基于灰色模型的中国能源革命下的页岩气开发

袁 杰，袁汝华

(河海大学 a.商学院;b.水利经济研究所，南京 210000)

我国作为能源需求大国，也是能源消费大国，但能源消费结构却十分不合理。由于廉价的能源能显著增加经济竞争力、促进经济增长、减轻社会负担，因此，我国煤炭的价格和资源优势十分明显。在2007年的一次能源消费结构中，中国煤炭、石油、天然气、其他(水电、核电、风电)消费量所占比重分别为71.1%，18.8%，3.3%，6.8%。至2013年，中国煤炭消费所占比重为66.6%，石油消费比重为18.8%，天然气消费为5.2%，其他为9.4%。可见，我国目前仍是以煤炭为主的能源消费结构，但日益严峻的环境问题迫使我国需要进行能源结构的转型，而天然气正是我国推动能源消费结构转型的重要选择。在2014年5月，中俄签订的《中俄东线管道天然气合作项目备忘录》，总价值约4 000亿美元，限期为30年，天然年供应量为380亿立方米。这项合作也进一步满足了我国在清洁能源方面的渴求。

2013年11月国际能源署(IEA)发布的世界能源展望报告表明:能源进口国正在向出口国转变，过去的能源出口国将变为国际能源需求增长的中心，尤其是中国、印度以及中东地区，但各个地区之间的能源价格也有着极大的差异［1］。例如，天然气在美国的价格是欧洲进口价格的1/3左右，是日本天然气进口价格的1/5。在电价上，美国企业平均要支付的电价约为日本的1/3，是中国的1/5。能源价格的变动直接影响工业的竞争力，间接影响了投资决策和企业战略。尽管在国际市场上能源环境差异较为明显，但较之其他化石能源，由于天然气的灵活性和环境效益，其将会长期处于繁荣发展的地位;而煤炭资源虽然相对天然气低廉，但由于其受控于空气污染和气候变化的影响，中国未来煤炭资源的发展将会受到极大的限制。同时，环境污染已开始影响未来中国经济的发展。这也使中国煤炭在一次能源结构中的比例下降、天然气比例提升成为必然趋势。政府政策导向已开始调整能源结构、实现低碳发展。

本文对中国未来几年能源消耗量进行预测，以《中俄东线管道天然气合作项目备忘录》中供气量作为比较，说明依靠能源进口不能完成我国能源消费结构转型。

1 页岩气发展

随着国际能源消费量的持续上升，各国越来越重视对非常规能源的开发。由于页岩气清洁、高效的特性，且在我国有丰富的储量，可作为实现我国能源消费结构转型的重要资源。页岩气是天然气的一种，以吸附态和游离态为主要存在方式并聚集。同时，与常规天然气相比，页岩气虽然开发难度高、产能较低，但其具有开采寿命长、生产周期长的优点，同时在美国“页岩气革命”成功的刺激下，各国对页岩气的开发热情持续上升，其他国家通过借鉴美国的成功经验获得了明确的发展途径，减少了许多弯路。根据各国页岩气发展情况预测显示:经过未来5～10年的发展，基本可实现开发技术的突破和开发成本的大幅降低，使页岩气的发展进入正轨［2］。

美国已对页岩气进行商业化运营，也是页岩气开发最早、最成功的国家。而商业化的运行也使得页岩气开发高速发展。由于水平井技术的日益成熟，2009年美国借助页岩气的发展以6 240亿立方米的天然气产量赶超俄罗斯，成为最大的产气国。

“页岩气革命”也使得美国的“能源独立”变为可能。页岩气转变了美国天然气消费长期依赖进口的局面，已经开始将液化天然气快速替代柴油，而在页岩气开发中发现伴生的页岩油也降低了美国对中东石油的需求。根据数据显示:美国在大规模使用页岩气后，天然气期货的价格从2008年的最高点降低了86%，导致了电厂电价的迅速下跌，从2008年的最高点下跌了77%［3］。而页岩气的大力开发，促进了美国能源结构的转型，减少燃煤机组的使用，改为天然气发电，较少使用煤炭资源并向国外出口。据统计显示:美国煤碳自2009年以来对中国的销量快速增长。其中，2012年上半年中国从美国进口煤碳就高达468.03万吨，同比增长47.7%，进口量己近2011年全年的美国进口煤总数量［4-9］。这让我们看到页岩气开发对能源消费结构转变所起的巨大作用。

在我国(不含青藏区)页岩气可开采量约为25.08万亿立方米，与美国的24万亿立方米相当。目前，我国已批设国家级页岩气示范区4个，至2013年年底，我国页岩气钻井大约为150口，产气量约为2亿立方米。2014年3月，中石化宣布:我国页岩气开发取得重大突破，我国第一个大型页岩气田— —涪陵页岩气田提前进入规模化、商业化发展，在2017年有望建成年产百亿立方米的页岩气田。这一进展也充分证明了大力发展页岩气在我国是可行的。

2 灰色模型预测法

能源消费预测方法有许多种，我国每年能源的消费量具体、清楚，拥有白色信息覆盖。而影响中国能源消费量的因素很多且不确定，具有灰色［10］信息覆盖，所以对中国能源消费量使用灰色系统模型进行预测在理论上具有可行性。

2.1 GM(1，1)预测模型建模

GM(1，1)是使用数列预测的方法。其建模步骤为:建立初始时间序列，对原始数据序列x(0)进行一次累加生成处理生成数列x(1)，其微分方程式为

其中:a，u为模型的待定参数。若 â=［a，b］T，用最小二乘法估计参数 â，则有

根据微分方程理论，式(1)的解为

进行离散化处理，取x(1)(0)=x(0)(1)，则

对其进行累减还原，得

其中 k=0，1，…，n-1，…，由此式可以计算出第k+1年的预测值。

2.2 后验差检验

后验查检验方法是以ε(绝对误差)为基础，依据各期ε绝对值的大小，观察绝对误差较小点出现的概率。步骤为:

设历史需求量序列为

预测序列为

实际值与预测值之差ε(i){i=1，2，…，m}称为绝对误差即残差。

3 能源结构预测分析

煤炭、石油是中国目前能源消耗的主要构成部分，而天然气的灵活性和环境效益使其具有很大的开发意义。本文以2006—2011年煤炭、石油、天然气的消耗量为预测的研究对象(表1)，根据历史数据进行推算，得到2012—2020年煤炭、石油、天然气消耗量的预测结果(表2)。原始数据来自《中国统计年鉴》。

表1 2006—2011年中国煤炭、石油、天然气消费量(万吨标准煤)

用最小二乘法求得参数a和u，分别代入式(2)可得中国能源消费量的预测模型。通过计算机运算，使用动态等维递补灰色预测模型，对未来做进一步预测，得到2012—2020年煤炭、石油、天然气消费量的预测结果见表2。

最后进行后验差检验:通过对比2013年《中国统计年鉴》中能源消费实际值，可发现2012年预测准确度较高。同时，根据后验差检验方法，分别求出残差均值、残差方差、原始数据均值、原始数据方差。根据C=S1/S2，算出后验差比值并进行精度判定。由表3中的计算结果可看出:使用GM(1，1)对中国煤炭、石油、天然气进行预测的准确度较高。

表2 2012—2020年煤炭、石油、天然气消费量预测(万吨标准煤)

表3 预测模型检验值

根据预测结果，随着工业化、城镇化进程加快，在未来几年内我国的能源结构中，煤炭、石油、天然气的消费量继续呈刚性增长，这符合中国经济发展的特征。在能源消费增长速度方面，2012—2020年煤炭消费量增长率为44.7%;石油消费量增长率为66.28%;而天然气消费量增长率为251.56%。中国未来对煤炭、石油的需求仍占较大比例，而增长速度最快的为天然气消费量。

从《中俄东线管道天然气合作项目备忘录》的合作和中国政府一系列的能源政策可以看出:我国在努力改变当前不合理的能源结构，逐步提高天然气这类清洁能源的消耗量，但缺少政策大力引导开发天然气资源。至2020年，中国能源消费增长较快和以煤炭消耗为主的一次能源结构的两大基本特征不会改变。这不仅严重危害生态环境，也制约着中国经济的发展。从2018年开始，俄罗斯向中国输送380亿立方米天然气，通过《综合能耗计算通则》可以估算输送天然气约为46 132万吨标准煤，与2018年以煤油为主的能源消费结构中所需天然气消费量仍有较大差距。可见，想要在未来5～10年推动我国能源结构的转型，仅仅依靠能源进口是难以成功的。

4 结束语

未来的能源结构战略决定着经济的发展，我国目前的经济是以资源快速消耗和资源密集型开采为特征，经济增长的持续发展和能源资源的有限性之间的矛盾也日益严重。本文采用GM(1，1)模型对我国能源消费结构进行预测。该方法简明可行，所需数据较少且可信度高，易用于实际。通过预测结果表明:在未来5～10年中推进能源消费结构转型、依靠能源进口是不现实的。而在美国发生的“页岩气革命”使得中国看到了页岩气开发的前景，也是我国未来能源消费结构转型中一项重要可行的非常规天然气资源。

［1］中国能源网.IEA发布2013年世界能源展望［EB/OL］.［2013-11-15］.http://www.nea.gov.cn/2013-11/15/c_132889941.htm.

［2］张经明，梁晓霏.“页岩气革命”对美国和世界的影响［J］.石油化工技术与经济，2013，(1):8-14.

［3］李岩，牟博佼.国外页岩气开发实践对我国的启示［J］.中国矿业，2013，22(3):4-7.

［4］Chakravorty U，Roumasset J，Tse K.Endogenous substitution among energy resources and global warming［J］.Journal of Political Economy，1997，105(6):1201-1234.

［5］林伯强，何晓萍.中国油气资源耗减成本及政策选择的宏观经济影响［J］.经济研究，2008(5):94-104.

［6］Tol R S J.Carbon dioxide emission scenarios for the USA［J］.Energy Policy，2007，35(11):5310-5326.

［7］管卫华，顾朝林，林振山.中国能源消费结构的变动规律研究［J］.自然资源学报，2006，21(3):401-407.

［8］张丽峰.中国能源供求预测模型及发展对策研究［D］.北京:首都经济贸易大学，2006.

［9］林伯强，蒋竺均.中国二氧化碳的环境库兹涅茨曲线预测及影响因素分析［J］.管理世界，2009(4):27-36.

［10］赵振东.灰色系统理论在汽车工程中的应用与分析［J］.重庆理工大学学报:自然科学版，2014，28(3):10-16.