中国天然气进口通道安全评价

李宏勋，赵颖，郑鹭

中国石油大学（华东）经济管理学院

0 引言

随着“双碳”战略的深入推进，中国对天然气的需求与日俱增，天然气对外依存度居高不下。天然气进口对中国的发展至关重要，天然气进口通道的安全更是不容忽视。虽然目前中国基于与世界主要天然气产地间的地理位置关系，已逐步建成了以东北、西北、西南、海上通道为代表的四大能源战略通道格局，也基本形成了中国天然气进口通道体系，但中国天然气进口通道的安全仍存在一些问题。

近年来，中国天然气进口通道安全风险与潜在危机频现。2019年1月，土库曼斯坦因供电基础设施老化而意外停电，对中国的天然气供应量突然减少，导致国内出现对天然气供不应求的恐慌。此外，随着全球能源消费中心“东移”，亚太地区天然气进口市场竞争激烈程度加剧，各进口国的天然气供应安全稳定性呈现出总体下降的趋势，天然气面临严重短缺的风险持续攀高［1］。而中国作为天然气对外依存度较高的国家，目前尚未拥有完备的进口天然气通道安全保障和应急机制，同时，地缘冲突与大国博弈日趋加剧，复杂的国际环境将加剧中国天然气进口通道安全形势的不确定性并带来严峻挑战。尤其是2021年以来，随着南海地区地缘局势愈发紧张，地区不稳定性时刻威胁着中国进口天然气的通道安全。另外，在中国天然气需求量持续增加的情况下，未来中国四大进口通道可预期的天然气总运力与进口需求量相比可能会存在一定缺口［2］。当前，中国天然气进口正面临一系列的挑战与威胁，科学地对中国天然气进口通道的安全状况进行评价，对中国天然气进口安全和运输安全具有重要意义。

1 文献回顾

1.1 天然气海上通道安全

国内外关于天然气进口通道安全方面的研究较为丰富，尤其是针对海上通道安全，一些学者从不同角度运用不同的研究方法对其进行了深入研究。孙家庆等［3］以LNG 海上具体运输通道为研究对象，运用投影寻踪方法构建安全评价模型对其进行了评价。李晶等［4］从内部条件与外部环境两方面选取指标，构建因子分析-双因素评价模型，综合评价了中国海上通道安全状况。陈腾瀚［5］通过文献研究法、比较分析法，以定性研究的视角深入分析了不同海上能源通道的具体风险及不同风险的威胁程度。崔巍等［6］从政治、经济、军事、外交、自然5 个方面构建指标评价体系，采用K-Means 算法进行求解，对中国海上天然气通道的安全状况进行了评价。Geng 等［7］考虑了海上运输距离和海盗袭击风险，构建了定量的海上运输风险指标。Jiang 等［8］为了评估海上航道的动态紧急风险，基于动态贝叶斯网络对海上通道事故风险进行了分析。

1.2 天然气陆上通道安全

针对天然气陆上通道安全，一些学者分别从定性与定量的角度深入研究。定性方面，吴倩等［9］认为在天然气管道运输中存在施工质量不达标、管道设备质量问题、自然灾害的影响和管理方面不到位等风险；喻新尧等［10］认为中国陆上油气通道会面临遭敌对势力打击、输出国政局不稳、被黑客挟持勒索和被偷盗着火爆炸的风险。定量方面，Gong 等［11］提出了天然气进口贸易路线的风险计算公式，用来衡量天然气的运输风险；Coq 等［12］提出一种包含天然气依赖、运输路线多元化、运输政治风险、管道破裂概率等因素的管道运输风险指数，以评估欧盟成员国从俄罗斯进口管道气的风险；Shan 等［13］提出一种基于Bow-Tie 模型和贝叶斯网络的天然气管道泄漏风险评估方法，并对降低事故率的控制措施进行预测；Chen 等［14］基于文献计量学分析对油气管道的安全性进行了系统深入的研究。

1.3 天然气进口通道安全

部分学者从天然气进口通道安全的视角开展了研究。Kong 等［15］运用线性规划模型，基于进口风险最小化，对中国天然气进口来源地进行优化；梁萌等［2］从定性角度分析中国油气进口通道格局存在的问题，并基于能源地缘政治视角，提出优化油气进口通道布局、强化过境国合作等建议；Zhang等［16］基于中国的5 条天然气进口通道，从供应链角度选取运输安全评估指标，并综合利用模糊层次分析法和TOPSIS 法评估中国天然气进口通道的风险指数。

虽然国内外学者对天然气进口通道安全的研究比较丰富与深入，但大多数学者从海上通道和陆上通道两个方面分别研究，缺少将天然气海运与陆运相结合的进口通道安全评估。因此，基于天然气进口通道安全的角度，将海上通道和陆上通道结合进行定量研究，以期为天然气进口运输安全相关研究提供借鉴。

2 指标体系与模型构建

2.1 指标体系及数据来源

根据对进口通道安全内涵的理解，并参考现有研究成果，基于科学性、系统性、可操作性的原则，从进口来源国安全、通道运输安全和进口国安全3个层面选取12 项指标构建中国天然气进口通道安全评价体系（见表1）。

表1 中国天然气进口通道安全评价体系

其中，通道长度和海峡数量根据范秋芳等［17］的研究中中国各条天然气进口路线的数据以及公开发表的数据计算得出（见表2）；LNG 接收站接收能力参考周淑慧等［18］的研究中2006—2021年中国已建成投产LNG 接收站情况的相关数据。

表2 天然气进口路线情况

2.2 评价指标阐述

2.2.1 进口来源国安全

进口来源国的安全关乎着进口通道的天然气供给安全，进口来源国的政治稳定性越高、与进口国的外交关系越好，越能保证进口天然气的稳定供应。

政治稳定性方面参考《全球治理指数》中的“政治稳定和无暴力”指标，该指标衡量的是一个国家政治稳定、政治暴力和恐怖主义的程度。使用该指标衡量进口来源国的政治稳定性，按照从各进口来源国进口的天然气量进行加权平均，从而得出进口来源国的政治稳定程度。

与进口国的外交关系方面参考李宏勋等［19］的研究，针对进口来源国与中国的战略关系类型进行赋分（见表3），再根据从各进口来源国进口的天然气量进行加权平均，进而得出进口国与进口来源国之间的外交关系。

表3 国家关系类型及赋分情况

2.2.2 通道运输安全

通道运输安全包含以下7 个因素：

①通道长度：进口通道越长，受到干扰或威胁等不安全的因素就越多，通道发生风险的概率就越高。如：海上通道易受到海盗袭击、恐怖主义、极端天气等因素的影响；陆上通道可能面临敌对势力打击、管道腐蚀、泄漏或爆炸风险等。

②海峡数量：指天然气进口通道途径的海峡数量。海峡是海上交通要道，同时也是政治敏感地带，极易发生海上事故与国家冲突。天然气进口通道通过的海峡数量越多，运输途中的不确定因素就越多，运输风险就越大。

③海盗及武装抢劫犯罪事件：海盗及武装抢劫犯罪事件越多，海上通道运输发生风险的概率越高，海上通道也就越不安全。

④LNG年运输量：表示每年通过船舶运输的LNG 进口量，数值越大，表明海上通道的运输承载能力就越强，进口通道的稳定性越高。

⑤管道气年运输量：表示每年通过输气管道进口的天然气量，数值越大，表示管道的运输承载能力就越强，进口通道的稳定性越高。

⑥LNG 接收站数量：LNG 接收站是对船运LNG进行接收、储存、气化和外输等作业的场站，LNG接收站作为天然气进口通道及基础设施的重要组成部分，影响着进口通道的接收安全。LNG 接收站数量越多，通道的接收风险就越小。

⑦LNG 接收站接收能力：LNG 接收站的接收能力越强，进口通道的接收风险就越小，通道就越安全。

2.2.3 进口国安全

进口国安全包含以下3 个因素：

①对外依存度：对外依存度＝（天然气净进口量/国内天然气总消费量）×100%。对外依存度越高，表示对国外天然气的依赖程度越大，越容易受到国际天然气市场的影响。

②储采比：储采比＝年末剩余天然气可采储量/当年天然气总产量。天然气储采比越大，资源保障能力越强，意味着能够抵抗外界风险的能力越强。

③进口集中度：由一个国家进口量最大的前5个进口来源国的进口量之和与当年天然气进口总量的比值表示。进口集中度越高，表明天然气的进口来源分布越集中，越不利于分散风险。

2.3 模型建立

2.3.1 相关性分析

首先使用相关性分析研究中国天然气进口通道安全评价指标之间的关系，如果相关系数为正值，表明两个指标之间呈正相关关系；如果相关系数为负值，则表明两个指标之间呈负相关关系。

①构建数据矩阵X。整理p个指标n年数据，搭建天然气进口通道安全样本数据矩阵X：

式中：i——年份编号，i=1,2,3,…,n；j——指标编号，j=1,2,3,…,p；xij——第i年第j个中国天然气进口通道安全评价指标。

②指标同趋化。一般是将逆向指标和适度指标转化为正向指标，所以也称为指标的正向化［20］。所选取的指标中不存在适度指标，仅进行逆向指标的正向化。参考明翠琴等［21］的处理方式：将逆向指标取其倒数代替原指标，若xij是逆向指标,则取xij*为其替代指标。

③数据的无量纲化处理。不同的评价指标往往具有不同的量纲和量纲单位，为了消除由此带来的不可公度性，需要对各评价指标进行无量纲化处理。本文采取标准化法中的Z-score 法进行数据的无量纲化处理。Z-score 法标准化公式为：

④计算相关系数矩阵R。

2.3.2 主成分分析

使用主成分分析法来降低所研究的天然气进口通道安全评价指标体系维数。具体步骤如下：

①求矩阵R的特征根及相应的特征向量，确定主成分。

根据特征方程式可求得p个特征根λg，g=1,2,3,…,p。将其按照大小顺序排列为λ1≥λ2≥…≥λp≥0。每一个特征根λg对应一个特征向量Lg(lg1,lg2,…,lgp)；将标准化后的指标变量转换为主成分：

式中，Fg——第g主成分。

②求方差贡献率，确定主成分个数。以累计方差贡献率不小于85%为界限，确定主成分数目［22］，主成分数目k值由公式（7）求得。

③对k个主成分进行综合评价，测算得分Fsum。

2.3.3 K-Means 聚类算法

①确定划分的类数K。随机选取K个对象作为初始的聚类中心，然后计算每个对象到所选聚类中心的欧氏距离dij，将其分配到较为相似的簇当中。

②确定新的聚类中心。重新计算每个簇的中心，并重复以上过程，直到聚类中心不再发生变化，最终确定每个中心和聚类。

3 中国天然气进口通道安全综合评价

3.1 相关性分析

由于通道长度、海峡数量、海盗及武装抢劫犯罪事件、对外依存度和进口集中度5 项指标为逆向指标，首先进行逆向指标的正向化，得到标准化数据（见表4）。借助SPSS 软件对标准化后的数据进行相关性分析，得到相关系数矩阵（见表5）。

表4 中国天然气进口通道安全指标标准化数据

表5 中国天然气进口通道安全指标相关性分析

由相关性分析发现大部分指标间相关性显著，因此可以通过主成分分析法降低上述指标的维度，以降低复杂性［23］。

3.2 主成分分析

借助SPSS 软件进行主成分分析，得到了KMO（统计量检验）和Bartlett（巴特利特）检验结果，KMO 值为0.678，大于0.6，Bartlett 球形度检验p值为0.000，小于0.05，均通过检验。因此，采用主成分分析法评价天然气进口通道安全状况是可行的。

此外，测算得到了各个成分的特征值、方差贡献率和累计方差贡献率等数据（见表6）。根据特征值大于1 且累计方差贡献率高于85%的原则确定主成分个数，并测算得出载荷矩阵及各成分得分系数矩阵（见表7—表8）。

表6 主成分特征值及方差贡献率

表7 载荷矩阵

表8 各成分得分系数矩阵

根据表8 中各成分得分系数矩阵可写出主成分得分函数：

以2 个主成分的方差贡献率为权重，对主成分进行加权求和，得到中国天然气进口通道安全水平的综合得分模型：

3.3 K-Means 聚类分析

在上述主成分分析的基础上，借助SPSS 软件对2006—2021年中国天然气进口通道安全状况进行K-Means 聚类分析，令K=3，初始聚类中心与最终聚类中心见表9。

表9 聚类中心

3.4 评估结果

3.4.1 主成分分析计算结果

将标准化后的数据（见表4）分别代入公式（9）和公式（10），得到各主成分得分，再把各主成分得分代入公式（11），计算得到2006—2021年各年度中国天然气进口通道安全的综合得分（见表10），综合得分越高表示天然气进口通道安全状况越优。

表10 2006—2021年中国天然气进口通道安全综合得分

为直观反映2 个主成分及中国天然气进口通道安全的变化趋势，基于表10 的数据，绘制中国天然气进口通道安全趋势（见图1）。

图1 中国天然气进口通道安全趋势

3.4.2 K-Means 聚类分析计算结果

K-Means 聚类分析结果见表11，其中类别1 对应安全状态，共6 个个案，占比37.5%；类别2 对应较为安全状态，6 个个案，占比37.5%；类别3对应不安全状态，4 个个案，占比25%。

表11 聚类成员

3.5 结果分析

3.5.1 主成分分析法结果分析

由载荷矩阵（见表7）可以看出，在主成分1 中，LNG 接收站数量、LNG 接收站接收能力、管道气年运输量、LNG年运输量和进口集中度5 项指标的载荷值较高，所以这5 项指标对主成分1 的影响较大。同理，海峡数量、通道长度、对外依存度和政治稳定性4 项指标对主成分2 的影响较大。

由图1 可以看出，主成分1 和主成分2 均呈现出先下降后上升的趋势，且均在2011年降至最低。不同的是，2006—2011年，主成分1 得分的变化幅度不大，降幅很小，主成分2 得分的降幅则较大，波动较为明显；2012—2021年，主成分1 得分的上升幅度很大，而主成分2 得分的变化不太明显，升幅很小。综合来看，2006—2011年，主成分2 得分的下降趋势明显，2012—2021年，主成分1 得分的上升趋势明显。综合分析原因，2006—2011年，进口来源国的政治稳定性逐年下降，并在2011年降至最低；由于中亚管道的投入使用，进口通道的通道长度大幅增加，由4 800 n mile 增长至54 720 n mile，进口通道通过的海峡数量也由1 个增加至29 个，进口通道发生风险的概率大大增加；另外，天然气对外依存度逐年增加，由2006年的1.811%增至2011年的22.570%，受国际天然气市场的影响程度大大加深。2012—2021年，LNG年运输量和管道气年运输量逐年增加，LNG年运输量由14.676×106t 增至78.790×106t，管道气年运输量由15.801×106t 增至42.480×106t，天然气进口通道的运输承载能力大大增强；LNG 接收站由2012年的9 座增至2021年的22 座，LNG 接收能力也在大幅提升；此外，天然气进口集中度在此期间大幅下降，由93.54%降至65.84%，天然气的供给风险大大分散。

在主成分1 和主成分2 的共同作用下，综合得分呈现先下降后上升的趋势，说明中国天然气进口通道安全水平呈现先下降后上升的趋势。

3.5.2 K-Means 聚类结果分析

根据表11 可知，2006—2021年中国天然气进口通道依次经历了较为安全状态、不安全状态、较为安全状态、安全状态。

（1）2006—2008年为较为安全状态。主要原因如下：①中国天然气的进口量较少，仅从澳大利亚、尼日利亚、阿尔及利亚等少数几个国家进口，对外依存度较低。②中国仅通过海上通道进口LNG，所以进口通道的通道长度较短，途经的海峡数量也较少，通道发生风险的概率较低。③LNG年运输量和储采比逐年增加。此外，2006年中国仅从澳大利亚进口天然气，且仅进口LNG，天然气的对外依存度仅有1.81%；澳大利亚的政治稳定性也较高；进口通道的通道长度很短，通过的海峡数量也较少，所以进口通道发生风险的概率很小。因此，2006年中国天然气进口通道的安全水平与2007年和2008年相比较高，且达到了安全状态。

（2）2009—2012年为不安全状态。主要原因如下：①随着LNG 海运航线的不断扩展和天然气管道的投入使用，进口通道的通道长度以及途经的海峡数量明显增加，通道发生风险的概率随之提高。②海盗及武装抢劫犯罪事件的发生次数远高于其他时期，进口通道面临的海上风险较高。③中国自2010年开始从土库曼斯坦、缅甸、哈萨克斯坦、俄罗斯和乌兹别克斯坦等周边国家进口管道气，天然气对外依存度不断增加，2012年已经升至27.07%，对国际天然气贸易的依赖程度明显加深。④该阶段中国天然气进口集中度仍处于较高水平，天然气供给风险较大。

（3）2013—2016年为较为安全状态。主要原因如下：①进口来源国的政治稳定性有所提升，与进口国的外交关系状况也开始出现好转。②海盗及武装抢劫犯罪事件与上一时期相比明显减少，表明进口通道面临的海上风险大幅降低。③LNG年运输量和管道气年运输量在这一阶段明显增加，表明中国天然气进口通道的运输承载能力明显增强。④LNG接收站数量有所增加，接收能力较上一阶段有所提升。⑤中国天然气储采比有明显提升，表明抵抗外界风险的能力增强。

（4）2017—2021年为安全状态。主要原因如下：①进口来源国的政治稳定性逐年提升，与进口国的外交关系也达到了较高水平且逐渐稳定。②海盗及武装抢劫犯罪事件发生次数持续降低。③LNG年运输量和管道气年运输量稳步提升，中国天然气进口通道的运输承载能力进一步增强。④进口集中度较之前明显下降，由82.48%降至65.84%，表明天然气进口风险有所分散。

4 结论与对策建议

4.1 结论

LNG 接收站数量、LNG 接收站接收能力、管道气年运输量、LNG年运输量、进口集中度、海峡数量、通道长度、天然气对外依存度和进口来源国的政治稳定性9 项指标对中国天然气进口通道安全的影响较大。

2006—2008年中国天然气进口通道处于较为安全状态，2009—2012年处于不安全状态，2013—2016年回升至较为安全状态，2017—2021年处于安全状态。

4.2 对策建议

加快基础设施建设，增强LNG 接收能力。由主成分分析结果可知，LNG 接收站数量和LNG 接收站接收能力对中国天然气进口通道安全的影响较大。因此，需加大LNG 接卸终端建设，增加LNG 接收站数量，在环渤海、东南沿海、长三角等区域形成LNG 接收站集群，建造大型LNG 接收枢纽基地。同时，完善已建接收站的储罐、管道等配套设施，从而提高LNG 接收能力与储气能力。

加大天然气综合运力建设，提升进口通道承载能力。由主成分分析结果可知，管道气年运输量和LNG年运输量对天然气进口通道安全影响较大。因此，中国应继续加大综合运力建设，增加对天然气进口运输相关项目的投资。在管道建设方面，应严格遵守管材用料和作业标准，规范天然气管网建设，并修缮老化天然气管道，提升进口通道的运输承载能力。在海运建设方面，可以将买入船舶作为扩大海运规模的主要方式，将短期租赁作为增加运力的补充手段，以提高运输的灵活性。

深化务实外交合作，优化天然气进口来源。由主成分分析结果可知，进口来源国的政治稳定性和进口集中度对天然气进口通道的安全存在较大影响。因此，中国应当在加大与现有政治稳定性较高的气源国的合作力度的同时，拓展与美洲尤其是美国的合作、巩固与非洲和中东的合作，从而不断优化中国天然气的进口来源，保证天然气进口通道的多元化稳定供应，降低风险。

壮大军事力量，加强管控力度。根据主成分分析结果，海峡数量和通道长度对天然气进口通道的安全均存在一定影响。因此，中国要加快海军的建设，增强海军远洋作战能力，加强对海盗和恐怖主义活动的打击力度；注重对途经海域的气象灾害检测，同时加强对关键海峡或运河的军事侦查与布防。在管道方面，应加强管控力度，并且定期排查，以便及时识别风险。

加大科技研发投资，增强勘探开发力度。针对天然气对外依存度对中国天然气进口通道安全产生的影响，要加大科技研发投资，突破核心技术障碍［24］，在加强对鄂尔多斯盆地、四川盆地和塔里木盆地等重点地质常规天然气资源的勘探开发力度的基础上，加大对页岩气、深层煤层气等非常规天然气资源的开发力度，从而提高储采比，缩小中国天然气的供需差距，降低对外依存度。