基于信息熵的天然氣區(qū)域市場(chǎng)消費(fèi)結(jié)構(gòu)的發(fā)展分析

基于信息熵的天然氣區(qū)域市場(chǎng)消費(fèi)結(jié)構(gòu)的發(fā)展分析 一、引言 能源是一個(gè)地區(qū)和一個(gè)國家發(fā)展的必要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源數(shù)量短缺或消費(fèi)結(jié)構(gòu)不合理都將嚴(yán)重影響地區(qū)和國家的安全與發(fā)展.112801285。國際能源署（IEA）2010年報(bào)告對(duì)中國天然氣市場(chǎng)進(jìn)行了全面評(píng)估，報(bào)告顯示，2010年中國天然氣消費(fèi)量為1070×10.8m.3，比2009年增長182%，已成為世界第四大天然氣消費(fèi)國，并預(yù)計(jì)2015年消費(fèi)量將達(dá)到2600×10.8m.3左右，占一次能源消耗量的7%，2020年約為3500×10.8m.3。.2目前中國天然氣市場(chǎng)定價(jià)主要采用成本加成法，其市場(chǎng)價(jià)格遠(yuǎn)低于替代能源價(jià)格（如煤、LPG等），雖然極大推動(dòng)了市場(chǎng)消費(fèi)與擴(kuò)張，但導(dǎo)致了天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)比較單一，結(jié)構(gòu)不合理，其市場(chǎng)價(jià)值沒有得到充分體現(xiàn)，天然氣資源在市場(chǎng)中沒有得到合理配置.34。中國天然氣消費(fèi)模式正逐步由供應(yīng)驅(qū)動(dòng)消費(fèi)向需求拉動(dòng)消費(fèi)模式轉(zhuǎn)變，天然氣市場(chǎng)結(jié)構(gòu)如何變化直接關(guān)系到能源消費(fèi)安全，從長遠(yuǎn)來看，中國天然氣利用形勢(shì)依然十分嚴(yán)峻.5。故研究天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)演變規(guī)律和演變趨勢(shì)有利于國家天然氣能源政策和產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整、天然氣市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、市場(chǎng)價(jià)值的實(shí)現(xiàn)和天然氣資源的合理配置。 天然氣市場(chǎng)具有較強(qiáng)的區(qū)域消費(fèi)特征，目前中國形成了西南、環(huán)渤海灣、西北等8大不同類型區(qū)域性消費(fèi)市場(chǎng)。大華北市場(chǎng)涵蓋陜西、山西、內(nèi)蒙古、山東、河南、北京等省市區(qū)，整個(gè)地區(qū)天然氣管網(wǎng)密布，四通八達(dá)。該區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需求主體多樣，經(jīng)濟(jì)水平差異較大，既有東部的發(fā)達(dá)地區(qū)山東、北京，又有中西部的欠發(fā)達(dá)地區(qū)山西、內(nèi)蒙古、河南。該地區(qū)資源稟賦差異大：山西富產(chǎn)煤炭；陜北和內(nèi)蒙古交界的鄂爾多斯氣田和長慶氣田為兩省提供了可靠的供氣保障；山東屬于沿海LNG輻射地區(qū)，除接收管道氣、海上氣外，還接收進(jìn)口氣，用氣結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。整個(gè)大華北地區(qū)天然氣需求主體主要以城市燃?xì)?、工業(yè)和發(fā)電為主，其市場(chǎng)需求量大且價(jià)格承受能力較強(qiáng)。由于中石油、中石化、中海油及內(nèi)蒙古煤制天然氣多個(gè)供氣主體的并存，大華北地區(qū)氣源結(jié)構(gòu)也日趨多樣化。該區(qū)現(xiàn)有管道氣、海上氣、煤制氣、LNG等多種天然氣能源，種類豐富。內(nèi)蒙古、寧夏天然氣汽車試點(diǎn)的推行，使得LNG、CNG項(xiàng)目在大華北地區(qū)迅速開展，中石油、中海油和中石化積極布局LNG項(xiàng)目搶占天然氣市場(chǎng)。由此可見，大華北地區(qū)具有鮮明的區(qū)域特征，對(duì)該地區(qū)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)的演變研究將為中國天然氣的區(qū)域配置、下游消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置以及天然氣市場(chǎng)化提供必要的參考價(jià)值。 能源消費(fèi)系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的耗散系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)在外部擾動(dòng)和內(nèi)部漲落影響下不斷演變，表現(xiàn)出自發(fā)的、不可逆的演化特征。信息熵（Information entropy）從信息源系統(tǒng)角度出發(fā)，利用概率測(cè)度和統(tǒng)計(jì)方法度量耗散系統(tǒng)無序狀態(tài)，揭示系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)演變過程.67。耿海青等考慮到能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的區(qū)域差異性，利用信息熵分析了區(qū)域市場(chǎng)內(nèi)居民能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)（電力、煤炭、LPG和煤氣等）的演變，認(rèn)為電力和天然氣將成為城市居民主要的消費(fèi)能源.8。田志勇等分析了中國2001-2006年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的煤炭、石油和天然氣的信息熵特征指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化，認(rèn)為資源稟賦及煤炭、石油和天然氣的儲(chǔ)量影響能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化.9。揣小偉等從信息熵、均衡度和優(yōu)勢(shì)度等指標(biāo)對(duì)中國1991-2006年煤炭、石油、天然氣和電力等能源消費(fèi)數(shù)量和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析，并深入研究了經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對(duì)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的影響.112801285。目前信息熵理論用于天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)演變的研究還不多見，天然氣能源系統(tǒng)作為整個(gè)能源系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，其消費(fèi)結(jié)構(gòu)演變既與其他能源有關(guān)（尤其是替代能源，如煤炭），又在工業(yè)、商業(yè)、民用等消費(fèi)結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出自身演變的特點(diǎn)，為此，本文將采用信息熵、均衡度、優(yōu)勢(shì)度等方法分析研究區(qū)域市場(chǎng)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)時(shí)空演變過程和規(guī)律，以及影響天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)演變差異性的因素，以便更加清晰地認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確把握中國天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律、動(dòng)態(tài)發(fā)展趨勢(shì)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的差異性，為中國天然氣政策制定和調(diào)整提供依據(jù)，促進(jìn)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。 二、研究方法和數(shù)據(jù)來源 （一）研究方法 假設(shè)一個(gè)地區(qū)的天然氣消費(fèi)總量為Q，該地區(qū)利用天然氣的行業(yè)有m種，每種行業(yè)的天然氣使用量為qi（i=1，2，m），則各行業(yè)天然氣的消費(fèi)量占該地區(qū)天然氣消費(fèi)量總和的比例為pi=qi/Q，∑pi=1。 據(jù)此，根據(jù)信息論的原理，同時(shí)參照申農(nóng)公式.9，可以定義天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)的信息熵為H=-∑mi=1Pilnpi 。 （1）式（1）可以用來描述某一地區(qū)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)的有序度或復(fù)雜程度，揭示其動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。 一般來說，當(dāng)一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平很低時(shí)，天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)比較單一，可能只有一兩個(gè)行業(yè)使用量較大。假設(shè)處于極端狀態(tài)，整個(gè)地區(qū)只有一個(gè)行業(yè)使用天然氣，此時(shí)Hmin=0；相反，若該地區(qū)所有行業(yè)天然氣使用量的比例相等，即p1=p2=pm=1/m，則此時(shí)Hmax=lnm。事實(shí)上，這兩種情況均不會(huì)出現(xiàn)，信息熵一般會(huì)介于兩者之間，其值的大小反映該地區(qū)天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，而均衡度和優(yōu)勢(shì)度則描述各行業(yè)天然氣利用的差別和結(jié)構(gòu)格局.1011。一個(gè)系統(tǒng)越是有序，信息熵就越低；反之，一個(gè)系統(tǒng)越是混亂，信息熵越高。在這里，定義天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)均衡度的表達(dá)式為 J=-∑mi=1Pilnpi/lnm ， （2） 即均衡度是信息熵和最大熵之間的比值，取值范圍為J∈0，1，其值越大，各行業(yè)天然氣使用量的比例差別就越??；當(dāng)J=0時(shí)，天然氣消費(fèi)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度最低。優(yōu)勢(shì)度的表達(dá)式為 D=1-J， 反映了一種或幾種行業(yè)支配天然氣消費(fèi)的程度。 （二）數(shù)據(jù)來源 根據(jù)中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒（2001-2011）、中國統(tǒng)計(jì)年鑒（2001-2011）、中國國土資源統(tǒng)計(jì)年鑒（2001-2011），整理選取出2000-2010大華北地區(qū)的北京、山東、內(nèi)蒙古、山西、河北、陜西、寧夏以及河南等地各行業(yè)使用天然氣的消費(fèi)量數(shù)據(jù)作為本文研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 三、大華北地區(qū)天然氣市場(chǎng)發(fā)展特征 （一）市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大 2010年，中國天然氣消費(fèi)量達(dá)到1070×10.8m.3，比2009年增長了182%，是2000年的44倍。大華北地區(qū)各省市區(qū)2010年天然氣消費(fèi)總量為33528×10.8m.3，遠(yuǎn) 1234下一頁