一、引言

党的十九大报告提出要坚持新发展理念,发展生态文明,这对我国能源产业结构优化升级提出了新要求,作为有利于经济社会可持续发展的清洁能源,天然气已成为改善我国能源产业发展的重要选择之一。 ^[1] 2018 年我国累计天然气消费量为2830 亿立方米,同比增长18%,成为拉动全球天然气消费增长的主要力量。 2017 年开始我国天然气产业进入快速发展阶段,天然气生产量为1492 亿立方米,同比增长9.8%, 2018 年天然气的生产量为1615 亿立方米,同比增长8.3%,探明储量为6.1 万亿立方米,储采比为37.6 年,基础设施建设周期性使得天然气的供气量短时间增加仍有一定的局限^[2]。 此外,我国的页岩气开发技术尚未成熟,在短期内难以实现量产。

由于我国天然气的生产增速低于消费增速, 导致2018 年我国天然气的供需缺口拉大,因此加大天然气进口成为维系我国能源供需平衡的重要方式。 根据油气产业蓝皮书发布的相关数据, 2018 年我国超越日本,成为世界最大的天然气进口国, 进口天然气1215 亿立方米, 同比增长30.7%,对外依存度达到42.86%。 2019 年天然气进口量达1340 亿立方米,未来我国天然气进口量将进一步增大。 随着“蓝天计划” 的贯彻落实、能源结构的优化调整、“一带一路”的推动,天然气在能源结构中的地位日益凸显,我国天然气的发展迎来“黄金时代”。 ^[3]

我国天然气产业要深化改革,就必须守住天然气发展的安全底线。 为此,对我国天然气进口安全状况进行评价,并识别影响我国天然气进口的关键因素,可以为我国天然气产业的发展及制定合理的天然气产业发展战略提供借鉴。

二、文献回顾

PSR模型,即Pressure-State-Response模型,是由经济合作与发展组织(OECD)和联合国环境规划署(UNEP)共同发起的用于研究环境安全问题的框架体系^[4],作为一套成熟的指标评价体系构建思路被广泛应用于生态安全的评价^[5]。 随着能源结构转型以及生态环境保护力度的加大,不少学者尝试将PSR模型思路应用于能源安全评价中。 截至目前,只有Guo等^[6]采用PSR模型对我国的天然气安全进行了综合评价,但是研究指标不够细化,而且研究时间早,参考价值有限。 大部分学者更多关注的是我国整体的能源安全,例如胡剑波等^[5] 基于PSR模型,从宏观角度对我国能源安全进行评价分析;李雪慧等^[7]基于PSR模型,借助层次分析法和变异系数法组合赋权的方法对我国能源安全进行评价,认为我国能源安全总体呈现向好的趋势。 除此以外, 部分学者对石油安全进行了评价,例如郑修思^[8] 基于PSR模型的思想选取了十项指标,构建安全评价体系,并利用层次分析法和模糊综合评价法对我国石油供应安全情况进行了评价。

王旻昊^[9] 认为影响我国天然气进口安全的因素较多,其中进口来源地稳定、运输线路安全和进口价格是天然气进口安全的关键影响因素。 本文认为,天然气进口安全主要是指一个国家以其可以接受的、合理波动范围内的价格获取持续稳定的天然气供应,充分保障经济发展和人民生活需求,天然气进口储备得以加强,供应安全进一步提高。

国内外学者尝试了多种研究方法对能源安全进行科学评价。 Biresselioglu等^[10] 运用混合整数规划模型,对土耳其液化天然气的供应安全情况进行研究;Shaikh等^[11]、Lu等^[12] 采用生态网络分析(ENA) 的方法对我国天然气的供应安全进行评价,提出国内天然气的供应对天然气安全的意义更加突出;李泽红等^[13]运用HHI指数测评我国和俄罗斯天然气进出口的安全状况,结果表明我国天然气的对外依存度逐渐提高,其中从俄罗斯进口天然气比例呈现上升趋势, 在均衡我国天然气进口来源、降低进口风险方面具有积极意义。 除此以外,越来越多的学者采用多种评价方法相结合的方式进行研究,例如田家华等^[14] 运用层次分析法、熵值法和线性加权和函数计算均方根的方法对我国天然气供需安全进行综合评价分析,结果表明2006—2014 年我国天然气供需安全呈现“N形” 变化趋势;吕涛等^[15] 通过灰色关联法分别对石油安全状况进行研究,以此确定影响能源安全的关键指标;孙涵等^[16]基于熵权TOPSIS的方法对我国区域能源安全进行评价,结果表明我国能源安全性大致呈现 “由西北向东南”逐渐降低的特点。

综上所述,国内外学者对能源安全问题的大量研究,为探讨天然气进口安全提供了重要的理论支撑。 通过文献梳理,笔者发现当前研究存在以下不足:(1)有关能源安全的评价大多集中在石油和整体能源安全方面,对天然气安全及天然气进口安全进行评价的研究较少。(2)关于进口安全评价指标体系以及安全评价标准尚未达成共识,指标体系的视角不同导致评价的结论也会存在差异,现有的研究中,指标体系的构建相对单一。 此外,将PSR概念模型用于构建天然气进口安全指标体系的研究仍处于空白状态。(3)在评价方法上,层次分析法和模糊综合评价虽然能够最大程度上吸取专家的意见,但主观性太强,评价结果缺乏客观性;而因子分析和主成分分析由于指标得分中存在负值,使得评价的意义不明确。 因此本文基于PSR模型构建我国天然气进口安全评价体系,运用熵权法和TOPSIS法对我国天然气总体进口安全水平进行评价;借助灰色关联分析法来确定影响我国天然气进口安全的主要因素,找出存在的关键问题。 这对天然气进口安全评价、保障天然气的及时供应具有重大意义。

三、指标体系构建与数据说明

(一) 指标选取

本文基于当前能源安全评价的相关研究(李小亮等^[17]、郭金栋等^[18]、Jewell等^[19]、胡剑波等^[5]、李雪慧等^[7]、郑修思^[8] 和郭明晶等^[20]),根据PSR模型的思路,结合影响我国天然气进口安全的因素,从PSR三个层面选取重要指标构建我国天然气进口安全评价的指标体系(见表1)。

(1)天然气进口安全压力是指国内外影响天然气进口安全的因素对我国天然气进口安全造成的压力。 在指标体系构建时,考虑到国内天然气的供需以及环境因素所产生的影响,压力层面指标除了选取境外短期压力,还选取了我国自身天然气供需、环境等因素带来的长期压力。

(2)天然气进口安全状态是一段时间内我国天然气进口安全以及变化情况。 其反映在状态层面包含两个方面:压力之下国内资源的保障状态如何;压力之下我国是否依然可以有效地从国际市场获得相应的资源。

(3)天然气进口安全响应是指在一定程度上, 为保障我国天然气进口安全所采取的相关措施,既包括为防止突然性供应中断而采取的应急战略储备,又包括对外投资的提高。

(二) 数据来源

以深圳LNG进口接收站投产为标志,2006 年我国成为天然气净进口国。 因此本文以2006— 2017 年间数据为基础,对我国天然气进口安全进行评价。 其中与我国天然气主要进口来源地资源潜力相关的数据,例如储采比、探明储量、进出口量等均来自《BP世界能源统计年鉴》;原油价格波动率为根据美国能源信息署(EIA)发布的布伦特原油价格进行测算得出;地缘政治、外交冲突指数、运输风险中军事政治则根据PRS Group发布的《国家风险国际指南》 计算得出;天然气消费增速、消费强度、外汇储备的相关数据来自《中国统计年鉴》和《中国能源统计年鉴》;碳排放数据来自Climate Watch;环境治理投资的相关数据来自历年国家环境状况公报; 海盗发生次数的数据来自IMB Piracy Report。

四、研究方法

本文采用多种方法相结合的方式对我国天然气进口安全进行评价,首先通过熵权法确定各指标的权重,通过TOPSIS法确定评价值,最后根据灰色关联法确定各指标同我国天然气进口安全总体水平之间的关联系数,以此确定影响我国天然气进口安全的关键因素。

(一) 熵权法确定指标权重^[16,21]

若评价对象有m个指标,参与评价的年份为n, $x_{ij}$ 为第i个指标在第i年的标准化值,构建矩阵

(1)评价指标标准化处理。 本文的指标具有正向和负向之分,因此选择极差法。

若j为正向指标:

若j为逆向指标:

式中:$\mathrm{ }{x}_{ij}^{\mathrm{\text{'}}}$ 为变化后的标准值;$min\left(x_{ij}\right)$为第j列最小值;$max\left(x_{ij}\right)$为第j列最大值。

(2)计算第i项指标下第j个样本值的比重 $P_{ij}$。

(3)计算第i项指标的熵值 $e_i$。

式中:k>0;lnn为自然对数;$\mathrm{ }{e}_i$>0。 如果 $x_{ij}^{\mathrm{\text{'}}}$ 对于给定的j全部相等,那么

此时,$\mathrm{ }{e}_i$ 取极大值,即

若 $k=\frac{1}{\ln n}$ 则 $e_i$=1,正常情况下0<$e_i$<1。

(4)计算第i项指标的变异性系数 $g_i$。

对于给定的i,$\mathrm{ }{x}_{ij}$ 之间越接近,$\mathrm{ }{e}_i$ 越大;$\mathrm{ }{x}_{ij}$ 之间相差越大,$\mathrm{ }{e}_i$ 越小,$\mathrm{ }{g}_i$ 越大,此时该指标对于确定权重所起的作用越大。

(5)定义第i项指标的权重 $w_i$。

(6)形成加权判断矩阵 $\mathit{Y}$。

(二) TOPSIS确定评价值

TOPSIS是一种多目标决策方法,评价的对象限制较小,并且对评价对象的指标、样本数量以及数据分布方面没有严格的限制,具体步骤^[22]如下:

(1)确定理想解。 正理想解是某一指标中最优值,负理想解是某一指标中的最差值。

式中:$\mathrm{ }{y}_{ij}^{*}$ 为第j个指标的最优值;$\mathrm{ }{y}_{ij}^{-}$ 为第j个指标的最差值。

(2) 利用欧氏距离确定各指标到理想解的距离。

式中:$\mathrm{ }{D}_j^{*}$ 为各指标到最优值的距离;$\mathrm{ }{D}_j^{-}$ 为各指标到最差值的距离。

(3)确定我国天然气进口安全水平 $S_i$。

贴近度取值范围介于^[0,1],值越大,我国天然气进口安全水平越高。

(三) 灰色关联法确定关键因素

灰色关联法是通过计算灰色关联系数和灰色关联程度来定量分析的方法,发展趋势越相近,关联程度越高。 具体步骤^[23]包括:

(1)确定分析序列。 以我国天然气进口安全水平为因变量序列,指标层的各指标为自变量序列。

(2)对因变量和自变量序列进行标准化。 熵权法计算指标权重时对指标的原始数据进行了标准化处理,只需要再对因变量进行标准化。

(3)求因变量序列与各自变量序列的差序列, 确定最大差和最小差。 计算因变量和自变量对应行的绝对差,从而确定绝对差矩阵 Δ,自变量与因变量 ${\mathbf{\Delta }}_i$ 的计算公式为

式中:$\mathrm{ }{x}_0\left(k\right)$为因变量序列;$\mathrm{ }{x}_i\left(k\right)$为自变量序列;$\mathrm{ }{\mathbf{\Delta }}_i$ 为因变量与自变量序列的差序列。

(4)确定关联系数。 利用绝对差矩阵中的最大值和最小值对绝对差矩阵中的数据进行变换得到关联系数为

式中: Δ(min)为绝对差矩阵中的最小值; Δ(max)为绝对差矩阵中的最大值;分辨系数 ρ 在(0,1) 内取值,本文在参考相关研究的基础上,设定分辨系数 ρ=0.5。 关联系数反映的是我国天然气进口安全水平与各评价指标序列的关联程度。

五、结果及分析

(一) 熵权法权重确定

利用公式(1)~(3)对我国天然气进口安全相关数据进行归一化处理,得到各指标的初始值。 通过公式(4)~(9)确定各指标的权重,结果如表2 所示。 压力层面在我国天然气进口安全总体水平中的占比较高,说明压力层指标是影响我国天然气进口安全的重要方面。

(二) TOPSIS评价值法确定我国天然气进口安全水平

根据公式(10)~(14) 得到贴近度以反映我国天然气进口安全水平,结果如表3 所示。

根据TOPSIS原理,贴近度越接近1,安全水平越高。 将表3 的相关数据绘制成折线图,如图1 所示。

从图1 可以看出,2006—2017 年我国天然气进口安全水平大致呈现“ U型” 状态。 其中2009— 2015 年超过一半的时间我国天然气进口安全水平处于平均水平之下。 根据我国天然气进口安全的评价标准,2010—2014 年一直处于较不安全的状态, 其他年份处于临界安全的状态,可见我国进口安全水平还有很大的提升空间。

2006—2011 年我国天然气进口安全水平呈现波动下降的趋势,2011 年降至最低,进口集中度由2010 年的68.571%上升到72.464%,对我国天然气进口安全造成了较大的威胁,除此以外,2011 年布伦特油价剧烈波动, LNG进口价格由2010 年的10.8 美元/百万英热增长到2011 年的14.1 美元/百万英热。 亚太地区尚没有成熟的天然气交易市场,因此LNG的价格具有较大的不确定性。 使得我国天然气的进口风险增加。

2012—2016 年我国天然气进口安全水平由0.362 上升到0.513,呈稳定上升的趋势,总体安全状态相对乐观。 2017 年我国受“煤改气”工程的影响,天然气的需求提升,供需缺口拉大。 同时,国内天然气的自给率和储采比都有不同程度的下降,导致我国天然气进口安全总体呈现下降的趋势。

(三) 关键因素分析

通过对天然气安全进行评价后,运用灰色关联度分析得出各个指标与天然气进口安全的关联程度,找出关键影响因素。 根据公式(15)~(16),得到各指标与天然气进口安全水平的关联系数及排序,结果如表4 所示。

每个层面选取与我国天然气进口安全水平关联度最高的指标,分别为地缘政治风险、LNG进口价格和天然气储备水平。 其中最大差值 Δ_max =0.985。

以上述指标作为关键因素,分析发现当前我国天然气进口安全面临如下威胁:

(1) 对外依存度提高, 存在地缘政治风险。 2017 年,随着“煤改气”工程的大力推进,天然气消费量呈现“井喷式”的增长,管道天然气进口量达到3105.9 万吨,同比增长8.8%,占天然气总进口量的44.3%; LNG进口量为3828.5 万吨, 同比增长46.4%,占天然气总进口量的55.7%。 对外依存度提升到39.9%,无论是管道运输还是海上运输都对我国天然气进口安全造成较大的威胁。 管道运输的威胁主要来自中亚、缅甸、俄罗斯等国家或地区地缘政治的不稳定性,液化天然气进口主要面临运输航线中的海盗、恐怖主义等风险。 近期,中美贸易战再度升级,美韩新的自由贸易协定的签署,美欧、美日零关税贸易协定的签订,均对我国进口天然气造成严重的冲击。

(2)被动接受天然气进口价格。 由于亚太地区天然气供应形势相对紧张,加之我国天然气需求持续快速增长,被动接受天然气的定价成为我国天然气进口过程中不可忽视的问题。 当前天然气价格主要同日本原油价格挂钩,中国、日本、韩国等主要东亚天然气进口国只能被动接受天然气的定价。 美国的页岩气革命,使得美国成为天然气净出口国,2017 年我国从美国进口21 亿立方米液化天然气,未来如果我国继续从美国进口天然气资源,将不得不接受美国的亨利交易枢纽(Henry Hub)的定价机制以及其他贸易政策的钳制,致使我国天然气进口的议价能力减弱,话语权较低。 天然气的价格过高或者价格的波动性较大,均对我国天然气的稳定供应造成重大影响。

(3)国内天然气供给能力不足。 国内天然气需求增长较快,但是供应增长相对较慢。 2017 年, 我国天然气探明储量为5.5 万亿立方米,占全球份额的2.8%,储采比为36.7 年。 从整体来看,我国天然气资源相对丰富,但是我国页岩气等勘探开发的技术尚未成熟,很难在短期内实现量产,导致我国对外依赖程度增加。 此外,我国在天然气勘探开发方面投资量的减少也造成了天然气的产量远远低于消费量的增长速度。 关于常规天然气的探明储量,世界平均水平是22.5%,而我国仅为15%。 2017 年我国油气勘探投入为597.5 亿元, 同比增长13.3%,开采投资为1629 亿元,同比增长22.2%,即便如此,2017 年我国天然气的生产供给增速远远低于消费需求的增长速度,这对我国天然气的安全冲击较大。

(4)天然气战略储备欠佳。 储气库是天然气进行季节间资源调配不可缺少的保障设施。 根据国际煤气工业联合会( IGU)的标准,天然气的对外依存度超过30%时,天然气储气库的工作气量应当超过消费量的12%。 而我国截至2019 年底,累计建成26 座地下储气库,储气调峰能力达140 亿立方米, 但对外依存度高达43.7%,战略储备水平仅维持在4.56%左右,与12%~15%的世界平均水平还有较大差距。

六、结论与对策建议

(一) 结论

本文遵循科学代表性、系统性、可操作性等原则,借助PSR模型构建我国天然气进口安全评价体系,通过熵权法确定各指标的权重,TOPSIS方法确定PSR准则层以及我国天然气进口安全水平,灰色关联分析法确定影响我国天然气进口安全的关键因素,得出以下结论:

(1)PSR准则层:1)我国天然气进口安全所面临的压力在2011 年以后虽有增长,但是增速相对缓慢;进口安全状态的波动性相对较大;进口安全的响应层面则稳步增长。 具体表现为,2006—2011 年压力层指标所反映的我国天然气进口安全水平呈现下降趋势, 2012—2016 年呈现波动上升的趋势; 2007—2013 年状态层指标所反映的我国天然气进口安全水平呈现下降趋势,2014—2016 年呈现飞跃式的增长,2017 年有所下降;响应层面,从2006 年开始,其影响的天然气进口安全水平一直呈现上升向好的状态。 2) 通过三个准则层面反映的我国天然气进口安全水平的对比分析,可以看出,2011 年以前,压力和状态层面反映的我国天然气进口安全水平要明显高于响应层面, 而2011 年之后正好相反。

(2)目标层:1) 2006—2016 年我国天然气进口安全总体水平以2011 年为拐点呈现“U型” 状态, 2017 年呈现下降趋势。 2)根据评价标准,我国天然气进口安全水平介于较不安全和临界安全的状态, 其中2010—2014 年处于较不安全状态,其余年份处于临界安全状态。 3) 压力层面在我国天然气进口安全总体水平中所占的比重较高,为0.474。

(3)关键指标因素:通过分析,得出各层面与我国天然气进口安全关联度最高的指标分别是地缘政治风险、LNG进口价格和天然气储备水平。

(二) 对策建议

通过上述分析可知,我国天然气进口安全水平仍处于较不安全和临界安全的状态,进口安全等级较低,进口安全水平还有较大的提升空间。 因此围绕当前我国天然气进口安全评价分析中存在的关键问题,从以下几个方面提出相应的对策建议。

(1)优化天然气进口来源,降低地缘政治风险。 在完善现有天然气进口渠道、加强在友好度较高的国家建设输气管线的联络线基础上,积极开拓和培育新的进口渠道,积极寻求资源丰富、能源出口依赖度高、地缘政治稳定的国家,多形式、多路线、多国家和地区进口境外天然气,分散进口资源中断的风险, 降低对单一进口来源的过分依赖而带来的不确定性,充分利用“一带一路”的战略契机,加强与沿线国家的天然气战略合作,扩大进口来源。

(2)构建亚太地区天然气定价机制,提升天然气进口价格的话语权。 在亚太地区的天然气贸易层面,联合日本、韩国、印度、新加坡等亚太地区天然气进口国,合作建立亚太地区天然气贸易的定价规则, 制定亚太地区天然气贸易的价格基准,形成统一的定价机制。 积极推动与“一带一路” 沿线国家构建双边和多边综合协调运行机制,合力构建新的价格体系,形成我国乃至亚太地区的天然气的基准价格。

(3)加大天然气开采技术研发,提高国内天然气生产量。 结合我国天然气资源贮藏存储的地质特点,在国家层面上设立技术攻关重大专项,制定相应的政策鼓励勘探开发投入,坚持因地制宜的勘探开发理念,加强技术方面的研发投入,争取在技术提升和成本降低上获得突破,实现国内天然气生产量短期内提高。

(4)建立健全天然气战略储备,提升天然气储备水平。 建立健全我国天然气战略储备,首先从整体上推进战略型、季节型、调峰型和商业型战略储气库的建设。 将储气库纳入国家天然气整体管网建设中,通过互联互通的方式破除天然气市场管道瓶颈, 提高我国天然气稳定供应的能力。 其次,要充分发挥各利益相关方在建设我国天然气战略储气库中的积极作用。 例如政府应当对天然气战略储备进行整体的规划和布局,在进口通道和重要城市建设战略或应急储气库;天然气相关的企业和工业用户应当建设商业型季节调峰储气库等^[24]。 另外还应适度储备替代燃料,强化应急预案,建立响应机制应对需求侧的紧急情况,结合实际需求,利用递减、关停用户气量等非市场手段应对供应紧急事件。

参考文献