吳 明，富 鑫，劉廣鑫，2（.遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 300； 2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東 青島 26607）

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基于熵權(quán)法的天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)

吳 明1，富 鑫1，劉廣鑫1，2
（1.遼寧石油化工大學(xué) 石油天然氣工程學(xué)院，遼寧 撫順 113001； 2.中國(guó)石油大學(xué)（華東）儲(chǔ)運(yùn)與建筑工程學(xué)院，山東 青島 266071）

摘要：針對(duì)我國(guó)天然氣供需關(guān)系的研究對(duì)保障居民生活和工業(yè)生產(chǎn)，以及對(duì)我國(guó)天然氣的發(fā)展具有重要意義。運(yùn)用了熵權(quán)法對(duì)2008-2012年國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。從物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境三方面對(duì)影響我國(guó)天然氣供需關(guān)系的指標(biāo)進(jìn)行了劃分；建立了以熵權(quán)法為基礎(chǔ)的天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)模型，以2008-2012年天然氣供需關(guān)系指標(biāo)作為數(shù)據(jù)，分別計(jì)算了5年中天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)得分，并對(duì)其計(jì)算結(jié)果及其變化規(guī)律進(jìn)行分析與討論。

關(guān)鍵詞：天然氣；綜合評(píng)價(jià)；熵權(quán)；供需關(guān)系；指標(biāo)

天然氣是一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的化石燃料，以其低碳環(huán)保、熱值高、價(jià)格便宜等特點(diǎn)在電力、化學(xué)工業(yè)、城市燃?xì)獾戎T多領(lǐng)域有很廣泛的應(yīng)用［1］。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)天然氣消費(fèi)量也隨之大增，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年國(guó)內(nèi)天然氣消費(fèi)量為1.456×1011m3，同比增長(zhǎng) 10.8%。其中，進(jìn)口天然氣量為4.21×1010m3，天然氣對(duì)外依存度約為 28.9%［2］。在天然氣行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，也暴露出不斷增長(zhǎng)的天然氣需求量與目前我國(guó)天然氣開采運(yùn)輸能力之間的矛盾。天然氣使用對(duì)外依賴度逐年增加威脅我國(guó)能源安全。此外，天然氣季節(jié)消費(fèi)差異性突出且用氣峰谷波動(dòng)大。天然氣供需矛盾日益顯現(xiàn)并呈惡化趨勢(shì)，緊張的供需關(guān)系逐步成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，對(duì)我國(guó)天然氣供需關(guān)系的評(píng)價(jià)及其影響因素的研究，對(duì)于改善我國(guó)天然氣供需關(guān)系具有指導(dǎo)意義，對(duì)于民生的穩(wěn)定和一次能源行業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

綜合評(píng)價(jià)法是在確定研究對(duì)象評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，運(yùn)用一定方法對(duì)各指標(biāo)在研究領(lǐng)域內(nèi)的重要程度也就是它的權(quán)重值進(jìn)行確定；根據(jù)所選擇的評(píng)價(jià)模型，利用綜合指數(shù)的計(jì)算形式，定量的對(duì)某現(xiàn)象進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的方法［3］。綜合評(píng)價(jià)法包括專家分析法、主層次法、熵權(quán)法等，其中熵權(quán)法是一種根據(jù)各指標(biāo)提供的信息量計(jì)算一個(gè)綜合指標(biāo)的客觀的數(shù)學(xué)方法。熵原本是一個(gè)熱力學(xué)概念，最早由C.E.Shannon［4］引入信息理論，信息量越大，不確定性越小，熵越小。因此，應(yīng)用熵可以度量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中指標(biāo)數(shù)所蘊(yùn)含的信息量，并依次確定各指標(biāo)的權(quán)重。目前，熵權(quán)理論已被廣泛應(yīng)用于各類綜合評(píng)估。徐友寧等［5］運(yùn)用熵權(quán)法計(jì)算了潼關(guān)金礦區(qū)礦渣型泥石流潛勢(shì)度信息熵的綜合評(píng)價(jià)值，并探討了熵權(quán)評(píng)價(jià)與主觀賦值評(píng)價(jià)的結(jié)果差異；張星等［6］運(yùn)用熵權(quán)理論建立了多災(zāi)情的農(nóng)業(yè)氣象綜合評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)了農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害的規(guī)律；張鳳太等［7］基于熵權(quán)灰色關(guān)聯(lián)分析了重慶市 2003-2005年的城市生態(tài)安全，并證實(shí)了該方法與實(shí)際相吻合；尹鵬等［8］應(yīng)用熵權(quán)法對(duì)房地產(chǎn)項(xiàng)目建筑質(zhì)量做綜合評(píng)價(jià)，對(duì)各項(xiàng)目的建筑質(zhì)量做出排序和評(píng)價(jià)。E.O.Fagbote等［9］基于熵權(quán)法對(duì)有瀝青沉積的農(nóng)場(chǎng)地下水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析，通過對(duì)水中含有的各種物質(zhì)的數(shù)量賦予權(quán)值來判斷水質(zhì)是否適于飲用。但是鮮有作者應(yīng)用熵權(quán)法對(duì)天然氣的供需關(guān)系做綜合評(píng)價(jià)。天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)是一個(gè)多因素共同作用且各評(píng)價(jià)指標(biāo)取值模糊多變的過程，本文擬應(yīng)用熵權(quán)法建立了國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)模型，從物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境三個(gè)方面建立了熵權(quán)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，量化了各指標(biāo)對(duì)天然氣供需關(guān)系的影響，分析了2008-2012年關(guān)于物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境三方面對(duì)于天然氣供需關(guān)系的影響，找出了影響天然氣供需關(guān)系的主要影響因素和次要影響因素，以期對(duì)解決我國(guó)天然氣供需關(guān)系中存在的問題提供理論依據(jù)。

1　綜合評(píng)價(jià)法的構(gòu)建

1.1評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

將評(píng)價(jià)天然氣供需關(guān)系的評(píng)價(jià)指標(biāo)分為物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境三個(gè)方面，運(yùn)用SPSS19.0，篩選影響國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系的多個(gè)影響因素。計(jì)算各個(gè)因子的方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率，選取累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%或特征根值大于1的因子保留為公因子。然后采用方差最大旋轉(zhuǎn)法對(duì)公因子載荷矩陣實(shí)施正交旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過計(jì)算篩選最終得到所需的14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為天然氣探明儲(chǔ)量、天然氣產(chǎn)量、天然氣進(jìn)口量、人均生活用量、天然氣消費(fèi)量、城市天然氣供氣總量、天然氣管道長(zhǎng)度、對(duì)外依存度、固定資產(chǎn)投資與行業(yè)投資之比、行業(yè)投資、國(guó)內(nèi)外天然氣價(jià)格差異、石油與天然氣開采中消耗的天然氣量及天然氣減少的二氧化碳排放量。

1.2綜合評(píng)價(jià)模型

由文中列出的 14個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成了一個(gè)指標(biāo)體系來評(píng)價(jià)2008-2012年國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系。設(shè)第j個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第i個(gè)指標(biāo)的特征值為xij，則由14個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的5個(gè)待比較評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)體系可用矩陣表示為：X =（xij）14×5

為消除指標(biāo)間不同單位的影響，計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重之前必須要先對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理。在指標(biāo)體系中，各評(píng)價(jià)指標(biāo)分為正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)［10］。正向指標(biāo)為“效益型”，即指標(biāo)越大越好；逆向指標(biāo)為“成本型”，即指標(biāo)越小越好。為了消除指標(biāo)間不同單位的影響，對(duì)于不同的指標(biāo)要分別采取不同的公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

當(dāng)?shù)趈項(xiàng)為正向指標(biāo)時(shí)，

當(dāng)?shù)趈項(xiàng)為逆向指標(biāo)時(shí)，

式中：min xij— 第i項(xiàng)指標(biāo)中的最小值；

max xij— 第i項(xiàng)指標(biāo)中的最大值。

對(duì)各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化之后就可以計(jì)算信息熵。第i個(gè)指標(biāo)的熵Hi定義為：

假定當(dāng)fij= 0時(shí)，fijlnfij= 0，n為列向量數(shù)。

在指標(biāo)熵值確定下來以后計(jì)算第i個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)：

根據(jù)計(jì)算得出的各個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值和熵權(quán)值，可以計(jì)算出綜合評(píng)價(jià)值Gi：

2　實(shí)例應(yīng)用

2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

依據(jù)以上確立的指標(biāo)，選取國(guó)內(nèi)天然氣2008-2012年的數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)對(duì)象，如表1。其中數(shù)據(jù)來源于2008-2012年《BP Statistical Review of World Energy》［11］和2009-2013年《中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒》［12］。

2.2實(shí)例計(jì)算

對(duì)以上數(shù)據(jù)根據(jù)公式（1）、（2）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到矩陣xij。 標(biāo)準(zhǔn)化之后根據(jù)公式（3）計(jì)算可得如下矩陣fij。根據(jù)公式（4）、（5）計(jì)算出各指標(biāo)的熵，如表2。

最后根據(jù)公式（7）計(jì)算出2008-2012年的綜合評(píng)價(jià)值，如表3。

2.3結(jié)果分析

基于熵權(quán)法所建立的綜合評(píng)價(jià)模型，通過計(jì)算得出 2008-2012年國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)值。為了進(jìn)一步分析物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境三方面對(duì)國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系的影響，按照建立的模型分別計(jì)算三方面的綜合評(píng)價(jià)得分，如圖1、圖2、圖3和圖4所示。

表1　2008-2012年國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系評(píng)價(jià)指標(biāo)值Table 1　The value of natural gas supply and demand index from 2008 to2012 in China

表2　各指標(biāo)的熵及熵權(quán)Table 2　Entropy and entropy weight of each index

表3　2008-2012年國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)值Table 3　Comprehensive evaluation value of domestic supply and demand of natural gas form 2008 to 2012

2.3.1物質(zhì)因素對(duì)天然氣供需關(guān)系影響的分析

圖1　2008-2012年物質(zhì)因素的綜合評(píng)價(jià)得分圖Fig.1 2008-2012 Comprehensive evaluation value of material factors

由圖1可以看出，在物質(zhì)方面綜合評(píng)價(jià)得分與年份基本上呈線性關(guān)系，且綜合評(píng)價(jià)得分隨年份的增加而增加。2008年天然氣消費(fèi)量為815×109m3，天然氣產(chǎn)量為803×109m3［11］，天然氣供需關(guān)系不平衡是其物質(zhì)綜合評(píng)價(jià)得分最低的主要原因；2009-2012年國(guó)家擴(kuò)大天然氣進(jìn)口來源［10］，天然氣進(jìn)口量不斷上升，緩解了國(guó)內(nèi)天然氣供需壓力。此外，天然氣的開采、運(yùn)輸?shù)然A(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅速［13］，天然氣供應(yīng)逐步穩(wěn)定，因此，物質(zhì)綜合評(píng)價(jià)得分快速升高，2012年物質(zhì)得分0.71，國(guó)內(nèi)天然氣供需較為寬松。但是，2008-2012年5年間我國(guó)天然氣對(duì)外依存度從1.2%上升至28.9%，天然氣對(duì)外依存度的大幅上升嚴(yán)重威脅了我國(guó)能源安全，為天然氣市場(chǎng)的穩(wěn)定留下隱患。

2.3.2經(jīng)濟(jì)因素對(duì)天然氣供需關(guān)系影響的分析

分析圖 2可知，經(jīng)濟(jì)因素綜合評(píng)價(jià)得分在2008-2010年之間迅速上升，2008-2009年得分增幅為5年間最快，增加了約0.333。2010-2011年得分較為穩(wěn)定，2011-2012年得分再次升高。年平均增幅約為12.9%，年平均得分約為0.585。其中2008年經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)得分約為0.173，為5年中得分最低年，2012年得分約為0.818，為5年中得分最高年。

圖2　2008-2012年經(jīng)濟(jì)因素的綜合評(píng)價(jià)得分圖Fig.2 2008-2012 Comprehensive evaluation value of economic factors

2008-2012年間，天然氣行業(yè)投資的逐年增加是經(jīng)濟(jì)因素綜合評(píng)價(jià)得分逐年上升的主要原因。隨著天然氣在國(guó)內(nèi)工業(yè)生產(chǎn)和居民生活中的廣泛應(yīng)用，國(guó)家加了大天然氣行業(yè)的投資力度。［14］2009年的行業(yè)投資較2008年增加約116億元，為五年中行業(yè)投資增幅最大，因此，2008-2009年間經(jīng)濟(jì)因素綜合評(píng)價(jià)得分增幅最快。2008-2012年5年間行業(yè)投資的年均增量約為100.5億元，這也是經(jīng)濟(jì)因素綜合評(píng)價(jià)得分在物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境綜合評(píng)價(jià)得分中增幅最大的原因。

2.3.3環(huán)境因素對(duì)天然氣供需關(guān)系影響的分析

如圖3所示，環(huán)境綜合評(píng)價(jià)得分與年份呈“V”字型關(guān)系，2008-2010年綜合評(píng)價(jià)得分呈下降趨勢(shì)，在2010年達(dá)到最低值約為0.264；2010-2012年環(huán)境綜合評(píng)價(jià)得分整體呈上升趨勢(shì)，于2012年達(dá)到最大值約為0.606。

圖3　2008-2012年環(huán)境因素的綜合評(píng)價(jià)得分圖Fig.3 2008--2012 Comprehensive evaluation value of environmental factors

2.3.4綜合因素對(duì)天然氣供需關(guān)系的影響

如圖4所示，國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)得分同年份基本呈線性關(guān)系，并隨年份的增加而增加。年平均增幅約為6.1%，年平均得分約為0.49。2008年綜合得分約為 0.355，在五年中得分最低。2012年綜合得分約為0.66，為五年中得分最高的年份。

圖4　2008-2012年國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)得分圖Fig.4 2008-2012 Natural gas supply and demand comprehensive evaluation value

從整體看，綜合評(píng)價(jià)值呈上升趨勢(shì)，即從2008-2012年國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系逐年穩(wěn)定。近年來我國(guó)大力發(fā)展天然氣能源，天然氣產(chǎn)量持續(xù)增長(zhǎng)；天然氣管網(wǎng)逐漸完善，天然氣供氣量增加；受到全球能源強(qiáng)勁投資的帶動(dòng)，國(guó)際能源格局發(fā)生深刻變化，使得原本出口美洲、歐洲等地區(qū)的天然氣向亞太市場(chǎng)轉(zhuǎn)移［15］，國(guó)內(nèi)天然氣進(jìn)口量增長(zhǎng)。以上因素使得天然氣供需關(guān)系逐步穩(wěn)定，天然氣供需量寬松。然而受到國(guó)際油價(jià)的高位震動(dòng)影響，國(guó)際天然氣價(jià)格波動(dòng)幅度較大［11］，長(zhǎng)遠(yuǎn)來看對(duì)天然氣供需關(guān)系的穩(wěn)定有一定影響。

3　結(jié) 論

（1）物質(zhì)因素綜合評(píng)價(jià)得分與年份基本呈線性關(guān)系，并隨年份的增加而增加，2012年達(dá)到最大值，約為0.706。物質(zhì)因素和國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系綜合評(píng)價(jià)得分的年均漲幅和年均值相近，物質(zhì)因素是影響國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系的主要因素。

（2）經(jīng)濟(jì)因素綜合評(píng)價(jià)得分在 2008-2010年間快速增長(zhǎng)，2010-2011發(fā)展平穩(wěn)，增幅較小，2011-2012年繼續(xù)增長(zhǎng)，2012年達(dá)到最大值。經(jīng)濟(jì)因素綜合評(píng)價(jià)得分的年均漲幅最大，約為12.9%，年平均分最高，約為0.585。2008年起行業(yè)投資的不斷加大，并且每年漲幅都很大，增加了天然氣市場(chǎng)的活力和供需關(guān)系的穩(wěn)定性。

（3）環(huán)境因素綜合評(píng)價(jià)得分同年份呈“V”字型關(guān)系，2008-2010呈線性下降，2010年達(dá)到最小值0.264，2010-2012年呈線性增長(zhǎng)。

（4）國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系的綜合評(píng)價(jià)得分與年份基本呈線性關(guān)系，并隨年份的增加而增加。2008-2012年國(guó)內(nèi)天然氣供需關(guān)系逐年穩(wěn)定，供需從緊張發(fā)展至較為寬松。但是不斷增長(zhǎng)的對(duì)外依存度和復(fù)雜的國(guó)際經(jīng)濟(jì)環(huán)境對(duì)我國(guó)未來天然氣供需關(guān)系仍有影響。

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Evaluation of the Relationship Between Supply and Demand of Natural Gas Based on Entropy-right Method

WU Ming1，F(xiàn)U 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

中圖分類號(hào)：TE 624

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-0460（2016）01-0092-04

基金項(xiàng)目：國(guó)家能源局東北監(jiān)管局“東北地區(qū)石油天然氣需求分析及對(duì)策研究”項(xiàng)目（編號(hào)：201411146）。

收稿日期：2015-09-16

作者簡(jiǎn)介：吳明（1961-），男，1997年畢業(yè)于東北大學(xué)，教授，博士，博士生導(dǎo)師，目前從事油氣儲(chǔ)運(yùn)工程方向的研究工作。