基于殘差灰色模型的天然氣消費(fèi)預(yù)測(cè)研究

葉志宏，陳二龍

(天津大學(xué) 管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部， 天津 300072)

天然氣作為一種高效、清潔的能源燃料，其價(jià)格低、性價(jià)比高，且?guī)缀醪缓颉⒎蹓m等有害物質(zhì)，相比其他燃料，燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳也少很多，對(duì)改善空氣環(huán)境質(zhì)量大有裨益，受到人們的普遍歡迎。隨著全國(guó)各地“煤改氣”如火如荼地進(jìn)行，天然氣消費(fèi)也不斷增加，大力推進(jìn)天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)成為加快建設(shè)現(xiàn)代清潔高效能源體系的重要一環(huán)。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委數(shù)據(jù)顯示：近年來天然氣消費(fèi)量呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重也逐年增加，為了保證天然氣供應(yīng)，各地區(qū)要求在確保安全的情況下放壓增產(chǎn)，防止出現(xiàn)氣荒，這就要求政府部門準(zhǔn)確預(yù)測(cè)天然氣消費(fèi)量，以便制定合理的生產(chǎn)計(jì)劃。因此，開展天然氣消費(fèi)預(yù)測(cè)研究，不僅有利于燃?xì)夤局贫ㄍ顿Y計(jì)劃，更有利于保證我國(guó)天然氣產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，為建設(shè)現(xiàn)代高效能源體系保駕護(hù)航。

目前，常見的預(yù)測(cè)模型一般有線性回歸模型、指數(shù)平滑模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型、系統(tǒng)動(dòng)力預(yù)測(cè)模型、灰色GM(1,1)模型等[1-6]。在這些預(yù)測(cè)模型中，灰色GM(1,1)模型能夠在原始數(shù)據(jù)較少的情況下得到滿意的預(yù)測(cè)結(jié)果，而且使用起來簡(jiǎn)單方便，被廣泛應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域。為了充分開發(fā)灰色系統(tǒng)內(nèi)部未知信息，提高模型預(yù)測(cè)精度，本文在傳統(tǒng)GM(1,1)模型的基礎(chǔ)上，建立灰色殘差GM(1,1)模型，對(duì)我國(guó)天然氣消費(fèi)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)比分析了殘差GM(1,1)模型和傳統(tǒng)GM(1,1)模型的預(yù)測(cè)精度，通過實(shí)證分析說明殘差GM(1,1)模型適用于天然氣消費(fèi)預(yù)測(cè)研究，預(yù)測(cè)結(jié)果可以為我國(guó)制定天然氣發(fā)展戰(zhàn)略提供參考。

1 殘差灰色模型

1.1 灰色模型

20世紀(jì)80年代，鄧聚龍教授提出灰色系統(tǒng)理論，主要研究小樣本、貧信息和不完全信息等不確定性問題，因?yàn)樗鼘?duì)時(shí)間序列小、原始數(shù)據(jù)少、信息不完全的系統(tǒng)分析具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，自創(chuàng)立以來便引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，在很多領(lǐng)域用以解決預(yù)測(cè)、決策、規(guī)劃、系統(tǒng)分析等問題，近年來得到了長(zhǎng)足發(fā)展。

與其他預(yù)測(cè)模型相比，灰色預(yù)測(cè)模型不需要龐大的樣本量，能在原始數(shù)據(jù)較少的情況下進(jìn)行有效預(yù)測(cè)，尤其是對(duì)于分布規(guī)律不明顯的樣本，能有效避免定量分析與定性分析不一致的情況，預(yù)測(cè)精度較高，而且計(jì)算工作量小、簡(jiǎn)便實(shí)用，非常適合用于中短期預(yù)測(cè)研究。其中，最常見的灰色模型為GM(1,1)模型，建模步驟如下：

1.2 殘差灰色模型

灰色模型具有所需原始數(shù)據(jù)少、預(yù)測(cè)精度高、實(shí)用方便等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于具有較強(qiáng)指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)的序列；但是，傳統(tǒng)灰色模型不能準(zhǔn)確反映序列的擺動(dòng)情況，如果有數(shù)據(jù)出現(xiàn)擺動(dòng)，預(yù)測(cè)誤差就相對(duì)較大。對(duì)此，可建立殘差灰色模型，利用原始數(shù)據(jù)和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)一步探索系統(tǒng)內(nèi)部規(guī)律，充分挖掘灰色系統(tǒng)內(nèi)部未知信息，提高模型預(yù)測(cè)精度[6-12]。

2 我國(guó)天然氣消費(fèi)預(yù)測(cè)

本文基于殘差灰色GM(1,1)模型對(duì)我國(guó)天然氣消費(fèi)進(jìn)行預(yù)測(cè)，這里選取2007—2016年這10年間的天然氣消費(fèi)數(shù)據(jù)(數(shù)據(jù)來源：2017年國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒中我國(guó)能源消費(fèi)總量及天然氣消費(fèi)所占比重，并參考國(guó)家規(guī)定的各類能源折算標(biāo)準(zhǔn)煤的參考系數(shù)(天然氣折算標(biāo)準(zhǔn)煤=1.214 3 kg/m3)，可以得到10年間我國(guó)天然氣消費(fèi)數(shù)據(jù)。

然后分別建立傳統(tǒng)GM(1,1)模型和殘差GM(1,1)模型，通過求解模型得到我國(guó)天然氣消費(fèi)的預(yù)測(cè)結(jié)果，并將殘差GM(1,1)模型與傳統(tǒng)GM(1,1)模型的相對(duì)誤差進(jìn)行對(duì)比，如表1所示。

表1 我國(guó)天然氣消費(fèi)預(yù)測(cè)

近年來，我國(guó)天然氣消費(fèi)量呈現(xiàn)了指數(shù)般增長(zhǎng)趨勢(shì)，由10年前不足800 億m3增長(zhǎng)到近2 300億m3。隨著天然氣需求不斷增大，天然氣消費(fèi)將繼續(xù)保持爆發(fā)式增長(zhǎng)。

通過對(duì)比分析，傳統(tǒng)GM(1,1)模型可以得到相對(duì)滿意的預(yù)測(cè)結(jié)果。2012年以前，我國(guó)天然氣消費(fèi)量增長(zhǎng)較緩，預(yù)測(cè)誤差相對(duì)較大；2012年以后，天然氣消費(fèi)量呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，預(yù)測(cè)誤差相對(duì)較小。與傳統(tǒng)GM(1,1)模型相比，殘差GM(1,1)模型的預(yù)測(cè)相對(duì)誤差有了很大改善，除2008、2009、2011年的預(yù)測(cè)誤差在4%以上，其余各年相對(duì)誤差均在4%以下，進(jìn)一步提高了灰色模型的預(yù)測(cè)精度，適用于我國(guó)天然氣消費(fèi)預(yù)測(cè)。

3 結(jié)束語

隨著全國(guó)各地“煤改氣”政策相繼出臺(tái)，人們對(duì)天然氣消費(fèi)需求持續(xù)增長(zhǎng)，科學(xué)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)天然氣消費(fèi)量，不僅有利于燃?xì)夤局贫ㄌ烊粴馍a(chǎn)計(jì)劃，避免出現(xiàn)“氣荒”現(xiàn)象，更有利于政府部門制定科學(xué)的天然氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，加快我國(guó)現(xiàn)代清潔高效能源體系的建立。本文在傳統(tǒng)GM(1,1)模型的基礎(chǔ)上，建立灰色殘差GM(1,1)模型，選取2007—2016年天然氣消費(fèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)比分析了殘差GM(1,1)模型和傳統(tǒng)GM(1,1)模型的預(yù)測(cè)精度。通過實(shí)證分析說明殘差GM(1,1)模型進(jìn)一步提高了預(yù)測(cè)精度，適用于天然氣消費(fèi)預(yù)測(cè)研究，可以為我國(guó)制定天然氣發(fā)展戰(zhàn)略提供參考。