第26卷第8期河南科學(xué)Vol26 No 82008年8月HENAN SCIENCE文章編號(hào):1004-39182008)08-096704我國(guó)石油天然氣安全預(yù)警研究宋杰鯤,張?jiān)谛?,李繼尊2(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,山東東營(yíng)257061:2.國(guó)務(wù)院研究室宏觀經(jīng)濟(jì)研究司,北京100017)摘要:石油天然氣安全是我國(guó)能源安全的核心問(wèn)題,基于供需、運(yùn)輸、災(zāi)變、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等因素,建立了石油天然氣安全預(yù)警指標(biāo)體系。綜合運(yùn)用主成分分析、自回歸和K均值聚類(lèi),建立了石油天然氣安全預(yù)警模型,并應(yīng)用于我國(guó)石油天然氣預(yù)警,結(jié)果表明2007年我國(guó)石油天然氣運(yùn)行繼續(xù)處于危險(xiǎn)狀態(tài),需加強(qiáng)防范關(guān)鍵詞:石油天然氣;安全;預(yù)警;指標(biāo)體系;模型中圖分類(lèi)號(hào):F40722文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A能源安全概念的提出緣起于20世紀(jì)70年代發(fā)生的第一次世界石油危機(jī),那時(shí)主要是指如何在可能發(fā)生石油供應(yīng)中斷情況下保障安全供應(yīng),1974年國(guó)際能源署(EA成立后,正式提出了以穩(wěn)定原油供應(yīng)和價(jià)格為核心的國(guó)家能源安全的概念.1997年《京都議定書(shū)》的簽署,標(biāo)志著世界各國(guó)開(kāi)始考慮賦予能源安全以環(huán)境保護(hù)的內(nèi)涵,也就是能源的消費(fèi)和使用不應(yīng)對(duì)人類(lèi)自身生存與發(fā)展的生態(tài)環(huán)境構(gòu)成大的威脅表1石油天然氣安全預(yù)警指標(biāo)體系至此,能源安全的概念包括3個(gè)組成部分:供應(yīng)安影響因素其體指標(biāo)k性全、價(jià)格安全、環(huán)境安全.能源安全狀況是由許多石油儲(chǔ)采比因素相互交織、共同作用決定的,歸納起來(lái),主要天然氣儲(chǔ)采比定量有供需因素、運(yùn)輸因素、災(zāi)變因素、經(jīng)濟(jì)因素、環(huán)境石油供需比因素等天然氣供需比定性供需因素油氣區(qū)域供需平衡度定性石油安全是我國(guó)能源安全的核心問(wèn)題.天然石油儲(chǔ)備天數(shù)定量氣是清潔能源隨著城市燃?xì)饴实奶岣吆驮诠I(yè)生石油對(duì)外依存度定量產(chǎn)、交通運(yùn)輸中的廣泛普及,未來(lái)天然氣的安全供油氣進(jìn)口集中度定量應(yīng)將日益突出.因此,構(gòu)建一套科學(xué)合理的石油天油氣品質(zhì)等級(jí)定性然氣安全預(yù)警指標(biāo)體系,選擇恰當(dāng)?shù)念A(yù)警方法進(jìn)行運(yùn)輸因素石油進(jìn)口運(yùn)輸通道運(yùn)量集中度進(jìn)口石油國(guó)內(nèi)船隊(duì)承運(yùn)率預(yù)警具有十分重要的意義災(zāi)變因素地緣政治影響因子定性國(guó)際原油價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)1石油天然氣安全預(yù)警指標(biāo)體系構(gòu)建石油天然氣采選業(yè)投資增長(zhǎng)偏離度定量經(jīng)濟(jì)因素石油煉制和焦炭投資增長(zhǎng)偏離度定量許多學(xué)者探討了石油安全預(yù)警指標(biāo)體系的構(gòu)石油天然氣采選業(yè)成本費(fèi)用利潤(rùn)率定量建卩習(xí),本文按照科學(xué)性、綜合性、可比性、動(dòng)態(tài)性、靈石油煉制和焦炭成本費(fèi)用利潤(rùn)率定量敏性、易得性等原則,結(jié)合影響能源安全的五大因石油行業(yè)投入產(chǎn)出比環(huán)境因素油氣田環(huán)境影響因子素,建立石油天然氣安全預(yù)警指標(biāo)體系如表1所示2基于PCA-AR和K均值聚類(lèi)的石油天然氣安全預(yù)警模型主成分分析法(PCA)是去掉重復(fù)信息、簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一種多元統(tǒng)計(jì)方法,利用主成分分析法可以把多個(gè)相關(guān)的指標(biāo)變換成少數(shù)幾個(gè)互相無(wú)關(guān)的綜合變量(主成分),通過(guò)選擇適當(dāng)?shù)闹鞒煞謨r(jià)值函數(shù)模型,可以收稿日期:200804-28基金項(xiàng)目:國(guó)家社科基金項(xiàng)目(5BY050);山東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目 Y2005H中國(guó)石油大學(xué)引進(jìn)人才科研基金項(xiàng)目(Y070602)中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:宋杰鯤(1979-),男,山東萊陽(yáng)人,博士,講師,主要研究CNMHG張?jiān)谛?1959-),男,山東臨朐人,博土,教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)工程、石油戰(zhàn)略管理等李繼尊(1974-),男,山東鄄城人,博士,主要研究方向?yàn)楹暧^經(jīng)濟(jì)管理、石油戰(zhàn)略管理968河南科學(xué)第26卷第8期把多維系統(tǒng)降成一維系統(tǒng),K均值聚類(lèi)是最常用的聚類(lèi)算法之一,它通過(guò)尋找一組聚類(lèi)中心把對(duì)象集合劃分成一組聚類(lèi),自回歸模型(AR)是一種時(shí)間序列模型,其基本原理以下述公式表示嗎XX其中:61是白噪聲WN(O,2;平穩(wěn)時(shí)間序列X稱(chēng)為AR(p)序列;an,a2,…,馬(≠0)為AR(p)模型的自回歸系數(shù)應(yīng)用PCA-AR進(jìn)行石油天然氣安全預(yù)警的主要步驟如下:1)將定性指標(biāo)轉(zhuǎn)化成定量指標(biāo),首先,將每一個(gè)定性指標(biāo)分為優(yōu)、良、中、低、差5個(gè)等級(jí),按百分制每個(gè)等級(jí)分值確定為80-100,60-80,40-60,2040,0-20;然后,按照德?tīng)柗品ㄓ啥辔辉擃I(lǐng)域?qū)＜曳謩e打分;最后,計(jì)算專(zhuān)家打分的平均值2)對(duì)其中的逆向指標(biāo)取反正向化得到n年12個(gè)指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)矩陣Xan3)對(duì)原始矩陣Xmn2進(jìn)行如下標(biāo)準(zhǔn)化變換其中:=∑xm,得標(biāo)準(zhǔn)化陣z=L]4)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化陣Z求樣本相關(guān)系數(shù)陣R=[Ja=zZ/(n-1),解R的特征方程|R-A|=0,得12個(gè)特征值A(chǔ)1A2…蓋A2=05)按照∑λ(∑λ)Ea,確定m值使前m個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率即信息的利用率達(dá)a(08)以上,對(duì)每個(gè)少=1,2,…,m,解方程組R=Ab,得單位特征向量b功川b‖6求出的m個(gè)主成分分量=zb,j,2,…m,得主成分決策陣U=Lu其中:為第i年的主成分向量它的第j個(gè)分量v是向量z在單位特征向量b上的投影T)選擇加權(quán)主成分和價(jià)值函數(shù)模型,把m維系統(tǒng)降成一維系統(tǒng),即5:=∑v,i1,2,…,n,其中;V=A,A;j=1,2,定義s;為第i年石油天然氣安全度,以衡量石油天然氣能源安全程度,數(shù)值越大表示安全程度越高8)應(yīng)用AR方法建立回歸模型.檢驗(yàn)石油天然氣安全度是否為平穩(wěn)時(shí)間序列,否則進(jìn)行差分變?yōu)槠椒€(wěn)時(shí)間序列后再進(jìn)行回歸9)考慮到石油天然氣安全度可能為負(fù),將得到的n年的石油天然氣安全度歸一化處理中國(guó)煤化工其中:5,3分別為石油天然氣安全度的下限和上限CNMHG應(yīng)用K均值分類(lèi)方法,確定3個(gè)聚類(lèi)中心初步將警戒線劃分為危險(xiǎn)、值得關(guān)注、安全三類(lèi)0應(yīng)用AR回歸模型預(yù)測(cè)未來(lái)年度的石油天然氣安全度,歸一化處理后確定對(duì)應(yīng)安全程度2008年8月宋杰鯤等:我國(guó)石油天然氣安全預(yù)警研究-969一3我國(guó)石油天然氣安全預(yù)警分析通過(guò)發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷,匯總得到17位能源領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)19952006年定性指標(biāo)和石油天然氣安全度的平均數(shù)據(jù)(百分制),定量指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)由實(shí)際計(jì)算得出,數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒、中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒和有關(guān)部委能源企業(yè)、研究機(jī)構(gòu).原始數(shù)據(jù)如表2所示衰2石油天然氣安全預(yù)警指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)Tab2 Basic data of oil gas security pre-warming indexes石油儲(chǔ)采比14.3014.4014.8015.00天然氣儲(chǔ)采比588058.606680653077.60石油供需比78.8076.73天然氣供需比783377.8776.877540油氣區(qū)域供需平衡度7180712071476913石油儲(chǔ)備天數(shù)570057.0051004600石油對(duì)外依存度%800172033.80油氣進(jìn)口集中度%7803751274055444油氣品質(zhì)等級(jí)73477340740074.2073.53石油進(jìn)口運(yùn)輸通道運(yùn)量集中度72.3372077120進(jìn)口石油國(guó)內(nèi)船隊(duì)承運(yùn)率48.8747.674547地緣政治影響因子55.7958.436036國(guó)際原油價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)0.19石油天然氣采選業(yè)投資增長(zhǎng)偏離度27.17石油煉制和焦炭投資增長(zhǎng)偏離度4.6811353847432942石油天然氣采選業(yè)成本費(fèi)用利潤(rùn)率%1446石油加工煉焦業(yè)成本費(fèi)用利潤(rùn)率%3.14石油行業(yè)投入產(chǎn)出比216180油氣田環(huán)境影響因子450745.4746.33474720022004石油儲(chǔ)采比1450l3.8013.40天然氣儲(chǔ)采618063.706100579066.70石油供需比69476693天然氣供需比73006047521351.13油氣區(qū)域供需平衡度678065875533528045.20石油儲(chǔ)備大數(shù)3200石油對(duì)外依存度偉%31.00油氣進(jìn)口集中度606460.8059.1561.166422油氣品質(zhì)等級(jí)7280730067336847石油進(jìn)口運(yùn)輸通道運(yùn)量集中度679371336973進(jìn)口石油國(guó)內(nèi)船隊(duì)承運(yùn)率44.73369337.6037.1337.33地緣政治影響因子61075714591460.36國(guó)際原油價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)0.10石油天然氣采選業(yè)投資增長(zhǎng)偏離度l8671201石油煉制和焦炭投資增長(zhǎng)偏離度226223.83112874.85285石油天然氣采選業(yè)成本費(fèi)用利潤(rùn)率%226223.8300211287石油加工煉焦業(yè)成本費(fèi)用利潤(rùn)率/%0.272石油行業(yè)投入產(chǎn)出比502431油氣田環(huán)境影響因子47.1354936287運(yùn)用 MATLAB得到前兩個(gè)特征根為1633,78375,累計(jì)貢表3石油天然氣安全度獻(xiàn)率為87.51%,即選取2個(gè)主成分,最終計(jì)算得到石油天然氣Tab. 3degree of oil上度年份安全度安全度如表3所示,ARson077607考慮到數(shù)據(jù)量偏少采用二階滯后的AR(2)模型進(jìn)行回歸中國(guó)煤化工20010709回歸后模型為YHtCNMHG20030128172004-1.00080XO=-0.41560.89739X0--0.1958X012087590R2=074167.(1)054694970河南科學(xué)第26卷第8期綜合考慮石油天然氣安全度數(shù)值及其趨勢(shì),設(shè)定,s=-4,表4石油天然氣安全度標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值3=2,將得到的石油天然氣安全度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,結(jié)果如表4ty degree of oil gas安全度所示199509143320010.796012應(yīng)用K均值聚類(lèi)方法得到危險(xiǎn),值得關(guān)注,安全3類(lèi)的警199608216902007498422003戒線分別為0-0.49,0.49-074,0.74-1.0771665將2005,2006年的石油天然氣安全度代入AR(2)模型(1)199908260205022183中,得到2007年我國(guó)石油天然氣安全度為-19643,標(biāo)準(zhǔn)化處0.75782320060.280400理后數(shù)值為0339283,可見(jiàn),200年我國(guó)石油天然氣子系統(tǒng)安全度將繼續(xù)提高,但是仍然處于危險(xiǎn)狀態(tài).主要由于:一是石油進(jìn)口將大量增加,對(duì)外依存度繼續(xù)攀高進(jìn)口來(lái)源、運(yùn)輸通道過(guò)于集中等不利因素難以緩解;二是中東地區(qū)政治局勢(shì)動(dòng)蕩不安特別是圍繞伊朗核問(wèn)題的斗爭(zhēng)錯(cuò)綜復(fù)雜,走勢(shì)難料;三是美元貶值也將拉高國(guó)際油價(jià).可以判斷,我國(guó)石油天然氣安全的主要危險(xiǎn)來(lái)自外部核心問(wèn)題是對(duì)外依存度進(jìn)口集中度過(guò)高,運(yùn)輸方式單一,如果在挖掘國(guó)內(nèi)產(chǎn)能和推進(jìn)石油天然氣進(jìn)口來(lái)源、運(yùn)輸通道多元化方面沒(méi)有突破性進(jìn)展,我國(guó)石油天然氣安全狀況難以實(shí)現(xiàn)根本好轉(zhuǎn)參考文獻(xiàn):[]遲春潔能源安全預(yù)警研究[門(mén)].統(tǒng)計(jì)與決策,2006(11):29-31[2]李凌鋒,張斌杜志敏中國(guó)石油安全危機(jī)預(yù)警研究[.石油天然氣學(xué)報(bào),2005,27(1):308-310[3]劉強(qiáng),姜克雋,胡秀蓮中國(guó)能源安全預(yù)警指標(biāo)框架體系設(shè)計(jì)[].中國(guó)能源,2007,24(9):1620[4]常兆光隨機(jī)數(shù)據(jù)處理方法[M].東營(yíng):石油大學(xué)出版社,19975]邊肇祺,張學(xué)工.模式識(shí)別[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000[6方兆本,繆柏其隨機(jī)過(guò)程[M].北京:科學(xué)出版社,2004Research on Oil Gas Security Pre-Warning of ChinaSong Jiekun', Zhang Zaixu', Li Jizun2(1 School of Economics and Management, University of Petroleum, Dongying 257061, Shandong China:2. Macroscopic Economical Research Department, State Council ResearAbstract: Oil gas security is the core of energy security of China. Based on the factors including supply anddemand, transportation, cataclysm, economy and environment, oil gas security pre-warning index system wasestablished. A model for oil gas security pre-warning was proposed utilizing principal components analysis, autoregressing and K-means clustering. Apply it in oil gas security pre-warming of China, and the result showedthat oil gas energy would be dangerous in 2007 and should take some countermeasures.Key words: oil gas: security: pre-warning: index system: model中國(guó)煤化工CNMHG