基于产业链的策略研究：原油基本面量化初探

中信期货研究|商品量化专题报告(基本面) 2023-07-10 原油基本面量化初探 ——基于产业链的策略研究 报告要点 原油基本面量化相关条件较为成熟，我们构建的评分卡模型及预测模型在数千个数 据上得到了量化表现。 摘要：原油作为大宗商品之王，关系国家经济安全和能源安全，价格影响因素复杂而多 变。本文尝试对原油基本面进行了量化分析，主要结论是原油虽然具有多重属性，但商品属性主导原油价格，需求、供给、库存等基本面数据能够解释原油的价格变动。 我们基于产业链分析等对原油基本面进行了量化，构建了评分卡模型，现有的基本面数据和另类数据等丰富数据可以全方位跟踪原油基本面。供给方面，原油供应主要由OPEC和美国决定，可通过钻进数及相关需求数据进行刻画；需求方面，经济增长和下游交通运输贡献了近十多年需求的变动，可以通过PMI等先导指标进行预测。 根据基本面数据，构建的长短期记忆模型，在仅100个数据上进行训练后，可以 对近2000个数据上较好预测原油价格。由于模型未采用情绪指标等地缘政治相关数据，预测的价格波动小于实际价格波动范围。 剔除波动较大的行情后，模型预测得到一定改善；相关训练的数据上价格波动范围较小，如果扩大训练数据量，模型有望得到进一步改善。 风险提示：分析基于历史数据，但过往业绩不代表未来表现，市场环境发生变化时结论可能存在差异 投资咨询业务资格： 证监许可【2012】669号 商品量化研究团队 研究员：魏新照 021-80401721 从业资格号F3084987投资咨询号Z0016364 重要提示：本报告中发布的观点和信息仅供中信期货的专业投资者参考。若您并非中信期货客户中的专业投资者，为控制投资风险，请取消订阅、接收或使用本报告的任何信息。本报告难以设置访问权限，若给您造成不便，敬请谅解。我司不会因为关注、收到或阅读本报告内容而视相关人员为客户；市场有风险，投资需谨慎。 目录 摘要：1 一、基本模型4 二、原油基本面量化4 （一）产业链分析4 （二）基本面复盘15 三、供求建模17 （一）打分卡模型17 （二）LSTM模型19 四、总结与建议21 免责声明22 图目录 图表1：供求决定价格4 图表2：原油API度分类5 图表3：原油主流基准价格5 图表4：代表性原油基准价格走势一致5 图表5：原油消费和经济增长密切相关，过去40年两者呈正相关6 图表6：交通运输和化工是原油主要下游7 图表7：各国一次能源消费中石油占比高7 图表8：过去50年，交通运输驱动原油消费增长7 图表9：非OECD贡献原油消费增量8 图表10：非OECD原油消费和GDP走势一致8 图表11：原油需求主要分布在亚太、南美洲和欧洲9 图表12：美国、中国和印度原油需求占比最高9 图表13：2021年，除美国外其余各国原油依存度高位9 图表14：多数原油需求大国依存度偏高9 图表15：原油仍是重要基础能源10 图表16：长期来看，环境约束和气候变化主导能源结构10 图表17：未来50年原油需求增量或保持增长10 图表18：实际趋势下2050年原油需求偏高10 图表19：各国小汽车数量趋于增长，带动原油需求11 图表20：原油储量主要集中在中东11 图表21：石油输出国高度垄断石油资源12 图表22：美国拉动原油产量增长12 图表23：美、沙特和俄国产量占比最高12 图表24：OPEC原油人均出口收入近年下行13 图表25：沙特主导OPEC原油出口13 图表26：美国钻井数量和原油产量13 图表27：清洁能源和化石能源资本开支劈叉14 图表28：通常情况下，美元指数和原油价格反向变动14 图表29：需求-供应、价格和库存走势17 图表30：原油打分卡模型18 图表31：LSTM模型19 图表32：原油价格预测20 图表33：原油价格预测（剔除波动率大的部分）20 一、基本模型 供求模型：古典经济学认为，价格由供给和需求决定，通过分析影响供给和需求的因素来判断价格的走势。 需求影响因素：价格；替代品；偏好；预期等。供给影响因素：价格；成本；替代品；预期等。 图表1：供求决定价格 需求曲线 供给曲线 均衡点 价格 均衡价格 0 均衡数量数量 资料来源：《经济学原理·曼昆》中信期货研究所 供求模型中基本面通过供给、需求及其影响因素驱动价格走势。具体到特定品种，例如原油、铜等，如何进行量化建模相关细节尚有争议。本文尝试通过对供求端的分析，对原油基本面量化进行探索。 二、原油基本面量化 商品定价理论和相关套利公式表明，基本面中产业上下游和供求关系对价格有直接影响，下面基于此对原油基本面量化。 （一）产业链分析 为了便于后续把握供求及对供求量化，产业链分析先于供求分析。通过产业链分析可以发现铁矿产业链集中度高，相关结论有以下两点： 1.原油价格国际化 原油兼具商品属性、金融属性以及政治属性等多重属性。狭义上，原油基本 面主要包括商品属性，原油作为大宗商品之王、商品之母，价格受供需关系影响。广义上，原油基本面还包括金融属性和政治属性，原油作为工业血液，在国家安全和能源安全的领域具有战略意义，各国出于自身利益考量，常常通过地缘政治博弈、冲突等影响原油价格，因而在原油易受政治属性影响波动较大。此外，期货、期权等金融工具的广泛应用以及CTA策略和资产配置策略对原油的偏好，原油还具有金融属性。 类别 API度 密度（20℃）分类（kg/m3） 轻质原油 ＞34.9 ≤850 类别 类型 内容 交易区域 布伦特 轻质低硫油 Brent、Forties、Ekofisk、 Oseberg 欧洲、地中海、非洲、澳洲及亚洲部分地区 图表2：原油API度分类图表3：原油主流基准价格 中质原油 ＞29.2 ≤880 从加拿大、墨 重质原油 ＞20.6 ≤930 WTI 轻质低硫原油 Mars、Bakken 西哥和南美进口 特重 原油≤20.6＞930资料来源：质监局中信期货研究所 迪拜中等偏酸性原油资料来源：EIA中信期货研究所 Dubaicrudes、Omancrudes 沙特运往亚洲 原油常常按照API度、价格的代表性可分为不同的类别。尽管由于质量等差异，原油价格有所不同，但由于全球原油流动、价差套利和进口的作用，总体上原油是全球定价的商品在过去的几十年里，主要品种的原油价格走势接近。在当前国际原油定价体系中，由于国际惯例及市场规模占比等原因，布伦特原油常常作为全球油价的基准。 图表4：代表性原油基准价格走势一致 迪拜布伦特福卡斯西德克萨斯（WTI） 120.00 100.00 80.00 60.00 40.00 20.00 0.00 资料来源：EIA中信期货研究所 2.原油需求分布 原油的需求和经济增长密切相关。需求上，原油消费和经济增长显著正相关，回顾过去40年原油需求和经济走势，可以发现，两者走势高度一致。无论是全球、中国还是美国，原油的消费增长率和GDP增长率走势高度一致，经济增长引发的需求增加效应超过了价格上涨引发的需求替代效应。 从商品属性看，经济的增长与需求变动呈正相关，原油需求的变动从侧面反映经济增长的预期。经济前景改善的预期，反映在期货价格上，增加补库需求。一方面，原油和其他商品一样，作为重要的原料和能源，经济高增长和生活水平提高推动了原油的需求变化与增长。另一方面，油价上涨增加CPI、PPI压力，这导致原油需求增速略高于经济增速。 图表5：原油消费和经济增长密切相关，过去40年两者呈正相关 全球:实际GDP增长率%全球原油消费：同比（右轴） 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 -2.00 -4.00 10.00% 8.00% 6.00% 4.00% 2.00% 0.00% -2.00% -4.00% -6.00% -8.00% -10.00% -12.00% 中国:实际GDP增长率%中国原油消费：同比（右轴） 25.0050.00% 20.0040.00% 15.0030.00% 10.0020.00% 5.0010.00% 0.000.00% -5.00-10.00% -10.00-20.00% 美国实际GDP增长率%美国原油消费：同比（右轴） 8.00 6.00 4.00 2.00 0.00 -2.00 10.00% 5.00% 0.00% -5.00% -10.00% -4.00-15.00% 资料来源：BP世界银行中信期货研究所 交通运输和化工是原油的两大主要下游，其中交通占比65.80%，包括柴油/轻油（29.10%）、汽油（24.10%）、燃料油（7.20%）和航空煤油（5.40%）化工占比21.70%，包括乙烷和液化石油气（14.60%）和石脑油（7.10%）以电力和内燃机为代表的第二次工业革命和工业化浪潮的背景下，石油为交通运输提供了惊人的机动性并为石化产业提供生产要素，成为经济和军事安全的生命线以及工业的血液，石油的缺乏将使得经济和战争陷入瘫痪。 图表6：交通运输和化工是原油主要下游图表7：各国一次能源消费中石油占比高 乙烷和液化石油气石脑油汽油 航空煤油柴油/轻油燃料油 其他 石油天然气煤炭核能水电可再生能源 90 12.40% 7.20% 29.10% 14.60% 7.10% 80 70 60 50 40 30 20 24.10%10 5.40% 0 美国德国英国中国印度日本 资料来源：BP中信期货研究所资料来源：BP中信期货研究所 图表8：过去50年，交通运输驱动原油消费增长 PJ 180000 商业和公共活动居住其他工业交通运输 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 0 资料来源：IEA中信期货研究所 在一次能源消耗中，石油占比最高，其次是天然气和煤炭，核能、水电和可 再生能源占比偏低。美国、德国、英国和日本原油在一次能源占比最高，我国和印度煤炭在一次能源占比偏高，但石油占比仅次于煤炭，基于能源要素作为硬通货对经济运行的驱动，部分解释了原油需求和GDP增长正相关关系。 国家层面上，OECD国家原油消费占比高，非OECD驱动原油需求长期增长。下图显示了1965年以来OECD（经济合作组织）国家、非OECD国家原油消费情况，非OECD国家多是发展中国家，随着经济的增长，驱动了全球原油消费的增长。 图表9：非OECD贡献原油消费增量 百万吨 OECDNon-OECD 5000.0 4500.0 4000.0 3500.0 3000.0 2500.0 2000.0 1500.0 1000.0 500.0 - 资料来源：BP中信期货研究所 图表10：非OECD原油消费和GDP走势一致 non-OECD原油消费增速non-OECDGDP增速 15 10 5 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 2021 2023 2001 2001 2002 2003 2003 2004 2005 2005 2006 2007 2007 2008 2009 2009 2010 2011 2011 2012 2013 2013 2014 2015 2015 2016 2017 2017 2018 2019 2019 2020 2021 2021 0 -5 -10 资料