中國煤層氣規模化開發的政策情景仿真

吳巧生+趙天宇+周娜

摘要 中國煤層氣資源具有進一步勘探開發的潛力，是未來很長一段時間內常規天然氣的現實補充能源。從保障能源安全的角度來看，中國發展煤層氣對于優化能源結構，緩解能源供求矛盾以及實現國民經濟的可持續發展具有重大的現實意義。本文運用系統動力學理論與方法，構建了從量補貼提升情景、頁巖氣競爭情境和國際油價影響情景，模擬和預測了不同情景下的中國煤層氣規模化開發情況，結果顯示：①煤層氣從量補貼額度的提升使煤層氣利用量與地面抽采量以年均6%—8%的速度提升。②頁巖氣的商業化開發對煤層氣造成了一定的減產效應，但并未對其規模化開發產生惡性影響，二者的共同開發能夠有效減小中國常規天然氣供需缺口。③熱值轉換定價下的煤層氣規模化開發受國際油價與美元匯率的雙重影響，極大限制煤層氣規模化開發的穩定性，削弱其對國家能源安全的支持作用，不利于中國煤層氣規模化開發有序健康的進行；國際油價波動影響定價下中國煤層氣規模化開發進程較為平穩，但煤層氣規模化開發初期井口氣價較低，導致了煤層氣規模化開發的速度大幅放緩。針對上述研究結論，為保證中國煤層氣規模化開發進程的平穩與高效，本文給出以下建議：①提升補貼水平，建立復合補貼機制；②依法規制，合理開發利用煤層氣。

關鍵詞 煤層氣；規模化開發；模擬仿真；系統動力學

中圖分類號 F062.1

文獻標識碼 A文章編號 1002-2104（2017）12-0014-07DOI：10.12062/cpre.20170901

中國煤層氣資源具有進一步勘探開發的潛力，是未來很長一段時間內常規天然氣的現實補充能源。據國際能源機構（IEA）統計，中國煤層氣資源量位列俄羅斯、加拿大之后，居世界第三。據新一輪全國煤層氣資源評價，中國埋深2 000 m以內淺煤層氣地質資源量約36.81×1012 m³，與國內陸上常規天然氣資源量38×1012 m³相當。目前全球共有超過30個國家或地區進行煤層氣勘探、開發和研究活動，其中美國煤層氣的發展已經進入了商業化發展階段，加拿大、澳大利亞、德國及中國緊隨其后。從保障能源安全的角度來看，中國發展煤層氣產業對于實現能源資源的綜合開發與利用，優化能源結構，緩解能源供求矛盾，減輕大氣污染，保障煤礦安全生產以及實現中國國民經濟的可持續發展具有重大的現實意義。

1 文獻綜述

國內有關煤層氣規模化開發的文獻主要涉及到煤層氣開發現狀、面臨的問題以及相關政策分析等方面。學界普遍認為中國煤層氣規模化開發處于穩步上升階段，但受限于地質條件、技術條件、資金條件等方面，未能達到預期發展速度[1-3]。同時，有學者指出中國煤層氣規模化開發受限主要是因為井下開采條件復雜，氣煤礦權交叉重疊，缺乏統一開采技術標準，配套設施和政策不完善，企業差異以及對外合作進展緩慢等[4-7]。從政策層面來講，解決方案總體涉及財政補貼、稅收補貼、進出口補貼以及治理氣煤礦權沖突等方面[8-12]。

國外學者對于煤層氣規模化開發的相關研究主要集中于以下四個方面： 一是煤層氣和煤炭產權沖突問題[13-15]。二是煤層氣產權在短期內不能明確界定的情況下，如何促進利益沖突的相關方合作開發煤層氣問題[16-17]。三是煤層氣開發利用過程中的環境污染問題[18-20]。四是美國煤層氣產業發展成因分析[21]，并將美國煤層氣規模化開發成功的原因歸結為：豐富的煤層氣資源，煤層氣產業發展初始階段政府采取稅收和財政方面強有力的激勵政策，發達的天然氣運輸管道，具有競爭力的價格，強勁的需求和先進的技術。

國內外諸多文獻探討了煤層氣資源勘探和開發的技術標準、煤層氣規模化開發的扶持政策等方面，但研究視角比較單一，主要從定性描述的角度，通過案例事實來說明煤層氣規模化開發的資源、技術條件與政策措施等問題。本文運用系統動力學理論與方法，結合煤層氣規模化開發進程中的相關問題及未來可預期的政策福利，構建符合經濟社會現實的情景模型，預測不同情景下的中國煤層氣規模化開發狀況并進行比較，從定性與定量相結合的角度分析中國煤層氣規模化開發的影響因素和政策優化途徑，提出合理有效的對策及政策建議，確保中國煤層氣規模化開發的順利進行。

2 系統動力學模型的構建與驗證

2.1 模型的構建與假設

構建系統動力學模型的目的在于探究影響中國煤層氣規模化開發過程的各個因素，并分析其相互作用，模擬中國煤層氣規模化開發的發展過程。本文將煤層氣規模化開發這一復雜的整體系統進一步劃分為四個子系統，即煤層氣開采企業所在的勘探開采子系統，集輸銷售部門所在的銷售運輸子系統，政府部門所在的補貼子系統和煤層氣消費群體所在的需求子系統。通過對勘探開采、集輸銷 售、政府補貼、市場需求四個子系統中構成要素及其因果關系的分析，明確中國煤層氣規模化開發的具體過程，合理耦合得到中國煤層氣規模化開發系統的整體因果關系圖，建立中國煤層氣規模化開發系統動力學模擬仿真模型（圖1）（如有需要，流圖中涉及的變量類型、變量含義以及模型內部方程可向作者索取）。

為保障模型的穩定運行，本文提出以下假設：

（1）模型中的系統行為是連續的，體現為模型中的變量隨模型設置時間步長的變化而變化。考慮到中國煤層氣開發始于2005年，上述模型的時間軸設置為2004年至2020年，步長為1年，并假設模型中的狀態改變呈現連續性的趨勢變化。

（2）模型中影響煤層氣規模化開采的外部因素只考慮天然氣供需，且該要素只被常規要素作用，不考慮不可抗力的影響。基于煤層氣的非常規天然氣屬性和中國煤層氣市場實際情況，模型只考慮了天然氣市場供需關系對煤層氣規模化開發的影響。影響天然氣產業的工具變量，只考慮了諸如GDP、總人口、生產所需天然氣、生活所需天然氣等與煤層氣規模化開發直接相關的變量，不考慮其他外界因素帶來的干擾，如災變、戰爭等不可抗力。endprint

（3）基于中國現行天然氣市場機制，不考慮天然氣零售價格的替代彈性。

2.2 模型的驗證

中國煤層氣規模化開發的重點在于煤層氣抽采量及煤層氣利用量的提升，因此上述模型的核心在于煤層氣地面抽采量和煤層氣利用量。本文將上述變量的模擬值與實際值進行對比（表1），誤差率均在20%以內，可以認為上述模型具有一定可靠性，能對中國未來一段時間內煤層氣規模化開發情景進行模擬預測。

模擬結果顯示2016—2020年煤層氣地面抽采量將實現較大幅度上升，但前提是未考慮補貼政策變化與國際油價波動以及頁巖氣規模化開發的影響。因此，對未來中國煤層氣規模化開發的預測仍需在上述模型的基礎上通過不同情景設置進行仿真模擬。

3 中國煤層氣規模化開發仿真模擬

3.1 從量補貼提升情景模擬

美國、加拿大等實現煤層氣規模化開發的國家均在本國煤層氣開發初期實施了較高水平的財政補貼。中國政府雖在過去十年內對煤層氣開發實施了一定的財政補貼（見表2），但相較于頁巖氣開采補貼額度而言仍屬于較低水平，這在很大程度上直接降低了煤層氣開采企業的投資增產意愿。2016年印發的財建[2016]31號文件將煤層氣開采利用中央財政補貼標準從0.2元/m³提高到0.3元/m³，有利于煤層氣規模化開發。

初始模型使用的是0.2元/m³的補貼標準。考慮從量補貼政策的實施對中國煤層氣規模化開發的影響，本文將模型中煤層氣直接補貼的方程重新設定為：

直接補貼=IF THEN ELSE（Time>11，煤層氣利用量×0.3，煤層氣利用量×0.2）。

即以時間刻度11（即2015年）為分界點，之前補貼額度為0.2元/m³，之后補貼額度為0.3元/m³（圖2）。

結果顯示2016年（時間刻度12）中國煤層氣補貼額度由0.2元/m³調整至0.3元/m³之后，至2020年（時間刻度16）煤層氣年利用量與年地面抽采量會有6%—8%的提升，其中2020年煤層氣地面開采量預測值由159.9億m³提升至184.3億m³，利用量由201.3億m³提升至222.5億m³。

由于中央財政補貼標準的上漲，政府補貼額度也有一定幅度上漲（見表2）。政府補貼額度上升比例要遠大于煤層氣利用量與煤層氣地面抽采量上升比例，這與政府采用直接的從量補貼方式有著一定關系。直接的從量補貼相較于技術研發補貼、稅收補貼、用氣補貼等補貼方式更加適用于當前中國煤層氣發展現狀，實施難度也遠小于后三者，因此在當前中國煤層氣規模化開發的關鍵性階段，采用直接的從量補貼方式是比較合理的。

3.2 頁巖氣競爭情景模擬

同為常規天然氣的有效替代資源，中國頁巖氣的規模化開發必然與煤層氣的規模化開發存在著明顯的競爭性關系。國家能源局發布的頁巖氣發展規劃（2016—2020年）（以下簡稱《規劃》）表明，在政策支持到位和市場開拓順利情況下，2020年頁巖氣產量將達到300億m³。考慮到頁巖氣對煤層氣的競爭性，本文依據《規劃》中對頁巖氣產量的設定，將其納入到中國煤層氣規模化開發系統動力學模型中，模擬頁巖氣競爭情景。已出臺的煤層氣補貼提升政策仍保留于模型中，即主要對比2016—2020年間，當煤層氣開采補貼提升至0.3元/m³的條件下時，頁巖氣開發對煤層氣產生的影響。

具體操作方法為將頁巖氣產量作為輔助變量，并將其設置為與時間相關的表函數：

頁巖氣產量= WITH LOOKUP

（Time，（[（0，0）-（16，400）]，（0，0），（1，0），（2，0），（3，0），（4，0），（5，0），（6，0），（7，0），（8，1.3），（9，4），（10，13），（11，30），（12，60），（13，100），（14，150），（15，220），（16，300） ）

需要說明的是，2012年以前頁巖氣尚未開采，故將產量均設置為0；2012年后按實際開采量以及規劃產量對頁巖氣產量進行賦值。

通過運行納入頁巖氣產量的模型，得到對比結果如圖3。結果顯示，頁巖氣的商業化開發對煤層氣造成了一定的減產效應，但并未對其規模化開發產生惡性影響。原因是中國常規天然氣供需缺口的持續性擴大與國家政策的平衡，如政府對頁巖氣的補貼在2016年后由0.4元/m³降至0.3元/m³，與煤層氣補貼相一致。同時，通過二者的共同開發能夠有效地減小中國常規天然氣供需缺口，這對中國天然氣安全有著極其重要的意義。

3.3 國際油價影響情景模擬

探索國際油價影響下，即在較高市場化條件下中國煤層氣規模化開發情景。引入國際油價這一變量進入中國煤層氣規模化開發系統動力學模型，首先需要對國際油價進行合理預測。通過對相關文獻進行梳理與總結，本文采用GARCH模型[22]對國際油價進行合理預測，并將預測結果轉化為表函數嵌入中國煤層氣規模化開發系統動力學模型。考慮到國際油價對中國煤層氣價格的影響可能存在因定價方式產生的差異性，本文采用熱值轉換定價和波動影響定價兩種定價方式將國際油價這一變量代入中國煤層氣規模化開發系統動力學模型。

3.3.1 熱值轉換定價

根據熱值將國際原油價格換算為中國煤層氣進口價（一桶原油熱值約等于164.14 m³煤層氣），同時考慮匯率因素對國際油價與中國煤層氣價格轉化的影響，最終確定的表函數形式如下：endprint

國際原油價格（Units： 美元/桶）= WITH LOOKUP

（Time，（[（0，0）-（16，200）]，（0，54.52），（1，54.52），（2，65.14），（3，72.39），（4，97.26），（5，61.67），（6，79.5），（7，111.3），（8，111.7），（9，108.7），（10，98.95），（11，52.39），（12，51.9883），（13，51.5936），（14，51.2027），（15，50.8155），（16，50.432） ）

匯率（Units： 元/美元）= WITH LOOKUP

（Time，（[（0，0）-（16，10）]，（0，8.277），（1，8.1013），（2，7.8087），（3，7.3872），（4，6.85），（5，6.81），（6，6.622），（7，6.661），（8，6.25），（9，6.07），（10，6.1），（11，6.37），（12，6.58），（13，6.88），（14，6.8），（15，6.9），（16，7） ）

運行模型，得到模擬結果如圖4。在國際原油價格影響下，中國煤層氣價格隨著2009—2013年油價大漲而順勢上揚，煤層氣規模化開發進入加速期；2014年由于國際油價下降，中國煤層氣規模化開發出現震蕩；2014年至今油價趨于穩定，但美元匯率的走強又使基于熱值轉換定價的煤層氣價格出現上漲，加快了煤層氣規模化開發。

上述模擬結果顯示，熱值轉換定價下的煤層氣規模化開發受國際油價與美元匯率的雙重影響，極大限制煤層氣規模化開發的穩定性，削弱其對國家能源安全的支持作用，不利于中國煤層氣規模化開發有序健康的進行。

3.3.2 油價波動影響定價方式

在該種定價方式下，煤層氣價格以其基期價格為本，隨國際原油價格波動而波動。這一定價方式不受匯率波動影響，故只需將國際原油價格代入，并以其波動比例影響煤層氣價格，得到模擬結果如圖4。

在剔除匯率影響后，國際油價波動影響下中國煤層氣規模化開發較為平穩，但煤層氣規模化開發初期井口氣價較低，導致了煤層氣規模化開發的速度大幅放緩。

對比兩種不同定價模式下中國煤層氣規模化開發模擬結果，可以得出兩點結論：

（1）煤層氣規模化開發初期井口價格對煤層氣規模化開發進展速度影響極大；

（2）合理的煤層氣定價模式能夠有效地促進中國煤層氣規模化開發。

4 結論與建議

本文運用系統動力學理論與方法，結合煤層氣規模化開發進程中的相關問題及可預期的政策福利，構建了從量補貼提升情景、頁巖氣競爭情境和國際油價影響情景，模擬和預測了不同情景下的中國煤層氣規模化開發情況，結果顯示：

（1）煤層氣從量補貼額度的提升使煤層氣利用量與地面抽采量以年均6%—8%的速度提升。中央財政補貼標準的上漲，也帶動了政府補貼額度的上漲。

（2）頁巖氣的商業化開發對煤層氣造成了一定的減產效應，但并未對其規模化開發產生惡性影響，二者的共同開發能夠有效地減小中國常規天然氣供需缺口。

（3）熱值轉換定價下的煤層氣規模化開發受國際油價與美元匯率的雙重影響，極大限制煤層氣規模化開發的穩定性，削弱其對國家能源安全的支持作用，不利于中國煤層氣規模化開發有序健康的進行；國際油價波動影響定價下中國煤層氣規模化開發較為平穩，但煤層氣規模化開發初期井口氣價較低，導致了煤層氣規模化開發的速度大幅放緩。

針對上述研究結論，為保證中國煤層氣規模化開發進程的平穩與高效，本文給出以下建議：

（1）提升補貼水平，建立復合補貼機制。中國煤層氣補貼水平相較于美國1980—1992年非常規天然氣井每桶油當量3美元的補貼額度以及中國頁巖氣開發初期0.4元/m³的補貼額度處于較低的水平，而煤層氣規模化開發初期的補貼額度將直接影響到煤層氣開發企業擴大生產規模的意愿，因此，進一步提升中國煤層氣補貼水平是十分必要的。當前中國煤層氣補貼主要方式為從量補貼以及一部分的稅率補貼，相較于煤層氣規模化開發系統的復雜性，上述兩種補貼方式仍不足以全方位的支持中國煤層氣規模化開發。同時在煤層氣規模化開發的發展進程中靈活適當的從價補貼能夠有效地降低煤層氣開采企業生產風險，有利于煤層氣規模化開發的平穩進行。綜上，提升補貼水平，建立復合補貼機制對中國煤層氣規模化開發十分必要。

（2）依法規制，合理開發利用煤層氣。煤層氣開發利用具有自然壟斷的行業特點，政府部門理應對其進行規制，特別是引入和運用激勵性規制，適應煤層氣規模化開發的市場需要。中國頁巖氣和煤層氣開發都面臨礦權重疊的問題，嚴重影響其規模化進程，威脅天然氣供給安全。因此二者的發展需要規制“保駕護航”，以實現合理開發、有效利用，如要擬訂《煤炭與煤層氣礦業權重疊區塊爭議解決條例》，建議包括采煤權與采氣權登記和開發主體不一致、設定時間不統一等問題的處理規定。另一方面是加強對煤層氣開發利用的經濟性規制。當前以等熱值天然氣價格或者以波動影響定價方式確定的煤層氣銷售價格對中國煤層氣規模化開發均有一定程度的負面影響，一個可能的方式是通過政府對煤層氣并入天然氣管網實行保護性井口價格，同時對煤層氣下游用戶給以適當的價格補貼，調動市場的積極性，鼓勵大型企業參與煤層氣的勘探開發和利用。

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