基于DPSR模型的中国天然气安全分析.pdf
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1、第30卷 第5期 2023年10月 Vol.30 No.5 Oct.,2023 收稿日期:2023-06-02 改回日期:2023-08-29 基金项目:四川省科技计划项目“四川天然气供需安全演化机理研究”(2023NSFSC1038);2023年四川省大学生创新创业训练项目“碳中和背景下中国天然气供需安全预警系统研究”(S202310636103)第一作者:李洪兵(1987),男,博士,硕士生导师,从事油气安全与风险管理、公共安全与应急管理方面的研究工作。E-mail: 01 世界石油工业World Petroleum IndustryE 能源战略Energy Strategy文章编号:10
2、06-0030(2023)05-0001-010 DOI:10.20114/j.issn.1006-0030.20230602003 基于DPSR模型的中国天然气安全分析 李洪兵1,2,张吉军2,吴小东3,韩咪2,孙逸林2,陈宇光2,刘可1(1.四川师范大学工学院,四川 成都 610101;2.西南石油大学经济管理学院,四川 成都 610500;3.广东石油化工学院机电工程学院,广东 茂名 525000)摘要:天然气作为能源低碳转型期的重要能源,对中国顺利实施“十四五”现代能源体系规划具有不可替代的支撑作用。基于驱动力-压力-状态-响应(DPSR)模型构建中国天然气安全评价指标体系,对2005
3、2022年中国天然气安全状况进行分析,建立天然气安全障碍度诊断模型,挖掘影响中国天然气安全的关键障碍因素。(1)中国天然气安全的综合贴近度呈下降趋势,安全等级由级降为级,整体呈现“L”型发展态势。(2)中国天然气安全的驱动力贴近度呈波浪式下滑趋势,安全等级在级与级间波动;压力贴近度呈“L”型下降态势,安全等级长期处于级级之间;状态贴近度呈直线下降趋势,安全等级由级降至级;响应贴近度呈螺旋式上升趋势,安全等级由级稳步提高到级。(3)中国天然气安全的压力和响应因素障碍度呈波浪式降低,驱动力和状态因素障碍度逐年增大,关键障碍因素由压力因素与响应因素逐渐转变为驱动力因素与响应因素。(4)影响中国天然气
4、安全水平的主要障碍要素有天然气进口、天然气价格、管网建设、国内经济高速发展、天然气战略储备、“双碳”目标的提出等。天然气进口份额、天然气自给率未来将成为影响中国天然气安全的核心障碍要素;加快清洁能源开发利用、加大突破性关键技术的科研投入,是提升中国天然气安全水平、加快构建现代能源体系的基本保障。关键词:天然气安全;安全评价;评价指标体系;变异系数法;TOPSIS评价法 中图分类号:TE-9 文献标识码:A Analysis of Chinas natural gas security based on DPSR model LI Hongbing1,2,ZHANG Jijun2,WU Xiao
5、dong3,HAN Mi2,SUN Yilin2,CHEN Yuguang2,LIU Ke1(1.College of Engineering,Sichuan Normal University,Chengdu,Sichuan 610101,China;2.School of Economics and Management,Southwest Petroleum University,Chengdu,Sichuan 610500,China;3.College of Mechanical and Electrical Engineering,Guangdong University of P
6、etrochemical Technology,Maoming,Guangdong 525000,China)Abstract:Natural gas,as an important energy in the low-carbon energy transition period,plays an irreplaceable part in the im-plement of the 14th Five-Year Plan for Modern Energy System.Based on Driving force-Pressure-State-Response(DPSR)model,th
7、is paper constructs Chinas natural gas safety evaluation index system,analyzes its status from 2005 to 2022,sets up a natural gas safety obstacle degree diagnosis model,and explores the key factors affecting Chinas natural gas safety.The results of study are as follows.The comprehensive proximity of
8、 Chinas natural gas safety has shown a downward trend,with the safety level dropping from Level IV to Level III,and the overall development trend will show an L shape.The driving force proximity showed a wave like downward trend,with safety levels fluctuating between Level III and Level II.The press
9、ure proximity showed an L shaped downward trend,and the safety level remained between Level I and Level II for a long time.The state proximity showed a linear downward trend,and the safety level decreased from Level V to Level I.The response proximity showed a spiral upward trend,and the safety leve
10、l steadily increased from Level I to Level V.The obstacle degree of pressure and response factors decreased in waves while the obstacle degree of driving force and state factors increased year by year,which illustrates the gradual change of the key obstacle factors from pressure factors and response
11、 factors to driving force factors and Vol.30 No.5 Oct.,2023 02 世界石油工业World Petroleum IndustryE能源战略 Energy Strategy response factors.The main obstacles affecting the improvement of Chinas natural gas safety level include natural gas import,its price,pipe network construction,strategic reserve,the pro
12、posal of“carbon peaking and carbon neutrality goals”and so on.The study concludes that firstly,the natural gas import will become the core obstacle factor affecting Chinas natural gas safety;sec-ondly,improving Chinas natural gas safety level and accelerating the development and utilization of clean
13、 energy are the basic guarantee for speeding up the construction of a modern energy system.Keywords:natural gas safety;safety evaluation;evaluation index system;coefficient of variation method;TOPSIS evaluation method天然气是保障中国能源安全的重要基础1,安全的天然气发展态势是保障“十四五”现代能源体系规划成功实施的基础,是碳中和背景下中国经济高质量稳健发展的核心问题。在中国经济高
14、质量发展新时期,天然气将成为最具消费潜力的低碳能源2,未来中国天然气需求量将呈低速持续增长趋势34,到2030年中国天然气需求量将达到5 660108 m3左右5,而天然气产量仅为2 500108 m3左右6,同时国际天然气价格大幅波动带来的风险也不可轻视,中国天然气安全风险正在逐渐加大。近年来,受天然气进口国供应不稳定、天然气战略储备不足等因素影响,中国天然气供需矛盾日益明显,对社会稳定和经济发展造成一定影响,天然气安全问题已达到不容小觑的程度,开展对中国天然气安全分析的工作具有非常重要的意义。本文从驱动力(Driving force)、压力(Pressure)、状态(State)、响应(R
15、esponse)4个层面选择指标,构建基于驱动力-压力-状态-响应(DPSR)模型的天然气安全评价指标体系,运用既可以充分挖掘指标蕴含的信息,又能够清晰辨识指标相对重要程度的变异系数法确定指标权重,采用改进TOPSIS评价法测度天然气安全水平,通过计算天然气安全的障碍度,深度挖掘影响天然气安全的障碍因素。1 国内外天然气安全研究现状 目前,关于天然气安全的研究,国内外学者主要从2方面开展:(1)在天然气安全评价指标体系构建方面,Cabalu7选择天然气消费强度、天然气进口依赖度、天然气自给率和地缘政治风险4个指标,建立反映天然气供应安全的指标体系,综合分析天然气安全状况;Darko等8选择天然
16、气进口集中度、消费强度、消费总量、对外依存度、国民经济对天然气进口的承受力等5个指标,建立衡量天 然气供应安全的指标体系,并利用构建的指标体系对克罗地亚天然气供应安全进行分析;李云鹤等9从天然气技术利用能力、环境承载能力、可获得能力、可负担能力4个维度,构建包含12个指标的天然气安全评价指标体系,测度天然气安全水平;周云亨等10选择8个指标,构建4A框架模型的天然气安全评价指标体系,对中国天然气安全状况进行量化分析;张珺等11从供给角度选择9个指标,构建天然气供应安全评价指标体系,测算天然气供应安全指数;黎江峰等12以非常规天然气开发视角,从需求状况、资源禀赋、市场脆弱性、供给状况4个层面,构
17、建含有7个指标的中国天然气安全指标体系,对中国天然气安全水平进行评价,分析不同时期天然气安全指数变化趋势;李宏勋等13从市场层面、中国供给层面和进口层面选择8个指标构建天然气供应安全评价指标体系,分析中国天然气供应安全发展趋势。(2)在天然气安全评价方面,GUO等14运用熵值法确定评价指标权重,并采用灰色关联分析法计算天然气安全的关联等级,分析国家天然气安全整体形势;姚震等15利用熵值法和多目标线性函数加权法,计算天然气安全指数,并根据不同情景模拟分析中国天然气安全态势;李诗漫等16利用专家赋权法和熵值法确定指标权重,再采用集对分析评价模型,从可获得、支付、效率和研发4个维度评估四川天然气供应
18、安全状态;郭明晶等17利用层次分析法和熵值法对指标进行组合赋权,采用简单加权合法对中国东部、中部、西部和东北部地区天然气安全进行量化评估分析;田家华等18利用层次分析法和熵值法对评价指标赋权,运用均方根法测算中国天然气供需安全指数,并根据天然气供需安全变化趋势提出政策建议。综上所述,现有天然气安全研究通常是从不同维度构建评价指标体系,对天然气供应安全水平进行评估。衡量天然气安全水平需要使用多个天然气安全评价指标,较为合适的做法是挖掘1025个关第30卷 第5期 2023年10月 李洪兵 等:基于DPSR模型的中国天然气安全分析 03 键指标,构建出一套反映天然气安全水平的综合评价指标体系19。
19、需要指出的是,指标的权重对衡量天然气安全水平有较大影响,选择合适的赋权方法显得尤为重要。常用的层次分析法具有较强主观性,而熵值法中指标的熵值趋近1时,其微小的波动将会引起权重系数成倍变化,容易造成天然气安全评价结果失真。2 天然气安全评价方法 2.1 构建基于DPSR模型的评价指标体系 驱动力-压力-状态-响应模型(DPSR模型)是一种能清晰地反映各影响因素之间因果关系,探究影响相关领域安全水平的深层原因,具有综合性特征的框架模型。目前,DPSR模型在生态环境安全评价领域得到了广泛应用,而将DPSR模型用于天然气安全评价的研究鲜有报道。本文将DPSR模型应用于天然气安全评价分析,搭建基于DPS
20、R模型的天然气安全分析框架(见图1),构建DPSR逻辑框架的天然气安全评价指标体系,研究各因素对天然气安全的影响。基于DPSR模型分析天然气安全的意义:(1)驱动力(D)因素是影响天然气安全的基本原因,主要体现在社会经济高速发展、人口增长、工业化扩张、城镇化建设的快速推进等,拉动天然气需求持续攀升。(2)压力(P)因素主要反映在生态环境、天然气消费、天然气价格震荡、天然气进口集中度等对天然气安全产生的负效应。(3)状态(S)因素是多个影响因子在特定时段内反映天然气供需状况的实际情景,主要表现为天然气自给率、天然气消费占能源消费总量比、天然气储采比、天然气进口量占世界贸易总量比等影响因子的现实情
21、况,是“压力”作用的结果,是促进“响应”的根源。(4)响应(R)因素是消除或减轻天然气安全水平降低的正效应,产生这些正效应的因子包括加强天然气战略储备、增加替代能源、增加天然气探明储量、加强天然气管网建设等,这些因子的相互作用能有效改善驱动力、缓解压力、恢复状态,提高天然气安全水平。图1 基于DPSR模型的天然气安全分析框架 Fig.1 Natural gas safety analysis framework based on DPSR model Vol.30 No.5 Oct.,2023 04 世界石油工业World Petroleum IndustryE能源战略 Energy Stra
22、tegy 在基于DPSR模型的天然气安全分析框架下,遵循科学性、系统性、动态性、可操作性、可量化、可比性等原则,从驱动力、压力、状态、响应4个因素层面选取16个评价因子,建立天然气安全评价指标体系(见表1)。表1 天然气安全评价指标及其权重系数 Tab.1 Natural gas safety evaluation indicators and their weight coefficients 目标层 因素层 指标层 指标功效 权重系数 天然气 安全评价 驱动力 城镇化率/%逆向指标 0.056 810 年末总人口/104人 逆向指标 0.062 140 国内生产总值/108元 逆向指标 0
23、.053 309 产业结构/%逆向指标 0.075 515 压力 二氧化碳排放强度/(t10-4元)逆向指标 0.042 991 天然气消费强度/(m310-4元)逆向指标 0.043 729 天然气价格波动率/%逆向指标 0.046 914 天然气进口集中度/%逆向指标 0.107 838 状态 天然气自给率/%正向指标 0.069 682 天然气进口份额/%逆向指标 0.051 263 天然气储采比/a 正向指标 0.098 422 天然气消费占能源消费总量比/%逆向指标 0.050 396 响应 天然气战略储备/%正向指标 0.063 109 天然气储量替代率/%正向指标 0.045 7
24、08 替代能源消费占能源消费总量比/%正向指标 0.074 506 天然气管输长度/104 km 正向指标 0.057 670 2.2 确定指标权重 本文使用变异系数法,根据评价指标当前值与目标值的变化差异程度,客观地确定各评价指标的权重值。变化差异较大的指标对天然气安全影响较大,赋予较大权重,反之赋予较小权重。变异系数法能够根据天然气安全评价指标的实际值清晰地分辨出评价对象特性,辨识该评价指标蕴含的信息,更加客观真实地反映天然气安全指标的相对重要程度。具体确定指标权重的方法有4个步骤。(1)评价指标数据标准化。运用极差标准化方法进行天然气安全评价指标数据标准化,正向指标计算公式为 min()
25、max()min()ijijijijijxxxxx=(1)逆向指标计算公式为 max()max()min()ijijijijijxxxxx=(2)式中:ijx 为第i 个评价指标的第j时点的统计值;ijx为第 i 个评价指标的第j时点的标准化数值;1,2,3,in=;1,2,3,jm=。(2)计算各评价指标的均值ix和标准差is,计算公式为 11miijjxxm=(3)21()mijijixxsm=(4)式中:ix为第i个指标的均值;is 为第i个指标的标准差值。(3)计算各评价指标变异系数ip,计算公式为 iiispx=(5)式中:ip为第i个指标的变异系数。(4)计算各评价指标的权重系数,
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