基于信息熵的天然氣區(qū)域市場消費結構的發(fā)展分析

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1、基于信息熵的天然氣區(qū)域市場消費結構的發(fā)展分析 　一、引言 　　能源是一個地區(qū)和一個國家發(fā)展的必要物質基礎，能源數(shù)量短缺或消費結構不合理都將嚴重影響地區(qū)和國家的安全與發(fā)展.[1]12801285。國際能源署（IEA）2010年報告對中國天然氣市場進行了全面評估，報告顯示，2010年中國天然氣消費量為1070×10.8m.3，比2009年增長182%，已成為世界第四大天然氣消費國，并預計2015年消費量將達到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

2、然氣市場定價主要采用成本加成法，其市場價格遠低于替代能源價格（如煤、LPG等），雖然極大推動了市場消費與擴張，但導致了天然氣消費結構比較單一，結構不合理，其市場價值沒有得到充分體現(xiàn)，天然氣資源在市場中沒有得到合理配置.[34]。中國天然氣消費模式正逐步由供應驅動消費向需求拉動消費模式轉變，天然氣市場結構如何變化直接關系到能源消費安全，從長遠來看，中國天然氣利用形勢依然十分嚴峻.[5]。故研究天然氣消費結構演變規(guī)律和演變趨勢有利于國家天然氣能源政策和產(chǎn)業(yè)政策的調整、天然氣市場的結構優(yōu)化、市場價值的實現(xiàn)和天然氣資源的合理配置。 　　天然氣市場具有較強的區(qū)域消費特征，目前中國形成了西南、環(huán)渤海灣、西

3、北等8大不同類型區(qū)域性消費市場。大華北市場涵蓋陜西、山西、內蒙古、山東、河南、北京等省市區(qū)，整個地區(qū)天然氣管網(wǎng)密布，四通八達。該區(qū)域產(chǎn)業(yè)結構復雜，需求主體多樣，經(jīng)濟水平差異較大，既有東部的發(fā)達地區(qū)山東、北京，又有中西部的欠發(fā)達地區(qū)山西、內蒙古、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，還接收進口氣，用氣結構比較復雜。整個大華北地區(qū)天然氣需求主體主要以城市燃氣、工業(yè)和發(fā)電為主，其市場需求量大且價格承受能力較強。由于中石油、中石化、中海油及內蒙古煤制天然氣多個供氣主體的并存，大華

4、北地區(qū)氣源結構也日趨多樣化。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。內蒙古、寧夏天然氣汽車試點的推行，使得LNG、CNG項目在大華北地區(qū)迅速開展，中石油、中海油和中石化積極布局LNG項目搶占天然氣市場。由此可見，大華北地區(qū)具有鮮明的區(qū)域特征，對該地區(qū)天然氣消費結構的演變研究將為中國天然氣的區(qū)域配置、下游消費結構的優(yōu)化配置以及天然氣市場化提供必要的參考價值。 　　能源消費系統(tǒng)是一個復雜的耗散系統(tǒng)，其結構在外部擾動和內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)，利用概率測度和統(tǒng)計方法度量耗散系

5、統(tǒng)無序狀態(tài)，揭示系統(tǒng)內部結構演變過程.[67]。耿海青等考慮到能源消費結構的區(qū)域差異性，利用信息熵分析了區(qū)域市場內居民能源消費結構（電力、煤炭、LPG和煤氣等）的演變，認為電力和天然氣將成為城市居民主要的消費能源.[8]。田志勇等分析了中國2001-2006年能源消費結構中的煤炭、石油和天然氣的信息熵特征指標的動態(tài)變化，認為資源稟賦及煤炭、石油和天然氣的儲量影響能源消費結構的優(yōu)化.[9]。揣小偉等從信息熵、均衡度和優(yōu)勢度等指標對中國1991-2006年煤炭、石油、天然氣和電力等能源消費數(shù)量和結構進行了動態(tài)分析，并深入研究了經(jīng)濟發(fā)展水平、技術進步、產(chǎn)業(yè)結構對能源消費結構的影響.[1]128012

6、85。目前信息熵理論用于天然氣消費結構演變的研究還不多見，天然氣能源系統(tǒng)作為整個能源系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，其消費結構演變既與其他能源有關（尤其是替代能源，如煤炭），又在工業(yè)、商業(yè)、民用等消費結構上呈現(xiàn)出自身演變的特點，為此，本文將采用信息熵、均衡度、優(yōu)勢度等方法分析研究區(qū)域市場天然氣消費結構時空演變過程和規(guī)律，以及影響天然氣消費結構演變差異性的因素，以便更加清晰地認識和準確把握中國天然氣消費結構的變化規(guī)律、動態(tài)發(fā)展趨勢和消費結構的差異性，為中國天然氣政策制定和調整提供依據(jù)，促進天然氣消費結構進一步優(yōu)化。 　　二、研究方法和數(shù)據(jù)來源 　?。ㄒ唬┭芯糠椒?　　假設一個地區(qū)的天然氣消費總量為Q，該地區(qū)利

7、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)天然氣的消費量占該地區(qū)天然氣消費量總和的比例為pi=qi/Q，∑pi=1。 　　據(jù)此，根據(jù)信息論的原理，同時參照申農公式.[9]，可以定義天然氣消費結構的信息熵為　　H=-∑mi=1Pilnpi 。 （1）　式（1）可以用來描述某一地區(qū)天然氣消費結構的有序度或復雜程度，揭示其動態(tài)演變規(guī)律。 　　一般來說，當一個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平很低時，天然氣消費結構比較單一，可能只有一兩個行業(yè)使用量較大。假設處于極端狀態(tài)，整個地區(qū)只有一個行業(yè)使用天然氣，此時Hmin=0；相反，若該地區(qū)所有行業(yè)天然氣使用量的比例相

8、等，即p1=p2=…=pm=1/m，則此時Hmax=lnm。事實上，這兩種情況均不會出現(xiàn)，信息熵一般會介于兩者之間，其值的大小反映該地區(qū)天然氣消費結構的復雜程度，而均衡度和優(yōu)勢度則描述各行業(yè)天然氣利用的差別和結構格局.[1011]。一個系統(tǒng)越是有序，信息熵就越低；反之，一個系統(tǒng)越是混亂，信息熵越高。在這里，定義天然氣消費結構均衡度的表達式為 　　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J=0時，天然氣消費結構的復雜程度最低。優(yōu)勢度的表達式為 　　D=1-

9、J， 　　反映了一種或幾種行業(yè)支配天然氣消費的程度。 　?。ǘ?shù)據(jù)來源 　　根據(jù)《中國能源統(tǒng)計年鑒》（2001-2011）、《中國統(tǒng)計年鑒》（2001-2011）、《中國國土資源統(tǒng)計年鑒》（2001-2011），整理選取出2000-2010大華北地區(qū)的北京、山東、內蒙古、山西、河北、陜西、寧夏以及河南等地各行業(yè)使用天然氣的消費量數(shù)據(jù)作為本文研究的基礎數(shù)據(jù)。 　　三、大華北地區(qū)天然氣市場發(fā)展特征 　?。ㄒ唬┦袌鲆?guī)模不斷擴大 　　2010年，中國天然氣消費量達到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年天然氣消費總量為33528×10.8m.3，遠 [1][2][3][4]下一頁