大港储气库建设对京津冀绿色发展的影响

李梦莲， 马 杰

(东华理工大学 经济与管理学院， 江西 南昌 330013)

在过去的十多年时间里，我国天然气市场迅猛发展，天然气需求量逐年攀升，不断增长的天然气需求量和供应不足的矛盾日益凸显.在此背景下，天然气储备建设显得尤为重要.天然气储备有助于调节用气峰谷差 ，防止因意外事件造成的供气中断，同时也有利于节省上游生产投资、提高管理运输系统的利用效率、增加下游企业的用气灵活性.我国从20世纪90年代开始开展天然气地下储气库研究设计工作，之后便陆续开始投入运行各大天然气地下储气库.拥有1亿人口的京津冀地区是渤海湾地区经济发展的制高点，拥有首都北京和工业中心天津两个直辖市，工业和居民用气需求量都很大；且其位于冬季寒冷区域，冬天供暖需求量巨大；作为国家首都所在的重点核心区域，京津冀地区需要特别的节能与能源战略，才能推动绿色、生态、宜居和美丽环首都经济圈的构建，引领并坚定中国走绿色生态发展道路的信心和决心.因此，保障京津冀地区的天然气充足供给就成为天然气储备建设的重中之重.针对京津冀地区的天然气储备工程主要有环渤海地区的天津大港库群(包括板桥和京58两座库群，共10座储气库)、河北苏桥库群和天津板南库群，其中大港库群是最早建成投产的，也是规模和库容最大的一座库群，其建设对于缓解京津冀地区的季节性调峰矛盾和推进生态文明建设起到了最为直接的影响作用.那么，大港储气库群的建设能否从根本上解决京津冀地区的天然气供需矛盾，其建设对于京津冀地区的影响究竟有多大，具体对哪些方面产生影响，成了一个重要问题.评估大港储气库群项目建设的影响，将对国内其他储气库群的建设提供参考价值和建设必要性依据.

基于此，本文运用双重差分模型对大港储气库群项目建设的影响效果进行评估，选取2002—2012年京津冀地区5个城市和山西省5个城市的面板数据，分析对比受大港储气库群输气影响地区和未受大港储气库群输气影响地区的空气质量和单位GDP能耗变化情况，以评估大港储气库群项目建设的影响效果.本文试图对大港储气库群建设效果进行实证分析，这对于我国天然气地下储气库建设必要性研究、京津冀地区生态文明发展和天然气产业链完善具有重要的理论意义和实践价值.

1 文献综述

1.1 天然气与绿色发展

天然气属于清洁能源，通过推动天然气消费有助于减少空气中污染物的排放量并优化能源消费结构，这在国内对天然气的利用优势研究中有所体现.汤瑞丰[1]认为能源高质量发展与环境保护是中国高质量发展的有机组成部分，通过建立能源消费和大气保护动态关系区域VAR模型，得出天然气和一次电消费的增加在短期内会减少环境污染.董康银等[2]基于我国近年来低碳经济兴起和减排压力加大的现状，认为随着天然气开发使用力度的不断加大，中国天然气消费结构存在两个方面的转变趋势：消费总量持续较快增长，利用结构逐渐多元化.甄仟等[3]则通过因素分解法对天然气消费因素进行分解分析，结果表明随着我国天然气的开采与消费开始显著增加，煤炭和石油消费比重下降，天然气在能源消费结构中的比重逐步扩大，成为能源消费结构中的重要组成部分，能源消费结构不断优化.

1.2 地下储气库建设必要性与经济性

地下储气库的建设出发点和落脚点在于提高调峰能力，缓解天然气供应安全问题，以及改善能源消费结构，优化环境，减少地区雾霾污染，促进区域协同绿色发展.目前已经有不少学者对地下储气库建设的必要性和经济性进行了探索.就其建设必要性而言，周怡沛等[4]基于我国能源革命发展，借鉴国外天然气储备经验分析了我国天然气战略储备的必要性和重要性；张刚雄等[5]认为在地下储气库、气田、小型LNG等众多调峰方式中，储气库的建设是当今世界最主要的天然气储存方式和调峰手段；丁国生等[6]通过回顾中国地下储气库历经从无到形成大规模产业的20年发展历程，强调了地下储气库是天然气供应链中的重要组成部分,以及在中国天然气调峰安全保供中的重要作用.就其建设经济性而言，秦云松等[7]对国内典型的枯竭油气藏式储气库、盐穴储气库和LNG储备的库容、投资及经济效益进行了分析，认为地下储气库相较于LNG接收站建设投资和汽化后的天然气价格更低，具有更为明显的经济成本优势.

目前我国关于地下储气库的研究大多是从定性角度分析其修建的重要意义，而缺少定量分析.多数文献着重于地下储气库的库址选择与评价、方案论证、可行性研究等技术研究，而鲜少对其在生态文明建设、能源结构优化和绿色经济发展等方面做出的贡献进行深入研究.区别于已有文献的研究，本文的创新点主要体现在首次运用DID模型定量评估地下储气库项目建设的影响效果，为稳步推进生态文明建设和天然气产业发展提供参考.

2 研究假设

在我国能源供需发展过程中，把天然气发展成为中国的主体能源之一，是优化我国能源结构、提升能源效率、改善空气质量、实现能源供应清洁化最现实的选择，也是贯彻习近平总书记能源革命战略思想的重要内容和具体体现.但是，由于经济回稳带动天然气需求快速增加，致使我国天然气消费对外依存度急剧上升，且我国上游均匀供气与下游波动用气不匹配，天然气需求峰谷差不断拉大.由此可见，加快我国地下储气库建设，提高天然气调峰和应急能力是加快发展天然气产业的必要保障.

天然气作为相对清洁的能源，已有文献根据天然气和煤炭的理论转换值以及不同利用行业的热效率，计算得出天然气燃烧污染物排放在煤炭燃烧排放中的比例，结果表明天然气在工业燃料中的SO2、NOx和烟粉尘排放量分别是燃煤的1.7%、15.8%及8.7%，天然气燃烧的理论污染物排放量明显小于煤炭燃烧[8].由此可知天然气的充足供给可以显著降低原煤的消耗量，即优化能源消费结构，从而有效改善燃煤使用对大气环境的污染，SO2等大气污染物的排放浓度显著降低，对改善地区空气质量起到推动作用.大港地下储气库项目的建设主要是利用天然气夏季低谷消费期储存、冬季高峰消费期供气的模式，通过降低燃煤消耗量从而减少居民冬季烧煤取暖所带来的污染物排放，同时工业用气供应量紧缺的问题得到缓解.企业通过使用天然气而大大减少煤炭的使用量，进而达到改善空气质量的效果.为此，结合本文研究对象提出如下两个假设：

H1：大港储气库项目的建设能够显著减少工业二氧化硫排放量；

H2：大港储气库项目的建设能够显著减少工业烟粉尘排放量.

我国以煤炭为主的能源消费结构虽在短期内无法得到彻底转变，但是随着地下储气库的修建，天然气的充足供给将会直接影响到能源结构向清洁化转型.为了适应转型后的能源结构，进一步降低生产成本，企业将更加专注于科技研发从而推动技术进步.技术进步又将从工艺和手段上提升能源效率，而这种提升主要表现在“硬”实力和“软”实力两个方面.“硬”实力的提升是通过完善工艺，减少生产过程中的能量损耗，提高单位原材料的产品生产率，从而实现能源效率的提升；“软”实力的提升是通过完善管理机制和生产体系，降低产品阶段的中间成本和能源损失，优化资源配置，进而降低总能源消耗.由此，结合本文研究对象提出如下假设：

H3：大港储气库项目的建设能够显著提升能源效率.

在上述理论研究的基础上进一步分析可知，大港储气库项目的建设最终将以实现绿色发展为目标.绿色发展是以效率、和谐、持续为目标的经济增长和社会发展方式，空气质量优化与能源效率提升都是其重要组成部分.因而，天然气地下储气库项目的建设对于推动以清洁能源使用与保护环境为前提的经济社会发展具有重要的现实与经济意义.结合已有文献与对本研究的认识，绘制大港储气库项目建设对空气质量和能源效率的作用机制(图1).

图1 大港储气库项目建设对绿色发展的作用机制

3 研究设计

3.1 样本选取与数据来源

本文选取华北地区部分城市作为研究样本，包括北京、天津、石家庄、唐山、秦皇岛、太原、大同、临汾、运城和晋中这10个城市，选取2002—2012年作为样本区间，由此构成了本文的面板数据.其中，由于大港储气库群修建之初是面向京津冀地区供给生活及工业用气，故基准年份后受到大港储气库群输气影响的城市就包括北京、天津、石家庄、唐山和秦皇岛，基准年份后未受到输气影响的城市则为太原、大同、临汾、运城和晋中.仅选取几个华北地区地级市作为研究样本是为了减少干扰因素.由于中国地广辽阔，每个城市地形高度和地理位置的不同导致所处环境都是不同的，并且不同地区的生活习惯有所差异,也可能会导致能源消费习惯的不同，这些差异很可能会影响到空气质量和其他相关的环境质量问题.由于大港地下储气库群的主体库群在2006年才全部开始投运，所以选取的时间起点是2006年，而2012年之后第二座为京津冀地区输气的苏桥地下储气库群开始建成投产.为了排除苏桥库群对京津冀地区环境和能源利用效率的附加影响，本文数据仅选取到2012年.数据来源于中经网统计数据库、中国经济社会大数据研究平台、《中国城市统计年鉴》《河北省统计年鉴》《山西省统计年鉴》,以及各省市统计局等.

3.2 变量说明

本文从空气质量和能源效率维度引入3个变量作为模型的被解释变量，分析评价大港地下储气库群项目建设的影响.

3.2.1 被解释变量

空气质量维度.大港地下储气库群的建设初衷包括治理环境污染和改善空气质量.参考朱平芳等[9]，本文的空气质量维度变量包括二氧化硫排放量和工业烟(粉)尘排放量，单位均为吨.

能源效率维度.储气库的建设缓解了京津冀地区天然气供应紧张问题，增加了天然气的能源消费，并直接影响到能源消费结构，从而产生了能源效率的差异.借鉴魏楚和郑新业[10]，本文采用单位GDP能耗衡量能源效率，其反映经济结构和能源利用效率的变化，使用各城市能源消费总量除以地区生产总值计算得出，单位为吨标准煤/万元.

3.2.2 解释变量

大港地下储气库群项目的建设.大港储气库群由板桥枯竭水侵砂岩储气库群和京58多种复杂油藏类型储气库群构成，板桥库群是由大张坨、板876、板中北、板中南、板808和板828六座储气库组成的，于2006年全部建成并投产，形成了我国第一批商业储气库群；京58储气库群于2010年全部投产运行.由于2006年大港储气库群的主体部分板桥库群的6座储气库开始全部投产输气，所以本文选取2006年为时间节点，2006年之后的实验组城市赋值为1，2006年之前的实验组城市赋值为0.

3.2.3 控制变量

本文根据被解释变量的两个维度，参考沈坤荣等[11]，选取人均GDP、人口密度、第二产业增加值占地区生产总值比重和城镇化率作为控制变量.各回归分析中拟加入的控制变量根据经济理论分别加以确定.人均GDP反映了区域经济发展水平，经济发展水平不同的地区居民对空气质量的需求也不同；人口密度直接影响能源消费规模，对空气质量和能源消耗的影响具有基础性作用；第二产业增加值占地区生产总值比重反映了区域的产业结构，对环境污染和能源需求具有刚性影响；城镇化率反映了人口和污染源的空间转移，这将直接影响环境污染和能源消耗，城镇化率是以非农业人口数占年末总人口的比例来衡量的.人均GDP、人口密度和第二产业增加值占地区生产总值比重的指标均基于市辖区数据，数据来源于《中国城市统计年鉴》和中经网统计数据库.

由于统计年鉴和数据库中一些统计指标的变换和缺失，导致某些城市个别年份统计指标数据缺失.本文关于缺失数据的处理方法为：部分地区个别年份的缺失数据采用该年份前一年和后一年的数据平均值得到；连续几年缺失的数据指标则通过分析数据的变化趋势估算得出.通过以上数据处理方法，将数据误差对实证分析结果的影响降至最低，各绝对值变量均取自然对数.表1对本文所涉及的指标、数据进行了说明.

表1 主要变量概述

3.3 模型设定

本文选取双重差分(differences in differences，DID)方法来评估大港地下储气库的建设影响，该方法近年来在政策和项目建设等效果评估的应用研究领域得到广泛应用.占华和后梦婷[12]采用双重差分法研究了环境信息披露政策对企业创新的影响；贺宝成等[13]利用2014年领导干部自然资源资产离任审计试点这一准自然实验,运用DID实证检验了其对试点地区企业绿色技术创新的影响；王树强等[14]以京津冀及周边省(市、自治区)为例，基于DID模型研究了环境规制政策是否能够有效促进产业转型升级的问题；Du等[15]基于双重差分方法研究了以可再生能源为基础的清洁发展机制(RE-CDM)对中国农村社区的影响.

DID方法的使用需要满足准自然实验的前提要求，大港储气库项目建设之初就是为了解决华北地区供气不足的问题，但由于山西省输气管网设施建设滞后等原因，储气库建成后便先辐射京津冀地区这一小范围，故本文将京津冀地区近似看作试点地区，由此判断大港储气库项目的建设对其大致符合随机外生冲击假设.一般来说DID方法是通过设置实验组和对照组，以政策或项目建设开始实施的时间为基准节点，比较实施与未实施政策或项目建设的城市在基准时间之后的变化情况来评估政策实施或项目建设的效果.本文根据实际情况将项目建设的实验组(基准年份后受到大港储气库群输气影响的城市)和对照组(基准年份后未受到大港储气库群输气影响的城市)中空气污染物排放量及能源利用效率情况进行比较，主要以板桥库群的6座储气库同时建成投产的2006年为时间基准，对储气库项目建设前后的变化情况进行对比来评估大港储气库群建设的影响效果.

本文将项目建设的实验组(基准年份后受到大港储气库群输气影响的城市)和对照组(基准年份后未受到大港储气库群输气影响的城市)中空气污染物排放量、单位GDP能耗进行比较.因此，设定双重差分模型为:

Yit=β0+β1duit+β2dtit+β3dtitduit+β4Ζit+εit，

式中被解释变量Y衡量大港地下储气库群建设的影响效果具体包括：工业二氧化硫排放量、工业烟(粉)尘排放量和单位GDP能耗；β0为常数项；du=1表示受到大港储气库群输气影响的城市，du=0表示未受到大港储气库群输气影响的城市；dt=0表示大港储气库群全面建成投产之前的年份，dt=1表示大港储气库群全面建成投产之后的年份；i和t分别表示第i个城市和第t年；Z表示一系列控制变量;ε表示随机扰动项.本文主要关注的变量是β3,即大港地下储气库群项目建设的效果方向，主要变量的描述性统计如表2所示.

表2 主要变量的描述性统计

4 实证结果与检验

4.1 平行趋势检验

DID有效估计的重要前提之一就是处理组和控制组在实验之前满足平行趋势假定.为了验证DID模型的合理性，本文采用两种方法对处理组和控制组的工业二氧化硫、烟粉尘排放量以及单位GDP能耗实施了平行趋势检验.

4.1.1 时间趋势观测法

如图2所示，在大港储气库项目建设之前，处理组和控制组的工业二氧化硫、烟粉尘排放量和单位GDP能耗大致保持相同变化趋势，而在储气库建设之后，处理组和控制组的工业二氧化硫、烟粉尘排放量和单位GDP能耗的变化趋势都明显出现了不同程度的变化.因而本文使用的DID模型符合平行趋势假定的前提条件.

(a)工业二氧化硫排放量

(b)工业烟(粉)尘排放量

(c)单位GDP能耗 图2 工业二氧化硫、烟粉尘排放量和 单位GDP能耗

4.1.2 事件研究法

为了充分验证储气库项目建设前后处理组和控制组是否满足平行趋势假设，本部分进一步运用事件研究法进行研究.首先生成年份虚拟变量与处理组虚拟变量的交互项，再将这些交互项作为解释变量进行回归.为了避免完全共线性问题，选择基准年份前一期作为参照组进行回归.图3为平行趋势检验结果，结果表明交互项系数在储气库项目建设前并不显著异于0，而在项目建设后显著异于0.从图3中也可以更为直观地看出工业二氧化硫和烟粉尘排放的动态效应系数在项目建设前围绕0附近波动，在项目建设后分别显著为负和正；单位GDP能耗的效应系数在项目建设前小于0，在项目建设后便显著为正.这说明处理组和控制组在项目建设前并不存在显著差异，在项目建设后动态效应显著，因而满足平行趋势假定.

(a)工业二氧化硫排放量

(b)工业烟粉尘排放量

(c)单位GDP能耗 图3 工业二氧化硫、烟粉尘排放量和 单位GDP能耗平行趋势检验

4.2 DID结果分析

表3是大港地下储气库群项目建设效果的DID模型回归结果.lnSO21和lnSO2两列分别表示加入控制变量前后储气库建设对二氧化硫排放量影响的回归结果.表3显示:加入控制变量之前的回归系数为-0.072，但不显著;加入控制变量之后的回归系数为-0.248，且在10%的水平上显著.表明储气库的建设能够减少工业二氧化硫的排放量，这与研究假设H1一致.可能的原因是大港地下储气库群项目的建设使得京津冀地区工业用气供应量紧缺的问题得到缓解，企业通过使用天然气而大大减少煤炭的使用量，进而减少了二氧化硫的排放量.从控制变量的回归结果来看，人口密度和第二产业增加值占地区生产总值比重的系数均在1%的水平上显著为正，表明人口密度越大，二氧化硫排放量越高，同时工业比重偏高是导致工业二氧化硫排放量增加的重要原因.

lnemission1和lnemission两列分别表示加入控制变量前后储气库建设对工业烟粉尘排放量影响的回归结果.表3显示，加入控制变量前后的回归系数分别为0.065和-0.072，且都不显著，表明储气库的建设对工业烟粉尘排放量的影响不显著，这与研究假设H2不一致.可能的原因是储气库项目建设所带来的缓解供气短缺影响主要局限于市辖区的工业企业，而对于其他偏远地区的影响甚小，这些地区仍旧以消费煤炭等能源为主，导致储气库建设并未有效减少烟粉尘的排放量.

energypergdp1和energypergdp两列分别表示加入控制变量前后的储气库建设对单位GDP能耗影响的回归结果.表3显示，加入控制变量前后的回归系数都在5%的水平上显著为正，与研究假设H3相悖，表明储气库的建设暂时未能有效提高能源效率，仅仅是传统能源内部的替代，未对能源消耗结构产生优化作用.可能的原因是储气库的修建虽然增加了天然气消费量，但是华北地区经济发展大环境对于其他一次能源(煤炭、石油和水能等)的需求量逐年增长，一次能源消费总量增加.同时清洁能源占比并未由于储气库的修建而提高，导致了能源的利用效率没有提高，因而导致储气库修建短期内未能有效降低单位GDP能耗.

表3 大港地下储气库群项目建设对污染物排放和单位GDP能耗影响的估计结果

4.3 稳健性检验

为了进一步验证DID模型估计的可靠性，本部分将采用SO2年均值浓度(SO2year)和单位工业增加值能耗(pergy)分别替代空气质量和能源效率两个因变量来进行稳健性检验，回归结果如表4所示.表4显示，无论加入控制变量与否，大港储气库项目的建设都显著降低了SO2年均值浓度，同时也显著增加了单位工业增加值能耗，这与前文DID实证分析部分结果相一致.由此可知，本文所使用的DID模型具有稳健性.

表4 大港地下储气库群项目建设对空气质量和 能源效率影响的稳健性检验

5 结论与建议

本文选取2002—2012年华北地区10个城市的面板数据，运用DID模型对大港地下储气库群项目建设效果进行评估，分析对比受到和未受到大港地下储气库群输气影响地区的空气质量和能源利用效率的变化.根据回归结果可以看出，大港地下储气库群项目的建设对于空气质量的改善起到了一定作用，其对二氧化硫排放量有显著的负向影响，能够有效缓解京津冀地区的空气污染问题；但由于储气库项目建设的影响范围受限，其对工业烟粉尘排放量的影响并不显著.大港地下储气库项目的建设对单位GDP能耗的影响是显著为正的，表明该项目的建设短期内未能有效提升能源利用效率，能源消费结构的变化主要体现在传统能源的内部替换.本文的实证分析结果表明，天然气地下储气库的建设具有很强的必要性，能够增加天然气消费量进而有效缓解供需矛盾；有助于改善空气质量，推动京津冀地区生态文明发展；从长远来看，能够提高清洁能源在一次能源消费中的比重，从而优化能源消费结构，提升能源利用效率；作为天然气产业链中的重要一环，更有助于推动和完善天然气产业的发展.然而我国目前的地下储气库建设还存在着诸多的问题和不足.基于此，笔者提出以下对策及建议:

第一，继续加大我国地下储气库建设力度，提升储气调峰能力，加强天然气产供储销体系建设.随着近几年中国经济的高速增长，我国能源供给正发生着深刻的变革，天然气在中国一次能源消费需求中的比重将持续上升，对外依存度在未来10年也将超过50%，这将给中国能源安全体系带来巨大挑战，我国对地下储气库的需求极为迫切.但目前我国储气库的建设仍旧无法完全满足不断增长的需求，其建设速度明显滞后，调峰能力还存在不足.故考虑长远天然气业务发展需要，综合地下储气库建设必要性，结合国内建库资源分布特点，应强化地下储气库战略规划布局，继续稳步推进地下储气库的建设，加快构建完善的产供储销体系.

第二，储气库建设应当更加注重提升能源利用效率，优化能源消费结构.随着地下储气库的建设，天然气价格市场化改革加快推进，大气污染治理进程加快，以及多地煤改气政策陆续落地实施，近些年来我国能源消费结构得到显著优化，天然气消费回暖，但天然气在能源消费中的比例仍然偏低.储气库的建设应当更多地关注于满足应急储备和战略储备的双重需求量要求上，通过保证充足天然气供给，减少燃煤消费，不断提高天然气消费在一次能源中的占比，逐步降低单位GDP能耗，进而提高能源效率和优化能源消费结构.

第三，建立专业技术和管理团队，加大科研攻关力度，并为储气库建设提供相关配套政策支持.由于我国储气库建设仍面临许多困难，比如天然气埋藏越来越深、储层条件越来越差、构造更加破碎、油藏与水层建库难度更大等，还需要更加科学和严谨的精神来迎接未来的挑战.技术攻关应当着力于解决其建设时间长、难度大、成本高等问题，加大技术、管理和科研的投入，提高建设效率，适当降低建设成本，形成一套高效的储气库建设流程.同时在储气库建设投资资金保障、设施折旧方式方法、税收优惠政策、企业运行成本补偿、国家专项财政补贴等方面，应当给予其实质性、落地性支持政策.