王 勋，仇 晶，陈婷婷，刘雨明，刘宗奇，王倩微(北京市燃气集团研究院，北京100011)

1 概述

城市能源是经济发展的命脉，是国民经济发展和人民美好生活的重要保障，在社会经济体系中占据重要的地位，关系到城市各行各业生产经营运行通畅、人民生活安定有序。因此，需要充分保障城市能源的供应，做好城市能源的预测预警，并建立完善的能源预警机制，更需要对与能源相关的重大事件做好应对措施，做到有备无患。评估重大事件对城市能源消费及供应的影响是城市能源安全研究的重要方面。

2019年岁末，我国发生了重大公共卫生事件，武汉市卫健委2019年12月31日首次公开通报“新冠疫情”。武汉市于2020年1月23日开始实施出行禁令。全国各地陆续启动重大突发公共卫生事件一级响应。北京市市委市政府于2020年1月22日成立“新型冠状病毒感染肺炎疫情防控工作领导小组”，加强了对北京市疫情的管控。本文将2019年岁末发生的新冠疫情事件简称为疫情事件。

北京市是全国天然气消费量最大的单体城市，根据北京市燃气集团的分类，北京市的燃气用户包括家庭生活、公共建筑、冬季供暖、燃气电厂、工商企业、天然气汽车等。正常用气情况下，家庭生活、公共建筑、工商企业、天然气汽车用气量不会随季节产生较大幅度波动；冬季供暖、燃气电厂受当地气候条件、运行方式安排的影响，用气量会产生非常明显的变化。疫情事件后，市民生活习惯、服务业和制造业均受到了疫情发展的持续影响，造成城市各类用户用气量的不确定性。其中，公共建筑类用户受国家政策的影响，用气量大幅减少，在陆续分批次复工复产后用气情况依然不理想；工商企业类用户受整体市场疲软的影响，用气量同比有较大程度的下降。

2 疫情事件对用气量影响显著性分析

疫情事件对北京市的天然气消费产生了影响。其影响程度，即与未发生疫情事件相比消费量是否存在显著差异，是本文研究的主题。本文采用事件分析法[1]，研究疫情事件对北京市2019—2020年供暖期天然气日用气量的影响，并对影响程度进行评估，为企业、政府评估城市能源消费量变化提供依据。

2.1 事件的定义

事件分析法(Event Study)是一种实证研究方法，实证研究方法是在价值中立的条件下,以对经验事实的观察为基础来建立和检验知识性命题的各种方法的总称。价值中立是指在研究的过程中研究者不可以用自己特定的价值标准和主观好恶来影响资料和结论的取舍,从而保证研究的客观性。事件分析是根据某事件发生前后的统计资料，采用特定技术(例如假设检验)测量该事件影响性的一种定量分析方法，是研究某事件对某个特征的影响程度的方法。事件分析法主要是分析某事件对于基于时间序列的特征是否有冲击作用，其有效性基于这样一个事实：假设某特征在理性的前提下，一个事件的影响会立即体现为该特征的相关指标变动，因此，可以用一个相对短时期的该特征的相关指标变动来分析和衡量该事件的影响。本文中事件指疫情事件，特征是天然气用气量，分析的具体指标为2019—2020年供暖期天然气日用气量。

事件分析的首要任务是确定所研究的事件，并且确定要研究事件引起变化的时间区段。一个完整的事件分析[2]按时间先后顺序分为3个阶段，即估计窗口、事件窗口和事后窗口。事件的估计窗口是指事件发生或者产生影响之前的一段时间，估计窗口主要用于建立模型评估事件窗口的预期收益，在本文中，预期收益即假定疫情事件未发生，事件窗口的天然气日用气量。事件窗口是事件发生或者产生影响直到影响结束的时间段，事件窗口的实际收益即疫情事件发生后，在其影响期内北京市的天然气实际日用气量，用于对比分析评估事件的影响。事后窗口即事件结束或者其影响结束后的一段时间，事后窗口用于估计事件窗口后的收益(即日用气量)是否发生异常变化。

本文研究的事件定义为北京市的疫情事件，事件特征为天然气用气量，指标为日用气量。由于无法具体确定疫情事件影响的开始时间点，本文以北京市成立“疫情防控工作领导小组”事件为疫情事件的具体触发时间，即1月22日。疫情事件发生时间与北京市供暖期重叠，而北京市供暖期的用气特征及数量级与非供暖期有很大差异，用气量受供暖期天气变化的影响而出现规律性波动。因此，将2019年11月15日至2020年1月22日作为估计窗口；将2020年1月23日至2020年3月15日作为事件窗口；考虑到疫情尚未结束，事件窗口可能更长，事后窗口时间点还不能确定，因此，本文对事后窗口暂不做分析。

2.2 事件窗口预期收益评估

综上分析，事件窗口预期收益通过估计窗口的数据进行建模评估，即采用2019年11月15日至2020年1月22日共68 d的北京市天然气日用气量数据及相关影响因素建立模型，并评估2020年1月23日至2020年3月15日共53 d的北京市天然气日用气量。本文采用贝叶斯线性回归模型对事件窗口的天然气日用气量进行评估。贝叶斯线性回归[3](Bayesian linear regression)是使用统计学中贝叶斯推断[4](Bayesian inference)方法求解的线性回归[5](linear regression)模型。

北京市供暖期天然气日用气量与气温及风力相关，为了进一步缩小影响日用气量变化的因素的数量，假定进入供暖期后，各类天然气用户没有发生特大的增加或减少，考虑到气温变化的持续影响及建筑物的热惰性，参与建模的影响因素分别为当日平均温度t0,前一日最低温度t-1,前两日最低温度t-2、当日平均风速级别w0。当日天然气日用气量q0的预测模型见式(1)[6]。

q0=f(t0,t-1,t-2,w0)

(1)

式中q0——当日(预测日)的天然气日用气量，m3

t0——当日平均温度，℃

t-1——前一日最低温度，℃

t-2——前二日最低温度，℃

w0——当日平均风速级别

模型建立：输入数据为事件估计窗口的每日的各项数据t0、t-1、t-2、w0及q0，采用机器学习算法模块scikit-learn中train_test_split对象对数据进行训练集与测试集的划分，并调用BayesianRidge对象，采用训练集数据训练模型f，利用测试集数据评估模型f，测试集预测结果与实际值平均相对误差为3.5%，模型f精度较好，能充分反映事件评估期日用气量的规律。因此，模型f可用。

模型使用：将2020年1月23日当日的平均温度t0、1月22日的最低温度t-1、1月21日的最低温度t-2及1月23日的平均风速级别w0，代入模型f，得出2020年1月23日的预测日用气量为q0。将事件窗口的每日的t0、t-1、t-2、w0代入模型f，得出事件窗口每日的预测日用气量。通过对比历年春节期间日用气量与平时日用气量发现，春节假期一周期间北京市天然气日用气量比平日减少约10%，因此，将事件窗口春节假期即2020年1月24至1月31日的预测日用气量乘以系数0.9，得到修正后的事件窗口53 d的预测日用气量。从北京市燃气集团统计数据获得事件窗口的实际日用气量。事件窗口预测日用气量与实际日用气量对比见图1。因此，疫情事件是否对北京市2019—2020年供暖期天然气日用气量产生影响，可转变为事件窗口同一天的预期收益(预测日用气量)与实际收益(实际日用气量)是否有显著差异。

图1 预测日用气量与实际日用气量对比

2.3 显著性分析

在疫情事件研究中，需要对同一天的预期收益和实际收益数据进行对比，即事件窗口的预测日用气量和实际日用气量进行对比，此种情况适合使用配对样本t检验[7]。配对样本t检验实际上是先求出每对测量值的差值，即事件窗口每天的实际日用气量与预测日用气量配对求差值，得到53个个体组成的样本，并检验该样本的均值与零均值之间差异的显著性。

该检验过程采用SPSS17.0软件中配对样本t检验完成。通常选择0.05的显著性水平。软件计算结果表明，在0.05的显著性水平下，检验统计量t对应的概率[8]为0.00，小于0.05，可认为疫情事件窗口每日的预期收益与实际收益有显著性差异，即疫情事件的发生显著影响了北京市2019—2020年供暖期天然气日用气量。

2.4 评估结果小结

从日用气量角度的分析，预期收益与实际收益有显著差异，在事件窗口，北京市每日的预期收益即预测日用气量平均达0.852 1×108m3，每日的实际收益即实际日用气量平均只有0.748 9×108m3，比预测值降低了约12.11%。则在事件窗口内，53 d共减少了约5.469 6×108m3的用气量。北京市燃气用气量统计分为城市燃气(包括工业、家庭、公建、供暖、趸售等)和电厂。据北京市燃气集团统计，北京市2020年第一季度城市燃气用气量减少1.4×108m3，电厂用气量减少3.2×108m3，共计减少了4.6×108m3。另外，受疫情事件影响，北京市2019—2020年供暖期延长至3月31日24时，统计表明，延长供暖期间供暖用户天然气消费量增加约3×108m3，因此，第一季度实际天然气消费量减少范围为(4.6～7.6)×108m3，以北京市2019年用气量172×108m3计算，占全年天然气用气量的2.7%～4.4%。可见，疫情事件的发生对北京市天然气用气量的影响显著。

3 疫情对城镇燃气企业的影响分析

① 由疫情事件造成的天然气需求放缓，将持续相当长一段时间，疫情结束后会不会出现需求反弹存在较大的不确定性。

② 疫情期间国家采取有针对性的政策支持，通过降低销售给城镇燃气企业的天然气价格解决城镇燃气企业面临的问题和困难，为下游产业链抗风险能力较弱的企业用户提供短期的机遇。这是否对城市用气结构产生影响需要持续跟进研究。

③ 疫情事件一方面影响了上游供应企业的工作安排，势必影响城镇燃气的上游供应，另一方面疫情事件使燃气需求曲线异常波动，将削弱城镇燃气企业多用户天然气需求预测风险反应能力，而城镇燃气企业与上游供气企业签订了购销协议，上游对于天然气年、月、周、日、小时计划的严格管理较为苛刻，计划准确度将直接与采购成本挂钩。疫情事件给城镇燃气企业的运营调度，特别是偏差结算增加了很大的难度。偏差结算即若需求方当月合同气量用不完，则按合同量结算，对付款未提取量双方可协商补提；若供应方未按合同足量供应，经双方沟通不能按期补足的，根据合同予以处罚。此次疫情事件应属于不可抗力因素，上游供气企业及城镇燃气企业应充分评估、重视此次事件的影响，在国内疫情乃至全球疫情的大环境下，在保供应及偏差结算方面充分沟通合作，共同应对疫情对天然气行业带来的影响。