劉浩旻，張在旭

(中國石油大學(xué)(華東)經(jīng)濟管理學(xué)院，山東青島266580)

一、引言

石油安全是國家能源安全戰(zhàn)略的核心，是指無論國際油價如何變化，都能保證石油連續(xù)供給滿足國家政治、經(jīng)濟、社會及生態(tài)等多方面的需要。近年來國際油價劇烈波動，特別是從2014年下半年開始國際油價加速下跌，對中國的經(jīng)濟及石油安全等各方面產(chǎn)生了很大影響。［1］隨著中國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，大力推行替代能源，石油需求增速放緩，但中國石油對外依存度在2017年仍達到67.4%，因此中國石油安全面臨著諸多挑戰(zhàn):一是國內(nèi)石油總體進入低品位資源勘探開發(fā)的新階段，產(chǎn)量大幅增長難度大;二是原油進口主要集中在中東等地緣政治不穩(wěn)定地區(qū)，海上運輸過于依賴馬六甲海峽，陸上跨國管道存在突發(fā)事件等風(fēng)險;三是石油儲備規(guī)模及應(yīng)急響應(yīng)水平、國際石油合作質(zhì)量還不能完全適應(yīng)近年來國際油價波動幅度加大、頻率加快的市場格局。面對全球能源格局深刻調(diào)整、國際油價劇烈波動的復(fù)雜外部環(huán)境，本文運用四元集成及熵技術(shù)模型對中國石油安全狀況進行評價，對保障和提升中國石油安全程度有重要意義。

二、文獻綜述

近年來，國內(nèi)外學(xué)者對石油安全評價問題進行了大量的研究，可分為如下兩個主要方面:一是石油安全評價指標(biāo)的研究。學(xué)者們主要從資源稟賦、供給保障、需求消費等層面來構(gòu)建石油安全評價指標(biāo)體系，但從影響中國石油安全的主導(dǎo)因素來看，研究各有側(cè)重。Chang等對中國能源安全評價指標(biāo)進行了更新，主要包括資源可利用性、技術(shù)適應(yīng)性、社會接受度和資源承受能力，擺脫了以往固定評價框架。［2］Kanchana等針對東盟9國，對石油安全評價界定在供給、社會及環(huán)境三個方面，并選取了35個指標(biāo)對石油安全狀況進行了評價分析。［3］何賢杰等從國內(nèi)資源保障能力、國內(nèi)生產(chǎn)供給能力、國際市場供給能力、國家應(yīng)急調(diào)控能力、國際安全控制能力等6個方面對石油安全進行了定量評價。［4］劉健等基于非傳統(tǒng)安全視角，從經(jīng)濟安全、社會安全和環(huán)境安全三方面，選取石油自給率、戰(zhàn)略儲備規(guī)模等21個指標(biāo)，對中國石油安全狀況進行實證分析，并與國際水平進行比較。［5］周新軍認為隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，以及全球能源生態(tài)環(huán)境保護的不斷推行，能源安全范疇將不斷進行擴充，這對當(dāng)前階段石油安全界定提供了依據(jù)。［6］二是石油安全評價方法的研究。對于石油安全評價方法的研究類型繁多，比如Eta－Macrom模型、Wharton模型、投入產(chǎn)出模型等。李桂東等運用熵值法對中國石油安全進行了綜合評價，并利用GM(1，1)模型對未來5年石油安全水平進行了預(yù)測。［7］郭偉等運用因子分析法與3西格瑪法則對中國的能源安全進行了評價。［8］范秋芳等運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、層次分析法和模糊綜合評價模型對中國石油安全進行了評價和預(yù)警。［9-10］呂軍等基于熵值法(EM)、粒子群算法(PSO)和支持向量機(SVM)的嵌套模型對中國石油安全進行評價及情景預(yù)測。［11］

總之，關(guān)于石油安全評價的相關(guān)研究很多，由于中國經(jīng)濟、政治以及生態(tài)保護意識等都在發(fā)生變化，面臨的世界能源格局也在調(diào)整，因此，中國石油安全的界定以及評價需要進一步完善。本文嘗試運用四元集成及熵技術(shù)模型對中國石油安全狀況進行評價，這是石油安全評價方法上的一個新嘗試，意在為石油安全評價提供一條新的研究思路和方法。

三、四元集成及熵技術(shù)模型的基本原理

四元集成法(DHGF)是將德爾斐法(Delphi)、層次分析法(Analytic Hierarchy Process)、灰色聚類法(Gray clustering)、模糊評判法(Fuzzy Evaluating)的成功之處組合運用，將實踐經(jīng)驗和科學(xué)理論相結(jié)合的從定性到定量的數(shù)學(xué)方法。DHGF方法可以較好地解決在評價過程中指標(biāo)體系建立不合理和過程復(fù)雜操作性差的問題，但在如何減弱專家主觀因素方面還不能做到完全合理化，故引入熵技術(shù)對其進行修正。其基本步驟如下:

(一)構(gòu)建指標(biāo)體系并確定權(quán)重

指標(biāo)體系構(gòu)建后，通過層次分析法獲得一個指標(biāo)權(quán)重，熵值法獲得一個指標(biāo)權(quán)重，然后通過組合賦權(quán)法獲得最終的指標(biāo)權(quán)重。

1．層次分析法

通過專家對指標(biāo)體系進行重要性評估，獲得判斷矩陣，其中包含一維指標(biāo)權(quán)重和二維指標(biāo)權(quán)重兩部分。專家確定第i個指標(biāo)與第j個指標(biāo)相對重要程度記為aij，則第j個指標(biāo)與第i個指標(biāo)相對重要程度記為≤aij≤9，數(shù)值越大說明i比j越重要。判斷矩陣形成后需進行一致性檢驗，然后在一致性檢驗通過的基礎(chǔ)上計算指標(biāo)權(quán)數(shù):

式中，aij表示判斷矩陣的元素，1≤i，j≤m。最后得出指標(biāo)權(quán)重:

2．熵值法

熵值法是根據(jù)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)確定權(quán)重的一種方法，運算過程沒有主觀因素干擾，是一種客觀賦權(quán)法。

首先，通過對指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)m×n(1≤i≤m，1≤j≤n)進行0～1的標(biāo)準化處理得到標(biāo)準化矩陣

然后再進行歸一化處理，其結(jié)果即每個指標(biāo)出現(xiàn)概率為:

可計算第i個評價指標(biāo)條件熵值。當(dāng)pij值太過集中時，需要對條件熵值進行歸一化處理。根據(jù)公式得出第i個指標(biāo)的差異系數(shù)，其中差異系數(shù)與熵值大小成反比。

最后，根據(jù)公式

確定指標(biāo)熵值法權(quán)重。

3．組合賦權(quán)法

通過求得的層次分析法權(quán)重W1i與熵值法權(quán)重W2i運用公式

計算得出指標(biāo)權(quán)重的最終結(jié)果。

(二)用灰色聚類分析計算評價權(quán)矩陣

1．確定指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣

根據(jù)構(gòu)建的指標(biāo)體系，搜集原始指標(biāo)數(shù)據(jù)，整理計算得出的指標(biāo)數(shù)據(jù)并以此作為指標(biāo)數(shù)據(jù)樣本，得到指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣:

2．確定評價等級

評價等級的確定是根據(jù)評價對象確定的。V=［V1，V2，…，Vs］表示安全程度等級的大小，其中 s表示等級個數(shù)。

3．確定評估灰類

灰類是在評價等級的基礎(chǔ)上運用白化權(quán)函數(shù)確定的。假設(shè)xi指標(biāo)k子類的白化權(quán)函數(shù)為(·)，則4)為指標(biāo)數(shù)據(jù)不同等級的轉(zhuǎn)折點。因此，典型白化權(quán)函數(shù)可記為=］，通常有以下三種表現(xiàn)形式:

4．計算灰色統(tǒng)計數(shù)

將指標(biāo)數(shù)據(jù)帶入上述白化權(quán)函數(shù)中，得出xij在第k個評價等級中的權(quán)值fki(xij)(1≤k≤s)，然后根據(jù)式(8)計算得出指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣的灰色統(tǒng)計數(shù)nik以及總灰色統(tǒng)計數(shù)ni:

(三)利用模糊綜合評判得出評價結(jié)果

1．計算模糊綜合評價矩陣

2．得出最終評價結(jié)果

計算得出每一年的評價等級矩陣Z，即Z=［z1，z2，…，zs］。然后根據(jù)最大隸屬度原理求出最終的評價結(jié)果。

四、基于四元集成及熵技術(shù)模型的中國石油安全評價實證分析

(一)石油安全評價指標(biāo)體系的構(gòu)建及安全等級劃分

1．石油安全評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

據(jù)前人的研究成果，結(jié)合當(dāng)前國際和國內(nèi)的實際情況，按照科學(xué)性、系統(tǒng)性、代表性、可操作性的原則，從供給、消費、貿(mào)易、地緣政治及生態(tài)5個方面構(gòu)建15個指標(biāo)，其中定量指標(biāo)12個，定性指標(biāo)3個，見表1。定量指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來自《BP世界能源統(tǒng)計》《IEA能源統(tǒng)計報告》《中國統(tǒng)計年鑒》。定性指標(biāo)采用專家評分法，專家主要來自石油安全相關(guān)研究的專家學(xué)者以及在石油行業(yè)工作的業(yè)內(nèi)人員。

表1 石油安全評價指標(biāo)

2．石油安全等級的劃分

依據(jù)美國運籌學(xué)家 T．L．Saaty的1～9標(biāo)度法，將石油安全各評價指標(biāo)分為A級、B級、C級、D級、E級5個等級，分別代表安全、較安全、一般、較危險、危險，分值由9～1代表安全程度遞減。石油安全各個單項評價指標(biāo)的安全等級的確定主要依據(jù)國際通用標(biāo)準、國內(nèi)外經(jīng)濟和石油經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀以及專家意見，具體如表2所示。

表2 石油安全指標(biāo)等級與分值

(二)確定石油安全評價指標(biāo)權(quán)重

1．層次分析法確定石油安全評價指標(biāo)權(quán)重

由表1可以看出，構(gòu)建的石油安全評價指標(biāo)體系包含5個一級評價指標(biāo)和15個二級評價指標(biāo)。將石油安全程度設(shè)置為目標(biāo)層A，將石油供給安全、消費安全、貿(mào)易安全、地緣政治安全及生態(tài)安全5個一級指標(biāo)設(shè)為R，將直接影響一級指標(biāo)的15個二級指標(biāo)設(shè)為X。

根據(jù)層次分析法的基本原理，依據(jù)專家對石油安全評價指標(biāo)體系各具體指標(biāo)重要性的評估，可獲得R層、X層評價指標(biāo)判斷矩陣，運用yaahp層次分析軟件獲得R層基礎(chǔ)指標(biāo)權(quán)重和X層具體指標(biāo)權(quán)重，詳見表3。

表3 層次分析法計算的各指標(biāo)權(quán)重

2．熵值法確定石油安全評價指標(biāo)權(quán)重

(1)標(biāo)準化數(shù)據(jù)

把整理計算得出的 1996、2000、2005、2011—2017年各指標(biāo)數(shù)據(jù)對決策矩陣(見表4)X=(xij)m×n做標(biāo)準化處理，再進行歸一化處理，得到標(biāo)準化矩陣(見表5)。

表4 1996—2017年石油安全評價指標(biāo)數(shù)據(jù)

表5 石油安全評價指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準化

(2)計算熵值法權(quán)值

根據(jù)式(2)～(6)，運用matlab軟件計算石油安全評價指標(biāo)的熵值法權(quán)重值W2i，結(jié)果見表6。

3．計算綜合權(quán)重

基于表3中根據(jù)層次分析法求得的石油安全評價指標(biāo)各具體指標(biāo)權(quán)重W1i及表6中運用熵值法求得的石油安全評價具體指標(biāo)權(quán)重W2i，再根據(jù)式(7)可獲得石油安全綜合評價指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果見表6。根據(jù)四元集成及熵技術(shù)模型基本原理確定石油安全評價指標(biāo)權(quán)重后，再用灰色聚類分析研究石油安全模糊評價權(quán)矩陣。

表6 熵值法計算石油安全評價指標(biāo)權(quán)重及綜合權(quán)重值

(三)灰色聚類分析確定石油安全模糊評價權(quán)矩陣

1．石油安全評價指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣的構(gòu)建

將表4中的石油安全原始指標(biāo)數(shù)據(jù)，記為指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣 X=(xij)m×n(1≤i≤m;1≤j≤n;m=1，2，…，15;n=1，2，…，10)。

2．石油安全評價等級的確定

將中國石油安全等級劃分為5個灰類，分別為:A級、B級、C級、D級、E級，代表的安全程度分別為:安全，較安全，一般，較危險，危險。各指標(biāo)分類的劃分如表2。

3．石油安全評價灰類的確定

石油安全評價灰類是在石油安全評價等級的基礎(chǔ)上運用白化權(quán)函數(shù)確定的?！?(i=1，2，3，…，15;k=1，2，3，4，5)為典型的白化權(quán)函數(shù)，其中·)的轉(zhuǎn)折點。因此，典型的白化權(quán)函數(shù)就記為2)，4)］。在此定義下，xi指標(biāo)的k子類白化權(quán)函數(shù)對·)(i=1，2，3，…，15;k=1，2，3，4，5)的具體形式如下:

以石油儲采比評價指標(biāo)為例，構(gòu)造的白化權(quán)函數(shù)具體表達式為:

其余指標(biāo)白化權(quán)函數(shù)亦可同樣獲得。

4．灰色統(tǒng)計數(shù)及模糊評價權(quán)矩陣的確定

將石油安全評價指標(biāo)數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)m×n各個數(shù)據(jù)帶入到相應(yīng)的白化權(quán)函數(shù)中，運用式(8)計算得出各指標(biāo)的灰色統(tǒng)計數(shù)，見表7。然后，根據(jù)表7中的灰色統(tǒng)計數(shù)及式(9)，可得出石油安全模糊評價權(quán)矩陣R。

表7 石油安全評價指標(biāo)灰色統(tǒng)計數(shù)

(四)運用模糊評價法計算得出最終評價結(jié)果

根據(jù)模糊評價矩陣 C=［C1，C2，C3，C4，C5］=·R，計算并進行歸一化處理得出石油安全模糊評價矩陣 C=［0.068 5 0.128 8 0.554 6 0.175 4 0.0727］。將1996—2017年石油安全評價指標(biāo)標(biāo)準化數(shù)據(jù)與石油安全等級灰色統(tǒng)計數(shù)相乘，并進行歸一化處理，由最大隸屬度原則可得出1996—2017年中國石油安全狀態(tài)，見表8。

由表8看出，1996—2017年間中國石油安全程度處于波動狀態(tài)。1996—2013年石油安全狀態(tài)逐漸下降，在這期間隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，石油需求增長速度加快，石油供需缺口逐漸擴大，對外依存度逐年上升，油價不斷攀升，2014年國際油價一直居高不下，油價在110美元/桶左右徘徊，地緣政治風(fēng)險不斷惡化，生態(tài)環(huán)境也沒有得到很好的改善。2014年后，國際油價大幅度降低，由110多美元/桶降到50～70美元/桶，至今一直處于低價徘徊狀態(tài)，對石油上游產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生很大影響，但進口成本相對下降。近年來中國石油對外依存度一直居高不下，2017年中國石油對外依存度達到67.4%，對于中國來講石油安全主要是石油的供給安全問題，因此油價對于中國石油安全的影響是比較大的，相對于2014年以前的高油價時代，2014年后的低油價時期，我國海外的石油供應(yīng)地區(qū)和渠道都有所增加，因此我國的石油安全形勢有所放緩。由于中國經(jīng)濟發(fā)展步入了新常態(tài)，石油消費增速趨緩，更加注重能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，推進能源綠色低碳發(fā)展，因此，2014—2017年石油安全狀態(tài)呈現(xiàn)“一般”狀態(tài)。

表8 1996—2017年中國石油安全等級

五、余論

本文重點是將四元集成及熵技術(shù)模型應(yīng)用到中國石油安全評價，這只是作了一個大膽的嘗試，為我國石油安全評價提供一條新的研究思路和方法。隨著我國石油工業(yè)的不斷發(fā)展，構(gòu)建的石油安全評價指標(biāo)體系也有待于進一步完善和發(fā)展，愿本文中應(yīng)用的思路與相關(guān)研究能夠為該領(lǐng)域的進一步研究提供一定的借鑒。

本文研究基于的數(shù)據(jù)是1996—2017年，2018年的中美貿(mào)易戰(zhàn)對中國石油安全也帶來了影響，后期筆者將做進一步的研究。