李君臣 董秀成 高建

中國石油大學(北京)工商管理學院

我國天然氣消費的系統(tǒng)動力學預測與分析

李君臣 董秀成 高建

中國石油大學(北京)工商管理學院

李君臣等.我國天然氣消費的系統(tǒng)動力學預測與分析.天然氣工業(yè),2010,30(4):127-129.

天然氣消費的影響因素眾多,而以前的預測模型大多只考慮到兩三個影響因素,預測結(jié)果難以達到準確。在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上,建立了我國天然氣消費預測的系統(tǒng)動力學模型。該模型則對天然氣消費進行了行業(yè)劃分,綜合考慮了各行業(yè)天然氣消費的相關(guān)影響因素,從而能夠進行更有效的預測。預測結(jié)果顯示,我國未來天然氣消費量將迅速增長,2020年達到1830.0×108m3,2030年達到3027.4×108m3;并且消費結(jié)構(gòu)也將發(fā)生巨大變化,主要體現(xiàn)為化工用氣、工業(yè)燃料用氣比例下降,發(fā)電用氣、第三產(chǎn)業(yè)用氣比例上升,而居民生活用氣比例先升后降?；诖?對我國未來天然氣工業(yè)的政策提出了建議:加強天然氣資源的勘探開發(fā)、加快天然氣基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、加快天然氣技術(shù)創(chuàng)新步伐等。

天然氣消費 化工用氣 發(fā)電用氣 工業(yè)燃料用氣 第三產(chǎn)業(yè)用氣 居民生活用氣 系統(tǒng)動力學

1 預測模型構(gòu)建

天然氣消費是一個復雜的非線性系統(tǒng),影響因素眾多。目前大多數(shù)以計量模型為基礎(chǔ)的預測方法只能考慮到兩到三方面的影響因素[1-6]。為了能夠更準確地預測我國天然氣消費量,本文采取系統(tǒng)動力學的方法,利用能夠考慮多因素的Vensim系統(tǒng)動力學軟件進行建模預測。在構(gòu)建天然氣消費預測模型時,從國民經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)入手,將天然氣消費系統(tǒng)分為第一產(chǎn)業(yè)天然氣消費量、第二產(chǎn)業(yè)天然氣消費量、第三產(chǎn)業(yè)天然氣消費量以及居民生活天然氣消費量4個子系統(tǒng)。同時,考慮到整個社會的經(jīng)濟發(fā)展水平以及人口數(shù)量對天然氣消費量的直接影響,將GDP和全國人口數(shù)量作為預測我國天然氣消費量的重要因素。我國天然氣消費的系統(tǒng)動力學預測模型如圖1所示。

2 基于模型的預測

2.1 天然氣消費現(xiàn)狀

2003年以來,我國的天然氣消費年增長率都維持在15%以上,遠高于以前6.4%的平均水平。從年增長率的趨勢來看,我國天然氣消費仍將快速增長。

在我國天然氣消費中,化工用氣的比例最高,1999年之前一直占消費總量的40%以上。近年來由于其他行業(yè)用氣量迅速上升,化工用氣比例有所下降,但仍維持在35%以上;工業(yè)燃料用氣的比例僅次于化工用氣,其比例近年來也有所下降,2007年為27.0%;天然氣發(fā)電用氣增長速度最快,但根據(jù)國家的天然氣利用政策,大規(guī)模發(fā)展天然氣發(fā)電的可能性不大,未來的發(fā)展速度會有所減緩;第三產(chǎn)業(yè)用氣和居民生活用氣隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和城市化進程的加快,比例逐步提高。

2.2 天然氣消費預測

2.2.1 主要影響因素預測

在所建立的系統(tǒng)動力學模型中,GDP與總?cè)丝跀?shù)量是預測我國天然氣消費的重要因素。在進行各個子系統(tǒng)天然氣消費預測時,必須首先掌握這兩個因素的變化規(guī)律。根據(jù)國務院發(fā)展研究中心對我國經(jīng)濟增長前景的預測以及國家人口和計劃生育委員《國家人口發(fā)展戰(zhàn)略研究報告》的基本判斷,我國 GDP的總量和未來全國總?cè)丝跀?shù)量預測結(jié)果如圖2所示。為了便于計算和對比,GDP以2005年不變價格計算。

圖1 我國天然氣消費預測的Vensim模型圖

圖2 我國GDP及全國總?cè)丝跀?shù)量預測圖

2.2.2 子系統(tǒng)天然氣消費量預測

為了能夠更加有效地進行預測,需要對圖1所示系統(tǒng)動力學模型中的相關(guān)變量進行必要的說明。

1)第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的天然氣消費量與我國固定資產(chǎn)投資密切相關(guān)。筆者根據(jù)固定資產(chǎn)價格指數(shù),同樣以2005年不變價格研究我國1995～2007年各年固定資產(chǎn)投資與GDP之間的相互關(guān)系,根據(jù)GDP的增長趨勢確定未來的固定資產(chǎn)投資。另外,根據(jù)歷史數(shù)據(jù)以及對我國未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景的判斷,假設(shè)未來我國固定資產(chǎn)投資中,第二產(chǎn)業(yè)比率為45%,第三產(chǎn)業(yè)比率為53%;在第二產(chǎn)業(yè)的固定資產(chǎn)投資中,化工行業(yè)固定資產(chǎn)投資占12%,電力行業(yè)固定資產(chǎn)投資占15%,工業(yè)燃料固定資產(chǎn)投資占73%。

2)化工產(chǎn)品單位耗氣量是基于天然氣化工產(chǎn)品的歷史產(chǎn)量以及相應的耗氣量得到的;工業(yè)燃料以及第三產(chǎn)業(yè)的耗氣系數(shù)則是基于各自固定資產(chǎn)投資歷史數(shù)據(jù)和相應的耗氣量得到的。

3)天然氣發(fā)電效率是根據(jù)單位天然氣能夠產(chǎn)生的熱值與產(chǎn)生單位電量所需要熱值之間的相互關(guān)系得到的。假設(shè)我國天然氣熱值為0.356×108J/m3,天然氣發(fā)電設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換效率為50%,可以得到每立方米天然氣發(fā)電量為4.94kW·h。

4)在居民生活天然氣消費量子系統(tǒng)中,消費天然氣人口比例指的是消費天然氣人口占城市人口的比例。我國城市居民用氣主要包括人工煤氣、液化石油氣和天然氣。2007年消費天然氣人口的比例為17.2%。根據(jù)預測,這一比例在2020年將達到33.9%,2030年將達到39.5%。

根據(jù)圖1建立的系統(tǒng)動力學模型,以2007年子系統(tǒng)所處狀態(tài)為預測初始狀態(tài),將數(shù)據(jù)輸入Vensim系統(tǒng)動力學軟件后進行仿真預測,即可得到我國天然氣消費的預測值,預測結(jié)果如圖3所示。

圖3 我國天然氣消費量預測圖

3 預測結(jié)果分析

根據(jù)預測結(jié)果,在2030年以前,我國天然氣消費量將以年均6.6%的增長率快速增長,2015年天然氣消費量為1285.7×108m3,約為2007年消費水平的2倍;2020年天然氣消費量為1830.0×10m;2030年天然氣消費量為3027.4×108m3。由此可見,我國正處在天然氣消費利用的初級階段,天然氣消費有很大的上漲潛力。這與我國經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整以及環(huán)保意識的增強密切相關(guān)。

目前我國天然氣消費主體為化工用氣與工業(yè)燃料用氣,發(fā)電用氣、第三產(chǎn)業(yè)用氣以及居民生活用氣的比例相對較小。隨著天然氣消費總量的增長,消費結(jié)構(gòu)也將發(fā)生很大的變化,如圖4所示。

圖4 天然氣消費結(jié)構(gòu)變化圖

第二產(chǎn)業(yè)仍是天然氣消費的主體,雖然在2010～2015年間由于居民生活用氣和第三產(chǎn)業(yè)用氣的迅速增長使其比例有所降低,但一直占消費總量的70%以上。預測顯示,天然氣化工用氣依然保持增長,2020年將達到488.9×108m3,2030年將達到689.4×108m3,年均增長4.5%,但由于天然氣化工投資風險大、成本高、產(chǎn)業(yè)鏈短、效益低,未來不會大規(guī)模建設(shè),因而增長速度逐步放緩。這使化工用氣比例逐漸下降,2020年降為26.7%,2030年降為22.8%。發(fā)電用氣增長速度最快,年均增長11.5%;2020年達到381.3×108m3,占天然氣消費總量的20.8%;2030年達到864.4×108m3,比例上升為28.6%。天然氣發(fā)電具有效率高、建設(shè)周期短、設(shè)備運行靈活、環(huán)境污染低等諸多優(yōu)點,但是根據(jù)我國2007年頒布的《天然氣利用政策》,目前我國天然氣發(fā)電將主要用于調(diào)峰電站。工業(yè)燃料用氣在2020年將達到432.0×108m3,2030年將達到707.3×108m3,年均增長5.9%;雖然絕對數(shù)量不小,但其在天然氣消費總量中的比例一直在緩慢降低,2020年為23.6%,2030年為23.4%,這與未來我國工業(yè)化程度逐步加深,經(jīng)濟發(fā)展趨緩是密不可分的。

第三產(chǎn)業(yè)天然氣消費量2020年將為191.5×108m3,2030年為350.2×108m3,年均增長8.9%。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展,第三產(chǎn)業(yè)在整個產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的比例不斷提高,科技、服務等行業(yè)對經(jīng)濟的促進作用越來越明顯,突出反映在我國未來第三產(chǎn)業(yè)固定資產(chǎn)投資的迅速增加上。第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展使其天然氣消費比例不斷上升,從2007年的7.2%上升到2020年的10.5%,2030年則為11.6%。

居民生活天然氣消費量2020年為336.2×108m3,2030年為416.1×108m3,年均增長5.1%。隨著我國人口的增加和城市化進程的加快,城市人口不斷增加,促使居民生活用氣量不斷增長。雖然人工煤氣、液化石油氣、天然氣都是我國居民生活用氣來源,但是由于天然氣熱值高、清潔環(huán)保等優(yōu)勢,更有國家對城市天然氣發(fā)展的大力支持,使其逐步成為我國主要的居民生活用氣來源。居民生活用氣比例2020年達到18.4%,最高值將出現(xiàn)在2012年的21.0%;隨后,由于城市化進程的趨緩、用氣市場的逐步飽和,以及其他行業(yè)尤其是電力行業(yè)用氣的快速增長,居民生活用氣比例有所降低,2030年降為13.7%。

4 結(jié)論與建議

利用系統(tǒng)動力學模型,在綜合考慮各方因素基礎(chǔ)上對我國未來天然氣消費量進行了預測。結(jié)果顯示:我國天然氣消費量將快速增長,天然氣在能源消費結(jié)構(gòu)中的比例將越來越高,能源消費結(jié)構(gòu)將得到優(yōu)化;在天然氣消費迅速增長的同時,其消費結(jié)構(gòu)也發(fā)生巨大的變化,化工用氣、工業(yè)燃料用氣比例下降;發(fā)電用氣、第三產(chǎn)業(yè)用氣比例上升;而居民生活用氣比例先升后降。據(jù)此建議:我國應當加強天然氣資源的勘探開發(fā),確保天然氣產(chǎn)量不斷上升,滿足消費需求。

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[3]錢凱.中國天然氣資源[M].北京:石油工業(yè)出版社,1999.

[4]焦文玲.城市燃氣短期周期負荷預測的時序模型[J].天然氣工業(yè),2002,22(1):92-94.

[5]殷建成.天然氣需求自適應優(yōu)化組合預測模型研究[J].天然氣工業(yè),2004,24(11):167-169.

[6]高建,董秀成.天然氣消費量自組織數(shù)據(jù)挖掘預測研究[J].統(tǒng)計與決策,2008(7):50-52.

(修改回稿日期 2010-03-05 編輯 趙 勤)

DOI:10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.031

Li Junchen,born in1985,is studying for a Ph.D degree,being mainly engaged in research of natural gas industry and energy economics.

Add:No.18,Fuxue Rd.,Changping District,Beijing102249,P.R.China

Mobile:+86-13811064215 E-mail:lijunchen198@yahoo.com.cn

Dynamical modeling of natural gas consumption in China

Li Junchen,Dong Xiucheng,Gao Jian
(College of Master B usiness A dministration,China University ofPetroleum,Beijing102249,China)

NATUR.GAS IND.VOLUME30,ISSUE4,pp.127-129,4/25/2010.(ISSN1000-0976;In Chinese)

In order to keep track of natural gas consumption in the near future and present positive proposals for natural gas policies, a dynamical system model,based on the research accomplishments by the predecessors,was developed for natural gas consumption in China.The previously forecasting models built by the predecessors,most of which only took account of two or three influencing factors,can not achieve good results with accuracy;while this newly developed dynamical system model was adopted to effectively predict natural gas consumption by different end uses,thus fully considering all the relevant influencing factors in different sectors. The forecasting results demonstrate that a.natural gas consumption in China will rapidly increase in the near future,the volume of which will be up to183bcm in2020and302.74bcm in2030;b.the natural gas consumption structure will be altered significantly with the decline in the proportion of end use for industrial fuels and the chemical industry,with the sharp rise in the proportion of end use for electric power and the tertiary industry,and with the rise first and then the decline in the proportion of end use for the residential.Through comparison analysis,we found that these forecasting results are relatively reasonable,so in view of this,we present the following proposals for future natural gas industry:a.natural gas resources should be further explored and exploited;b. the infrastructure of natural gas development should be fastened up;and c.technical innovation should be stimulated and encouraged to a high degree.

natural gas consumption,end use,chemical industry,electric power,industrial fuels,tertiary industry,domestic gas, dynamical system model

book=127,ebook=410

10.3787/j.issn.1000-0976.2010.04.031

國家自然科學基金重大研究計劃資助項目(編號:90610033)。

李君臣,1985年生,博士研究生;主要從事天然氣產(chǎn)業(yè)和能源經(jīng)濟方面的研究工作。地址:(102249)北京市昌平區(qū)府學路18號。電話:13811064215。E-mail:lijunchen198@yahoo.com.cn