在天然气产业链中,管网运输系统作为中间环节将上游开采和下游消费市场连接为一个整体,天然气在管网中的具体分配与各参与方的经济利益密切相关,使得管网系统的天然气流量配置对天然气产业社会福利水平起着决定作用。由此,掌握天然气管网流量配置的优化方法,了解影响天然气管网运行的重要因素和机制,对天然气产业发展和市场化改革有重要理论和现实意义。本文首先针对区域性城市配气管网系统构建了天然气优化配置模型,然后在此基础上构建了长输天然气管网流量优化配置模型,并用于中国天然气市场的实证分析,最后模拟了不同因素对天然气管网流量配置的影响,对我国天然气管网系统和市场发展提出了政策建议。具体工作和创新贡献体现在以下几个方面:(1)构建了区域配气管网流量优化配置模型,模型中整合了物理管网要素和市场经济要素,以社会福利最大化为目标函数,同时构造迭代式线性压流约束,将高度非线性的管网优化问题转化为多阶段二次规划问题,降低了建模复杂度。已有采用线性近似思想的优化模型,虽然能够通过近似点的增加来提高准确性,却会大大增加求解耗时,通过案例对比研究,验证了所构建模型在不损失求解效率的前提下,可以通过迭代方式提高优化准确性。(2)在区域配气管网模型基础上,加入长输管线压气站产生的能耗变量,构建了长输天然气管网流量优化配置模型,并针对中国长输管网系统和天然气市场进行了实证分析。研究中考虑了现行的价格管制机制,以及管网垄断经营等中国天然气市场特征,对中国天然气资源配置进行了仿真模拟,将模拟结果与实际数据进行对比,验证了模型对现实天然气市场运行状况的模拟效果。最后,根据建模过程中的关键变量,总结了对中国天然气市场配置效率产生影响的政策性因素、管网结构因素以及外部供给不确定性因素。(3)对政策变化、管网结构变动以及外部供给波动情景下的中国天然气资源配置进行模拟分析。首先,模拟开放性政策的实施对天然气市场配置产生的影响,其中包括取消价格管制,以及分离管网经营权实现管网互联互通,以此来模拟实现更加自由的市场竞争环境,结果表明自由定价和管网开放模式使得天然气资源配置更加灵活,可以提高天然气产业整体社会福利。然后,模拟管网结构变动对管网运行和天然气配置影响,通过新增管线的方式提高管网集聚性,进而提高了管网对天然气输配的效率,同时考虑新增管线的成本问题,对所有新增管线的成本效益进行了计算和排序,能够为管网布局规划提供参考。最后,模拟了不同程度的管道天然气进口减供以及海运LNG价格上涨对中国天然气管网系统和市场产生的影响,结果表明中亚管道进口天然气的减供会迅速影响全国各地天然气消费市场,从而出现供给短缺危机,相比之下LNG价格的上涨对全国消费量的影响有限,说明中国目前天然气消费刚性较大,供给不确定性的模拟结果对中国天然气供给安全和能源战略布局具有一定政策启示。