我國石油天然氣安全預警研究

第26卷第8期河南科學(xué)Vol26 No 82008年8月HENAN SCIENCE文章編號:1004-39182008)08-096704我國石油天然氣安全預警研究宋杰鯤,張在旭),李繼尊2(1.中國石油大學(xué)(華東)經(jīng)濟管理學(xué)院,山東東營(yíng)257061:2.國務(wù)院研究室宏觀(guān)經(jīng)濟研究司,北京100017)摘要:石油天然氣安全是我國能源安全的核心問(wèn)題,基于供需、運輸、災變、經(jīng)濟和環(huán)境等因素,建立了石油天然氣安全預警指標體系。綜合運用主成分分析、自回歸和K均值聚類(lèi),建立了石油天然氣安全預警模型,并應用于我國石油天然氣預警,結果表明2007年我國石油天然氣運行繼續處于危險狀態(tài),需加強防范關(guān)鍵詞:石油天然氣;安全;預警;指標體系;模型中圖分類(lèi)號:F40722文獻標識碼:A能源安全概念的提出緣起于20世紀70年代發(fā)生的第一次世界石油危機,那時(shí)主要是指如何在可能發(fā)生石油供應中斷情況下保障安全供應,1974年國際能源署(EA成立后,正式提出了以穩定原油供應和價(jià)格為核心的國家能源安全的概念.1997年《京都議定書(shū)》的簽署,標志著(zhù)世界各國開(kāi)始考慮賦予能源安全以環(huán)境保護的內涵,也就是能源的消費和使用不應對人類(lèi)自身生存與發(fā)展的生態(tài)環(huán)境構成大的威脅表1石油天然氣安全預警指標體系至此,能源安全的概念包括3個(gè)組成部分:供應安影響因素其體指標k性全、價(jià)格安全、環(huán)境安全.能源安全狀況是由許多石油儲采比因素相互交織、共同作用決定的,歸納起來(lái),主要天然氣儲采比定量有供需因素、運輸因素、災變因素、經(jīng)濟因素、環(huán)境石油供需比因素等天然氣供需比定性供需因素油氣區域供需平衡度定性石油安全是我國能源安全的核心問(wèn)題.天然石油儲備天數定量氣是清潔能源隨著(zhù)城市燃氣率的提高和在工業(yè)生石油對外依存度定量產(chǎn)、交通運輸中的廣泛普及,未來(lái)天然氣的安全供油氣進(jìn)口集中度定量應將日益突出.因此,構建一套科學(xué)合理的石油天油氣品質(zhì)等級定性然氣安全預警指標體系,選擇恰當的預警方法進(jìn)行運輸因素石油進(jìn)口運輸通道運量集中度進(jìn)口石油國內船隊承運率預警具有十分重要的意義災變因素地緣政治影響因子定性國際原油價(jià)格風(fēng)險系數1石油天然氣安全預警指標體系構建石油天然氣采選業(yè)投資增長(cháng)偏離度定量經(jīng)濟因素石油煉制和焦炭投資增長(cháng)偏離度定量許多學(xué)者探討了石油安全預警指標體系的構石油天然氣采選業(yè)成本費用利潤率定量建卩習,本文按照科學(xué)性、綜合性、可比性、動(dòng)態(tài)性、靈石油煉制和焦炭成本費用利潤率定量敏性、易得性等原則,結合影響能源安全的五大因石油行業(yè)投入產(chǎn)出比環(huán)境因素油氣田環(huán)境影響因子素,建立石油天然氣安全預警指標體系如表1所示2基于PCA-AR和K均值聚類(lèi)的石油天然氣安全預警模型主成分分析法(PCA)是去掉重復信息、簡(jiǎn)化數據結構的一種多元統計方法,利用主成分分析法可以把多個(gè)相關(guān)的指標變換成少數幾個(gè)互相無(wú)關(guān)的綜合變量(主成分),通過(guò)選擇適當的主成分價(jià)值函數模型,可以收稿日期:200804-28基金項目:國家社科基金項目(5BY050);山東省自然科學(xué)基金項目 Y2005H中國石油大學(xué)引進(jìn)人才科研基金項目(Y070602)中國煤化工作者簡(jiǎn)介:宋杰鯤(1979-),男,山東萊陽(yáng)人,博士,講師,主要研究CNMHG張在旭(1959-),男,山東臨朐人,博土,教授,博士生導師,主要研究方向為系統工程、石油戰略管理等李繼尊(1974-),男,山東鄄城人,博士,主要研究方向為宏觀(guān)經(jīng)濟管理、石油戰略管理968河南科學(xué)第26卷第8期把多維系統降成一維系統,K均值聚類(lèi)是最常用的聚類(lèi)算法之一,它通過(guò)尋找一組聚類(lèi)中心把對象集合劃分成一組聚類(lèi),自回歸模型(AR)是一種時(shí)間序列模型,其基本原理以下述公式表示嗎XX其中:61是白噪聲WN(O,2;平穩時(shí)間序列X稱(chēng)為AR(p)序列;an,a2,…,馬(≠0)為AR(p)模型的自回歸系數應用PCA-AR進(jìn)行石油天然氣安全預警的主要步驟如下:1)將定性指標轉化成定量指標,首先,將每一個(gè)定性指標分為優(yōu)、良、中、低、差5個(gè)等級,按百分制每個(gè)等級分值確定為80-100,60-80,40-60,2040,0-20;然后,按照德?tīng)柗品ㄓ啥辔辉擃I(lǐng)域專(zhuān)家分別打分;最后,計算專(zhuān)家打分的平均值2)對其中的逆向指標取反正向化得到n年12個(gè)指標的原始數據矩陣Xan3)對原始矩陣Xmn2進(jìn)行如下標準化變換其中:=∑xm,得標準化陣z=L]4)對標準化陣Z求樣本相關(guān)系數陣R=[Ja=zZ/(n-1),解R的特征方程|R-A|=0,得12個(gè)特征值A1A2…蓋A2=05)按照∑λ(∑λ)Ea,確定m值使前m個(gè)主成分的累計貢獻率即信息的利用率達a(08)以上,對每個(gè)少=1,2,…,m,解方程組R=Ab,得單位特征向量b功川b‖6求出的m個(gè)主成分分量=zb,j,2,…m,得主成分決策陣U=Lu其中:為第i年的主成分向量它的第j個(gè)分量v是向量z在單位特征向量b上的投影T)選擇加權主成分和價(jià)值函數模型,把m維系統降成一維系統,即5:=∑v,i1,2,…,n,其中;V=A,A;j=1,2,定義s;為第i年石油天然氣安全度,以衡量石油天然氣能源安全程度,數值越大表示安全程度越高8)應用AR方法建立回歸模型.檢驗石油天然氣安全度是否為平穩時(shí)間序列,否則進(jìn)行差分變?yōu)槠椒€時(shí)間序列后再進(jìn)行回歸9)考慮到石油天然氣安全度可能為負,將得到的n年的石油天然氣安全度歸一化處理中國煤化工其中:5,3分別為石油天然氣安全度的下限和上限CNMHG應用K均值分類(lèi)方法,確定3個(gè)聚類(lèi)中心初步將警戒線(xiàn)劃分為危險、值得關(guān)注、安全三類(lèi)0應用AR回歸模型預測未來(lái)年度的石油天然氣安全度,歸一化處理后確定對應安全程度2008年8月宋杰鯤等:我國石油天然氣安全預警研究-969一3我國石油天然氣安全預警分析通過(guò)發(fā)放調查問(wèn)卷,匯總得到17位能源領(lǐng)域專(zhuān)家對19952006年定性指標和石油天然氣安全度的平均數據(百分制),定量指標數據經(jīng)由實(shí)際計算得出,數據來(lái)源于歷年中國統計年鑒、中國能源統計年鑒和有關(guān)部委能源企業(yè)、研究機構.原始數據如表2所示衰2石油天然氣安全預警指標基礎數據Tab2 Basic data of oil gas security pre-warming indexes石油儲采比14.3014.4014.8015.00天然氣儲采比588058.606680653077.60石油供需比78.8076.73天然氣供需比783377.8776.877540油氣區域供需平衡度7180712071476913石油儲備天數570057.0051004600石油對外依存度%800172033.80油氣進(jìn)口集中度%7803751274055444油氣品質(zhì)等級73477340740074.2073.53石油進(jìn)口運輸通道運量集中度72.3372077120進(jìn)口石油國內船隊承運率48.8747.674547地緣政治影響因子55.7958.436036國際原油價(jià)格風(fēng)險系數0.19石油天然氣采選業(yè)投資增長(cháng)偏離度27.17石油煉制和焦炭投資增長(cháng)偏離度4.6811353847432942石油天然氣采選業(yè)成本費用利潤率%1446石油加工煉焦業(yè)成本費用利潤率%3.14石油行業(yè)投入產(chǎn)出比216180油氣田環(huán)境影響因子450745.4746.33474720022004石油儲采比1450l3.8013.40天然氣儲采618063.706100579066.70石油供需比69476693天然氣供需比73006047521351.13油氣區域供需平衡度678065875533528045.20石油儲備大數3200石油對外依存度偉%31.00油氣進(jìn)口集中度606460.8059.1561.166422油氣品質(zhì)等級7280730067336847石油進(jìn)口運輸通道運量集中度679371336973進(jìn)口石油國內船隊承運率44.73369337.6037.1337.33地緣政治影響因子61075714591460.36國際原油價(jià)格風(fēng)險系數0.10石油天然氣采選業(yè)投資增長(cháng)偏離度l8671201石油煉制和焦炭投資增長(cháng)偏離度226223.83112874.85285石油天然氣采選業(yè)成本費用利潤率%226223.8300211287石油加工煉焦業(yè)成本費用利潤率/%0.272石油行業(yè)投入產(chǎn)出比502431油氣田環(huán)境影響因子47.1354936287運用 MATLAB得到前兩個(gè)特征根為1633,78375,累計貢表3石油天然氣安全度獻率為87.51%,即選取2個(gè)主成分,最終計算得到石油天然氣Tab. 3degree of oil上度年份安全度安全度如表3所示,ARson077607考慮到數據量偏少采用二階滯后的AR(2)模型進(jìn)行回歸中國煤化工20010709回歸后模型為YHtCNMHG20030128172004-1.00080XO=-0.41560.89739X0--0.1958X012087590R2=074167.(1)054694970河南科學(xué)第26卷第8期綜合考慮石油天然氣安全度數值及其趨勢,設定,s=-4,表4石油天然氣安全度標準化數值3=2,將得到的石油天然氣安全度進(jìn)行標準化處理,結果如表4ty degree of oil gas安全度所示199509143320010.796012應用K均值聚類(lèi)方法得到危險,值得關(guān)注,安全3類(lèi)的警199608216902007498422003戒線(xiàn)分別為0-0.49,0.49-074,0.74-1.0771665將2005,2006年的石油天然氣安全度代入AR(2)模型(1)199908260205022183中,得到2007年我國石油天然氣安全度為-19643,標準化處0.75782320060.280400理后數值為0339283,可見(jiàn),200年我國石油天然氣子系統安全度將繼續提高,但是仍然處于危險狀態(tài).主要由于:一是石油進(jìn)口將大量增加,對外依存度繼續攀高進(jìn)口來(lái)源、運輸通道過(guò)于集中等不利因素難以緩解;二是中東地區政治局勢動(dòng)蕩不安特別是圍繞伊朗核問(wèn)題的斗爭錯綜復雜,走勢難料;三是美元貶值也將拉高國際油價(jià).可以判斷,我國石油天然氣安全的主要危險來(lái)自外部核心問(wèn)題是對外依存度進(jìn)口集中度過(guò)高,運輸方式單一,如果在挖掘國內產(chǎn)能和推進(jìn)石油天然氣進(jìn)口來(lái)源、運輸通道多元化方面沒(méi)有突破性進(jìn)展,我國石油天然氣安全狀況難以實(shí)現根本好轉參考文獻:[]遲春潔能源安全預警研究[門(mén)].統計與決策,2006(11):29-31[2]李凌鋒,張斌杜志敏中國石油安全危機預警研究[.石油天然氣學(xué)報,2005,27(1):308-310[3]劉強,姜克雋,胡秀蓮中國能源安全預警指標框架體系設計[].中國能源,2007,24(9):1620[4]常兆光隨機數據處理方法[M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社,19975]邊肇祺,張學(xué)工.模式識別[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000[6方兆本,繆柏其隨機過(guò)程[M].北京:科學(xué)出版社,2004Research on Oil Gas Security Pre-Warning of ChinaSong Jiekun', Zhang Zaixu', Li Jizun2(1 School of Economics and Management, University of Petroleum, Dongying 257061, Shandong China:2. Macroscopic Economical Research Department, State Council ResearAbstract: Oil gas security is the core of energy security of China. Based on the factors including supply anddemand, transportation, cataclysm, economy and environment, oil gas security pre-warning index system wasestablished. A model for oil gas security pre-warning was proposed utilizing principal components analysis, autoregressing and K-means clustering. Apply it in oil gas security pre-warming of China, and the result showedthat oil gas energy would be dangerous in 2007 and should take some countermeasures.Key words: oil gas: security: pre-warning: index system: model中國煤化工CNMHG