基于熵權(quán)灰色關(guān)聯(lián)法的我國石油安全評價(jià)

呂 濤，郭 慶，富 莉，王春玲

(中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，江蘇 徐州221116)

經(jīng)濟(jì)研究

基于熵權(quán)灰色關(guān)聯(lián)法的我國石油安全評價(jià)

呂 濤，郭 慶，富 莉，王春玲

(中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，江蘇 徐州221116)

為了能夠科學(xué)地評價(jià)我國石油安全的程度，結(jié)合PSR“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”框架構(gòu)建了我國石油安全評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法對我國1993～2014年的石油安全狀況進(jìn)行定量評價(jià)。結(jié)果表明中國自1993年成為石油凈進(jìn)口國以來，影響中國石油安全的三個主要因素為石油儲采比、石油對外依存度和石油儲備水平；1993～2014年中國石油安全的壓力整體呈增大趨勢，而保障石油安全的狀態(tài)指標(biāo)大幅波動且有下降趨勢，石油響應(yīng)程度因戰(zhàn)略石油儲備水平影響表現(xiàn)偏差，從而導(dǎo)致中國石油整體處于不安全狀態(tài)。

石油安全；PSR模型；指標(biāo)體系；熵權(quán)；灰色關(guān)聯(lián)度法

石油作為具有戰(zhàn)略意義的經(jīng)濟(jì)資源，在國民經(jīng)濟(jì)生活中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。中國自1993年成為石油凈進(jìn)口國以來，國內(nèi)受產(chǎn)能不足和石油消費(fèi)需求快速增加影響，國外受圍繞爭奪石油資源的國際爭端影響，石油安全面臨對外依存度居高不下[2]、進(jìn)口高度集中且進(jìn)口渠道單一[3]、缺乏完善的戰(zhàn)略儲備體系[4]及對國際原油價(jià)格缺乏影響力[5]等主要問題。正如美國蘭德公司高級研究員唐斯指出的“石油將不僅是對中國施加國際政治影響的砝碼，而且是中國屈從于某外國壓力的脆弱來源”[6]。因此，有必要對我國石油安全進(jìn)行評價(jià)，分析石油的安全程度，對我國相關(guān)部門采取措施保證石油的供應(yīng)具有重要意義。

目前國內(nèi)外學(xué)者對石油安全定義及石油安全指標(biāo)選取及綜合安全評價(jià)等方面進(jìn)行了大量研究，如Ladoucette V D將石油供應(yīng)安全概念定義為“在不中斷經(jīng)濟(jì)進(jìn)程的前提下以一種合理的方式和價(jià)格水平來滿足能源的需求”[7]；國際能源機(jī)構(gòu)(IEA)把石油供應(yīng)中斷量達(dá)到上年凈進(jìn)口量的7%定為石油安全的警戒線[8]；張華林等[9]、何賢杰等[10]、王伯安等[11]分別從石油進(jìn)口國、出口國和經(jīng)濟(jì)學(xué)的角度闡述石油安全的內(nèi)涵。Hughes提出關(guān)于能源安全描述與分析的框架[12]；Sovacool等提出衡量能源安全的指標(biāo)體系[13]；張華林等從資源、進(jìn)口等4個方面構(gòu)建石油安全評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用層次分析法對中國石油安全進(jìn)行評價(jià)[14]；何賢杰等[10]從資源秉賦條件、國內(nèi)生產(chǎn)能力等4個方面設(shè)計(jì)石油安全評價(jià)指標(biāo)體系，采用德爾菲法、主成分分析法選取儲采比等6個指標(biāo)對我國石油安全進(jìn)行定量評價(jià)；李小亮等[15]根據(jù)PSR框架建立石油安全評價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用熵值法和灰色關(guān)聯(lián)法分析我國1993～2006年的石油安全趨勢；李鳳升等[16]選取儲采比等6大主導(dǎo)因素作為石油安全評價(jià)指標(biāo)，運(yùn)用主成分分析法進(jìn)行綜合評價(jià)。對中國石油安全水平進(jìn)行研究的文獻(xiàn)早期以定性分析為主，關(guān)注于石油安全的某一方面。近年來，在指標(biāo)選取、權(quán)重確定和綜合評價(jià)計(jì)算等方面采用定量分析研究的成果逐漸增多。此外，雖然已有學(xué)者將PSR模型運(yùn)用到石油安全評價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建中，但是由于因果關(guān)系考慮不周存在指標(biāo)混淆的現(xiàn)象?；诖?，本文將影響石油安全的因素按照PSR“原因-效應(yīng)-響應(yīng)”的邏輯思想，劃分到壓力、狀態(tài)和響應(yīng)中去，構(gòu)建了我國石油安全評價(jià)指標(biāo)體系。為了提高權(quán)重的精度和評價(jià)結(jié)果的科學(xué)性，利用熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法的集成對我國石油安全程度進(jìn)行動態(tài)、客觀的評價(jià)。

1 基于PSR框架的石油安全評價(jià)指標(biāo)體系

PSR模型，即“壓力(pressure)-狀態(tài)(state)-響應(yīng)(response)”模型。該模型以因果關(guān)系為基礎(chǔ)，用壓力變量來描述人類活動對環(huán)境施加的影響;用狀態(tài)變量描述由壓力變量所導(dǎo)致的環(huán)境問題的物理可測特征;用響應(yīng)變量測度社會響應(yīng)環(huán)境問題的程度;響應(yīng)變量可直接或間接影響狀態(tài)變量，三變量之間相互作用[17]。目前，PSR模型已應(yīng)用于海洋生態(tài)安全評價(jià)[17]、國土資源生態(tài)安全評價(jià)[18]、礦產(chǎn)資源安全評價(jià)[19]等多個領(lǐng)域。

根據(jù)壓力-狀態(tài)-響應(yīng)框架構(gòu)建我國石油安全評價(jià)指標(biāo)體系，則壓力變量可表示為社會經(jīng)濟(jì)活動對石油安全造成的壓力，該壓力應(yīng)包括國內(nèi)需求壓力和石油進(jìn)口壓力；狀態(tài)變量表示目前國內(nèi)石油資源稟賦等情況對當(dāng)前及未來一段時(shí)間石油安全的影響；響應(yīng)變量是指在一定程度上政府和社會為應(yīng)對石油安全問題做出的響應(yīng)。本文主要綜合了張華林、何賢杰、李曉亮、李鳳升等的研究，選取了5個壓力指標(biāo)，2個狀態(tài)指標(biāo)，2個響應(yīng)指標(biāo)，指標(biāo)及其解釋說明如表1所示。

表1 中國石油安全評價(jià)指標(biāo)

注：石油消耗強(qiáng)度指標(biāo)涉及的GDP以1993年為基期加以計(jì)算。

2 基于熵權(quán)灰色關(guān)聯(lián)的我國石油安全評價(jià)

在石油安全的綜合評價(jià)中，關(guān)鍵在于權(quán)重的精確性和科學(xué)性。灰色關(guān)聯(lián)法是一種非常適合動態(tài)分析的多因素統(tǒng)計(jì)方法，它用灰色關(guān)聯(lián)度來描述因素間關(guān)系的強(qiáng)弱、大小和次序：關(guān)聯(lián)度越大，說明比較序列與參考序列變化的態(tài)勢越一致，反之，變化態(tài)勢則相悖[20]。熵值法則是利用各指標(biāo)所包含信息量的大小來確定指標(biāo)權(quán)重的客觀賦權(quán)法[21]。為了提高評價(jià)結(jié)果的可信度，利用熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)法的集成評價(jià)我國石油的安全程度。對我國石油安全評價(jià)時(shí)，先從壓力、狀態(tài)和響應(yīng)方面評價(jià)，再進(jìn)行綜合評價(jià)。所采取的方法均為先運(yùn)用熵權(quán)法確定指標(biāo)的權(quán)重，灰色關(guān)聯(lián)法計(jì)算指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)；然后通過加權(quán)累加得到關(guān)聯(lián)度，即為石油安全綜合評價(jià)系數(shù)。

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文收集了從中國開始進(jìn)口原油的第一年即1993～2014年共22年的數(shù)據(jù)。對于我國石油安全壓力、狀態(tài)和響應(yīng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，來源于《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、BP《世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國礦產(chǎn)資源報(bào)告》、中國海關(guān)總署、國土資源部和國家統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站、鳳凰財(cái)經(jīng)等網(wǎng)站，詳細(xì)數(shù)值如表2所示。

表2 1993～2014年中國石油安全評價(jià)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)

注：因缺失1993年中國石油進(jìn)口量，故其涉及的1993年的石油長期進(jìn)口能力指數(shù)原始數(shù)據(jù)、響應(yīng)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度和綜合安全度數(shù)據(jù)均缺失。

2.2 基于熵權(quán)灰色關(guān)聯(lián)法的我國石油安全評價(jià)

2.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

對我國石油安全評價(jià)前進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，需要統(tǒng)一數(shù)據(jù)的單位和量綱。經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理后數(shù)據(jù)的值在[0,1]之間。假設(shè)評價(jià)我國m年石油安全程度，包括n個評價(jià)指標(biāo)，則原始數(shù)據(jù)判斷矩陣為R=(Xij)m*n,(i=1,2,…m;j=1,2,…n)，其中m、n的值分別為22、9。狀態(tài)、響應(yīng)指標(biāo)為正向指標(biāo)，壓力指標(biāo)為逆向指標(biāo)，對正逆指標(biāo)分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，見式(1)和式(2)。

(1)

(2)

2.2.2 確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重

1)第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值ej，見式(3)。

(i=1,2,…m,j=1,2,…n)

(3)

為保證ej∈[0,1]，令pij=0時(shí)，ej=0。

2)第j項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重wj，見式(4)

(4)

通過式(3)和式(4)計(jì)算的各指標(biāo)權(quán)重見表3。

2.2.3 確定指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度

1)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)ξij。

(i=1,2,…m;j=1,2,…n)

(5)

其中，ρ為分辨系數(shù)，0≤ρ≤1，ρ越小分辨率越大。本文取ρ=0.5。

2)計(jì)算加權(quán)關(guān)聯(lián)度ri。

(6)

ri表示評價(jià)對象與最優(yōu)化狀態(tài)之間相互接近的程度。本文中壓力變量的關(guān)聯(lián)度越大表示越接近壓力理想狀態(tài)，反言之則為壓力關(guān)聯(lián)度越小代表石油安全壓力越大，其余變量關(guān)聯(lián)度越大說明相應(yīng)石油安全度越高。我國石油安全1993～2014年的壓力、狀態(tài)、響應(yīng)和綜合安全度的計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表3 我國石油安全評價(jià)的各指標(biāo)權(quán)重

表4 1993～2014年我國石油安全壓力-狀態(tài)-響應(yīng)-綜合得分

3 評價(jià)結(jié)果分析

為更好理解我國石油安全狀況，將1993～2014年我國石油安全關(guān)聯(lián)度以折線圖形式表示，如圖1所示，具體分析如下所述。

圖1 1993～2014年中國石油安全關(guān)聯(lián)度折線圖

1)我國石油綜合安全度在小幅下降后基本呈穩(wěn)定增長趨勢，但整體處于不安全狀態(tài)。由權(quán)重可知中國石油安全主要受壓力指標(biāo)影響，其次是狀態(tài)指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)。結(jié)果表明：1994～2014年中國石油安全綜合度數(shù)值為0.470 0～0.749 0，其中十個年份數(shù)值低于平均值0.583 2；1994～1996年石油安全綜合度下降主要受壓力指標(biāo)和狀態(tài)指標(biāo)影響；1996～1999年石油綜合安全走勢平緩主要是響應(yīng)變量和狀態(tài)變量的博弈結(jié)果；1999～2006年石油綜合安全度下降是壓力、狀態(tài)和響應(yīng)變量共同下降作用的結(jié)果；2006～2014年石油綜合安全度為小幅波動且略有增加，其中2010年之前綜合安全度的變化幅度和三變量的變化幅度整體一致；2010～2014年石油壓力雖略有增加，但受狀態(tài)變量和響應(yīng)程度聯(lián)合增加影響，石油安全度呈小幅增加態(tài)勢。

2)中國石油安全壓力前期起伏較大，后期趨于平穩(wěn)，整體呈逐漸增大趨勢。石油消費(fèi)比重、石油消耗強(qiáng)度、國際原油價(jià)格、石油進(jìn)口集中度及石油對外依存度五項(xiàng)指標(biāo)壓力變量的權(quán)重分別為0.193 6、0.144 9、0.218 3、0.121 9和0.321 3，由此可知影響石油安全壓力的指標(biāo)主要為石油對外依存度和國際原油價(jià)格。縱觀石油安全壓力關(guān)聯(lián)度走勢，1993～2014年中國石油安全壓力值為0.494 0～0.816 7，平均值為0.585 9，其中2000～2014年壓力值均低于平均值，壓力關(guān)聯(lián)度后期的減小趨勢表明中國石油安全壓力逐漸增大：1993～1995年壓力變量起伏變化主要受石油對外依存度和石油進(jìn)口集中度影響；1995～1997年壓力指標(biāo)關(guān)聯(lián)度明顯下降主要由快速增加的石油對外依存度和國際原油價(jià)格上升引起；1997～2008年石油安全壓力持續(xù)增加是由所占權(quán)重較大的石油對外依存度和原油價(jià)格均呈上漲態(tài)勢決定，盡管期間石油進(jìn)口集中度明顯下降；2008～2014年雖然原油價(jià)格波動較大，但由于石油對外依存度較為平緩增加且本身權(quán)重較大，故該階段石油安全壓力表現(xiàn)為平穩(wěn)增長趨勢。2014年中國石油對外依存度高達(dá)59.6%且未來仍有增長趨勢，這對降低國內(nèi)石油供應(yīng)壓力是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3)中國石油安全狀態(tài)指標(biāo)波動較大，且未來有下降趨勢。影響壓力變量的石油儲采比和石油儲量替代率所占權(quán)重分別為0.786 9和0.213 1，即石油安全狀態(tài)變量主要受儲采比影響。計(jì)算結(jié)果顯示1993～2014年中國石油狀態(tài)安全度數(shù)值為0.372 0～0.966 9，2007年之前中國石油狀態(tài)安全值均低于平均值0.588 3，即中國石油的安全狀態(tài)整體偏差：1993～1996年和1999～2001年?duì)顟B(tài)變量的直線下降是石油儲采比和儲量替代率同步減少的結(jié)果；1996～2014年石油狀態(tài)呈不均勻增長主要是受儲采比和儲量替代率起伏變化影響。值得注意的是中國石油儲采比雖隨著勘探力度的增大而呈逐漸增加趨勢，但富煤-貧油-少氣的資源稟賦決定了中國石油儲采比遠(yuǎn)低于世界平均水平52.5年，且石油儲量替代率也呈逐漸下降趨勢，中國達(dá)到石油自給的理想目標(biāo)愈發(fā)困難，這對國內(nèi)石油需求日益增長的中國來說是個極其危險(xiǎn)的信號。長遠(yuǎn)來看，中國的石油資源狀態(tài)將嚴(yán)重制約國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增長并影響石油安全水平。

4)中國石油安全響應(yīng)程度2000年之前表現(xiàn)較好，其后整體呈偏差態(tài)勢。該響應(yīng)指標(biāo)主要受石油儲備天數(shù)影響。1994～2014年中國石油安全響應(yīng)度數(shù)值為0.380 2～0.928 5，平均值為0.588 2，其中2000～2013年響應(yīng)度均低于平均值，進(jìn)而影響了石油綜合安全：1994～1999年中國石油消費(fèi)量相對較少，從而石油儲備天數(shù)和長期石油進(jìn)口能力表現(xiàn)相對較好，使得該階段中國石油響應(yīng)程度較高；隨著國內(nèi)石油需求的大量增加，中國石油戰(zhàn)略儲備體系缺失的弊端顯現(xiàn)出來，石油儲備天數(shù)明顯不足導(dǎo)致2000～2005年中國石油響應(yīng)程度處于最低點(diǎn)；隨著中國戰(zhàn)略石油儲備基地的逐漸建成并開始注油，中國石油儲備天數(shù)逐漸增加到30 d以上，但是離國際能源署規(guī)定的相當(dāng)于90 d石油凈進(jìn)口量的戰(zhàn)略儲備量還相差甚遠(yuǎn)，一旦發(fā)生石油供應(yīng)短缺等事件，現(xiàn)有儲量無法實(shí)現(xiàn)國內(nèi)經(jīng)濟(jì)活動正常運(yùn)行。

綜合來看，影響中國石油安全的主要因素是石油儲采比、石油對外依存度、石油儲備水平、國際原油價(jià)格和石油消費(fèi)比重，權(quán)重分別為0.200 6、0.185 2、0.129 0、0.125 8和0.111 6，其中石油儲采比、石油對外依存度和石油儲備水平指標(biāo)權(quán)重之和超過0.5，可視為最重要影響因素。具體到每個石油安全評價(jià)指標(biāo)，則有：中國石油儲采比雖略有增加，但明顯低于世界平均水平52.5年，鑒于國內(nèi)的自然稟賦和技術(shù)可采條件未來一段時(shí)間也不會有明顯增加；石油對外依存度持續(xù)增長，且已于2008年超過國際能源署規(guī)定的50%的安全警戒線；石油戰(zhàn)略儲備體系建設(shè)起步較晚，儲備天數(shù)遠(yuǎn)低于國際能源署規(guī)定的安全要求；中國缺乏國際油價(jià)話語權(quán)而使得伴隨國際原油價(jià)格的居高不下增加了其購買壓力；石油消耗強(qiáng)度和消費(fèi)比重較發(fā)達(dá)國家偏低，石油儲量替代率和長期進(jìn)口能力相對穩(wěn)定且樂觀，石油進(jìn)口集中度逐漸下降，這些因素很好地緩解了中國當(dāng)前的石油供應(yīng)壓力并一定程度上提高了石油安全綜合水平。但一旦石油供應(yīng)出現(xiàn)中斷等突發(fā)事件，鑒于中國目前的國內(nèi)石油儲采比和戰(zhàn)略儲備水平，國際原油價(jià)格、石油進(jìn)口依賴(包括進(jìn)口國家和運(yùn)輸通道、運(yùn)輸方式等)等不利因素將對中國石油安全形成嚴(yán)重威脅。

4 結(jié) 論

1)以石油安全為評價(jià)目標(biāo)，基于PSR模型建立中國石油安全評價(jià)指標(biāo)體系，利用熵權(quán)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法對我國石油安全程度進(jìn)行客觀、公正評價(jià)，有效避免了層次分析法等主觀打分帶來的評價(jià)誤差。

2)通過對中國1993～2014年的石油安全情況進(jìn)行評價(jià)，得到中國石油整體處于不安全狀態(tài)，石油壓力整體呈增大趨勢，石油狀態(tài)方面波動較大且未來呈下降態(tài)勢，石油響應(yīng)方面整體也偏差。其中影響石油安全的主要因素為石油儲采比、石油對外依存度和石油儲備水平。鑒于此，中國應(yīng)在自身資源稟賦基礎(chǔ)上努力提高石油安全水平并積極開發(fā)新能源，實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型。

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Research on evaluation of petroleum security in China based on entropy grey correlation method

LYU Tao, GUO Qing, FU Li, WANG Chunling

(School of Management, China University of Mining & Technology, Xuzhou 221116, China)

To evaluate scientifically the extent of China's oil security, the evaluation index system of China’s oil security combined with PSR framework is constructed and entropy method with grey relational analysis is used to make a quantitative evaluation on the petroleum security situation of 1993～2014 in China. The study has revealed that since China becomes a net oil importer in 1993, there are three main factors affecting the security of petroleum that the oil reserve-production ratio, the dependency of foreign petrol and the strategic oil reserve. Meanwhile, the pressure of oil security has gradually increased, the state of oil security have a significant volatility and a decline trend, and the response of the society influenced by the level of strategic reserve is worse than other countries, which result in the China petroleum in a state of insecurity.

petroleum security; PSR model; index system；entropy weight; grey correlation method

2016-12-17

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“突發(fā)性能源短缺應(yīng)急響應(yīng)的組織體系及‘情景-應(yīng)對’策略研究”資助(編號：71173218)；教育部博士點(diǎn)基金項(xiàng)目“基于分類分級供應(yīng)的中國煤炭物流系統(tǒng)優(yōu)化模型及政策研究”資助(編號：20130095110002)；中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目資助(編號：2014XT06)；江蘇高校國際能源政策研究中心項(xiàng)目資助

呂濤(1974-)，男，江蘇沛縣人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槟茉聪到y(tǒng)轉(zhuǎn)型、能源應(yīng)急管理等，E-mail：lvtao74@163.com。

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1004-4051(2017)05-0040-06