我国石油天然气安全预警研究

第26卷第8期河南科学Vol26 No 82008年8月HENAN SCIENCE文章编号:1004-39182008)08-096704我国石油天然气安全预警研究宋杰鲲,张在旭),李继尊2(1.中国石油大学(华东)经济管理学院,山东东营257061:2.国务院研究室宏观经济研究司,北京100017)摘要:石油天然气安全是我国能源安全的核心问题,基于供需、运输、灾变、经济和环境等因素,建立了石油天然气安全预警指标体系。综合运用主成分分析、自回归和K均值聚类,建立了石油天然气安全预警模型,并应用于我国石油天然气预警,结果表明2007年我国石油天然气运行继续处于危险状态,需加强防范关键词:石油天然气;安全;预警;指标体系;模型中图分类号:F40722文献标识码:A能源安全概念的提出缘起于20世纪70年代发生的第一次世界石油危机,那时主要是指如何在可能发生石油供应中断情况下保障安全供应,1974年国际能源署(EA成立后,正式提出了以稳定原油供应和价格为核心的国家能源安全的概念.1997年《京都议定书》的签署,标志着世界各国开始考虑赋予能源安全以环境保护的内涵,也就是能源的消费和使用不应对人类自身生存与发展的生态环境构成大的威胁表1石油天然气安全预警指标体系至此,能源安全的概念包括3个组成部分:供应安影响因素其体指标k性全、价格安全、环境安全.能源安全状况是由许多石油储采比因素相互交织、共同作用决定的,归纳起来,主要天然气储采比定量有供需因素、运输因素、灾变因素、经济因素、环境石油供需比因素等天然气供需比定性供需因素油气区域供需平衡度定性石油安全是我国能源安全的核心问题.天然石油储备天数定量气是清洁能源随着城市燃气率的提高和在工业生石油对外依存度定量产、交通运输中的广泛普及,未来天然气的安全供油气进口集中度定量应将日益突出.因此,构建一套科学合理的石油天油气品质等级定性然气安全预警指标体系,选择恰当的预警方法进行运输因素石油进口运输通道运量集中度进口石油国内船队承运率预警具有十分重要的意义灾变因素地缘政治影响因子定性国际原油价格风险系数1石油天然气安全预警指标体系构建石油天然气采选业投资增长偏离度定量经济因素石油炼制和焦炭投资增长偏离度定量许多学者探讨了石油安全预警指标体系的构石油天然气采选业成本费用利润率定量建卩习,本文按照科学性、综合性、可比性、动态性、灵石油炼制和焦炭成本费用利润率定量敏性、易得性等原则,结合影响能源安全的五大因石油行业投入产出比环境因素油气田环境影响因子素,建立石油天然气安全预警指标体系如表1所示2基于PCA-AR和K均值聚类的石油天然气安全预警模型主成分分析法(PCA)是去掉重复信息、简化数据结构的一种多元统计方法,利用主成分分析法可以把多个相关的指标变换成少数几个互相无关的综合变量(主成分),通过选择适当的主成分价值函数模型,可以收稿日期:200804-28基金项目:国家社科基金项目(5BY050);山东省自然科学基金项目 Y2005H中国石油大学引进人才科研基金项目(Y070602)中国煤化工作者简介:宋杰鲲(1979-),男,山东莱阳人,博士,讲师,主要研究CNMHG张在旭(1959-),男,山东临朐人,博土,教授,博士生导师,主要研究方向为系统工程、石油战略管理等李继尊(1974-),男,山东鄄城人,博士,主要研究方向为宏观经济管理、石油战略管理968河南科学第26卷第8期把多维系统降成一维系统,K均值聚类是最常用的聚类算法之一,它通过寻找一组聚类中心把对象集合划分成一组聚类,自回归模型(AR)是一种时间序列模型,其基本原理以下述公式表示吗XX其中:61是白噪声WN(O,2;平稳时间序列X称为AR(p)序列;an,a2,…,马(≠0)为AR(p)模型的自回归系数应用PCA-AR进行石油天然气安全预警的主要步骤如下:1)将定性指标转化成定量指标,首先,将每一个定性指标分为优、良、中、低、差5个等级,按百分制每个等级分值确定为80-100,60-80,40-60,2040,0-20;然后,按照德尔菲法由多位该领域专家分别打分;最后,计算专家打分的平均值2)对其中的逆向指标取反正向化得到n年12个指标的原始数据矩阵Xan3)对原始矩阵Xmn2进行如下标准化变换其中:=∑xm,得标准化阵z=L]4)对标准化阵Z求样本相关系数阵R=[Ja=zZ/(n-1),解R的特征方程|R-A|=0,得12个特征值A1A2…盖A2=05)按照∑λ(∑λ)Ea,确定m值使前m个主成分的累计贡献率即信息的利用率达a(08)以上,对每个少=1,2,…,m,解方程组R=Ab,得单位特征向量b功川b‖6求出的m个主成分分量=zb,j,2,…m,得主成分决策阵U=Lu其中:为第i年的主成分向量它的第j个分量v是向量z在单位特征向量b上的投影T)选择加权主成分和价值函数模型,把m维系统降成一维系统,即5:=∑v,i1,2,…,n,其中;V=A,A;j=1,2,定义s;为第i年石油天然气安全度,以衡量石油天然气能源安全程度,数值越大表示安全程度越高8)应用AR方法建立回归模型.检验石油天然气安全度是否为平稳时间序列,否则进行差分变为平稳时间序列后再进行回归9)考虑到石油天然气安全度可能为负,将得到的n年的石油天然气安全度归一化处理中国煤化工其中:5,3分别为石油天然气安全度的下限和上限CNMHG应用K均值分类方法,确定3个聚类中心初步将警戒线划分为危险、值得关注、安全三类0应用AR回归模型预测未来年度的石油天然气安全度,归一化处理后确定对应安全程度2008年8月宋杰鲲等:我国石油天然气安全预警研究-969一3我国石油天然气安全预警分析通过发放调查问卷,汇总得到17位能源领域专家对19952006年定性指标和石油天然气安全度的平均数据(百分制),定量指标数据经由实际计算得出,数据来源于历年中国统计年鉴、中国能源统计年鉴和有关部委能源企业、研究机构.原始数据如表2所示衰2石油天然气安全预警指标基础数据Tab2 Basic data of oil gas security pre-warming indexes石油储采比14.3014.4014.8015.00天然气储采比588058.606680653077.60石油供需比78.8076.73天然气供需比783377.8776.877540油气区域供需平衡度7180712071476913石油储备天数570057.0051004600石油对外依存度%800172033.80油气进口集中度%7803751274055444油气品质等级73477340740074.2073.53石油进口运输通道运量集中度72.3372077120进口石油国内船队承运率48.8747.674547地缘政治影响因子55.7958.436036国际原油价格风险系数0.19石油天然气采选业投资增长偏离度27.17石油炼制和焦炭投资增长偏离度4.6811353847432942石油天然气采选业成本费用利润率%1446石油加工炼焦业成本费用利润率%3.14石油行业投入产出比216180油气田环境影响因子450745.4746.33474720022004石油储采比1450l3.8013.40天然气储采618063.706100579066.70石油供需比69476693天然气供需比73006047521351.13油气区域供需平衡度678065875533528045.20石油储备大数3200石油对外依存度伟%31.00油气进口集中度606460.8059.1561.166422油气品质等级7280730067336847石油进口运输通道运量集中度679371336973进口石油国内船队承运率44.73369337.6037.1337.33地缘政治影响因子61075714591460.36国际原油价格风险系数0.10石油天然气采选业投资增长偏离度l8671201石油炼制和焦炭投资增长偏离度226223.83112874.85285石油天然气采选业成本费用利润率%226223.8300211287石油加工炼焦业成本费用利润率/%0.272石油行业投入产出比502431油气田环境影响因子47.1354936287运用 MATLAB得到前两个特征根为1633,78375,累计贡表3石油天然气安全度献率为87.51%,即选取2个主成分,最终计算得到石油天然气Tab. 3degree of oil上度年份安全度安全度如表3所示,ARson077607考虑到数据量偏少采用二阶滞后的AR(2)模型进行回归中国煤化工20010709回归后模型为YHtCNMHG20030128172004-1.00080XO=-0.41560.89739X0--0.1958X012087590R2=074167.(1)054694970河南科学第26卷第8期综合考虑石油天然气安全度数值及其趋势,设定,s=-4,表4石油天然气安全度标准化数值3=2,将得到的石油天然气安全度进行标准化处理,结果如表4ty degree of oil gas安全度所示199509143320010.796012应用K均值聚类方法得到危险,值得关注,安全3类的警199608216902007498422003戒线分别为0-0.49,0.49-074,0.74-1.0771665将2005,2006年的石油天然气安全度代入AR(2)模型(1)199908260205022183中,得到2007年我国石油天然气安全度为-19643,标准化处0.75782320060.280400理后数值为0339283,可见,200年我国石油天然气子系统安全度将继续提高,但是仍然处于危险状态.主要由于:一是石油进口将大量增加,对外依存度继续攀高进口来源、运输通道过于集中等不利因素难以缓解;二是中东地区政治局势动荡不安特别是围绕伊朗核问题的斗争错综复杂,走势难料;三是美元贬值也将拉高国际油价.可以判断,我国石油天然气安全的主要危险来自外部核心问题是对外依存度进口集中度过高,运输方式单一,如果在挖掘国内产能和推进石油天然气进口来源、运输通道多元化方面没有突破性进展,我国石油天然气安全状况难以实现根本好转参考文献:[]迟春洁能源安全预警研究[门].统计与决策,2006(11):29-31[2]李凌锋,张斌杜志敏中国石油安全危机预警研究[.石油天然气学报,2005,27(1):308-310[3]刘强,姜克隽,胡秀莲中国能源安全预警指标框架体系设计[].中国能源,2007,24(9):1620[4]常兆光随机数据处理方法[M].东营:石油大学出版社,19975]边肇祺,张学工.模式识别[M].北京:清华大学出版社,2000[6方兆本,缪柏其随机过程[M].北京:科学出版社,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中国煤化工CNMHG