基于系統動力學的中國天然氣需求量預測

時珊珊

摘 要 天然氣需求量受多方面因素影響，是一個典型的非線性問題，系統動力學在解決非線性問題方面將定性分析與定量分析結合起來，具有系統性的特點。將系統動力學應用于天然氣需求量預測。根據國內生產總值GDP和人口數量，建立系統動力學模型，并基于該模型對未來天然氣需求量做出預測。預測結果表明，2016-2020年內，天然氣需求量將大幅增長，2020年天然氣需求量將達到2820億立方米。

關鍵詞 天然氣需求量 系統動力學 GDP 人口

中圖分類號：F426 文獻標識碼：A

1引言

21世紀以來，我國天然氣開發利用取得了長足發展，市場進入快速發展期?！拔鳉鈻|輸”、“川氣東送”、“陜氣進京”、“還起登陸”、“液化天然氣上岸”等一系列大型項目的順利實施，帶動了我國天然氣工業的蓬勃發展，也加快了天然氣的消費速度。加快天然氣利用，確立天然氣在我國能源系統中的戰略地位，對于保障我國能源供應和能源安全、保護生態環境、改善能源結構具有重要的現實意義。

在世界能源低碳化的要求下，天然氣以其“潔凈、高效、方便儲運”的特點成為最重要的清潔能源之一，其市場需求不斷擴大，近幾年來，我國天然氣儲量與產量雙雙快速增長，天然氣工業進入快車道。與此同時，全球能源供應日益緊張，包括天然氣在內的能源供需矛盾日益突出。做好天然氣需求的預測，有利于整個宏觀面的供需調配，對加快我國天然氣利用的普及，能源規劃具有十分重大的意義。

目前，國內外相關學者對天然氣需求量預測的方法做了很多研究。研究方法可以分為以下幾類：基于時間序列的預測方法，主要有指數平滑法、自回歸移動平均模型和灰色預測等，林紅壘，蒲濤運用灰色理論模型對世界天然氣需求量進行預測；周子卜運用灰色理論，對中國的天然氣需求情況開展了研究；毛文晉等改進了GM（1，1）模型，開展了四川省天然氣需求預測研究；基于神經網絡的預測方法，羅東坤，徐平應用附加動量法改進BP神經網絡，對全國天然氣需求量做出預測；運用計量經濟學的預測方法，馮良等運用計量經濟學對上海市天然氣需求進行了建模和分析；基于可拓理論和聚類分析，黃大富等運用這個理論構建可拓聚類模型，預測天然氣需求量；基于生長曲線的預測，王雅菲等建立了天然氣中長期需求預測的S型生長曲線模型；基于多項式曲面分析理論的預測，李哲，張淑英首次利用多項式趨面分析理論，對未來天然氣消費需求量進行了具有一定可靠性的預測分析；基于組合預測的方法，李玉萍等綜合灰色預測模型和多項式趨面模型，并以二氧化碳排放量為低碳經濟的一個指標建立組合預測模型，對我國天然氣需求量進行預測。

天然氣需求是一個典型的非線性問題，而系統動力學的特點便是定性分析和定量分析相結合，對于非線性，系統性問題的解決提供了一種有效方法。系統動力學在預測方面也有較多應用，韋凌云等將系統動力學應用于電力負荷的中長期預測；陳海濤運用系統動力學方法建立需求系統模型對我國石油需求量進行了預測；唐旭等根據系統動力學原理構建了中國石油產量預測的基本模型，對中國石油的剩余可采儲量進行了預測。根據我國GDP和人口發展情況，本文將系統動力學運用于我國天然氣需求量的預測，為我國天然氣利用及規劃提出可行建議。

2天然氣需求預測的系統動力學模型

2.1模型建立以及參數說明

系統動力學（system dynamics，簡稱SD）自 Forrester教授于1961年創立以來，被廣泛應用于經濟、社會系統以及能源發展規劃等多個方面。其模型本質上是帶時滯的一階微分方程組。這種方法在建模時借助于流圖，其中流位變量、流率變量、輔助變量都具有明確的物理（經濟）意義，是一種面向實際的建模方法。

系統動力學可以解決高度非線性、高階次、多變量、多重反饋、復雜時變大系統問題，既可以在宏觀上把我事物發展的趨勢，又可以分析系統內微觀因素的相互作用關系，可以應用于天然氣需求預測。系統動力學方法的主要思想是基于給定的目標，由多個相互依賴的因素有機組合二形成一個整體系統。系統由多個要素構成，不同要素之間存在或多或少的聯系，系統內的各要素之間并不是孤立存在的，而是相互聯系的，由于系統目標和結構的變化，系統處于不斷的動態變化中，從而可以反映出預測對象在動態變化中所具有的特性。

孫彥平指出，我國的天然氣需求量與GDP之間存在著密切的關系，短期內，GDP的變化將引起天然氣需求量相同方向的變化，另外，上一期天然氣消費量影響作用最大，彈性因子為0.89，反映出天然氣消費具有顯著的長周期和強慣性趨勢。根據以上分析，我們預測生產耗用天然氣時以GDP為基數，以GDP為基礎，估計第二產業以及第三產業的產值，進而估計第二產業和第三產業耗氣量。

能源消費增長與人口總量變化保持著正相關關系，張文璽指出GDP和人口對能源消費總量為顯著正相關，且人口對能源消費的影響超過GDP單位影響。

我們利用Vensim PLE軟件，以2005年為初始年，建立系統動力學模型。天然氣需求預測的系統流圖如圖1所示。

2.2模擬校準

為了檢驗所建立模型是否反映變量之間的動態制約關系，將模擬結果與歷史數據對比分析，發現模擬數據與歷史數據相對誤差在5%以內，屬于合理接受范圍，因此，可以認為所建立的系統動力學模型能夠較好的擬合歷史發展情況，描述未來幾年天然氣需求量的變化趨勢，可以用來預測天然氣需求量。

2.3預測結果分析

中國天然氣需求量預測的結果如表1所示。未來一段時間內，天然氣需求量將會快速增長，而且增長率也逐漸加快。預計到2020年中國天然氣需求量將達到2819.6億立方米，比2016年增長約37%?！妒逡巹潯诽岢隽?020年天然氣消費比例達到10%的目標，積極發展天然氣將是十三五時期的重點任務之一。根據分析，系統動力學模型能使擬合度達到99.61%，有文獻指出GM（1，1）灰色預測模型的擬合度為97.89%，二次多項式趨勢面預測模型的擬合度為96.22%，而他建立的組合模型的擬合度為99.96%，說明相較于灰色模型系統和二次多項式趨勢面模型，系統動力學模型的解釋作用也比較強。

3結論和建議

本文采用系統動力學對中國天然氣需求量進行了仿真，從整體上研究GDP和人口對天然氣需求量的影響。預測了2016-2020年我國天然氣需求量數據，該結果對編制天然氣產業發展規劃有一定的參考價值。通過檢驗，認為模型較好的反應了中國天然氣需求情況的發展。

基于預測結果提出以下幾點促進天然氣需求增長的策略：

（1）加強國內天然氣資源的開發利用。我國天然氣資源主要集中在西部，必須加快輸送儲氣庫等配套設施的建設，建立天然氣運輸及儲備系統，實現天然氣供需平衡。加大勘探開發投入，提升勘探開發技術，保障天然氣的充足供應是今后國內天然氣生產企業的工作重點。

（2）加快引進、利用國際天然氣資源，積極與周邊國家合作發展天然氣產業。開拓海外市場，在穩定同已有油氣貿易國家往來的同時，必須尋找新的市場。引進天然氣資源的主要方式有：從東部沿海地區進口液化天然氣（LNG）；新疆和東北地區進口俄羅斯和中亞地區的天然氣。

（3）加快改善天然氣利用技術，有效利用天然氣資源。依照國情，自主創新，創立中國自己的城市終端用能模式和DES/CCHP系統。把建設DES/CCHP系統與推進城鎮化和發展智能電網結合起來，綜合發展。

（4）利用價格杠桿，促進高效節約用氣。利用價格杠桿，以天然氣價格的市場化為目標，加快天然氣價格機制的改革。促進天然氣價格由目前的政府定價逐步轉向市場定價政府監督相結合的過渡定價機制。

參考文獻

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