基于ANP-GRA-TOPSIS法的中国部分省份页岩气产业风险评价研究

皮光林，董秀成

(1.中国石化石油工程技术研究院，北京 100101；2.中国石油大学(北京)工商管理学院，北京 102249)

随着页岩气独立矿种地位确立及国家相关扶持政策的陆续出台，我国省级政府在页岩气产业发展过程中扮演的作用越来越大，纷纷独资或与央企合资成立页岩气开发公司，试图推进本省页岩气产业发展[1]。其中，重庆在2015年出台《重庆市页岩气产业发展规划(2015～2020年)》，推进页岩气全产业链集群式发展；四川制定《四川省页岩气产业发展2016年度实施计划》，组建四川页岩气勘探开发有限公司；贵州省编制了《贵州省页岩气勘查开发利用专项规划(2015～2020年)》等。受资源潜力、地质条件、开发技术等因素影响，各省在页岩气开发浪潮中的表现各异，面临的风险也各不相同。为此，本文根据我国各省页岩气产业进展情况，选取了12个页岩气勘探开发有一定进展的省份进行风险评价，以更好地引导我国页岩气产业发展。

1 页岩气产业风险评价指标体系

1.1 页岩气产业风险识别

本文综合采用流程分析法和专家咨询法对页岩气产业风险因素进行识别。首先，本文将影响页岩气产业发展因素分为内部运行和外部环境因素。其中，内部运行分析是从页岩气产业链本身出发，识别勘探、开采、运输、市场应用各流程可能的风险。在页岩气产业链上游(勘探、开采环节)，资源风险是基础性风险，技术风险、环境风险和经济风险也是重要的风险因素；在产业链中游(运输环节)，技术风险是主要的风险因素；在产业链下游(市场应用环节)，经济风险是主要的风险因素。总体上看，资源风险、技术风险、环境风险、经济风险能较好地涵盖页岩气全产业链的各类风险因素。外部环境风险指的是国内页岩气产业政策与体制风险和国际能源地缘政治风险，这两类风险将影响页岩气全产业链的发展。其次，本文通过专家咨询法分析各个环节的构成因素，结合专家的意见，保留了资源风险、技术风险、环境风险、经济风险和政策与体制风险因素，而剔除了国际能源地缘政治风险因素。其原因一方面在于国际能源地缘政治风险因素不易量化；另一方面在于国际油气价格能很好地反映国际能源地缘政治形势变化，而我国天然气价格已经跟国际燃料油和液化石油气价格挂钩，因此用天然气价格风险(属于经济风险)就能大致反映国际能源地缘政治风险变化。图1为页岩气产业风险识别流程。

1.2 页岩气产业风险评价指标体系构建

由页岩气产业风险识别可知，我国省级页岩气产业风险指标体系包括的二级指标主要有：资源风险、技术风险、经济风险、环境风险、政策与体制风险指标。在借鉴国内外学者关于能源行业风险指标体系的研究成果基础上[2-4]，根据科学性、全面性、可量化、可行性等指标体系构建原则设计出省级页岩气产业风险评价指标体系(表1)。

图1 页岩气产业风险识别流程

目标层A准则层B指标层C指标属性省级页岩气产业风险A资源风险B1技术风险B2经济风险B3环境风险B4政策与体制风险B5地质资源量C1-探明储量C2-地质条件C3-核心技术能力C4-管网设施C5-市场价格竞争力C6-市场需求程度C7-资金投入C8-水资源紧张C9+水污染C10+空气污染C11+监管体制C12-管网垄断C13+

注：指标属性为“+”，说明是正向指标，指标值越大，页岩气产业风险越大；指标属性为“-”，说明是负向指标，指标值越大，页岩气产业风险越小。

2 基于ANP-GRA-TOPSIS综合模型的建立

2.1 网络分析方法(ANP)确定指标权重

Thomas L.Satty于1996年提出了网络分析法(Analytic Network Process，ANP)，该方法考虑了复杂动态系统中各因素间的相互作用，跟层次分析法相比更加符合决策问题的实际情况[5]。页岩气产业各风险指标间存在着相互影响，因此用ANP方法确定权重更加合适。ANP方法的基本步骤如下：①构建ANP基本结构；②确定ANP超矩阵和加权超矩阵；③求极限矩阵，确定权重。

2.1.1 构建ANP基本结构

根据所研究对象的指标体系，判断各元素间相互依存的关系，构建出ANP网络结构。

2.1.2 确定ANP超矩阵和加权超矩阵

(1)

矩阵Wij的列向量是Ci中元素ei1，ei2，…，eini对Cj中元素ej1，ej2，…，ejnj的影响程度排序向量，由此可得到未加权超矩阵W，见式(2)。

(2)

此时，W需要进行归一化处理。为此，以Ps为准则，针对某个元素组Cj的相对重要性进行比较，得到如式(3)所示矩阵。将矩阵W与A相乘，可求得加权超矩阵，见式(4)。

(3)

(4)

2.1.3 求极限矩阵

(5)

2.2 基于GRA-TOPSIS法的风险评价

2.2.1 建立加权标准化矩阵

设有初始评价矩阵X=(xij)m×n，m为评价对象数，n为评价指标个数。对获得的原始数据进行无量纲化处理，公式见式(6)和式(7)。

(6)

(7)

式中，J+和J-分别为正向指标和负向指标。进行标准化处理后，得到矩阵Y=(yij)m×n。结合ANP方法确定的权重系数Wj，得到加权标准化矩阵Z=(zij)m×n，其中zij=Wjyij(j=1，2，…，n)。

2.2.2 确定正理想解和负理想解

正理想解和负理想解确定，见式(8)和式(9)。

(8)

(9)

(10)

(11)

计算各评价对象指标值与正理想解和负理想解的灰色关联系数，公式见式(12)和式(13)。

(12)

(13)

式中，ρ为分辩系数，在[0，1]中取值，通常取0.5[6]。在本文分析过程中，分辨系数也取0.5。可求得整体关联度，公式见式(14)和式(15)。

(14)

(15)

2.2.5 构造相对贴近度

对距离值和关联度进行无量纲化处理，公式见式(16)。

Ti=ti/max(ti)

(16)

综合无量纲化后的距离值和关联度，公式见式(17)和式(18)。

(17)

(18)

(19)

最后，根据相对贴近度大小对各评价对象进行优劣排序。

3 中国部分省份页岩气产业风险评价分析

3.1 页岩气产业风险指标数据搜集与计算

由于很多省份并没有发展页岩气，因此本文并不对我国所有省份进行页岩气产业风险分析。根据中国各省份页岩气资源量排名[8]、页岩气勘探开发进展情况[9]，本文选取了12个页岩气勘探开发有一定进展的省份(湖北、湖南、重庆、贵州、四川、新疆、安徽、江苏、内蒙古、云南、山西、陕西)作为页岩气风险评价省份。其中，12个省的页岩气地质资源量数据来源于国土资源部公布的《全国页岩气资源潜力调查评价》[8]；探明储量数据来源于国土资源部油气储量评审办公室公布的数据；国土资源部在进行页岩气资源评价时，根据中国页岩气地质条件(厚度、埋深、有机碳含量、含气量等)优劣，从各省优选出了180个有利区[8]，因此，本文将用各省页岩气有利区面积大小来表示各省页岩气地质条件风险高低；省级页岩气核心技术能力数据来自于中国国家知识产权局的专利检索及分析系统[10]；管网长度和管网垄断数据是根据各省天然气政府文件、相关文献和网站数据整理获得；根据国家发改委确定的我国各省天然气存量气门站价格[11]和页岩气盈亏平衡点的含税出厂价格[12]，可求出各省份页岩气市场价格竞争力；本文用天然气需求缺口(天然气消费量与生产量之差)来表示页岩气市场需求程度，各省天然气消费量和生产量数据来自于Wind数据库[13]；统计的资金投入额包括各省的政府投入及石油企业和中标企业在该省的页岩气勘探开发投入，数据来自于中国地质调查局[9]和相关网站数据；省级页岩气产业水资源紧张数据来源于世界资源研究所绘制的世界水资源风险地图集[14]；Krupnick等在分析中国页岩气产业环境风险时，选用的是现有水污染、空气污染数据[2]，本文参考他们的方法得出各省水污染和空气污染指标，数据来自于《2016中国统计年鉴》[15]；监管体制风险由监管法律、监管人员、监管标准三个方面组成，但页岩气监管法律和监管标准制定更多地属于国家层面的问题，因此本文主要考虑监管人员这一因素，用各省油气矿产勘查开采督察员的数量[16]衡量省级页岩气监管体制的完善程度。综上所述，可得到我国部分省份页岩气产业风险二级指标的原始数据(表2)。

3.2 中国部分省份页岩气产业风险评价实证分析

3.2.1 确定指标权重

在计算各指标权重前，需要判断页岩气产业各风险间相互依存的关系，确定合理的ANP网络结构。本文通过阅读大量文献，建立了各风险因素间的依赖关系，得到了页岩气产业风险评价的ANP模型(图2)。

计算ANP模型权重时，需要专家对同一层次的风险进行两两比较。为保证最终权重的科学性和合理性，本文从页岩气企业所属研究机构、石油院校、第三方研究机构中共选取12名页岩气产业专家组成评价小组。组织专家对二级指标和三级指标进行两两比较打分，打分方式采用Satty提出的9标度法，并将专家打分值的均值输入到Super Decision软件中。当构建完所有二级和三级指标的判断矩阵，并确保每个判断矩阵通过一致性检验后，本文使用Super Decision软件计算出页岩气产业风险指标(C1，C2，…，C13)的权重集合Ws=(0.01643，0.06259，0.08483，0.16247，0.01459，0.12785，0.09172，0.25168，0.03696，0.02143，0.01976，0.06154，0.04816)。

3.2.2 构建加权标准化矩阵

由于量纲不同，表2中的指标数据需要进行规范化处理。以表2里面的原始数据为基础，运用式(6)和式(7)对指标C1到C13的数据进行处理，可以得到指标规范化矩阵。根据求得的指标规范化矩阵和权重集合Ws，可求出加权标准化矩阵(表3)。

表2 中国部分省份页岩气产业风险原始数据

图2 页岩气产业风险评价的ANP模型

3.2.3 计算距离和灰色关联度

根据式(8)，可求得加权标准化矩阵的正理想解为(0.0164，0.0626，0.0848，0.1625，0.0146，0.1279，0.0917，0.2517，0.037，0.0214，0.0198，0.0615，0.0482)；根据式(9)，可求得加权标准化矩阵的负理想解为(0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0)。

根据式(16)，对求得的距离值和关联度进行无量纲化处理，结果见表4中第6～9列。

3.2.4 计算相对贴近度

表3 加权标准化矩阵

表4 评价参数

表5 相对贴近度结果

3.2.5 实证结果分析

由表5可知，我国12个省份的相对贴近度从高到低依次是：新疆>内蒙古>云南>陕西>贵州>湖南>山西>安徽>湖北>江苏>四川>重庆。在普通的评价中，相对贴近度越高的评价对象越好。但本文是将GRA-TOPSIS综合模型应用到省级页岩气产业风险评价中，因此相对贴近度越高说明风险越大。由表5可知，在我国12个省中，四川、重庆两省市页岩气产业风险的相对贴近度低于0.5，属于风险较低的省市，其中重庆页岩气产业风险最低。其他省份相对贴近度均高于0.5，页岩气产业风险相对较高。其中，新疆、内蒙古、云南等三省(区)相对贴近度均高于0.6，说明这些省份的页岩气产业风险均高于陕西、贵州、湖南、山西、安徽、湖北、江苏等省页岩气产业风险水平。

4 结论与建议

对我国省级页岩气产业进行风险评价具有重要的现实意义。本文基于ANP-GRA-TOPSIS综合模型对我国12个省份页岩气产业风险进行了实证分析。通过建立页岩气产业风险ANP模型，得到资金投入、核心技术能力、市场价格竞争力是影响省级页岩气产业发展最重要的风险指标。运用GRA-TOPSIS模型计算得出，四川省、重庆市页岩气产业风险相对较低，其原因在于这两个省(市)页岩气探明储量比较丰富、地质条件较好、资金投入较多等。与之相反，新疆、内蒙古、云南、陕西、贵州、湖南、山西、安徽、湖北以及江苏面临的页岩气产业风险相对较高。

近年来，我国页岩气产业呈现出一股“过度热情”的局面。受地质条件复杂等风险因素影响，我国页岩气产业发展遭受了一定的挫折。国家有必要制定页岩气产业风险区划，集中财力、物力、人力重点开发风险较小的区域，而不是一哄而上，以实现页岩气产业可持续发展。由省级页岩气产业风险评价结果可知，四川、重庆等省市页岩气产业风险相对较低，有利区面积较大。为此，建议国家在这些区域加快建设国家级页岩气勘查开发试验区，积极探索页岩气开发综合改革，积累页岩气开采经验，为国家层面页岩气产业发展提供借鉴和参考。其次，考虑到四川、重庆以外的其他省份页岩气探明储量没取得多少突破，建议由国家主导成立页岩气勘探基金并进行资源勘探，以最大程度降低页岩气资源勘探风险。最后，为应对资金投入、核心技术能力等指标权重较大的风险因素，建议构建全方位的金融支持体系，加强页岩气核心技术创新与转移，以推动我国页岩气产业的进一步发展。

[1] 王国起.页岩气开发热潮中的各省“家底”[J].地球，2014(9)：33-36.

[2] Krupnick A，Wang ZM，Wang YS.Environmental risks of shale gas development in China[J].Energy Policy，2014，75：117-125.

[3] 侯刚.中国生物质能风险评估与管理研究[D].西安：西北农林科技大学，2009.

[4] 郭庆勇，王凤，史惠堂.基于层次分析法的页岩气产业风险评价探讨[J].矿业安全与环保，2015，42(1)：112-115.

[5] Thomas LS.The analytic hierarchy and analytic network measurement processes：Applications to decisions under Risk[J].European Journal of Pure and Applied Mathematics，2008，1(1)：122-196.

[6] 吴祈宗.系统工程[M].北京：北京理工大学出版社，2008.

[7] 王际科，杨正丽，杜小军.基于灰色关联度——TOPSIS的县域经济社会发展综合评价研究[J].数学的实践与认识，2014，44(19)：146-154.

[8] 张大伟，李玉喜，张金川.全国页岩气资源潜力调查评价[M].北京：地质出版社，2012.

[9] 国土资源部，中国地质调查局.中国页岩气资源调查报告(2014)[R/OL].(2014-05)[2017-03-21].http：∥wenku.baidu.com/link?url=d1q-My24Hy-nn2NlGhG-2cnOPAN99rj8In_6tniZj4_7k9_j9l6PVQHlZngpRcp7H3ypj0OSMfaHTC9ThyiF0Gd4pS6UXYxYW2T1bPnmd-a.

[10] 国家知识产权局.专利检索及分析[DB/OL].(2015-12-31)[2017-3-25].http：∥www.pss-system.gov.cn/sipopublicsearch/portal/index.shtml?params=991CFE73D4DF553253D44E 119219BF31366856FF4B15222634FE161157CF765B.

[11] 国家发展和改革委员会.关于调整非居民用存量天然气价格的通知[EB/OL].(2015-02-26)[2017-03-26].http：∥www.sdpc.gov.cn/zcfb/zcfb tz/201502/t20150228_665694.html.

[12] 页岩气开发“十二五”达标难[N].中国经营报，2015-11-09(1).

[13] Wind资讯.Wind资讯金融终端数据库[DB/OL].(2016-06-20)[2017-3-28].http：∥www.wind.com.cn/NewSite/wft.html.

[14] World Resources Institute.Aqueduct water risk atlas[DB/OL].(2016-06-19)[2017-04-02].http：∥www.wri.org/applications/Maps/aqueduct-atlas/#x=-58.16&y=-1.55&s=ws!20!28!c&t=waterrisk&w=og&g=0&i=BWS-4!WSV-2!SV-2!HFO-2!DRO-4!STOR-4!GW-16!.

[15] 国家统计局.2016中国统计年鉴[J].北京：中国统计出版社，2016.

[16] 国土资源部.国土资源部聘任第五届油气矿产勘查开采督察员公告[EB/OL].(2013-12-05)[2017-04-02].http：∥www.mlr.gov.cn/zwgk/zytz/201312/t20131205_1295247.htm.

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