本单元的产量潜力，进而按时间叠加得到不同年份的总产量规模，充分考虑理论技术的进步和局限，并细化分阶段预测了国内天然气产量潜能。吴曾等[4]在影响天然气消费量的六个主要因素的基础上，提出了基于遗传算法优化的小波神经网络预测模型，有效地提高了预测精度，为涉及天然气的相关行业未来趋势提供理论上依据和实证经验支撑。周娟[5]综合运用马尔科夫区制转移模型和宏观经济景气变化数据预测显示，2019-2025年在不同情景下，西南油气田天然气总需求和分行业需求均保持持续上升的态势，且上升的幅度有所区别。徐博等人[6]提出在不发生大规模战争的情况下，“十四五”期间中国天然气消费量年均增长率仍将在5%以上，推动天然气消费增长仍然是中国能源转型的主要方向，因此，应该采取政策措施推动天然气消费高情景努力。白桦等[7]认为，受新冠肺炎疫情冲击以及国际油价下跌等因素的扰动，2020年全球天然气供需两侧均呈下滑走势。未来5年，全球天然气市场需求将逐步复苏，但增速放缓，全球天然气市场将经历供应过剩到收紧的过程。

本研究以2012-2018年天然气消费总量历史数据为例，采用灰色系统预测GM（1，1）模型对未来时间段内国内天然气消费量发展趋势予以预测；并有效结合分析灰色关联度，筛选出对天然气消费量产生影响的主要因素，对相关因素展开进一步分析，为中国天然气资源在未来的需求状况，对天然气资源的生产、进出口安排，以及能源战略的制定提供参考。

1 预定模型设计与数据

如果系统中的所有信息都是已知的，则称为白色系统。如果所有信息都是未知的，则称为黑匣子系统。但是，灰色系统介于两者之间，也就是说，灰色系统中一部分信息是已知的，而另一部分是未知的。灰色预测是为了预测同时包含已知信息和不确定信息的系统，即预测在一定范围内变化并与时间相关的灰色过程。通过识别系统因素之间发展趋势的差异程度进行相关分析，生成原始数据以找到系统变化规律，并生成具有较强规律性的数据序列以预测未来的发展趋势。

1.1 灰色系统预测模型GM（1，1）建模机理

在对微分方程予以求解，即可得到预测模型：

1.2 数据分析

我国天然气消费总量呈逐年攀升的增长态势。2012-2018年，我国的天然气消费总量分别为1 463.00亿立方米、1 705.37亿立方米、1 868.94亿立方米、1 931.75亿立方米、2 078.06亿立方米、2 393.69亿立方米、2 817.09亿立方米；第三产业增加值分别为244 856.20亿元、277 983.50亿元、310 654.00亿元、349 744.70亿元、390 828.10亿元、438 355.90亿元、489 700.80亿元。可以发现，第三产业增加值也随天然气消费量逐年递增，但能源作为经济增长的驱动因素之一，其总量始终保持着有限性，这将使我国经济产业发展直接受到能源因素的制约。这时，资源的有效配置便成为解决当前问题的关键方法，因此，精确预测天然气消费量对我国未来资源规划以及经济发展极其重要。

1.3 天然气消费总量预测及趋势特征分析

表1 2012-2018年中国天然气消费总量实际值与模拟值（亿立方米）

图1 2012-2018年天然气消费总量实际值与模拟预测值拟合图

表2 2019-2026年天然气消费总量预测表

由上述预测可知，在我国利用政策的出台以及政府对天然气能源利用的大力推崇下，我国2019-2026年天然气消费总量呈逐渐增长的态势，且增速有所提升。预计至2026年，我国天然气消费总量将达6 709亿立方米，在能源问题显著的大环境下，能源的储备量威胁着国家与社会的发展。能源日趋殆尽的今天，无论是国家政府还能源供应部门都希望准确掌握天然气消费量的数据，为制定相关政策，及更加合理的规定能源的使用，以达到可持续化的目的。

2 天然气消费量影响因素的灰色关联度分析

在世间万物中从客观角度来看，由于万物之间的关系是一种灰色状态，无法判断哪些因素之间具有紧密关联，哪些因素毫无关系，因此就难以找到矛盾的症结所在。因此，关联度分析则成为分析系统中各因素错综关系的有效途径之一。

2.1 天然气消费总量影响因素指标选取和指标数据序列整理

根据现有相关文献及现实状况，由于人类社会的进步和经济的蓬勃发展极大程度上依赖于自然资源禀赋，天然气又作为所能利用的自然能源的重要组成部分，因此影响天然气消费量的因素几乎无法与社会经济、科学技术、基础设施等各个方面脱开干系。并且天然气能源的使用直接或间接地影响了各个国家及地区经济的发展，而天然气的用气水平更是直接受制于经济发展水平，应将国内生产总值（GDP）纳入考虑。而人口作为社会系统的最基本元素，人们在日常生活中的方方面面均涉及燃气的利用，因此城镇天然气用气人口也应成为影响天然气消费需考虑的因素。根据经济学中的需求理论，供求关系是影响价格的主要原因，而价格是影响需求的直接因素，但由于天然气价格存在区域性差异，因此，本研究并未将价格因素考虑在内。居民消费水平是量化了居民在日常生活中对满足人类生存、发展和享受所拥有的能力，即支付能力或购买力水平，况且人们对天然气资源的需求也存在着由于地域差异或经济状况所导致的分布不均的现象，因此该因素也应纳入分析。

综上所述，本研究主要考虑经济因素（GDP）、人口因素（城镇人口）、限制性因素（天然气产量）、社会经济（居民消费水平）、第三产业增量等五个不同类型的指标来分析预测我国的天然气消费量（见表3）。

表3 变量符号定义表

2.2 计算步骤和计算结果分析

相关度分析是一种分析系统中各个因素的相关联系程度的方法。在计算关联度之前，要先行对相关系数进行详细计算，且计算步骤如下。

将关联系数定义为：

以表4原始数据为基础，计算X0（天然气消费总量）与X1-X5之间的灰色关联度通过SPSS软件分析输出结果见表5、表6。

表4 2012-2018年中国天然气消费总量影响因素数据表

表5 天然气消费总量与其他影响因素的关联系数表

表6 关联度结果

5个影响因素与天然气消费总量的关联系数如表5所示，对其分别取均值得到关联度，当ρ=0.5时，关联度大于0.6便说明影响因素对天然气消费量确有影响。对其关联度进行排序如表6为：X3>X4>X2>X5>X1，X1、X5的灰色关联度小于0.6，说明对我国天然气消费总量影响程度较小，而X2、X3、X4的灰色关联度均大于0.6，且高达90%以上，说明3个影响因素与我国天然气消费量变动关系密切。其中，天然气产量与消费量的关联度最大，意味着我国天然气相关产业中长期发展布局在某种程度上依赖于我国天然气的开发量，天然气产量也是我国经济产业发展的根基。此外，居民消费水平与天然气消费总量的关联度为0.964，说明天然气消费量极大程度上取决于居民在日常生活中支付能力或购买力水平，并且人们对天然气资源的需求同理于消费水平，存在着地域差异或经济状况所导致的分布不均的现象。

3 结论和建议

本研究以国家统计局公布的数据为研究基础，将2012-2018年历史数据采用灰色预测GM（1，1）模型对2019-2026年天然气消费量增长趋势加以预测，并采用灰色关联分析理论对我国天然气消费总量的影响因素进行分析。结果表明：我国2019-2026年天然气消费总量将持续增长，且增长速度有所提升。在选取的5个影响因素中，天然气产量和居民消费水平与我国天然气消费量的灰色关联度最大。说明天然气产量与居民消费水平是影响中国天然气需求的主要因素，且由于国内天然气产量与消费量的增速差距不断加大，保障国内天然气稳定供应已经成为我国天然气产业的重要使命。中国作为世界上主要的天然气消费和进口大国，现阶段我国经济由高速增长阶段转变为高质量发展阶段，经济发展更加注重质量效益，同时环保约束日益趋紧，产业结构转型升级步伐加快。这意味着经济发展方式和增长驱动力的调整，从深层次来看也必然意味着能源结构的调整，对天然气能源的依赖程度将不断上升。

3.1 认清目前资源劣质化，加大天然气勘探开发力度

虽然我国天然气资源分布较广，但是由于天然气管道建设不够完善等因素，导致天然气资源开采规模和效率方面与其他国家相比还存在一定差距。近几年来，我国居民天然气消费量迅速增长，但是我国资源劣质化的情况逐渐加剧，优质资源越来越少，超低渗透率和致密油藏等低品位资源占新资源的70%以上。所以我国需要扩大天然气勘探规模来维持我国天然气市场供需关系的平衡。为了稳定市场消费，在加大天然气勘探开发力度的同时，我国应该着力改善资源劣质化的局面，提高天然气整体利用率，稳步发展能源产业。

3.2 改革天然气价格机制，对天然气市场加大管控

我国面临建设地下储气库耗费成本较高、投资回收期较长等问题，所以为了保障天然气供应，促进天然气产业健康有效发展，推进我国经济发展以及维持市场供需平衡，我国急需推进天然气定价机制市场化改革。第一，需要加大地下储气库建设财政资金支持。第二，在维持天然气市场供需关系以及市场预期价格的基础上，根据市场回馈适当放开天然气价格，提高资源配置效率，促进油气行业高质量发展。第三，当我国天然气行业逐步趋于成熟时，可采用天然气期货上市的方式来提高我国在国际市场上的定价权。

3.3 增加科技投入，降低勘探成本

科学技术是第一生产力，面对资源不断劣质化的趋势，在增加开采规模的基础上还要不断增加新勘探技术研发投入，有效降低勘探和开采成本。众所周知，美国近年来通过“页岩气革命”，油气产量直线上升，在天然气方面，美国2017年上半年天然气出口总量约为435亿立方米，同时美国石油天然气双双实现出口大于进口，已成为事实上的能源净出口国。而中国要想摆脱天然气进口大国的身份，首先要增加开采规模，在保证规模的同时也要节约勘探和开采成本。