熵權(quán)-TOPSIS 法在海外頁巖氣資源選區(qū)中的應(yīng)用

徐鈺XU Yu；郭瑞GUO Rui

（①中海油研究總院，北京 100028；②中國(guó)海洋石油國(guó)際有限公司，北京 100101）

0 引言

與國(guó)際能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)相比①，中國(guó)天然氣消費(fèi)只占約6%[1]，遠(yuǎn)落后于國(guó)際水平24%。頁巖氣作為天然氣能源的一種，具備天然氣清潔能源的特性。受北美頁巖氣革命取得巨大成功的影響，中國(guó)對(duì)頁巖氣開發(fā)給予了足夠的重視[2]。在推進(jìn)中國(guó)頁巖氣開發(fā)蓬勃發(fā)展的同時(shí)，不應(yīng)忽視全球其他地區(qū)頁巖氣資源的開發(fā)利用[3]。在海外投資頁巖氣等非常規(guī)油氣資源，受資源國(guó)宏觀投資環(huán)境、合同條款、資源狀況等因素的影響，對(duì)各項(xiàng)因素進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)并給出客觀合理的評(píng)價(jià)結(jié)果有助于指導(dǎo)投資決策[4]。本文從定性與定量相結(jié)合的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法入手尋求適合海外頁巖氣資源選區(qū)的方法模型和相應(yīng)的理論體系，以求為海外頁巖氣資源開發(fā)取得更好的經(jīng)濟(jì)性提供支撐。

1 海外頁巖氣資源選區(qū)影響因素分析

海外頁巖氣資源開發(fā)所遇到的風(fēng)險(xiǎn)因素具有各自的特征，在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中要充分利用這些特征，使得風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別更客觀、準(zhǔn)確。通常根據(jù)其特征將風(fēng)險(xiǎn)因素劃分為不同的風(fēng)險(xiǎn)類，從不同的角度出發(fā)，風(fēng)險(xiǎn)因素的分類會(huì)有較大的差別。本文從風(fēng)險(xiǎn)來源的角度出發(fā)，將海外頁巖氣資源開發(fā)過程中常見的風(fēng)險(xiǎn)劃分為五類：經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、政治風(fēng)險(xiǎn)、地質(zhì)及資源風(fēng)險(xiǎn)、工程技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)以及內(nèi)部管理風(fēng)險(xiǎn)，如圖1 所示。本文所用的綜合評(píng)估方法將以圖1 劃分的主要風(fēng)險(xiǎn)類為基礎(chǔ)。

2 熵權(quán)-TOPSIS 評(píng)估方法

從客觀體現(xiàn)各項(xiàng)影響因素的角度出發(fā)，本文引入了熵權(quán)法對(duì)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行求解，彌補(bǔ)了主觀權(quán)重法不夠客觀的問題。在確定指標(biāo)權(quán)重后，采用理想點(diǎn)法（TOPSIS）作為評(píng)價(jià)模型，對(duì)海外頁巖氣資源區(qū)總體情況進(jìn)行評(píng)估。

2.1 熵

熵的概念來源于信息論中，即信息傳遞中信號(hào)的不確定性。

隨機(jī)事件的“熵”可定義為：

式中k 大于零，因此H 是一個(gè)大于零的恒量。H 的值與事件的不確定性成反比。顯然，0≤Pi≤1，（i=1，2，…，n）。另外，當(dāng)Pi=0 時(shí)，Pi*ln（Pi）=0。當(dāng)P1=P2=…= Pn=1/n 時(shí)，熵H取得最大值Hmax= k*ln（n），此時(shí)隨機(jī)事件具有最大的不確定性。

2.2 熵權(quán)

對(duì)于有m 個(gè)待評(píng)價(jià)對(duì)象，n 個(gè)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估問題（以下簡(jiǎn)稱（m，n）評(píng)估問題），根據(jù)評(píng)價(jià)的實(shí)際數(shù)據(jù)可得初始決策矩陣R′=（γ′ij）m×n，其中γ′ij為初始狀態(tài)值。標(biāo)準(zhǔn)化處理R′，即可得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)矩陣：

其中：效益型評(píng)估指標(biāo)（取值越大越好）處理為：

成本型評(píng)估指標(biāo)（取值越小越好）處理為：

經(jīng)過以上變換后，指標(biāo)都變得可比且正向化，有利于繼續(xù)進(jìn)行處理。在（m，n）評(píng)估問題中，第j 個(gè)評(píng)估指標(biāo)的熵Hj定義為：

熵權(quán)ωj定義為：

顯然0≤ωj≤1，且

利用熵權(quán)法可計(jì)算指標(biāo)間的客觀權(quán)重，考慮到熵權(quán)可能存在指標(biāo)權(quán)重賦權(quán)與理想存在差異的特性，本文考慮增加指標(biāo)的主觀權(quán)重，將主觀權(quán)重和熵權(quán)相結(jié)合，由此可克服客觀權(quán)重對(duì)指標(biāo)重要性的忽視，也可改善主觀定性法不夠客觀的弊端。假設(shè)主觀定性法得到的指標(biāo)權(quán)重為αj，則第j 個(gè)指標(biāo)的綜合權(quán)重為：

3 方法應(yīng)用

3.1 樣本數(shù)據(jù)和指標(biāo)選擇

為了保證國(guó)家能源安全戰(zhàn)略需要，改變中國(guó)石油公司海外常規(guī)與非常規(guī)油氣資源比例格局，需對(duì)海外非常規(guī)油氣區(qū)進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，本文選取全球頁巖氣資源最豐富的10 個(gè)地區(qū)（A、B、C、D、E、F、G、H、I、J）作為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)象，采用本研究中所提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法進(jìn)行評(píng)估。通過對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)重要性的分析并結(jié)合數(shù)據(jù)的實(shí)際情況，采用資源量、埋深、采收率、地面環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境、合同因素、政治體系、雙邊關(guān)系、員工素質(zhì)等10 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)海外頁巖氣資源區(qū)進(jìn)行評(píng)估。

資源量、埋深、采收率等指標(biāo)可根據(jù)各資源區(qū)開發(fā)潛力評(píng)估報(bào)告中的內(nèi)容整理得到。地面環(huán)境的差異是影響海外頁巖氣地面工程投資的重要因素，不同地面環(huán)境調(diào)整系數(shù)可參考石油工程建設(shè)投資參考指標(biāo)②。

合同因素包含兩方面內(nèi)容，一方面是由國(guó)家風(fēng)險(xiǎn)所引起的財(cái)稅體制的不穩(wěn)定，另一方面是合同模式以及具體條款對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響。這兩種風(fēng)險(xiǎn)都會(huì)給投資的經(jīng)濟(jì)收益帶來某種程度的不確定性。前者體現(xiàn)在國(guó)家風(fēng)險(xiǎn)中，此處重點(diǎn)評(píng)估合同模式及相關(guān)條款，分析其對(duì)經(jīng)濟(jì)收益產(chǎn)生的影響。合同條款的影響可采用合同方所得比例來反映。

基礎(chǔ)設(shè)施、宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境、政治體系、員工素質(zhì)等指標(biāo)的評(píng)估可參考世界經(jīng)濟(jì)論壇（World Economic Forum）發(fā)布的全球競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告③中的數(shù)據(jù)。該體系中的基礎(chǔ)設(shè)施、宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境、政治體系可直接對(duì)應(yīng)本文所建立的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系中，員工素質(zhì)可通過高等教育和培訓(xùn)來體現(xiàn)。

雙邊關(guān)系可根據(jù)我國(guó)是否與資源國(guó)簽訂雙邊投資協(xié)定④來量化，如果簽訂了雙邊投資協(xié)定則賦值1，否則賦值0。各指標(biāo)的取值情況如表1 所示。

表1 海外頁巖氣資源區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估初始決策矩陣

3.2 數(shù)據(jù)計(jì)算及分析

通過咨詢某石油公司項(xiàng)目評(píng)價(jià)所的專家進(jìn)行問卷調(diào)查，采用熵權(quán)和層次分析法（AHP）計(jì)算各指標(biāo)客觀及主觀權(quán)重。計(jì)算結(jié)果如表2 所示。

從表2 中可以看出，采收率的熵權(quán)最大為0.188，說明不同資源區(qū)在該指標(biāo)上取值波動(dòng)較大，該指標(biāo)對(duì)于評(píng)價(jià)資源區(qū)風(fēng)險(xiǎn)所能提供的信息量較多，但其綜合權(quán)重并不是最大的，這是由于其經(jīng)驗(yàn)權(quán)重僅為0.037，說明根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來看該指標(biāo)的重要性并不強(qiáng)。上述指標(biāo)中綜合權(quán)重較大的是資源量、基礎(chǔ)設(shè)施、宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境、合同因素、政治體系等，這也證實(shí)了資源類與非資源類指標(biāo)對(duì)海外頁巖氣區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要性，符合預(yù)期。

表2 海外頁巖氣資源區(qū)評(píng)估指標(biāo)綜合權(quán)重

得到各指標(biāo)的熵權(quán)及綜合權(quán)重以后，接下來運(yùn)用TOPSIS 法求解各方案的接近度，確定理想解與負(fù)理想解，再分別計(jì)算各資源區(qū)到理想解的距離δi*、負(fù)理想解的距離δi0以及接近度ηi。各資源區(qū)的接近度及排序結(jié)果如表3 所示。

表3 海外頁巖氣資源區(qū)的接近度及排序

接近度ηi越大，表明第i 個(gè)待評(píng)價(jià)資源區(qū)的各項(xiàng)指標(biāo)距離理想解越近，同時(shí)距離負(fù)理想解越遠(yuǎn)，資源區(qū)投資風(fēng)險(xiǎn)也越小。根據(jù)ηi的大小對(duì)10 個(gè)海外頁巖氣資源區(qū)進(jìn)行排序，就可以判斷各資源區(qū)投資風(fēng)險(xiǎn)的大小。實(shí)踐中，由于石油公司資金有限，需合理配置資金實(shí)現(xiàn)高收益的同時(shí)控制風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)本文對(duì)海外頁巖氣區(qū)選區(qū)評(píng)估方法的應(yīng)用，可為石油公司參與海外頁巖氣投資選區(qū)評(píng)估提供一定借鑒。

4 結(jié)論

我國(guó)的頁巖氣資源量豐富，分布廣泛，未來開發(fā)潛力巨大。在加快我國(guó)頁巖氣開發(fā)的同時(shí)，也應(yīng)著眼于全球其他地區(qū)的有利頁巖氣區(qū)，這也符合國(guó)家能源“走出去”的大方針。本文針對(duì)海外頁巖氣資源區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的多屬性決策特征，應(yīng)用實(shí)際數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)了熵權(quán)-TOPSIS 模型在海外頁巖氣區(qū)選區(qū)評(píng)估中的作用，得到如下結(jié)論：

①海外頁巖氣區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中各指標(biāo)的客觀權(quán)重可以采用熵權(quán)法進(jìn)行求解。熵權(quán)與熵值成反比，說明各評(píng)價(jià)對(duì)象在指標(biāo)上取值相差越大，指標(biāo)提供的可用信息就越多，權(quán)重也就越大?？紤]到熵權(quán)法確定的權(quán)重并不能體現(xiàn)出指標(biāo)實(shí)際中的重要性，故要與主觀經(jīng)驗(yàn)法確定的重要性權(quán)重相結(jié)合，得出各指標(biāo)的綜合權(quán)重，從而使得指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算結(jié)果更加科學(xué)合理。②逼近理想解的排序法（TOPSIS）可用于構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，模型可根據(jù)各指標(biāo)理想解與負(fù)理想解的接近程度，對(duì)各評(píng)價(jià)對(duì)象做出綜合排序，為海外頁巖氣資源選區(qū)問題提供了新的解決途徑。

實(shí)際工作中進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，石油公司可以在此模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)各自的發(fā)展規(guī)劃進(jìn)行針對(duì)性的分析，適當(dāng)調(diào)整評(píng)價(jià)指標(biāo)及取值，結(jié)合本文量化分析結(jié)果，從而更好的指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)決策。

注釋：

①2021 年世界能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)：石油31.2%，煤炭27.2%，天然氣24.7%，核能4.3%，水電6.9%，可再生能源5.7%。

②中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司規(guī)劃計(jì)劃部，中國(guó)石油工程造價(jià)管理中心. 石油工程建設(shè)投資參考指標(biāo)。

③資料來源：世界經(jīng)濟(jì)論壇《全球競(jìng)爭(zhēng)力報(bào)告2020-2021》。Source: World Economic Forum. The Global Competitiveness Report 2020-2021.

④資料來源：中華人民共和國(guó)商務(wù)部條約法律司。http://tfs.mofcom.gov.cn/article/Nocategory/201111/20111107819474.shtml