基于系统动力学的中国天然气需求量预测

基于系统动力学的中国天然气需求量预测
作者：时珊珊
来源：《科教导刊·电子版》2017年第05期
摘要天然气需求量受多方面因素影响，是一个典型的非线性问题，系统动力学在解决非线性问题方面将定性分析与定量分析结合起来，具有系统性的特点。

将系统动力学应用于天然气需求量预测。

根据国内生产总值GDP和人口数量，建立系统动力学模型，并基于该模型对未来天然气需求量做出预测。

预测结果表明，2016-2020年内，天然气需求量将大幅增长，2020年天然气需求量将达到2820亿立方米。

关键词天然气需求量系统动力学 GDP 人口
中图分类号：F426 文献标识码：A
1引言
21世纪以来，我国天然气开发利用取得了长足发展，市场进入快速发展期。

“西气东输”、“川气东送”、“陕气进京”、“还起登陆”、“液化天然气上岸”等一系列大型项目的顺利实施，带动了我国天然气工业的蓬勃发展，也加快了天然气的消费速度。

加快天然气利用，确立天然气在我国能源系统中的战略地位，对于保障我国能源供应和能源安全、保护生态环境、改善能源结构具有重要的现实意义。

在世界能源低碳化的要求下，天然气以其“洁净、高效、方便储运”的特点成为最重要的清洁能源之一，其市场需求不断扩大，近几年来，我国天然气储量与产量双双快速增长，天然气工业进入快车道。

与此同时，全球能源供应日益紧张，包括天然气在内的能源供需矛盾日益突出。

做好天然气需求的预测，有利于整个宏观面的供需调配，对加快我国天然气利用的普及，能源规划具有十分重大的意义。

目前，国内外相关学者对天然气需求量预测的方法做了很多研究。

研究方法可以分为以下几类：基于时间序列的预测方法，主要有指数平滑法、自回归移动平均模型和灰色预测等，林红垒，蒲涛运用灰色理论模型对世界天然气需求量进行预测；周子卜运用灰色理论，对中国的天然气需求情况开展了研究；毛文晋等改进了GM（1，1）模型，开展了四川省天然气需求预测研究；基于神经网络的预测方法，罗东坤，徐平应用附加动量法改进BP神经网络，对全国天然气需求量做出预测；运用计量经济学的预测方法，冯良等运用计量经济学对上海市天然气需求进行了建模和分析；基于可拓理论和聚类分析，黄大富等运用这个理论构建可拓聚类模型，预测天然气需求量；基于生长曲线的预测，王雅菲等建立了天然气中长期需求预测的S型生长曲线模型；基于多项式曲面分析理论的预测，李哲，张淑英首次利用多项式趋面分析理论，对未来天然气消费需求量进行了具有一定可靠性的预测分析；基于组合预测的方法，李玉
萍等综合灰色预测模型和多项式趋面模型，并以二氧化碳排放量为低碳经济的一个指标建立组合预测模型，对我国天然气需求量进行预测。

天然气需求是一个典型的非线性问题，而系统动力学的特点便是定性分析和定量分析相结合，对于非线性，系统性问题的解决提供了一种有效方法。

系统动力学在预测方面也有较多应用，韦凌云等将系统动力学应用于电力负荷的中长期预测；陈海涛运用系统动力学方法建立需求系统模型对我国石油需求量进行了预测；唐旭等根据系统动力学原理构建了中国石油产量预测的基本模型，对中国石油的剩余可采储量进行了预测。

根据我国GDP和人口发展情况，本文将系统动力学运用于我国天然气需求量的预测，为我国天然气利用及规划提出可行建议。

2天然气需求预测的系统动力学模型
2.1模型建立以及参数说明
系统动力学（system dynamics，简称SD）自 Forrester教授于1961年创立以来，被广泛应用于经济、社会系统以及能源发展规划等多个方面。

其模型本质上是带时滞的一阶微分方程组。

这种方法在建模时借助于流图，其中流位变量、流率变量、辅助变量都具有明确的物理（经济）意义，是一种面向实际的建模方法。

系统动力学可以解决高度非线性、高阶次、多变量、多重反馈、复杂时变大系统问题，既可以在宏观上把我事物发展的趋势，又可以分析系统内微观因素的相互作用关系，可以应用于天然气需求预测。

系统动力学方法的主要思想是基于给定的目标，由多个相互依赖的因素有机组合二形成一个整体系统。

系统由多个要素构成，不同要素之间存在或多或少的联系，系统内的各要素之间并不是孤立存在的，而是相互联系的，由于系统目标和结构的变化，系统处于不断的动态变化中，从而可以反映出预测对象在动态变化中所具有的特性。

孙彦平指出，我国的天然气需求量与GDP之间存在着密切的关系，短期内，GDP的变化将引起天然气需求量相同方向的变化，另外，上一期天然气消费量影响作用最大，弹性因子为0.89，反映出天然气消费具有显著的长周期和强惯性趋势。

根据以上分析，我们预测生产耗用天然气时以GDP为基数，以GDP为基础，估计第二产业以及第三产业的产值，进而估计第二产业和第三产业耗气量。

能源消费增长与人口总量变化保持着正相关关系，张文玺指出GDP和人口对能源消费总量为显著正相关，且人口对能源消费的影响超过GDP单位影响。

我们利用Vensim PLE软件，以2005年为初始年，建立系统动力学模型。

天然气需求预测的系统流图如图1所示。

2.2模拟校准
为了检验所建立模型是否反映变量之间的动态制约关系，将模拟结果与历史数据对比分析，发现模拟数据与历史数据相对误差在5%以内，属于合理接受范围，因此，可以认为所建立的系统动力学模型能够较好的拟合历史发展情况，描述未来几年天然气需求量的变化趋势，可以用来预测天然气需求量。

2.3预测结果分析
中国天然气需求量预测的结果如表1所示。

未来一段时间内，天然气需求量将会快速增长，而且增长率也逐渐加快。

预计到2020年中国天然气需求量将达到2819.6亿立方米，比2016年增长约37%。

《十三五规划》提出了2020年天然气消费比例达到10%的目标，积极发展天然气将是十三五时期的重点任务之一。

根据分析，系统动力学模型能使拟合度达到
99.61%，有文献指出GM（1，1）灰色预测模型的拟合度为97.89%，二次多项式趋势面预测模型的拟合度为96.22%，而他建立的组合模型的拟合度为99.96%，说明相较于灰色模型系统和二次多项式趋势面模型，系统动力学模型的解释作用也比较强。

3结论和建议
本文采用系统动力学对中国天然气需求量进行了仿真，从整体上研究GDP和人口对天然气需求量的影响。

预测了2016-2020年我国天然气需求量数据，该结果对编制天然气产业发展规划有一定的参考价值。

通过检验，认为模型较好的反应了中国天然气需求情况的发展。

基于预测结果提出以下几点促进天然气需求增长的策略：
（1）加强国内天然气资源的开发利用。

我国天然气资源主要集中在西部，必须加快输送储气库等配套设施的建设，建立天然气运输及储备系统，实现天然气供需平衡。

加大勘探开发投入，提升勘探开发技术，保障天然气的充足供应是今后国内天然气生产企业的工作重点。

（2）加快引进、利用国际天然气资源，积极与周边国家合作发展天然气产业。

开拓海外市场，在稳定同已有油气贸易国家往来的同时，必须寻找新的市场。

引进天然气资源的主要方式有：从东部沿海地区进口液化天然气（LNG）；新疆和东北地区进口俄罗斯和中亚地区的天然气。

（3）加快改善天然气利用技术，有效利用天然气资源。

依照国情，自主创新，创立中国自己的城市终端用能模式和DES/CCHP系统。

把建设DES/CCHP系统与推进城镇化和发展智能电网结合起来，综合发展。

（4）利用价格杠杆，促进高效节约用气。

利用价格杠杆，以天然气价格的市场化为目标，加快天然气价格机制的改革。

促进天然气价格由目前的政府定价逐步转向市场定价政府监督相结合的过渡定价机制。

参考文献
[1] 林红垒，蒲涛.基于灰色理论的世界天然气需求预测[J].天然气技术，2007.
[2] 周子卜，李莉，张淑英.基于灰色理论的天然气需求预测[J].天然气勘探与开发，2006.
[3] 毛文晋，郑寿春.改进GM（1，1）模型在四川天然气需求预测中的应用[J].西南石油大学学报（社会科学版），2010.
[4] 罗东坤，徐平.基于改进BP神经网络的天然气需求预测[J].油气田地面工程，2008.
[5] 冯良，张丹，王晓庆.上海天然气市场需求模型构建与计量分析[J].天然气工业，2009.
[6] 黄大富等.用可拓聚类模型预测天然气的需求[J].计算机应用与化学，2011.
[7] 王雅菲，赵博渊.天然气中长期需求预测的生长曲线模型[J].天然气技术与经济，2014.
[8] 李哲，张淑英.基于多项式趋势面分析理论的天然气需求预测[J].资源与产业，2008.
[9] 李玉萍，张晓娟，李婷.基于组合预测模型的我国天然气需求预测[J].河南科学，2014
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