基于ISM模型的煤層氣電廠項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素分析

冀巨海，梁微

（太原理工大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山西太原030024）

煤層氣俗稱 “瓦斯”（CBM），其主要成分是CH4（甲烷），與煤炭伴生、以吸附狀態(tài)儲(chǔ)存于煤層內(nèi)的非常規(guī)天然氣，熱值是通用煤的2～5倍。1立方米純煤層氣的熱值相當(dāng)于1．13 kg汽油、1．21 kg標(biāo)準(zhǔn)煤，其熱值與天然氣相當(dāng)，可以與天然氣混輸混用，而且燃燒后很潔凈，幾乎不產(chǎn)生任何廢氣，是上好的工業(yè)、化工、發(fā)電和居民的生活燃料，是寶貴的能源資源。［1］

中國每年在采煤的同時(shí)排放的煤層氣在130億立方米以上，合理抽放的量應(yīng)可達(dá)到35億立方米左右，除去現(xiàn)已利用部分，每年仍有30億立方米左右的剩余量，加上地面鉆井開采的煤層氣50億立方米，可利用的總量達(dá)80億立方米，約折合標(biāo)煤1000萬噸。如用于發(fā)電，每年可發(fā)電近300億千瓦時(shí)。由于過去除了供暖外沒有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯絕大部分仍然排入大氣，花去了費(fèi)用，浪費(fèi)了資源，污染了環(huán)境。

在國際能源局勢趨緊的情況下，作為一種優(yōu)質(zhì)高效的清潔能源，煤層氣的大規(guī)模開發(fā)利用前景誘人。煤層氣的開發(fā)利用具有一舉多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效應(yīng)；有效減排溫室氣體，產(chǎn)生良好的環(huán)保效應(yīng)；作為一種高效、潔凈能源，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。如果把煤層氣利用起來，用于發(fā)電燃料，使其成為一種熱值高的潔凈能源和重要原料，開發(fā)利用的市場前景十分廣闊。大力開發(fā)煤層氣為燃料的火電廠同時(shí)也是山西省在 “十二五”期間圍繞發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)而大力支持和鼓勵(lì)的項(xiàng)目。

一、ISM模型

（一）ISM簡介

解釋結(jié)構(gòu)模型［2］（Interpretative Structural Modeling簡稱ISM）是美國J．華費(fèi)爾特教授于1973年作為分析復(fù)雜的社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)有關(guān)問題的一種方法而開發(fā)的。其特點(diǎn)是把復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng) （要素），將這些子系統(tǒng) （要素）之間的零亂的、復(fù)雜的關(guān)系 （包括單向或雙向的因果關(guān)系、大小關(guān)系、排斥關(guān)系、相關(guān)關(guān)系、從屬關(guān)系等等）分析成清晰的多級(jí)遞階的結(jié)構(gòu)模型，以提高對問題的認(rèn)識(shí)和理解。

ISM的應(yīng)用范圍非常廣泛，從能源、資源等國際性問題到地區(qū)開發(fā)、以至企事業(yè)甚至個(gè)人范圍的問題等，都可以應(yīng)用ISM來建立結(jié)構(gòu)模型，并進(jìn)行系統(tǒng)分析。

（二）ISM模型工作步驟

1．提出問題，通過資料的分析，實(shí)地調(diào)研和對不同層次需求的了解，歸納出影響項(xiàng)目的因素集，即選擇構(gòu)成系統(tǒng)要素集。記為集合s＝｛s1，s2，…，sn｝表示基本要素集合，集合s以及定義在其元素上的關(guān)系為該集合所代表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2．據(jù)此建立要素間的關(guān)系，并根據(jù)各要素的相關(guān)性，建立鄰接矩陣和可達(dá)矩陣。

鄰接矩陣描述了各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素兩兩之間的關(guān)系，對所有要素sn討論之間關(guān)系siRsj，即si是否與sj有關(guān)系。討論結(jié)果應(yīng)是：si與sj互有關(guān)系、si與sj互無關(guān)系、si與sj有關(guān)，但是sj與si無關(guān)、si與sj無關(guān)，但是sj與si有關(guān)。通過討論得到n階關(guān)系矩陣T，即：

據(jù)此建立可達(dá)矩陣，可達(dá)矩陣R是指用矩陣形式來描述有向連接圖節(jié)點(diǎn)之間，經(jīng)過一定長度的通路后可以到達(dá)的程度。其運(yùn)算方法是利用鄰接矩陣加上單位矩陣，并且用布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則經(jīng)過至多（n-1）次演算，如果（T＋I(xiàn)）n＝（T＋I(xiàn)）n＋1，那么可達(dá)矩陣R＝（T＋I(xiàn)）n。

3．對可達(dá)矩陣進(jìn)行級(jí)間劃。級(jí)間劃分就是根據(jù)系統(tǒng)中所有要素，以可達(dá)矩陣為準(zhǔn)則，劃分為不同層析。層次的劃分可以便于風(fēng)險(xiǎn)管理者進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理時(shí)，做到心中有一個(gè)孰輕孰重的把握，抓重點(diǎn)管理。在進(jìn)行級(jí)間劃分時(shí)要涉及到幾個(gè)重要概念?？蛇_(dá)集合：將可達(dá)矩陣第si行中所有元素為1的列對應(yīng)的要素組成的集合定義為要素si的可達(dá)集，用R（si）來表示。前因集或者稱先行集，將可達(dá)矩陣第si列中所以元素為1的行對應(yīng)的要素組成的集合定義為要素 的前因集，用P（si）來表示。最高級(jí)要素集：R（si）∩P（si）＝R（si），則此R（si）即為最高要素集合。

根據(jù)最高集合判斷條件得出集合的最高一級(jí)元素集合。然后劃去可達(dá)矩陣中的相應(yīng)行和列，再從剩下的可達(dá)矩陣中尋找新的最高級(jí)元素，以此類推，可以找出各級(jí)包含的最高級(jí)要素集合。各個(gè)最高級(jí)要素集合構(gòu)成一個(gè)小系統(tǒng)，用Lk來表示。用L1，L2，…，Lk來表示從上到下的級(jí)次，則有k個(gè)級(jí)次的系統(tǒng)。級(jí)間劃分可用πk（n）來表示。πk（n）＝ （L1，L2，…，Lk）［4］

4．建立骨架矩陣，并據(jù)此建立解釋結(jié)構(gòu)模型。級(jí)間劃分后，每一級(jí)要素中可能存在有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的要素，強(qiáng)關(guān)聯(lián)要素就是指這些要素之間互為前因，互為后果關(guān)系。根據(jù)此定義判斷出L1～Lk中的強(qiáng)關(guān)聯(lián)要素si，將其他要素減掉，只選擇si為代表要素建立骨架矩陣。骨架矩陣就是一種縮減矩陣。

根據(jù)骨架矩陣作出遞階有向圖，根據(jù)以上的劃分結(jié)果，構(gòu)成系統(tǒng)的解釋結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)模型得出風(fēng)險(xiǎn)分析建議。

二、煤層氣電廠項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素的ISM模型分析

（一）確立煤層氣電廠項(xiàng)目所面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素集

煤層氣電廠項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素的分析是一個(gè)復(fù)雜的過程，受很多因素的影響，這些因素有直接的，也有間接的。通過資料分析和對山西省某煤層氣電廠實(shí)地調(diào)研，運(yùn)用德爾菲法確立了煤層氣電廠項(xiàng)目在立項(xiàng)階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段、經(jīng)營階段所面臨的不同風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)結(jié)合煤層氣電廠本身的特點(diǎn)，建立具體的煤層氣電廠項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素有：社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn) （包括國家能源政策、產(chǎn)業(yè)政策、稅收政策、環(huán)保政策）；自然風(fēng)險(xiǎn) （包括氣候變化、地質(zhì)、資源供應(yīng)以及不可抗力風(fēng)險(xiǎn)等）；融資及匯率風(fēng)險(xiǎn)；技術(shù)風(fēng)險(xiǎn) （包括設(shè)備更新、設(shè)備維修）；發(fā)電成本風(fēng)險(xiǎn)；入網(wǎng)電價(jià)風(fēng)險(xiǎn)；原料的成本風(fēng)險(xiǎn)；排污成本風(fēng)險(xiǎn)；市場供求關(guān)系風(fēng)險(xiǎn)。這樣，可以得到煤層氣電廠項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)的要素集s＝ ｛s1，s2，…，s9｝。本文所選取的要素及相關(guān)關(guān)系，只是一種典型的條件分析的結(jié)果，具有廣泛的代表性，在具體項(xiàng)目應(yīng)用中，還可以視項(xiàng)目的具體情況對風(fēng)險(xiǎn)要素進(jìn)行調(diào)整。

圖1 ISM工作程序的示意圖

（二）建立風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)關(guān)系的鄰接和可達(dá)矩陣

1．根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)要素建立鄰接矩陣

依據(jù)上面建立的煤層氣電廠項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素集，通過ISM模型逐步分析風(fēng)險(xiǎn)要素之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。煤層氣電廠項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的9個(gè)要素構(gòu)成集合s＝｛si│i＝1～n｝，n＝9。根據(jù)表1風(fēng)險(xiǎn)要素關(guān)系表，建立風(fēng)險(xiǎn)要素集合的鄰接矩陣T＝ （aij）m×n，表示了不同風(fēng)險(xiǎn)要素之間的直接結(jié)構(gòu)關(guān)系。根據(jù)計(jì)算機(jī)C＋＋編程求解得出下面結(jié)論。

表1 風(fēng)險(xiǎn)要素關(guān)系表

因此，可以建立鄰接矩陣

2．建立可達(dá)矩陣

運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件采用鄰接矩陣加上單位矩陣的布爾代數(shù)計(jì)算法，（T＋I(xiàn)）4＝（T＋I(xiàn)）5，即

用表格的形式表達(dá)為，如表2所示

表2 原始可達(dá)矩陣

（三）對可達(dá)矩陣進(jìn)行級(jí)間劃分

根據(jù)上文可達(dá)集、前因集、最高要素集的定義，從可達(dá)矩陣R中得到各個(gè)要素的R（si）、P（si）以及R（si）∩P（si）＝R（si），如下表所示。

表3 R（si）、P（si）、R（si）∩P（si）算成表

根據(jù)最高級(jí)要素集的定義及上表可以找到第1級(jí)的最高級(jí)要素集有：R（s6）、R（s7）、R（s9），它們組成第1級(jí)系統(tǒng)L1＝ ｛s6，s7，s9｝。然后在可達(dá)矩陣中劃去L1要素相對應(yīng)的行和列得到第2級(jí)的可達(dá)矩陣，如下表4所示。

表4 第2級(jí)可達(dá)矩陣

依據(jù)第2級(jí)可達(dá)矩陣，再次根據(jù)最高級(jí)要素集的定義，判斷第2級(jí)最高要素集有：R（s5）、R（s8），組成第2級(jí)系統(tǒng)L2＝ ｛s5，s8｝。同理依次得出第3級(jí)最高要素集有：R（s2）、R（s3）、R（s4），組成第3級(jí)系統(tǒng)L1＝｛s2，s3，s4｝。第四級(jí)系統(tǒng)L4＝ ｛s1｝

（四）建立骨架矩陣和結(jié)構(gòu)模型

1．建立骨架矩陣

在可達(dá)矩陣中第1級(jí)系統(tǒng)中的s6，s7，s9是相同的，所以它們是強(qiáng)關(guān)聯(lián)要素，選取一個(gè)為代表，這里選取s6，刪除s7和s9。連同第2級(jí)、第3級(jí)、第4級(jí)要素構(gòu)成縮減可達(dá)矩陣A。

表5是縮減矩陣的表格形式

表5 縮減可達(dá)矩陣

根據(jù)縮減的可達(dá)矩陣得出骨架矩陣

2．根據(jù)骨架矩陣畫出遞階有向圖

根據(jù)上文得出的骨架矩陣，畫出風(fēng)險(xiǎn)因素分級(jí)遞階有向圖以及風(fēng)險(xiǎn)因素解釋結(jié)構(gòu)模型，如圖2、3所示。［5，6］

三、風(fēng)險(xiǎn)因素分析與管理建議

（一）風(fēng)險(xiǎn)因素分析

根據(jù)上文利用解釋結(jié)構(gòu)模型分析對煤層氣電廠項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行的分析，我們可以得出以下幾點(diǎn)解釋性分析。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)因素分級(jí)遞階有向圖

圖3 風(fēng)險(xiǎn)因素ISM模型

1、在第1級(jí)三個(gè)要素在解釋結(jié)構(gòu)模型中可以組成一個(gè)回路，說明存在強(qiáng)關(guān)聯(lián)關(guān)系。在煤層氣電廠項(xiàng)目中，入網(wǎng)電價(jià)、原料成本和市場對電力的供求關(guān)系是風(fēng)險(xiǎn)管理中應(yīng)該重點(diǎn)考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素。第一，煤層氣的價(jià)格是建設(shè)煤層氣電廠的主要約束條件，電廠效益對于原材料價(jià)格變化相當(dāng)敏感，所以原料成本必須要控制。第二，入網(wǎng)電價(jià)直接關(guān)系電廠的收益，也是重點(diǎn)考慮的因素。第三，對于不同工業(yè)結(jié)構(gòu)的地區(qū)，電力市場供求關(guān)系也是完全不同的，重工業(yè)地區(qū)電力需求量大，用電高峰時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)電力嚴(yán)重短缺現(xiàn)象。輕工業(yè)為主的地區(qū)或者以旅游為主的城市，電力需求相對小很多，出現(xiàn)電力短缺局面的概率比較低。在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理時(shí)要因地制宜，具體情況具體分析。［7］

2、第2級(jí)發(fā)電成本和排污成本在風(fēng)險(xiǎn)要素中占據(jù)著重要的地位，發(fā)電成本和排污成本直接影響電廠的效益。首先，電力體制改革前，電價(jià)是政府按照發(fā)電成本加上合理利潤審定，發(fā)電成本高的電廠，可以獲得高電價(jià)來回收成本。但是，體制改革后，電量和電價(jià)是隨行上市，競價(jià)上網(wǎng)，政府不再干預(yù)。這樣發(fā)電成本高的電廠項(xiàng)目未必能夠獲得高電價(jià)。再結(jié)合煤層氣電廠項(xiàng)目本身的特點(diǎn)，它是利用煤層氣發(fā)電，所用設(shè)備目前基本是進(jìn)口內(nèi)燃機(jī)，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般火電廠所用的發(fā)電設(shè)備。電廠的整體裝備水平的高要求勢必會(huì)增加發(fā)電成本，從而影響上網(wǎng)電價(jià)，也制約著電廠效益。［8］

另外，基于國際、國內(nèi)宏觀背景和能源形勢，我國政府強(qiáng)調(diào)和重視節(jié)約能源，促進(jìn)資源的綜合利用，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，保護(hù)生態(tài)。煤層氣電廠作為環(huán)保型火電項(xiàng)目，它是利用瓦斯進(jìn)行發(fā)電，排放物基本是無污染的，冷卻水也是循環(huán)利用的。所以煤層氣電廠是清潔生產(chǎn)的典范，是國家應(yīng)該大力鼓勵(lì)發(fā)展的項(xiàng)目。

3、第3級(jí)中自然風(fēng)險(xiǎn)不僅包括了氣候、地質(zhì)等條件，還包括資源供應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)和地址選擇的風(fēng)險(xiǎn)。這些風(fēng)險(xiǎn)是煤層氣電廠至關(guān)重要的因素，土地使用費(fèi)用，地址的遠(yuǎn)近、優(yōu)劣直接影響電廠成本的高低。電廠原料瓦斯的清潔程度高，但同時(shí)也是危險(xiǎn)程度高的原料，所以瓦斯的運(yùn)輸是需要很高的技術(shù)含量，成本很高。這也就成為電廠項(xiàng)目不得不考慮的一個(gè)重要因素。

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)是第3級(jí)另一項(xiàng)重要的風(fēng)險(xiǎn)因素，因?yàn)槊簩託獍l(fā)電所利用的內(nèi)燃機(jī)，進(jìn)口設(shè)備質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國內(nèi)自產(chǎn)的機(jī)器，所以大型的煤層氣電廠基本選擇國外進(jìn)口的機(jī)器，這樣設(shè)備的更新和改進(jìn)以及維修費(fèi)用是相當(dāng)高的，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)在風(fēng)險(xiǎn)管理中是不容忽視的。

人民幣匯率的變化，融資成本的增加，都會(huì)導(dǎo)致電廠利潤減少。管理者在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理時(shí)應(yīng)該考慮這個(gè)因素。

4、第4級(jí)社會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)包括國家的能源、稅收、產(chǎn)業(yè)、環(huán)保各方面的政策是影響煤層氣電廠項(xiàng)目的根本因素，也是最基本的風(fēng)險(xiǎn)因素。煤層氣電廠項(xiàng)目不論在立項(xiàng)、建設(shè)、運(yùn)營等哪個(gè)階段都是以國家的基本政策為指導(dǎo)和依據(jù)的。所以國家的政策風(fēng)險(xiǎn)因素是風(fēng)險(xiǎn)管理必須也是首要考慮的因素。［9］

四、結(jié)論

結(jié)合解釋結(jié)構(gòu)模型圖可以看到，要規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，提高其抗風(fēng)險(xiǎn)的能力，要特別注重提高項(xiàng)目的競爭力。第一，原料成本和入網(wǎng)電價(jià)直接關(guān)系到電廠的盈利，結(jié)合煤層氣電廠的特點(diǎn)，原料成本在電廠風(fēng)險(xiǎn)管理中最基本的風(fēng)險(xiǎn)要素，而成本的高低主要體現(xiàn)在供應(yīng)和運(yùn)輸成本方面，所以解決這個(gè)問題，應(yīng)該把電廠選在大型煤炭基地集中的區(qū)域，與煤為鄰，這樣一方面保證了原料來源的穩(wěn)定，另一方面也降低了運(yùn)輸成本。同時(shí)也使電價(jià)具有相對的競爭力；第二，發(fā)電成本降低要靠增加設(shè)備引進(jìn)競爭力來控制，可以選擇進(jìn)口兩家的設(shè)備，對其形成一定的競爭力，避免外國廠商的技術(shù)壟斷；第三，對于融資風(fēng)險(xiǎn)和匯率方面的風(fēng)險(xiǎn)，很難規(guī)避，只能通過加強(qiáng)管理，降低成本來增加項(xiàng)目的競爭力和優(yōu)勢。［10］

本文運(yùn)用系統(tǒng)工程的方法剖析了煤層氣電廠項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的影響因素并建立了ISM模型，［11］通過模型的分析可以得到一個(gè)層次清楚、脈絡(luò)清晰的風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為管理者制定了一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)框架，對管理提供一些積極的作用。這樣有利于管理者理清各種風(fēng)險(xiǎn)因素內(nèi)在關(guān)系，在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理時(shí)可以清楚的把握重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)因素，從而有重點(diǎn)的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。影響煤層氣電廠項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)因素很多，本文選取了一部分因素進(jìn)行建模，存在不足之處。所以對于風(fēng)險(xiǎn)因素的細(xì)化是要進(jìn)一步完善的工作。

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［2］汪應(yīng)洛．系統(tǒng)工程［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：122-130．

［3］肖艷玲．系統(tǒng)工程理論與方法 （修訂版）［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：64-96．

［4］吳曉云，馬大為，喬艷玲．基于精粗的武器研制風(fēng)險(xiǎn)分析的解釋結(jié)構(gòu)模型［J］．系統(tǒng)工程與電子技，2005，27（9）：1590-1593．

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［9］張識(shí)宇．項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理在風(fēng)險(xiǎn)投資項(xiàng)目中的應(yīng)用研究［J］．管理工程學(xué)報(bào)，2002，16（z1）：241-243．

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