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1、基于信息熵的天然氣區(qū)域市場消費結(jié)構(gòu)的發(fā)展分析 　一、引言 　　能源是一個地區(qū)和一個國家發(fā)展的必要物質(zhì)基礎(chǔ)，能源數(shù)量短缺或消費結(jié)構(gòu)不合理都將嚴(yán)重影響地區(qū)和國家的安全與發(fā)展.[1]12801285。國際能源署（IEA）2010年報告對中國天然氣市場進(jìn)行了全面評估，報告顯示，2010年中國天然氣消費量為1070×10.8m.3，比2009年增長182%，已成為世界第四大天然氣消費國，并預(yù)計2015年消費量將達(dá)到2600×10.8m.3左右，占一次能源消耗量的7%，2020年約為3500×10.8m.3。.[2]目前中國天

2、然氣市場定價主要采用成本加成法，其市場價格遠(yuǎn)低于替代能源價格（如煤、LPG等），雖然極大推動了市場消費與擴(kuò)張，但導(dǎo)致了天然氣消費結(jié)構(gòu)比較單一，結(jié)構(gòu)不合理，其市場價值沒有得到充分體現(xiàn)，天然氣資源在市場中沒有得到合理配置.[34]。中國天然氣消費模式正逐步由供應(yīng)驅(qū)動消費向需求拉動消費模式轉(zhuǎn)變，天然氣市場結(jié)構(gòu)如何變化直接關(guān)系到能源消費安全，從長遠(yuǎn)來看，中國天然氣利用形勢依然十分嚴(yán)峻.[5]。故研究天然氣消費結(jié)構(gòu)演變規(guī)律和演變趨勢有利于國家天然氣能源政策和產(chǎn)業(yè)政策的調(diào)整、天然氣市場的結(jié)構(gòu)優(yōu)化、市場價值的實現(xiàn)和天然氣資源的合理配置。 　　天然氣市場具有較強(qiáng)的區(qū)域消費特征，目前中國形成了西南、環(huán)渤海灣、西

3、北等8大不同類型區(qū)域性消費市場。大華北市場涵蓋陜西、山西、內(nèi)蒙古、山東、河南、北京等省市區(qū)，整個地區(qū)天然氣管網(wǎng)密布，四通八達(dá)。該區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需求主體多樣，經(jīng)濟(jì)水平差異較大，既有東部的發(fā)達(dá)地區(qū)山東、北京，又有中西部的欠發(fā)達(dá)地區(qū)山西、內(nèi)蒙古、河南。該地區(qū)資源稟賦差異大：山西富產(chǎn)煤炭；陜北和內(nèi)蒙古交界的鄂爾多斯氣田和長慶氣田為兩省提供了可靠的供氣保障；山東屬于沿海LNG輻射地區(qū)，除接收管道氣、海上氣外，還接收進(jìn)口氣，用氣結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。整個大華北地區(qū)天然氣需求主體主要以城市燃?xì)狻⒐I(yè)和發(fā)電為主，其市場需求量大且價格承受能力較強(qiáng)。由于中石油、中石化、中海油及內(nèi)蒙古煤制天然氣多個供氣主體的并存，大華

4、北地區(qū)氣源結(jié)構(gòu)也日趨多樣化。該區(qū)現(xiàn)有管道氣、海上氣、煤制氣、LNG等多種天然氣能源，種類豐富。內(nèi)蒙古、寧夏天然氣汽車試點的推行，使得LNG、CNG項目在大華北地區(qū)迅速開展，中石油、中海油和中石化積極布局LNG項目搶占天然氣市場。由此可見，大華北地區(qū)具有鮮明的區(qū)域特征，對該地區(qū)天然氣消費結(jié)構(gòu)的演變研究將為中國天然氣的區(qū)域配置、下游消費結(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置以及天然氣市場化提供必要的參考價值。 　　能源消費系統(tǒng)是一個復(fù)雜的耗散系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)在外部擾動和內(nèi)部漲落影響下不斷演變，表現(xiàn)出自發(fā)的、不可逆的演化特征。信息熵（Information entropy）從信息源系統(tǒng)角度出發(fā)，利用概率測度和統(tǒng)計方法度量耗散系

5、統(tǒng)無序狀態(tài)，揭示系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)演變過程.[67]。耿海青等考慮到能源消費結(jié)構(gòu)的區(qū)域差異性，利用信息熵分析了區(qū)域市場內(nèi)居民能源消費結(jié)構(gòu)（電力、煤炭、LPG和煤氣等）的演變，認(rèn)為電力和天然氣將成為城市居民主要的消費能源.[8]。田志勇等分析了中國2001-2006年能源消費結(jié)構(gòu)中的煤炭、石油和天然氣的信息熵特征指標(biāo)的動態(tài)變化，認(rèn)為資源稟賦及煤炭、石油和天然氣的儲量影響能源消費結(jié)構(gòu)的優(yōu)化.[9]。揣小偉等從信息熵、均衡度和優(yōu)勢度等指標(biāo)對中國1991-2006年煤炭、石油、天然氣和電力等能源消費數(shù)量和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動態(tài)分析，并深入研究了經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、技術(shù)進(jìn)步、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)對能源消費結(jié)構(gòu)的影響.[1]128012

6、85。目前信息熵理論用于天然氣消費結(jié)構(gòu)演變的研究還不多見，天然氣能源系統(tǒng)作為整個能源系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，其消費結(jié)構(gòu)演變既與其他能源有關(guān)（尤其是替代能源，如煤炭），又在工業(yè)、商業(yè)、民用等消費結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)出自身演變的特點，為此，本文將采用信息熵、均衡度、優(yōu)勢度等方法分析研究區(qū)域市場天然氣消費結(jié)構(gòu)時空演變過程和規(guī)律，以及影響天然氣消費結(jié)構(gòu)演變差異性的因素，以便更加清晰地認(rèn)識和準(zhǔn)確把握中國天然氣消費結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律、動態(tài)發(fā)展趨勢和消費結(jié)構(gòu)的差異性，為中國天然氣政策制定和調(diào)整提供依據(jù)，促進(jìn)天然氣消費結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。 　　二、研究方法和數(shù)據(jù)來源 　?。ㄒ唬┭芯糠椒?　　假設(shè)一個地區(qū)的天然氣消費總量為Q，該地區(qū)利

7、用天然氣的行業(yè)有m種，每種行業(yè)的天然氣使用量為qi（i=1，2，…，m），則各行業(yè)天然氣的消費量占該地區(qū)天然氣消費量總和的比例為pi=qi/Q，∑pi=1。 　　據(jù)此，根據(jù)信息論的原理，同時參照申農(nóng)公式.[9]，可以定義天然氣消費結(jié)構(gòu)的信息熵為　　H=-∑mi=1Pilnpi 。 （1）　式（1）可以用來描述某一地區(qū)天然氣消費結(jié)構(gòu)的有序度或復(fù)雜程度，揭示其動態(tài)演變規(guī)律。 　　一般來說，當(dāng)一個地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平很低時，天然氣消費結(jié)構(gòu)比較單一，可能只有一兩個行業(yè)使用量較大。假設(shè)處于極端狀態(tài)，整個地區(qū)只有一個行業(yè)使用天然氣，此時Hmin=0；相反，若該地區(qū)所有行業(yè)天然氣使用量的比例相

8、等，即p1=p2=…=pm=1/m，則此時Hmax=lnm。事實上，這兩種情況均不會出現(xiàn)，信息熵一般會介于兩者之間，其值的大小反映該地區(qū)天然氣消費結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，而均衡度和優(yōu)勢度則描述各行業(yè)天然氣利用的差別和結(jié)構(gòu)格局.[1011]。一個系統(tǒng)越是有序，信息熵就越低；反之，一個系統(tǒng)越是混亂，信息熵越高。在這里，定義天然氣消費結(jié)構(gòu)均衡度的表達(dá)式為 　　J=-∑mi=1Pilnpi/lnm ， （2） 　　即均衡度是信息熵和最大熵之間的比值，取值范圍為J∈[0，1]，其值越大，各行業(yè)天然氣使用量的比例差別就越??；當(dāng)J=0時，天然氣消費結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度最低。優(yōu)勢度的表達(dá)式為 　　D=1-

9、J， 　　反映了一種或幾種行業(yè)支配天然氣消費的程度。 　　（二）數(shù)據(jù)來源 　　根據(jù)《中國能源統(tǒng)計年鑒》（2001-2011）、《中國統(tǒng)計年鑒》（2001-2011）、《中國國土資源統(tǒng)計年鑒》（2001-2011），整理選取出2000-2010大華北地區(qū)的北京、山東、內(nèi)蒙古、山西、河北、陜西、寧夏以及河南等地各行業(yè)使用天然氣的消費量數(shù)據(jù)作為本文研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 　　三、大華北地區(qū)天然氣市場發(fā)展特征 　?。ㄒ唬┦袌鲆?guī)模不斷擴(kuò)大 　　2010年，中國天然氣消費量達(dá)到1070×10.8m.3，比2009年增長了182%，是2000年的44倍。大華北地區(qū)各省市區(qū)2010年天然氣消費總量為33528×10.8m.3，遠(yuǎn) [1][2][3][4]下一頁