基于行业视角的中国天然气消费因素分解

甄 仟，郭晓茜，闫 强

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；2.中国地质科学院矿产资源研究所，北京 100037；3.中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心，北京 100037)

天然气作为一种优质的清洁能源，对优化能源消费结构发挥着关键作用。与发达国家相比，中国能源消费中的天然气比重明显偏低，进一步提高天然气比重已成为国家能源发展的重要目标，因此，深入剖析天然气消费影响因素具有重要现实意义。本文通过因素分解方法分别对经济产出行业(工业、交通业、商业及其他行业)和非经济产出行业(生活部门)的天然气消费因素进行分解分析。研究表明，随着我国天然气的开采与消费开始大幅度的增加，煤和石油的消耗所占比例下降，天然气在能源消费结构中所占份额逐步扩大，成为能源消费结构中的重要角色。经济的迅速发展促进了天然气的消费，同时能源消费强度逐年降低，说明产生单位的国内生产总值耗费的能源越来越少，从而会影响天然气消费量的增长。本文通过化石能源替代效应、能源结构、经济产出效应和能源消费强度效应以及总体效益(四个效应总和)对经济产出行业进行分解分析。同样，生活部门的天然气的消费不容忽视，居民生活对天然气的需求和天然气管道基础设施的建设大大促进了生活部门的消费。本文从居民生活天然气消费需求效应、天然气管道基础设施建设效应以及天然气管道服务效应三个方面进行分解分析。

天然气消费；因素分解分析；行业视角

随着我国经济的迅速地发展与能源消费量的快速增加，能源安全与环境问题日益凸显，同时，国际碳减排压力巨大，我国有必要进一步发展以天然气、可再生能源等为代表的清洁能源。我国天然气工业取得了跨越式的发展[1]，2000年我国天然气消费总量为245.03亿m3，到2015年天然气消费总量达到了1 931.75亿m3，消费总量增加了近7倍。与煤炭和石油相比，天然气在一次能源中的比重越来越大。2000～2015年，煤炭的比重由68.5%降至64%，石油的比重由22%降至18.1%，而天然气在一次能源中的比重由2.2%增至5.9%[2]，预计到2020年天然气在一次能源消费中的比重将提高到10%以上。从消费结构来看，天燃气消费主要集中于工业、交通和生活这三个部门，2015年消费占比达95%，工业部门消费比重达到64%，交通业消费比重达到12.3%，生活部门消费比重达到18.6%。

为了推广天然气的普遍使用，减少碳物质的排放，充分分解分析影响天然气消费的潜在因素是必不可少的。Wang等运用协整检验和误差修正模型估计中国居民、工业和商业部门的天然气长期需求，研究表明居民收入、用气人口比例、天然气价格、替代能源价格和气温是影响中国天然气消费的主要因素[3-4]；此外，对于经济产出行业，经济的产出、能源强度的变化等也能影响天然气的消费。天然气作为能源中的重要部分，化石能源间有一定的替代作用，因此化石能源替代和能源结构变化也作为影响天然气消费的因素。对于居民生活消费天然气来讲，它不产生经济，但天然气消费中占比很大，并且消费比例逐年增高。所以分析生活天然气的消费主要从城市化的发展、天然气管道基础设施等因素来考虑[1]。

在过去的几十年里，因素分解技术在能源研究中应用十分广泛，其研究对象主要是能源消费，能源消费强度和碳排放[5-13]，对单个能源矿种[14-16]尤其是对天然气消费的因素分解相对较少[17]。在本文中我们采用了LMDI分解法。LMDI法的核心思想是将总增量分解为若干个相关的影响因子，量化分析不同因子对总增量的影响程度[1]。它是一种完全分解方法，分解结果无残差，因此得到学者们的广泛认可和接受，并更多地被应用于能源消费碳排放、煤炭消费、石油消费、电力消费等影响因素的分解[17-28]。LMDI分解法当然也适用于天然气消费量影响因素的分解，重要的是对于不同的研究对象，要结合自身的行业特点、消费特征等情况，分解出科学合理的影响因子。对于经济产出行业，从化石能源替代效应(反映煤炭等化石能源对天然气消费的替代效应)、经济产出效益、能源结构效应(化石能源占总能源的比重)和能源强度效应以及总体效应(以上四个效应的总和)进行分解分析。对于非经济产出行业即生活部门天然气的消费，而已有研究显示中国居民生活天然气消费的影响因素主要有管网长度、居民收入、用气人口、天然气价格、替代能源价格(电) 等因素[3-4,29]。由于历史原因，中国居民生活天然气一直采取政府主导的统一定价模式，在2016年初各省市开始实施居民生活用气阶梯价格政策前，居民天然气长期维持较低的价格水平并不作调整[1]。大量研究也证实短期内中国天然气价格缺乏弹性，收入弹性和与替代能源的交叉价格弹性不仅较小，而且多数情况下不能通过检验[30-32]。最终选取天然气管道基础设施效应、管道服务效率效应(每千米管道服务的人口数)和人均生活天然气需求效应作为分析因素。

1 数据收集及模型方法

1.1 数据

考虑到本文研究天然气消费的因素分解分析对象是工业、交通运输仓储及邮电通讯业(简称交通业)、批发零售贸易餐饮业及其他行业(简称商业及其他)三大行业以及全国。特别说明，农业部门几乎不消耗天然气，建筑业本身天然气消费量小，也不宜纳入分析，所以不将农业和建筑业作为分析对象。所采用的数据包括：全国的能源消费量、煤炭消费量、石油消费量、天然气消费量、GDP(2000年不变价)和化石能源(煤炭，石油和天然气)消费量，三大行业的能源消费量、煤炭消费量、石油消费量、天然气消费、增加值(2000年不变价)和化石能源消费量。而对生活部门天然气消费分析，需要采集的数据为年末总人口、天然气管道里程、生活部门天然气消费总量。上述数据主要来源于各年的中国统计年鉴和中国能源统计年鉴[33-34]。鉴于数据的完整性和可获得性，本文三大行业所采用上述数据时间范围为2000～2015年，生活部门所采用上述时间范围为2004～2015年,具体见表1和表2。

表1 2000～2015年全国各行业天然气、煤炭、石油、化石能源、能源消费量和GDP(增加值)

注：煤炭按0.7143 tce(吨标准煤)/t折算；石油按1.4286 tce/t；天然气按13.3 tce/万m3;下表同。

数据来源：中国统计年鉴，中国能源年鉴；部分数据由笔者计算所得。

表2 2004～2015年生活部门天然气消费量、管道长度和全国年末总人口

1.2 模型方法

1.2.1 经济产出行业模型方法

天然气消费分解基本模型分解见式(1)[17]。

SSi×SEi×Ii×Pi

(1)

式中：GCi为全国或第i行业的天然气消费量；FCi为全国或第i行业的化石能源消费量；ECi为第i行业的能源消费量；Pi为全国GDP 或第i行业的增加值；SSi为全国或第i行业的化石能源替代结构，用天然气消费量占化石能源消费量的比表示；SEi为全国或第i行业的能源结构，用化石能源消费量占能源消费量比表示；Ii为全国或第i行业的能源消费强度。

由LMDI方法分解各行业的因素变化引起石油消费变化，如式(2)～(7)所示 。

ΔGCit=GCit-GCio=

ΔGCiSSt+ΔGCiSEt+ΔGCiIt+ΔGCiPt

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

式中：ΔGCit为全国或第i行业第t期天然气消费变化量；ΔGCisst为全国或第i行业第t期化石能源替代变化引起的天然气消费变化量；ΔGCiSEt为全国或第i行业第t期石能源结构变化引起的石油消费变化量；ΔGCiIt为全国或第i行业第t期能源效率变化引起的天然气消费变化量；ΔGCiPt为全国GDP或第i行业第t期产值变化引起的天然气消费变化量。

1.2.2 生活部门模型方法

天然气消费分解基本模型分解见式(8)。

(8)

式中：Q为居民生活天然气消费总量；i= 1,2,…,8,为第i个区域；Qi、Li、Pi分别为各区域居民生活天然气消费量、天然气管道长度、天然气用气人口数；Ei为单位长度天然气管网服务的用气人口数；Di为用气人口的人均生活天然气消费量。

进一步，第0年到第t年的居民生活天然气消费变化总量记为ΔQ，天然气管道长度的变化记为ΔQL，单位长度天然气管网服务的用气人口数的变化ΔQE，用气人口的人均生活天然气消费量的变化记为ΔQD。采用LMDI方法的加法分解形式，可得式(9)～(13)。

ΔQ=Qt-Q0=ΔQL+ΔQE+ΔQD

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

当分解值为正，表示该效应造成了天然气消费的增加；而分解值为负，表明该效应造成了天然气消费的减少。需要说明的是，由于年度时间序列数据的可利用性，本研究将采用接分析技术分析天然气消费因素的影响。这也正如Ang等认为的那样：随着时间推移能源效率发生变化，当使用的数据存在非连续数据时，链接分析无疑是最好的研究方法[17,35]。

2 结果分析与讨论

根据LMDI分解方法，对于经济产出行业，将天然气消费量变化的原因分解为：能源结构效应、经济产出效应、化石能源替代效应、能源强度效应。以及对总体效应(以上四效应的总和)进行分析。通过式(1)～(7)对全国三大行业进行因素分解。对于非经济产出行业，即对生活部门天然气的消费变化原因分解为：天然气管道基础设施效应、管道服务效率效应(每公里管道服务的人口数)和人均生活天然气需求效应。通过式(8)～(13)对生活部门进行因素分解。

2.1 全国天然气消费分解

全国天然气消费影响因素分解如图1所示，2000年以来，伴随着经济的快速发展，天然气消费保持持续的增加，经济产出效应成为拉动天然气消费的主要贡献因素。此外，与石油和煤炭相比，含碳量更低的天然气有替代石油成为主要能源的趋势。由于消费量基数太小，天然气消费量的变化对能源结构变化影响不大，因此，能源结构效应曲线几乎不发生变化。从能源消费强度走势来看，能源的使用效率提高，单位耗能产生更多的产值。天然气消费强度与能源消费强度走势大致相同，由于能源消费的多元性及统计难度，天然气消费强度难以剥离计算，本文用能源消费强度来代替。能源强度曲线发生明显负向变化，说明我国能源整体能效有了较大提高，这也是我国能源管理与能源科技取得进步的结果，意味着单位天然气消费量可以创造更多的产值。

2.2 行业天然气消费分解

2.2.1 总体效应

从图2中可以看出，我国各行业天然气的消费一直处于上升的趋势。虽然2008年全球发生经济危机，也没有阻挡我国天然气消费继续增长的趋势，这也表明天然气的消费在我国是刚性需求的。从图2中可以看出，工业和交通业增长趋势明显，工业天然气消费增长1 035亿m3(520.3%)。交通业天然气消费增长也比较明显(增长228.81亿m3，2 597.2%)，2000～2016年，天然气汽车从6 000辆增至5 000 000辆，增加了近833倍，天然气汽车的推广大大促进了交通业天然气的消费。商业及其他行业天燃气消费增长幅度较低，累计增长92.65亿m3。

2.2.2 经济产出效应

图3可看出，经济产出拉动了三大行业天然气的消费，对工业的拉动最为明显，交通业次之。2000～2015年，工业和交通业的拉动增长量占全国的71%，工业天然气消费累计增加1 001.4亿m3(503.2%)，交通业天然气消费累计增加110.8亿m3(1257.4%)。这表明了工业和交通业的经济产出对天然气消费依赖很大，是拉动天然气消费的重要因素。商业及其他行业天然气消费相对缓慢，累计增加63亿m3(1 550%)。

2.2.3 化石能源替代效应

图4可看出，化石能源替代效应对三大行业天然气的消费均为拉动作用，其中对工业的拉动最为明显，交通业次之。2000～2015年，工业和交通业的天然气拉动增长量占全国的67%，工业天然气消费累计增加422亿m3(212%)，交通业天然气消费累计增加145.4亿m3(1 650.4%)。这表明，在工业和交通业化石能源消费中，天然气的消费量呈上升趋势。商业及其他行业天然气消费也呈增长趋势，增长幅度相对缓慢，商业及其他行业累计增加63.47亿m3(1 556%)。

2.2.4 能源结构效应

从图5中可以看出，能源结构的变化对工业天然气的消费影响突出，近几年工业天然气消费量很大，尤其是在采掘业、制造业和电力行业消费逐年增长。2000～2015年， 能源结构对工业天然气消费累计增长26.05亿m3(13.1%)。与工业相比，能源结构的变化对其余行业的影响非常小。2000～2015年，

图1 2000～2015年全国天然气消费影响因素分解结果

图2 2000～2015年三大行业天然气消费总体效应结果

图3 2000～2015年三大行业天然气消费经济产出效应结果

图4 2000～2015年三大行业天然气消费化石能源替代效应结果

图5 2000～2015年三大行业天然气消费能源结构效应结果

交通业累计增长-1.75亿m3(-19.8%)，商业及其他行业累计增长-9.73亿m3(-238.4%)。

2.2.5 能源消费强度效应

能源消费强度降低意味着能效提高，能效提高是天然气消费量增长的抑制因素。从图6中可以看出，能源消费强度变化对三大行业天然气的消费均为抑制作用，对工业的抑制作用最为显著。2000～2015年，能源消费强度对工业天然气消费累计增长-413.9亿m3(-208%)，交通业累计增长-25.6亿m3(-290.7%)，商业及其他行业累计增长-24.33亿m3(-596%)。

综上所述，经济产出拉动了各行业天然气的消费，化石能源中天然气消费消费的比例越来越高，在化石能源替代过程中，天然气资源的优势逐渐显出，在各行业的消费量逐年攀升。能源结构变化对工业天然气的消费影响突出，消费量逐年增加。在能源使用效率提高的同时，能源消费强度效应抑制了三大行业的天然气消费。从各个行业来看，以上的效应结果对工业的影响最大，交通业次之。这从某角度也说明了天然气的消费在工业和交通业占很大份额。

2.3 生活部门

天然气管道基础设施建设能够促进居民生活天燃气消费量的增加，用气人口增加，单位长度的管道服务的人口随之增加，能够促进居民生活天燃气消费量的增加，用气人口的人均天燃气消费量越高，居民天燃气消费量越大[1]。通过图7可以看出，天然气管道基础设施建设和人均生活天然气需求效应拉动了生活天然气的消费。天然气管道基础设施建设的拉动效果更加明显，2004～2015年，我国工业化和城市化迅速发展，城镇人口由54 283万人增至77 116万人，城镇化率达到56.1%；天然气管道长度由71 411.25km增至498 087.02km[36]，天然气管道基础设施的建设大力促进了天然气的消费。然

图6 2000～2015年三大行业天然气消费能源强度效应结果

图7 2004～2015年生活部门天然气消费影响因素分解分析结果

而，随着天燃气管道设施的大力建设，管道建设速度远远高于人口的增速，单位长度的天燃气管道服务人口相对减少，天然气管道的服务效率相对降低。我国人口基数过大，2004～2015年，我国人口从129 988万人增至137 462万人[37]，天燃气管道的建设将使更多的人能够使用天燃气。总的来看，生活部门天然气的消费逐年递增，在我国天燃气消费中扮演着重要角色。

3 结论及对策

本文通过分解技术方法分别分析了全国和三大行业以及生活部门天然气的消费变化的基本情况，并识别了促进天然气消费的影响因素。

全国天然气的消费随着经济的发展而持续增长。经济产出效应使天然气的消费持续快速上升，是拉动天然气消费的主要贡献因素，能源消费结构的清洁化与低碳化需求也是重要拉动因素(表现为化石能源替代效应的上升)；能效提高(表现为能源消费强度的下降)是抑制天然气消费的最大因素，但抑制作用明显小于上述2个方面的拉动作用。

三大行业天然气的消费的经济产出和能源消费强度效应基本与全国保持一致，各行业间存在差异，以工业和交通业的经济产出效应和能源消费强度效应最为显著。能源结构变化对对工业起到拉动作用，对交通业、商业及其他行业起到抑制作用。化石能源替代对三大行业都起到拉动作用。

生活部门天然气的消费在我国总的天然气消费占比越来越大，与人们生活越来越紧密相关。天然气管道基础设施的建设与人们对天然气的需求都大大拉动了天然气的消费。而管道设施的服务效率在一定程度上抑制了天然气的消费。

面对我国全国和三大行业以及生活部门天然气消费的影响因素分解特征可知，未来为了推广天然气的广泛使用，减少碳物质的排放，我们应从经济方面考虑，增加经济对天然气能源的依赖。重点推广天然气在工业和交通业方面的使用。通过改善能源结构，促进在交通业、商业及其他行业天然气的消费。同时，生活部门的消费不能忽视，要加强天然气管道基础设施的建设。

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2017年地质调查十大科技进展出炉

在1月23日召开的全国地质调查工作会议上，中国地质调查局、中国地质科学院2017年度地质调查十大科技进展正式发布。

十大科技进展分别是：我国首次海域天然气水合物试采成功、湖北宜昌寒武系-志留系页岩气调查实现重大突破、松辽盆地陆相页岩油调查取得突破性进展、新疆塔里木盆地温宿新区新层系油气调查获重大突破、科技创新引领地质调查精准支撑服务脱贫攻坚成效显著、首次建成国家地质大数据共享服务平台——“地质云1.0”、多要素多技术城市地质调查有力支撑雄安新区总体规划编制、松辽盆地资源与环境深部钻探工程(松科2井)三项技术破世界纪录、“海洋六号”南极科考取得多项突破性创新成果、基于智能互联的地质灾害监测预警技术创新及应用。

专家表示，2017年地质调查十大科技进展，在有效解决资源环境问题和基础地质问题、成果转化应用和有效服务、地质科技创新、人才团队建设等方面成果突出、亮点纷呈，是地质调查工作与科技创新深度融合的典范。