吕 涛，郭 庆，富 莉，王春玲

(中国矿业大学管理学院，江苏 徐州221116)

经济研究

基于熵权灰色关联法的我国石油安全评价

吕 涛，郭 庆，富 莉，王春玲

(中国矿业大学管理学院，江苏 徐州221116)

为了能够科学地评价我国石油安全的程度，结合PSR“压力-状态-响应”框架构建了我国石油安全评价指标体系，运用熵权法和灰色关联分析法对我国1993～2014年的石油安全状况进行定量评价。结果表明中国自1993年成为石油净进口国以来，影响中国石油安全的三个主要因素为石油储采比、石油对外依存度和石油储备水平；1993～2014年中国石油安全的压力整体呈增大趋势，而保障石油安全的状态指标大幅波动且有下降趋势，石油响应程度因战略石油储备水平影响表现偏差，从而导致中国石油整体处于不安全状态。

石油安全；PSR模型；指标体系；熵权；灰色关联度法

石油作为具有战略意义的经济资源，在国民经济生活中发挥着至关重要的作用[1]。中国自1993年成为石油净进口国以来，国内受产能不足和石油消费需求快速增加影响，国外受围绕争夺石油资源的国际争端影响，石油安全面临对外依存度居高不下[2]、进口高度集中且进口渠道单一[3]、缺乏完善的战略储备体系[4]及对国际原油价格缺乏影响力[5]等主要问题。正如美国兰德公司高级研究员唐斯指出的“石油将不仅是对中国施加国际政治影响的砝码，而且是中国屈从于某外国压力的脆弱来源”[6]。因此，有必要对我国石油安全进行评价，分析石油的安全程度，对我国相关部门采取措施保证石油的供应具有重要意义。

目前国内外学者对石油安全定义及石油安全指标选取及综合安全评价等方面进行了大量研究，如Ladoucette V D将石油供应安全概念定义为“在不中断经济进程的前提下以一种合理的方式和价格水平来满足能源的需求”[7]；国际能源机构(IEA)把石油供应中断量达到上年净进口量的7%定为石油安全的警戒线[8]；张华林等[9]、何贤杰等[10]、王伯安等[11]分别从石油进口国、出口国和经济学的角度阐述石油安全的内涵。Hughes提出关于能源安全描述与分析的框架[12]；Sovacool等提出衡量能源安全的指标体系[13]；张华林等从资源、进口等4个方面构建石油安全评价指标体系，运用层次分析法对中国石油安全进行评价[14]；何贤杰等[10]从资源秉赋条件、国内生产能力等4个方面设计石油安全评价指标体系，采用德尔菲法、主成分分析法选取储采比等6个指标对我国石油安全进行定量评价；李小亮等[15]根据PSR框架建立石油安全评价指标体系，运用熵值法和灰色关联法分析我国1993～2006年的石油安全趋势；李凤升等[16]选取储采比等6大主导因素作为石油安全评价指标，运用主成分分析法进行综合评价。对中国石油安全水平进行研究的文献早期以定性分析为主，关注于石油安全的某一方面。近年来，在指标选取、权重确定和综合评价计算等方面采用定量分析研究的成果逐渐增多。此外，虽然已有学者将PSR模型运用到石油安全评价指标体系构建中，但是由于因果关系考虑不周存在指标混淆的现象。基于此，本文将影响石油安全的因素按照PSR“原因-效应-响应”的逻辑思想，划分到压力、状态和响应中去，构建了我国石油安全评价指标体系。为了提高权重的精度和评价结果的科学性，利用熵权法和灰色关联分析法的集成对我国石油安全程度进行动态、客观的评价。

1 基于PSR框架的石油安全评价指标体系

PSR模型，即“压力(pressure)-状态(state)-响应(response)”模型。该模型以因果关系为基础，用压力变量来描述人类活动对环境施加的影响;用状态变量描述由压力变量所导致的环境问题的物理可测特征;用响应变量测度社会响应环境问题的程度;响应变量可直接或间接影响状态变量，三变量之间相互作用[17]。目前，PSR模型已应用于海洋生态安全评价[17]、国土资源生态安全评价[18]、矿产资源安全评价[19]等多个领域。

根据压力-状态-响应框架构建我国石油安全评价指标体系，则压力变量可表示为社会经济活动对石油安全造成的压力，该压力应包括国内需求压力和石油进口压力；状态变量表示目前国内石油资源禀赋等情况对当前及未来一段时间石油安全的影响；响应变量是指在一定程度上政府和社会为应对石油安全问题做出的响应。本文主要综合了张华林、何贤杰、李晓亮、李凤升等的研究，选取了5个压力指标，2个状态指标，2个响应指标，指标及其解释说明如表1所示。

表1 中国石油安全评价指标

注：石油消耗强度指标涉及的GDP以1993年为基期加以计算。

2 基于熵权灰色关联的我国石油安全评价

在石油安全的综合评价中，关键在于权重的精确性和科学性。灰色关联法是一种非常适合动态分析的多因素统计方法，它用灰色关联度来描述因素间关系的强弱、大小和次序：关联度越大，说明比较序列与参考序列变化的态势越一致，反之，变化态势则相悖[20]。熵值法则是利用各指标所包含信息量的大小来确定指标权重的客观赋权法[21]。为了提高评价结果的可信度，利用熵权法和灰色关联法的集成评价我国石油的安全程度。对我国石油安全评价时，先从压力、状态和响应方面评价，再进行综合评价。所采取的方法均为先运用熵权法确定指标的权重，灰色关联法计算指标的关联系数；然后通过加权累加得到关联度，即为石油安全综合评价系数。

2.1 数据来源

本文收集了从中国开始进口原油的第一年即1993～2014年共22年的数据。对于我国石油安全压力、状态和响应指标的数据，来源于《中国统计年鉴》、BP《世界能源统计年鉴》、《中国矿产资源报告》、中国海关总署、国土资源部和国家统计局网站、凤凰财经等网站，详细数值如表2所示。

表2 1993～2014年中国石油安全评价指标原始数据

注：因缺失1993年中国石油进口量，故其涉及的1993年的石油长期进口能力指数原始数据、响应指标关联度和综合安全度数据均缺失。

2.2 基于熵权灰色关联法的我国石油安全评价

2.2.1 数据标准化处理

对我国石油安全评价前进行数据标准化处理，需要统一数据的单位和量纲。经过标准化处理后数据的值在[0,1]之间。假设评价我国m年石油安全程度，包括n个评价指标，则原始数据判断矩阵为R=(Xij)m*n,(i=1,2,…m;j=1,2,…n)，其中m、n的值分别为22、9。状态、响应指标为正向指标，压力指标为逆向指标，对正逆指标分别进行标准化处理，见式(1)和式(2)。

(1)

(2)

2.2.2 确定评价指标权重

1)第j项指标的熵值ej，见式(3)。

(i=1,2,…m,j=1,2,…n)

(3)

为保证ej∈[0,1]，令pij=0时，ej=0。

2)第j项指标的权重wj，见式(4)

(4)

通过式(3)和式(4)计算的各指标权重见表3。

2.2.3 确定指标关联系数和关联度

1)计算关联系数ξij。

(i=1,2,…m;j=1,2,…n)

(5)

其中，ρ为分辨系数，0≤ρ≤1，ρ越小分辨率越大。本文取ρ=0.5。

2)计算加权关联度ri。

(6)

ri表示评价对象与最优化状态之间相互接近的程度。本文中压力变量的关联度越大表示越接近压力理想状态，反言之则为压力关联度越小代表石油安全压力越大，其余变量关联度越大说明相应石油安全度越高。我国石油安全1993～2014年的压力、状态、响应和综合安全度的计算结果如表4所示。

表3 我国石油安全评价的各指标权重

表4 1993～2014年我国石油安全压力-状态-响应-综合得分

3 评价结果分析

为更好理解我国石油安全状况，将1993～2014年我国石油安全关联度以折线图形式表示，如图1所示，具体分析如下所述。

图1 1993～2014年中国石油安全关联度折线图

1)我国石油综合安全度在小幅下降后基本呈稳定增长趋势，但整体处于不安全状态。由权重可知中国石油安全主要受压力指标影响，其次是状态指标和响应指标。结果表明：1994～2014年中国石油安全综合度数值为0.470 0～0.749 0，其中十个年份数值低于平均值0.583 2；1994～1996年石油安全综合度下降主要受压力指标和状态指标影响；1996～1999年石油综合安全走势平缓主要是响应变量和状态变量的博弈结果；1999～2006年石油综合安全度下降是压力、状态和响应变量共同下降作用的结果；2006～2014年石油综合安全度为小幅波动且略有增加，其中2010年之前综合安全度的变化幅度和三变量的变化幅度整体一致；2010～2014年石油压力虽略有增加，但受状态变量和响应程度联合增加影响，石油安全度呈小幅增加态势。

2)中国石油安全压力前期起伏较大，后期趋于平稳，整体呈逐渐增大趋势。石油消费比重、石油消耗强度、国际原油价格、石油进口集中度及石油对外依存度五项指标压力变量的权重分别为0.193 6、0.144 9、0.218 3、0.121 9和0.321 3，由此可知影响石油安全压力的指标主要为石油对外依存度和国际原油价格。纵观石油安全压力关联度走势，1993～2014年中国石油安全压力值为0.494 0～0.816 7，平均值为0.585 9，其中2000～2014年压力值均低于平均值，压力关联度后期的减小趋势表明中国石油安全压力逐渐增大：1993～1995年压力变量起伏变化主要受石油对外依存度和石油进口集中度影响；1995～1997年压力指标关联度明显下降主要由快速增加的石油对外依存度和国际原油价格上升引起；1997～2008年石油安全压力持续增加是由所占权重较大的石油对外依存度和原油价格均呈上涨态势决定，尽管期间石油进口集中度明显下降；2008～2014年虽然原油价格波动较大，但由于石油对外依存度较为平缓增加且本身权重较大，故该阶段石油安全压力表现为平稳增长趋势。2014年中国石油对外依存度高达59.6%且未来仍有增长趋势，这对降低国内石油供应压力是严峻的挑战。

3)中国石油安全状态指标波动较大，且未来有下降趋势。影响压力变量的石油储采比和石油储量替代率所占权重分别为0.786 9和0.213 1，即石油安全状态变量主要受储采比影响。计算结果显示1993～2014年中国石油状态安全度数值为0.372 0～0.966 9，2007年之前中国石油状态安全值均低于平均值0.588 3，即中国石油的安全状态整体偏差：1993～1996年和1999～2001年状态变量的直线下降是石油储采比和储量替代率同步减少的结果；1996～2014年石油状态呈不均匀增长主要是受储采比和储量替代率起伏变化影响。值得注意的是中国石油储采比虽随着勘探力度的增大而呈逐渐增加趋势，但富煤-贫油-少气的资源禀赋决定了中国石油储采比远低于世界平均水平52.5年，且石油储量替代率也呈逐渐下降趋势，中国达到石油自给的理想目标愈发困难，这对国内石油需求日益增长的中国来说是个极其危险的信号。长远来看，中国的石油资源状态将严重制约国内经济增长并影响石油安全水平。

4)中国石油安全响应程度2000年之前表现较好，其后整体呈偏差态势。该响应指标主要受石油储备天数影响。1994～2014年中国石油安全响应度数值为0.380 2～0.928 5，平均值为0.588 2，其中2000～2013年响应度均低于平均值，进而影响了石油综合安全：1994～1999年中国石油消费量相对较少，从而石油储备天数和长期石油进口能力表现相对较好，使得该阶段中国石油响应程度较高；随着国内石油需求的大量增加，中国石油战略储备体系缺失的弊端显现出来，石油储备天数明显不足导致2000～2005年中国石油响应程度处于最低点；随着中国战略石油储备基地的逐渐建成并开始注油，中国石油储备天数逐渐增加到30 d以上，但是离国际能源署规定的相当于90 d石油净进口量的战略储备量还相差甚远，一旦发生石油供应短缺等事件，现有储量无法实现国内经济活动正常运行。

综合来看，影响中国石油安全的主要因素是石油储采比、石油对外依存度、石油储备水平、国际原油价格和石油消费比重，权重分别为0.200 6、0.185 2、0.129 0、0.125 8和0.111 6，其中石油储采比、石油对外依存度和石油储备水平指标权重之和超过0.5，可视为最重要影响因素。具体到每个石油安全评价指标，则有：中国石油储采比虽略有增加，但明显低于世界平均水平52.5年，鉴于国内的自然禀赋和技术可采条件未来一段时间也不会有明显增加；石油对外依存度持续增长，且已于2008年超过国际能源署规定的50%的安全警戒线；石油战略储备体系建设起步较晚，储备天数远低于国际能源署规定的安全要求；中国缺乏国际油价话语权而使得伴随国际原油价格的居高不下增加了其购买压力；石油消耗强度和消费比重较发达国家偏低，石油储量替代率和长期进口能力相对稳定且乐观，石油进口集中度逐渐下降，这些因素很好地缓解了中国当前的石油供应压力并一定程度上提高了石油安全综合水平。但一旦石油供应出现中断等突发事件，鉴于中国目前的国内石油储采比和战略储备水平，国际原油价格、石油进口依赖(包括进口国家和运输通道、运输方式等)等不利因素将对中国石油安全形成严重威胁。

4 结 论

1)以石油安全为评价目标，基于PSR模型建立中国石油安全评价指标体系，利用熵权法和灰色关联分析法对我国石油安全程度进行客观、公正评价，有效避免了层次分析法等主观打分带来的评价误差。

2)通过对中国1993～2014年的石油安全情况进行评价，得到中国石油整体处于不安全状态，石油压力整体呈增大趋势，石油状态方面波动较大且未来呈下降态势，石油响应方面整体也偏差。其中影响石油安全的主要因素为石油储采比、石油对外依存度和石油储备水平。鉴于此，中国应在自身资源禀赋基础上努力提高石油安全水平并积极开发新能源，实现能源转型。

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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

国家自然科学基金项目“突发性能源短缺应急响应的组织体系及‘情景-应对’策略研究”资助(编号：71173218)；教育部博士点基金项目“基于分类分级供应的中国煤炭物流系统优化模型及政策研究”资助(编号：20130095110002)；中央高校基本科研业务费项目资助(编号：2014XT06)；江苏高校国际能源政策研究中心项目资助

吕涛(1974-)，男，江苏沛县人，教授，博士生导师，研究方向为能源系统转型、能源应急管理等，E-mail：lvtao74@163.com。

X937

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1004-4051(2017)05-0040-06