中国天然气消费需求的影响因素分析及对策研究

Analysis of Influencing Factors and Countermeasure Research on LNG Consumption Demand in China

摘要: 由于我国天然气(Liquefied Natural Gas, LNG)消费需求不确定性受到众多因素的影响，因此本文首先整理10项影响LNG消费需求不确定性的因素，再利用灰关联分析从这些影响因素中萃取重要关键因素，接着再利用TRIZ分析建立LNG消费需求发展战略。本文根据灰关联分析找出影响LNG消费需求不确定性的5项关键因素，并使用TRIZ建立11项改善策略，可归纳为三类，分别为：环保意识与教育训练策略、供给策略、以及管理优化策略，同时拟定短、中、长期三阶段战略发展先后顺序，为LNG能源产业在消费需求的发展战略提供决策支撑。

Abstract: Due to the uncertainty of LNG consumption demand in China, it is affected by many factors. Therefore, this paper first sorts out 10 factors that affect the uncertainty of LNG consumption demand. Grey relational analysis is then used to extract important key factors from these influencing factors. Then, TRIZ analysis is used to establish the development strategy for LNG consumption demand. Based on grey relational analysis, this paper identifies five key factors that affect the uncertainty of LNG consumption demand, and then 11 improvement strategies are established by using TRIZ, which can be summarized into three categories: environmental awareness and education and training strategy, supply strategy, and management optimization strategy. Meanwhile, the three-stage strategic development sequence of short, medium and long-term is formulated to provide decision-making support for the development strategy of the LNG energy industry in terms of consumer demand.

1. 引言

在实现“煤改气”的推动下，我国天然气(Liquefied natural gas, LNG)发展已经形成大势，从而产生对LNG巨量的消费需求 [1] 。因此，LNG将成为我国能源消费市场的重要来源，这将使得LNG行业市场供需不平衡的情况加剧，也势必导致LNG价格的暴涨。由于我国LNG储量规模较低，因此在LNG需求快速增加下，仍需要进口天然气作为补充 [2] 。而进口天然气因为基础建设的限制，导致其进口量难以在短时间内大幅提升。目前进口LNG受制于几个限制条件：必须要修建大型LNG接收站、大型LNG接收站要有好的港口资源条件 [3] 。为提升进口天然气的量，LNG罐箱可以做为LNG接收站进口模式的补充措施，LNG罐箱可以利用原有的集装箱码头的基础设施进口天然气 [4] 。在LNG进口之后，分销的方式主要有两类：LNG气化进管道、LNG液化分销 [5] 。目前我国LNG管网基础设施尚在加大力度建设，而液化LNG罐箱主要是通过槽车进行运输，具有灵活、高效、安全、低价等特点，有发展的潜力与竞争力。但是，LNG罐箱通过槽车进行运输也面临一些限制，首先港口是否有能力或是愿意接受罐箱LNG，其次运输标准需要统一 [6] ，另外车队和运输公司需要有具备相应的资质条件。

除上述的供给因素会影响LNG消费需求之外，另外GDP增长水平、产业结构、城镇化、工业化、人口增长率、技术水平、收入水平、能源价格、生活方式等因素也会对LNG消费量产生影响，其中GDP增长对于能源消费有直接推动作用 [7] 。从消费需求来看，国内GDP增速放缓影响LNG消费增长，以及国际油价下行通道的开启、国内电力体制及输配电价格改革的推进等因素也都增加LNG消费市场的不确定。此外，对于LNG的工业用户，因为工业燃料煤改气进度受制于成本和城市调峰能力，以及化工用气增速缓慢，也提高LNG消费需求的不确定性。

由于“煤改气”推动LNG消费需求增加，导致LNG生产供给、运输、储存的挑战提高。因此，为了制定有效的LNG消费需求发展战略规划，建构稳定的LNG供需结构，首先需要从众多影响LNG消费需求的因素中找到较为关键的影响因素，从而使规划LNG消费需求发展战略的决策过程更加精简和有效。其次，除了找到LNG消费需求的重要关键影响因素外，尚需进一步发展有利的战略以解决所面临的重要关键影响因素，以此稳健的推动LNG消费需求发展。因此本文首先通过相关文献对我国LNG消费需求现状进行了解，并汇整理影响我国LNG消费需求不确定性的因素以此建立问卷进行调查，接着再针对回收问卷的数据进行分析，通用灰关联分析(Grey relational analysis)萃取影响LNG消费需求不确定性的重要关键因素，并进一步使用TRIZ分析建立LNG消费需求发展的战略规划，接着建立短中长期战略规划，为建立LNG消费需求发展规划提供参考。

2. 文献综述

关于影响国内天然气消费需求不确定的因素可以从经济发展、成本供给、环保意识等方面来看，详细内容整理于表1。

Table 1. Uncertain factors affecting domestic LNG consumption demand

表1. 影响国内天然气消费需求不确定的因素

首先，在经济发展方面：“b1. GDP增长水平”显示经济发展水平，而能源是一个国家经济发展的基础，而能源消耗与“b2. 产业结构”有关，因此LNG能源消费需求与GDP增长水平以及产业结构有着密不可分的关系。同时，经济发展也使得“b8. 收入水平”得以改善，带动“b6. 人口规模增长率”与“b5. 城镇化”的发展，这都将带动对能源的消费需求。其次，在成本供给方面：根据需求法则，在其他条件不变的情况下，某一商品的价格越低，消费者对该商品的需求量越大；反之则越小。因此，“b9. LNG能源本身价格”是影响LNG消费需求的重要因素。此外，随着“b7. 技术水平”的提升，增加气源的供应，也可保障LNG消费需求。最后，在环保意识方面：我国规划预计在2030实现碳达峰，并且预计在2060实现碳中和目标，因此相关的“b3. 环保政策”也陆续出台，这使得具备清洁环保性质的LNG在能源消费市场上产生一定的优势，而这样的“b10. 低碳生活方式”也将是未来趋势。然而，伴随着LNG绿色能源的使用，势必会增加企业以及民生消费的能耗成本增加，因此其他的“b4. 替代能源成本”就有可能影响LNG能源消费需求选择。

3. 萃取影响LNG消费需求不确定性的重要因素

萃取影响LNG消费需求不确定性的重要关键因素可使规划LNG消费需求发展战略的决策过程更加精简和有效。因此，本文透过问卷调查探讨影响LNG消费需求不确定性之重要关键因素，用以规划LNG消费需求发展战略。

根据表1所汇整的影响LNG消费需求不确定的因素作为研究问卷的问项，问卷采用Likert五点量表 [17] ，受访者对问卷的每一个因素问项的重要性进行回答，其中最高分为5分，表示该因素问项非常重要，最低分为1分，表示该因素问项非常不重要，问卷在线填答的网址为https://www.wjx.cn/vm/tvWAfTj.aspx。由于受访者具有专业性且数量有限，因此使用滚雪球抽样方式(Snowball sampling)，根据受访者提供的信息寻下一个受访者填答问卷，以此收集问卷。接着，根据问卷回收的数据利用灰关联分析萃取影响LNG消费需求不确定性的重要关键因素。

3.1. 灰关联分析

本文将根据灰关联分析的执行步骤萃取影响LNG消费需求不确定性的重要关键因素，分析结果列于表2，分析步骤 [18] 说明如下：

Step 1. 定义差序列值 ${\Delta }_{0i}\left(k\right)=\left|x_0\left(k\right)-x_i\left(k\right)\right|$ ，其中x_i为比较序列且 $x_i=\left\{x_i\left(1\right),x_i\left(2\right),\cdots ,x_i\left(k\right)\right\}$ ，表示为第i个受访者对问卷第k个因素问项重要性的回答分数；而x₀为参考序列且 $x_0=\left\{x_0\left(1\right),x_0\left(2\right),\cdots ,x_0\left(k\right)\right\}=5$ ，因此 ${\Delta }_{0i}\left(k\right)$ 表示因素问项重要性的回答分数与重要性最高分数5分的绝对差距。

Step 2. 根据式(1)计算灰关联系数(Grey relational coefficient；r)，其中 $\Delta \min$ 和 $\Delta \max$ 分别为 ${\Delta }_{0i}\left(k\right)$ 的最小值与最大值，因此r值介于[0, 1]，而ζ为辨识系数(Distinguished coefficient)，用于显示x_i与x₀之间的对比，一般取其值为0.5 [19] 。当r值趋近于1时，表示 ${\Delta }_{0i}\left(k\right)$ 接近 $\Delta \min$ ，也就是说参考序列x₀与比较序列x_i的绝对差距越小，表示因素问项重要性的回答分数越接近最高分数5分；反之r值趋近于0时，表示 ${\Delta }_{0i}\left(k\right)$ 接近 $\Delta \max$ ，也就是说参考序列x₀与比较序列x_i的绝对差距越大，表示因素问项重要性的回答分数越接近最低分数1分。

Step 3. 根据式(2)计算灰关联度(Grey relational degree)，即为r的平均值，因此其值也介于[0, 1]，用以代表参考序列x₀与比较序列x_i之间的关联程度 [20] 。当问卷问项的灰关联度越大，代表问卷问项所对应因素的重要性程度也越高。

Step 4. 将 $\gamma \left(x_0,x_i\right)$ 由大到小进行排序，即可得灰关联序(Grey relational sequence)，排序前面的因素即为越重要之因素，藉此即可找出影响LNG消费需求不确定性的重要关键因素。

$\gamma \left(x_0\left(k\right),x_i\left(k\right)\right)=\frac{\Delta \min +\zeta \text{}\Delta \max }{{\Delta }_{0i}(k)+\zeta \text{}\Delta \max }$ (1)

$\gamma \left(x_0,x_i\right)=\frac{1}{n}{\displaystyle \underset{k=1}{\overset{n}{\sum }}\gamma \left(x_0\left(k\right),x_i\left(k\right)\right)}$ (2)

3.2. 重要因素萃取

根据表2中 $\gamma \left(x_0,x_i\right)$ 数值通过k-平均算法(k-means clustering)进一步将影响LNG消费需求不确定的因素进行分群，结果分为5群(图1)，再根据Daniel原则 [21] 选择3至6项的成功关键因素。图1中可知前3群共计5项因素，若再加入第4群包含的2项因素，则会超出Daniel原则。因此共萃取5项重要因素，分别为：“b4. 替代能源成本”(灰关联度数值为0.6915)、“b3. 环保政策”(灰关联度数值为0.6296)、“b1. GDP增长水平”(灰关联度数值为0.6217)、“b2. 产业结构”(灰关联度数值为0.6058)以及“b5. 城镇化”(灰关联度数值为0.6053)。

Table 2. Grey relational degree and grey relational sequence

表2. 灰关联度与灰关联序

Figure 1. Number line of grey relational degree

图1. 灰关联度值数线图

4. 对策分析

根据上述萃取出的5项重要关键因素(b4、b3、b1、b2、b5)分别采用TRIZ分析法提出对应的改善对策。

4.1. 拟定策略

首先针对“b4. 替代能源成本”问题，根据TRIZ分析法4个步骤来拟订改善策略 [22] 。

4.1.1. 叙述问题内容

LNG与其他替代能源(例如柴油、电、动力煤、或是汽油)在能源市场上是相互竞争的，例如石油价格在2014年时是相对高点，当时布伦特原油每桶价格为108.66美元，而到了2015年与2016年时，布伦特原油每桶价格分别降为52.39美元与43.73美元 [23] 。由于石油价格的大幅降价，使得部分国家因此出现“油代气”的情况。另一方面，低油价对以天然气作为生产和加工原料的石化行业造成一定冲击影响，导致其用气需求也相应减少。因此，替代能源的低成本，可能影响用户使用LNG能源意愿。

4.1.2. 定义问题的改善与恶化参数

根据“b4. 替代能源成本”问题的定义可知，由于替代能源成本的影响，会影响LNG的消费意愿，若可以增加LNG价格在市场上的竞争力，当LNG的价格一旦产生竞争力时，便可能刺激消费用户用其替代其他能源，如石油、电、动力煤、或是汽油等，这样还可通过减少碳排放为环境带来环保效益。因此改善参数(Improving parameter)可从39个工程参数 [26] 中对应选择为“35. 适合性－系统或物体外在条件改变后，仍能运作的能力”，也就是希望国际LNG价格能够适应外界因素改变，维持其价格稳定的竞争力。然而，当LNG价格长期处在一个稳定的水平时，可能导致LNG供给市场缺乏活力，因此恶化参数(Worsening parameter)可从39个工程参数中对应选择为“39. 生产性－单位时间内完成操作的次数”。

4.1.3. 根据改善与恶化参数找出对应的创新原则

根据改善参数“35. 适合性–系统或物体外在条件改变后，仍能运作的能力”与恶化参数“39. 生产性–单位时间内完成操作的次数”，“b4. 替代能源成本”因素对应矛盾矩阵的创新原则 [26] 为“原则6：普遍性(Universality)”、“原则28：替代机械(Mechanics Substitution)”、“原则35：改变参数(Parameter Change)”、以及“原则37：热膨胀(Thermal Expansion)”等四项。

根据创新原则意义的解解，针对“b4. 替代能源成本”因素所选择的合适创新原则有“原则6：普遍性(Universality)”、“原则35：改变参数(Parameter Change)”、以及“原则37：热膨胀(Thermal Expansion)”。

4.1.4. 根据创新原则的内涵拟定改善策略

首先，“原则6：普遍性(Universality)”的解释是使物体或结构能执行多项功能。因此，针对“b4. 替代能源成本”所拟定策略(B1)为采用弹性合约，合理掌控国际LNG价格的趋势变化，进而有效的控制LNG采购成本，确保LNG价格在市场上的竞争力。

其次，“原则35：改变参数(Parameter Change)”的解释是改变物体或系统的物理状态，因此针对“b4. 替代能源成本”所拟定策略(B2)可以通过建立一个有效的LNG价格预测模型预测LNG价格未来趋势的变化，藉此可以了解未来LNG价格在市场上的变动及其幅度，掌握LNG价格变动对其竞争力的影响，并可以此拟定LNG采购策略，保障LNG价格在上场上的竞争力。

最后，“原则37：热膨胀(Thermal Expansion)”的解释是若是热膨胀已被使用，则使用不同膨胀系数的多重材料。因此，针对“b4. 替代能源成本”所拟定策略(B3)为寻找其他廉价成本的再生能源搭配使用，除了可以降低替代能源成本对LNG消费的影响，也可以为再生能源的发展创造有利的条件，保障能源供给的多源性。

4.2. 策略汇总

除了“b4. 替代能源成本”问题之外，剩余的4项关键因素的改善策略拟订说明如下。首先，关于“b3. 环保政策”问题主要在于如何积极落实。图2是我国一次能源消费量占能源消费总量的比例 [23] ，图2中煤碳的比例还是占比为最高，但是近年来煤炭的消费量呈现下降的趋势，而LNG与其他再生能源(水电、核电、风力)虽然比例还是较低，但是近年来确是呈现上升的趋势。由于煤炭会造成环境严重的污染，因此全球皆在推动节能减碳。LNG作为高效的清洁能源，在环保压力下，煤改气需求潜力巨大，从而影响LNG能源消费需求。由于节能减碳已是趋势，我国也承诺努力在2060年实现碳中和，相关环保政策必须要积极落实，努力减少碳排放为环境带来环保效益。因此，选择改善参数(Improving parameter)为“17. 温度–物体或系统之热量情况”，也就是希望环保政策工作能够积极的落实。然而，在推进环保政策的落实过程中，有可能会造成企业的生产成本增加，使得获利减少，进而影响对环保政策的接受度，因此选择恶化参数(Worsening parameter)为“21. 动力–系统在执行功能时之能量使用率”。

Figure 2. Consumption and structure of primary energy in China

图2. 我国一次能源消费量及结构 [23]

其次，由于能源是一个国家经济发展的基础，而GDP的增长水平显示经济发展水平。因此，“b1. GDP增长水平”问题主要在于人均GDP较高的国家，其人均一次能源消费量也相对高(图3) [23] 。未来LNG消费市场的主要增长潜力来自于天然气发电、工业燃料煤改气以及城市、交通用气的发展，这可以为产业的生产力提供基础，带动经济发展。因此GDP增长水平与LNG能源需求有着密不可分的关系。也就是说，GDP的增长带动LNG能源需求的成长，为了保障LNG的需求，需要确保LNG能源的供给，因此选择改善参数(Improving parameter)为“26. 物质数量－制造一系统所需的组件数目”。然而，LNG能源供给的增加，会使能源成本费用的增加，因此选择恶化参数(Worsening parameter)为“23. 物质浪费－对系统工作没有贡献所消耗的物质”。

接着，产业结构可以分为第一、第二与第三产业，其中第一产业是指农、林、牧、渔产业，第二产业主要指加工制造产业(或指手工制作业)，第三产业则是指除了第一与第二产业之外的部分，如服务业与商业。第二产业对于的能源消耗较大，相较而言，第一与第三产业相对来说对于的能源消耗较小。因此，在推动产业结构转型的过程中，应该积极对高耗能的第二产业，如钢铁、石化、化工等高耗能的行业进行升级转型，积极发展第三产业。目前来看，第一产业比重在逐渐下降，第三产业比重不断增加，2019年第三产业占比约为53.9%，未来到了2035年与2050年，预测第三产业占比分别为70%与80% [23] ，因此当产业结构发生明显变化时，就有可能影响能源的消费需求。因此，“b2. 产业结构”问题主要在于应该控制第二产业能源消耗的强度，优化产业结构，提高能源利用效率(Efficiency of energy utilization)，因此选择改善参数(Improving parameter)为“26. 物质数量–制造一系统所需的组件数目”。然而，控制能源消耗会减少生产，因此选择恶化参数(Worsening parameter)为“39. 生产性–单位时间内完成操作的次数”。

Figure 3. Per capita GDP and per capita primary energy consumption in various countries [23]

图3. 各国人均GDP及人均一次能源消费量 [23]

Figure 4. Per capita electricity consumption in urban and rural areas of China [23]

图4. 我国城镇与农村的人均用电量 [23]

Figure 5. Per energy consumption in China [23] [24] [25]

图5. 我国人均能耗 [23] [24] [25]

最后，城镇化代表人口向城市集中，导致对能源消费需求的增加。图4显示我国城镇与农村的人均用电量近年来皆呈现成长的趋势，且城镇的人均用电量大幅高于农村的人均用电量；图5也显示人均能耗近年来皆呈现成长的趋势 [23] 。以江苏省为例，2010年全省城镇化率约为60.6%，到了2017年全省城镇化率增加8.2%，而能源消费总量从2010年到2017年由2.58亿吨标准煤增加至3.14亿吨标准煤，在这期间共增加0.56亿吨标准煤，因此可知从2010年到2017年江苏省平均每增加1%的城镇化率，则能源消费的增长量约为690万吨标准煤 [27] 。因此，“b5. 城镇化”问题主要在于城镇能源消费需求的增加，须保障能源的需求供给，因此选择改善参数(Improving parameter)为“26. 物质数量–制造一系统所需的组件数目”。然而，保障城镇能源的需求供给时，城镇能源消耗量增加下，也将产生相对的浪费与污染，因此选择恶化参数(Worsening parameter)为“31. 有害的副作用–作用于系统的内部影响力，造成系统品质降低”。综上所述，将5项重要关键因素所有的改善策略汇总于表3。

Table 3. Improvement strategies

表3. 改善策略

4.3. 建立短中长期策略规划

根据表3，本文共发展出11项的创新改善策略，根据这11项策略的内容本文将其归纳为三类，分别为：环保意识与教育训练策略、供给策略、以及管理优化策略。同时，为使这11项策略能有效使用，以下将针对11项策略以短、中、长三阶段说明策略发展的先后顺序。透过实行策略耗费的时间长短，执行难易，为天然气消费需求的发展划归纳出在各阶段使用的策略，如表4所示。

Table 4. Short, medium, and long-term strategic planning

表4. 短中长期策略规划

第一，“环保意识与教育训练策略”共有3项策略，分为B4、B5、以及B6。为了建立天然气消费意识，短期策略应该考虑建立第三方环保服务，为企业或组织在落实环保政策时，提供环保咨询、规划方案、以及绩效评估等服务。接着，中期策略应该建立品管圈(Quality Control Circle)，在企业或组织在落实环保政策时，可以由相同、相近或互补性质的人员组成一个团体，由团体成员相互合作、脑力激荡、集思广益，按照一定的活动程序来解决落实环保政策时可能面临的问题，以此持续不断进行改善。最后，长期策略则是建立知识管理案例库，将推广环保政策发展具有成效经验或知识萃取出有用的部分并加以整理、整合成数据库，有助于未来面临有关或是相似问题时的运用。

第二，“供给策略”共有5项策略，分为B1、B2、B3、B7、以及B8。为了保障天然气生产消费，短期策略应该考虑采用弹性合约进行LNG的采购，并积极寻找其他廉价的再生能源搭配使用。接着，中期策略应该建立LNG价格预测模型与LNG需求预测模型，以此拟定LNG采购策略，保障能源供给的稳定性。最后，长期策略则是应该规划LNG海外探勘投资计划，保障LNG气源的供给。

第三，“管理优化策略”共有3项策略，分为B9、B10、以及B11。为了保障天然气生产消费，短期策略应该通过第三方物流或是自建LNG的船舶运力，连接LNG供应链上下游，以此建立一个稳定的LNG供应链。接着，中期策略应该建立能耗数字化管理系统，通过系统对能源消耗量进行连续监控和调整，掌握能源使用情况，并且通过数据挖掘技术进行能耗分析，优化能源的使用。最后，长期策略则是应该对能源结构进行调整与优化，形成煤炭、石油、LNG、核能、新能源以及再生能源合理比例且可持续的能源供应体系，以提升能源开发与利用整体效益的目的。

5. 结论

本文的目的在于对我国LNG消费需求的现状进行分析，找出影响LNG消费需求不确定的重要影响因素，并根据重要影响因素建立相应的改善战略，以此建立LNG消费需求发展战略规划。首先根据文献汇整10项LNG消费需求不确定的影响因素，并通过灰关联分析法萃取出5项重要关键因素，分别为b4. 替代能源成本、b3. 环保政策、b1. GDP增长水平、b2. 产业结构、以及b5. 城镇化。最后，利用TRIZ分析法制定的11项改善策略，并将其归纳为三类，分别为：环保意识与教育训练策略、供给策略、以及管理优化策略，接着拟定短、中、长期三阶段战略发展先后顺序，为LNG能源产业在消费需求的发展战略提供决策支撑。

基金项目

本文受国家社科基金项目“大数据背景下LNG能源产业转型与发展战略问题研究”(19BGL013)的资助。