基于动态规划的原油进口采购价格研究

基于动态规划的原油进口采购价格研究

李雨,焦建玲,唐运舒

李雨LiYu；焦建玲JiaoJianling；唐运舒TangYunshu（合肥工业大学管理学院，合肥230009）

摘要：随着我国经济的快速发展，国内生产的石油已不能满足经济发展的需要，进口原油量逐年增加，国际油价也一路高升，且我国原油进口方式不合理，存在一定的“买涨不买跌”现象。本文利用动态规划模型，根据实时价格数据确定采购价格，通过对采购价格选择的优化，节约进口采购成本。实证研究结果表明，本文方法具有一定优越性。

关键词：原油进口；动态规划；优化

中图分类号：F752.61文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）05-0255-02

0引言

石油作为一国经济的命脉，在经济发展中占据至关重要的位置。随着我国经济的快速发展，国内生产的石油已不能满足经济发展的需要，进口原油量逐年增加，国际油价也一路高升，且我国原油进口方式不合理，存在一定的“买涨不买跌”现象[1]。宣晓伟通过描述和比较中美两国1991-2003年度原油进口增速以及两国在国际油价波动下进口增速的变化趋势，来说明我国石油进口存在“越买越贵”和“越贵越买”的问题，并认为我国石油定价机制和石油进口规则是导致这一问题的主要原因[2]。黄健柏等人通过计量分析的手段，对2002年以来石油进口月度数据，采用Granger检验，广义脉冲函数分析和方差分解等方法进行分析，从量化的角度证明一定程度上确实存在“越买越贵”和“越贵越买”的现象，原油需求迅速增长是油价上涨的一个重要原因[3]。余炜彬的硕士论文，利用风险值（VaR）中的极值理论（EVT）对世界原油市场的价格风险进行定量的研究和分析，并将上述方法应用于Brent和WTI两大基准原油的现货市场，利用单位根检验以及协整性检验，证明Brent原油的期货市场在5个月内有效并且市场有效性随着期货期限的拉长而降低。进一步的，通过在市场有效性范围内建立向量误差修正模型，发现期货市场中某一次价格变动所产生的影响将持续两个月，最后建立了一个实时的线性规划模型，对中国进口原油的采购策略进行优选研究[4]。Wu等人通过建立动态规划模型，从量化的角度分析最佳储备规模对中国战略石油储备库存收购策略的影响[5]。基于上述学者的研究，本文引入动态规划模型[6]来确定采购价格，进一步完善采购策略，为我国进口原油采购提供参考。

1问题描述

价格是影响原油采购最重要的因素，本文的主要目的是充分利用获取的价格信息，选择合理的进口采购价格，尽可能降低进口采购成本。由于国际原油价格波动幅度很大，采购价格的选取直接关系到采购成本的大小。已有的研究是通过对历年数据的分析来预测采购价格，这种方法取得了一定效果，但从实际效果看还存在缺陷。这种预测方法适用于油价波动相对平稳的年份，如遇到波动幅度比以往数据有较大差距，预测的数据就会出现较大误差。本文提出一种动态规划分析法，以实时的周价格作变量来确定每月最优采购价格，较之于预测价格应更合理。

2基于动态规划的采购价格模型

中国是石油进口大国，年进口量仅次于美国和日本，近年来进口量高达1.6亿吨左右，这么大的进口量不可能从公开市场一次性采购，而需要根据国际原油价格变化的不确定性，在不同阶段作出不同的采购价格决策，以降低进口采购成本。因此合理的价格选择是一个多阶段决策问题，本文提出一种基于动态规划的采购价格模型。其中国际原油价格是一个不确定变量，具有一定的概率分布，根据每周的实时价格变化决定当月的最优采购价格，具体模型描述如下：

fk（yk）=min{yk，yke}

yk状态变量，表示第k周的实际价格，yk服从一定的概率分布；

xk决策变量，当xk=1，表示第k周决定采购；当xk=0，表示第k周决定等待；

yke第k周决定等待，而在以后采取最优决策时采购价格的期望值；

fk（yk）第k周实际价格为yk时，从第k周到最后一周采取最优决策所得的最小期望值。

3实证分析

为验证上述基于动态规划的采购价格模型的合理性，下面以2008年为背景进行实证分析，并将2008年我国实际采购成本与按本文模型确定的采购价格进行采购所产生的成本进行比较，以验证本文方法的合理性。

3.1数据来源原油现货价格数据来源于美国能源信息署网站(www.eia.doe.gov)。本文选取WTI（1987-2007）,Brent（1988-2007），Dubai（1998-2007）原油现货周价格数据用来确定2008年各月份的实际最优采购价格。

根据质量、产地不同，各原油品种主要参照三大国际基准原油：WTI，Brent，Dubai原油定价。因此，首先需确定我国进口原油中参照这三种原油的大致比例。2008年我国原油进口的主要来源地为：中东、非洲、美洲、里海、亚太地区。美洲所产原油由WTI决定，非洲和里海所产原油由Brent决定，亚太和中东地区所产石油由Dubai决定。通过对月采购量数据的比较分析，发现2008年二、三、四月我国原油进口量中参照三种原油定价的原油数量比例近似，类似地五、六、七月，八、九、十月，十一、十二、一月比例大致相当。

根据月原油进口数据计算得到WTI，Brent，Dubai原油二、三、四月进口采购比例约为1：8：9；五、六、七月进口采购比例为2：7：8；八、九、十月进口采购比例为1：7：9；十一、十二、一月进口采购比例为2：15：23；计算结果如表1：

3.2实证结果

3.2.1原油价格波动概率分布由于2008年以前油价波动相对平稳，油价波动幅度在0~16美元/桶之间，通过多次试验，以2美元/桶为单位长度较能刻画油价波动特征，减小数据计算的误差。

图1是根据2008年WTI原油现货价格整理计算的概率分布图。由图1可知，整体的特征呈中间高，两端低的趋势。整体的正负增长幅度大体持平，正负波动幅度相当，概率在0.5上下。整体的波动幅度在[-12,14)之间，在[0,2)范围内的概率达到最大为0.385，波动幅度在[-4,4)概率比例达到了89.7%。九月份最大涨幅达到24美元/桶，一，九，十一月份油价波动幅度相对较大，平均幅度达到22美元/桶左右。同理，图2、图3是根据2008年Brent原油和Dubai原油现货价格整理计算的概率分布图。

由图2、图3可知，Brent和Dubai原油价格概率分布整体特征与WTI原油相似，呈中间高，两端低的趋势。与WTI和Brent原油不同的是，Dubai原油价格整体正增长的概率大于负增长，达到0.772。Brent和Dubai原油最大涨幅也出现在九月份，分别达到30美元/桶和24美元/桶。

综合比较上述三种原油的价格波动概率可知，就整体平稳程度来说，Dubai原油比其他两种原油平稳，在[-6,6)之间的概率比例要高于其他两种原油，但在价格高波动区间[12，14)和[-16,-14)，Dubai原油所占比例略高于其他两种原油，不过占整体比例仍然很小。从波动幅度分布看，Dubai原油波动幅度落在[0,2)的概率最大，达到0.411。从三种原油正负波动的概率看，其他两种原油大体持平，Dubai原油价格正增长的概率大于负增长。

3.2.2模型结果以WTI原油2008年一月份采购价格为例：WTI原油2007年十二月月均价为91.69美元/桶，根据整理的WTI价格波动概率分布可知，1997-2007年各年一月份每周价格相对于上一年十二月份均价的波动幅度为[-12,8]，根据3.2.1选定的2美元/桶的波动长度单位可知，波动幅度在[-12,-10)，[-10,-8)，……，[6,8)的概率依次为0.011，0.011，……，0.022。为了减小计算结果的误差，本文选取各区间的中间值作为各区间的增长幅度数值。因此2008年一月份的期望采购价：

期望采购价=（91.69-11）*0.011+（91.69-9）*0.011+（91.69-7）*0.011+（91.69-5）*0.011+（91.69-3）*0.022+（91.69-1）*0.279+（91.69+1）*0.396+（91.69+3）*0.193+（91.69+5）*0.044+（91.69+7）*0.022=92.34（美元/桶）

本文采购周期以周为计算单位，用周价格的实时数据与月期望采购价格比较来选取最优采购价格。即2008年一月份WTI原油周价格不大于92.34美元/桶，即可当期采购，不然就等待。

如果一直等待，则一月份最后一周价格即为采购价格。由此得出2008年一月WTI原油采购价格为91.51美元/桶。

以此类推，可以得到全年三种原油的采购价格如表2：

4结论

2008年我国实际原油进口采购成本为1289.599亿美元，根据表1的采购量及表2确定的进口原油采购价格进行采购所产生的成本为1288.54亿美元，即按照本文方法进行原油进口采购能节约1.059亿美元的进口成本，说明本文方法有一定优越性，结果见表3。

对于上述结果的取得，主要有以下几方面因素：

①通过动态规划方法，可以避免过去石油采购的“买涨不买跌”现象，因为它是通过历年波动概率和实时价格数据计算出的当前最优采购价，在理论上是一个最小值。②本文采用实时数据进行计算，可以及时将最新的价格变化信息纳入价格决策，避免价格变动规律出现突变时产生的预测误差，进而优化价格决策。

本文方法的不足是，当价格波动概率分布与历年相比出现明显变化时，模型结果的有效性将会受到影响。

参考文献：

[1]周申,刘辰,杨超.中国石油进口“买涨不买落”的经验研究与博弈分析[J].国际贸易问题,2005,(9):16-21.

[2]宣晓伟.我国石油进口策略应作调整[J].科学决策,2005,(1):20-23.

[3]黄健柏,江飞涛,陈伟刚.我国原油、成品油进口行为特征的实证研究[J].系统工程,2007,6(6):84-88.

[4]余炜彬.国际原油市场价格风险与进口原油采购策略研究[D].北京:中国科学院科技政策与管理科学研究,2005.

[5]WuGang,FanYing,LiuLancui,etal.AnempiricalanalysisofthedynamicprogrammingmodelofstockpileacquisitionstrategiesforChina’sstrategicpetroleumreserve[J].EnergyPolicy.2008(4):1470–1478.

[6]钱颂迪.运筹学第3版[M].北京:清华大学出版社,2005:191-250.

[7]中国2008年4月份原油进口统计数据表.[DB/OL].http://plas.chem99.com/news/384006.html,2008-05-29.

[8]中国2008年11月份原油进口统计数据表[DB/OL].http://www.jiaoyitong.com/news/news_show.php?id=628717,2008-12-30.

[9]2008年8月份中国原油进口统计数据表[DB/OL].http://www.jiaoyitong.com/news/news_show.php?id=628769,2008-09-28.