能源是经济和社会发展的重要物质基础,能源安全是国家资源和经济安全的重要组成部分。随着中国经济的快速发展以及能源转型进程的加快,天然气在中国能源消费结构中的比重开始持续上升。从2007年开始净进口天然气,仅经历了十年左右时间,中国天然气进口依存度就升至37.9%。2018年中国进一步超越日本成为全球最大的天然气进口国,天然气进口依存度达到45.3%。迅速上升的进口依存度以及趋于频发的天然气安全事件引起政府、企业和学界的广泛关注,天然气安全成为继石油安全之后又一个事关中国经济和社会持续稳定发展的重大安全问题。自上世纪70年代爆发石油危机以来,能源安全一直是学术界关注研究的焦点问题。早期的能源安全观主要是以保障石油供应稳定和价格稳定为核心,而随着天然气在世界能源消费结构中比重的不断上升,天然气安全问题受到越来越多的关注。近些年来,关于天然气安全的研究逐渐增多,但从能源转型的理论视角来研究天然气安全问题的文献尚不多见。由于不同能源之间具有替代性和互补性,仅仅研究其中一种能源的发展趋势,可能会忽略由于能源供需格局和相对价格变化引起的系统调整和相互适应。本文以能源转型为切入点,从更加系统的视角分析了经济增长、能源转型与天然气安全之间的内在关系,分析了建国以来天然气在中国能源消费结构中的比重变化趋势,以及由于供需缺口不断扩大造成的天然气安全问题。相关分析及实证研究,拓宽了天然气供需安全研究的视角,可为能源转型和天然气安全保障政策的制定提供理论参考。本文主要研究、创新点和特色包括以下几方面:(1)运用隐马尔科夫模型(HMM)模拟能源转型背景下不同能源类型之间的补充和替代关系。从原理上看,隐马尔科夫模型的优点在于引入GDP增速作为能源结构调整的观测变量,并基于历史数据的运算在GDP增速与能源结构调整之间建立一个相互参照的自我学习机制,使其更加接近经济和能源发展相互作用的实际。为了比较不同模型和情景的一致性和差异性,设置隐马尔科夫模型、马尔科夫模型规划约束、马尔科夫模型自然演变三种情景进行预测,实证结果显示,2035年中国天然气占一次能源消费的比重分别为16.5%、17.3%和13.6%,折合天然气需求量分别为6975、7316和5748亿立方米。通过与历史数据的比较,预测模型具有较高的拟合度,且与相关文献的预测结果较为接近,表明在经济和社会发展保持相对稳定情况下,结构化模型可以较好地模拟能源转型过程中各种能源之间相互替代、相互补充的演进过程。其中,隐马尔科夫模型预测的值介于自然演化情景和规划约束情景之间,且与规划约束情景的预测结果较为接近,验证了两种模型预测具有较好的一致性和合理性。因此,隐马尔科夫模型不仅可以用于能源结构预测,也可用于矿产资源、农产品等类似问题的结构化预测研究。(2)基于油气峰值理论对中国天然气的峰值产量和峰值时间进行预测。与已有的研究不同在于:一是对关键变量进行了辨析,最终可采资源量(URR)是影响天然气峰值产量和峰值时间的关键变量,不同的文献对于URR的理解和假设有所差异,在梳理相关文献的基础上对URR的内涵进行了分析,本文认为基于估计探明率来估算最终可采资源量的方法更符合实际,并分不同的URR情景对天然气峰值产量和峰值时间进行预测;二是尽可能使用数据可获得的最长的样本区间(1957-2017年);三是进一步从能源投资回报值(EROI)的角度分析资源稀缺性、天然气峰值与能源转型之间的内在作用机制。实证结果表明,预测结果与历史产量的拟合度较高,整体走势符合Hubbert模型的“钟形曲线”规律。在天然气最终可采资源量保持现有水平不变的情况下,全口径天然气峰值产量为1967亿立方米,峰值年份约为2032年。(3)针对迅速上升的天然气进口依存度问题,构建了天然气供需安全指标体系,并通过主成分分析方法对影响天然气安全的关键因素进行识别。基于前述供需预测结果,2020年、2025年、2030年、2035年中国天然气进口依存度将分别达到53%、60%、65%和72%。应该关注的是,天然气进口依存度仅仅是反映天然气供需安全状态的一项重要指标,还难以全面、准确地反映天然气供需安全水平。本文从供应、需求、进口三个方面选取15项指标衡量天然气供需安全状态,从中美比较的视角出发,运用主成分分析方法对影响天然气供需安全的主要因素进行识别并测算综合评价分值。实证结果表明,自1992年以来中国天然气供需风险先是缓慢下降,而后到2005年出现逆转开始上升。而美国天然气供需风险始终保持在较低水平,在缓慢上升中出现小幅波动。总体来看,中国的天然气供需风险大于美国。本文提出,天然气供需安全应该有两种内涵,一种是天然气需求与供给体系在天然气价格相对平稳波动的情况下,实现长期发展趋势上的稳定;另一种是天然气需求和供给体系能够对短期内的需求冲击和供给冲击,迅速和及时地做出反应。本文将年度数据和月度数据相结合,对天然气供需安全的长期风险和短期风险进行衡量,拓展了天然气供需安全研究的方法思路。(4)把不同类型的非常规天然气作为一个整体进行研究,以定性分析与定量研究相结合的办法,运用TOPSIS方法构建了非常规天然气产业投资评价模型,通过对现状分析和理论研究填补了非常规天然气投资选择综合评价实证研究领域的空白。增加非常规天然气开发利用,有助于抑制快速上升的天然气进口依存度,降低天然气供需风险。通过综合比较影响非常规天然气投资前景的各个因素可以发现,在不同的视角下,政府和企业对于非常规天然气投资开发优先次序的评价略有差异,综合考虑政府和企业的不同权重,非常规天然气产业投资的优先顺序依次为致密气、煤层气、页岩气和天然气水合物。总的来看,在中国经济转型和能源转型同时加快的背景下,面对天然气需求增长快速而产量增长乏力的偏离趋势,天然气进口依存度持续上升是一个大概率事件。对于中国这样一个经济规模居世界第二、天然气进口量升至第一的国家而言,过度依赖进口天然气来满足国内需求,显然是存在长期“隐患”的。天然气是一个国家经济和社会发展的基础性资源,也是资本投机追逐的全球性大宗商品,在全球地缘经济政治复杂多变的格局下,中国应制定政策鼓励和支持企业加强境内外天然气勘探开发投资,尽可能延缓天然气依存度迅速上升的趋势,为推进能源转型过程中增强天然气自主保障能力争取时间和空间。