基于ISM模型的煤层气电厂项目风险因素分析

冀巨海，梁微

（太原理工大学经济管理学院，山西太原030024）

煤层气俗称 “瓦斯”（CBM），其主要成分是CH4（甲烷），与煤炭伴生、以吸附状态储存于煤层内的非常规天然气，热值是通用煤的2～5倍。1立方米纯煤层气的热值相当于1．13 kg汽油、1．21 kg标准煤，其热值与天然气相当，可以与天然气混输混用，而且燃烧后很洁净，几乎不产生任何废气，是上好的工业、化工、发电和居民的生活燃料，是宝贵的能源资源。［1］

中国每年在采煤的同时排放的煤层气在130亿立方米以上，合理抽放的量应可达到35亿立方米左右，除去现已利用部分，每年仍有30亿立方米左右的剩余量，加上地面钻井开采的煤层气50亿立方米，可利用的总量达80亿立方米，约折合标煤1000万吨。如用于发电，每年可发电近300亿千瓦时。由于过去除了供暖外没有找到合理的利用手段，未能充分利用，所以，抽放瓦斯绝大部分仍然排入大气，花去了费用，浪费了资源，污染了环境。

在国际能源局势趋紧的情况下，作为一种优质高效的清洁能源，煤层气的大规模开发利用前景诱人。煤层气的开发利用具有一举多得的功效：提高瓦斯事故防范水平，具有安全效应；有效减排温室气体，产生良好的环保效应；作为一种高效、洁净能源，产生巨大的经济效益。如果把煤层气利用起来，用于发电燃料，使其成为一种热值高的洁净能源和重要原料，开发利用的市场前景十分广阔。大力开发煤层气为燃料的火电厂同时也是山西省在 “十二五”期间围绕发展循环经济而大力支持和鼓励的项目。

一、ISM模型

（一）ISM简介

解释结构模型［2］（Interpretative Structural Modeling简称ISM）是美国J．华费尔特教授于1973年作为分析复杂的社会经济系统有关问题的一种方法而开发的。其特点是把复杂的系统分解为若干子系统 （要素），将这些子系统 （要素）之间的零乱的、复杂的关系 （包括单向或双向的因果关系、大小关系、排斥关系、相关关系、从属关系等等）分析成清晰的多级递阶的结构模型，以提高对问题的认识和理解。

ISM的应用范围非常广泛，从能源、资源等国际性问题到地区开发、以至企事业甚至个人范围的问题等，都可以应用ISM来建立结构模型，并进行系统分析。

（二）ISM模型工作步骤

1．提出问题，通过资料的分析，实地调研和对不同层次需求的了解，归纳出影响项目的因素集，即选择构成系统要素集。记为集合s＝｛s1，s2，…，sn｝表示基本要素集合，集合s以及定义在其元素上的关系为该集合所代表的系统结构。

2．据此建立要素间的关系，并根据各要素的相关性，建立邻接矩阵和可达矩阵。

邻接矩阵描述了各个风险因素两两之间的关系，对所有要素sn讨论之间关系siRsj，即si是否与sj有关系。讨论结果应是：si与sj互有关系、si与sj互无关系、si与sj有关，但是sj与si无关、si与sj无关，但是sj与si有关。通过讨论得到n阶关系矩阵T，即：

据此建立可达矩阵，可达矩阵R是指用矩阵形式来描述有向连接图节点之间，经过一定长度的通路后可以到达的程度。其运算方法是利用邻接矩阵加上单位矩阵，并且用布尔代数运算规则经过至多（n-1）次演算，如果（T＋I）n＝（T＋I）n＋1，那么可达矩阵R＝（T＋I）n。

3．对可达矩阵进行级间划。级间划分就是根据系统中所有要素，以可达矩阵为准则，划分为不同层析。层次的划分可以便于风险管理者进行风险管理时，做到心中有一个孰轻孰重的把握，抓重点管理。在进行级间划分时要涉及到几个重要概念。可达集合：将可达矩阵第si行中所有元素为1的列对应的要素组成的集合定义为要素si的可达集，用R（si）来表示。前因集或者称先行集，将可达矩阵第si列中所以元素为1的行对应的要素组成的集合定义为要素 的前因集，用P（si）来表示。最高级要素集：R（si）∩P（si）＝R（si），则此R（si）即为最高要素集合。

根据最高集合判断条件得出集合的最高一级元素集合。然后划去可达矩阵中的相应行和列，再从剩下的可达矩阵中寻找新的最高级元素，以此类推，可以找出各级包含的最高级要素集合。各个最高级要素集合构成一个小系统，用Lk来表示。用L1，L2，…，Lk来表示从上到下的级次，则有k个级次的系统。级间划分可用πk（n）来表示。πk（n）＝ （L1，L2，…，Lk）［4］

4．建立骨架矩阵，并据此建立解释结构模型。级间划分后，每一级要素中可能存在有强关联的要素，强关联要素就是指这些要素之间互为前因，互为后果关系。根据此定义判断出L1～Lk中的强关联要素si，将其他要素减掉，只选择si为代表要素建立骨架矩阵。骨架矩阵就是一种缩减矩阵。

根据骨架矩阵作出递阶有向图，根据以上的划分结果，构成系统的解释结构模型，根据模型得出风险分析建议。

二、煤层气电厂项目风险因素的ISM模型分析

（一）确立煤层气电厂项目所面临的风险因素集

煤层气电厂项目风险因素的分析是一个复杂的过程，受很多因素的影响，这些因素有直接的，也有间接的。通过资料分析和对山西省某煤层气电厂实地调研，运用德尔菲法确立了煤层气电厂项目在立项阶段、设计阶段、施工阶段、经营阶段所面临的不同风险，同时结合煤层气电厂本身的特点，建立具体的煤层气电厂项目风险因素有：社会环境风险 （包括国家能源政策、产业政策、税收政策、环保政策）；自然风险 （包括气候变化、地质、资源供应以及不可抗力风险等）；融资及汇率风险；技术风险 （包括设备更新、设备维修）；发电成本风险；入网电价风险；原料的成本风险；排污成本风险；市场供求关系风险。这样，可以得到煤层气电厂项目风险系统的要素集s＝ ｛s1，s2，…，s9｝。本文所选取的要素及相关关系，只是一种典型的条件分析的结果，具有广泛的代表性，在具体项目应用中，还可以视项目的具体情况对风险要素进行调整。

图1 ISM工作程序的示意图

（二）建立风险结构关系的邻接和可达矩阵

1．根据风险要素建立邻接矩阵

依据上面建立的煤层气电厂项目风险因素集，通过ISM模型逐步分析风险要素之间的结构关系。煤层气电厂项目风险的9个要素构成集合s＝｛si│i＝1～n｝，n＝9。根据表1风险要素关系表，建立风险要素集合的邻接矩阵T＝ （aij）m×n，表示了不同风险要素之间的直接结构关系。根据计算机C＋＋编程求解得出下面结论。

表1 风险要素关系表

因此，可以建立邻接矩阵

2．建立可达矩阵

运用计算机软件采用邻接矩阵加上单位矩阵的布尔代数计算法，（T＋I）4＝（T＋I）5，即

用表格的形式表达为，如表2所示

表2 原始可达矩阵

（三）对可达矩阵进行级间划分

根据上文可达集、前因集、最高要素集的定义，从可达矩阵R中得到各个要素的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

根据最高级要素集的定义及上表可以找到第1级的最高级要素集有：R（s6）、R（s7）、R（s9），它们组成第1级系统L1＝ ｛s6，s7，s9｝。然后在可达矩阵中划去L1要素相对应的行和列得到第2级的可达矩阵，如下表4所示。

表4 第2级可达矩阵

依据第2级可达矩阵，再次根据最高级要素集的定义，判断第2级最高要素集有：R（s5）、R（s8），组成第2级系统L2＝ ｛s5，s8｝。同理依次得出第3级最高要素集有：R（s2）、R（s3）、R（s4），组成第3级系统L1＝｛s2，s3，s4｝。第四级系统L4＝ ｛s1｝

（四）建立骨架矩阵和结构模型

1．建立骨架矩阵

在可达矩阵中第1级系统中的s6，s7，s9是相同的，所以它们是强关联要素，选取一个为代表，这里选取s6，删除s7和s9。连同第2级、第3级、第4级要素构成缩减可达矩阵A。

表5是缩减矩阵的表格形式

表5 缩减可达矩阵

根据缩减的可达矩阵得出骨架矩阵

2．根据骨架矩阵画出递阶有向图

根据上文得出的骨架矩阵，画出风险因素分级递阶有向图以及风险因素解释结构模型，如图2、3所示。［5，6］

三、风险因素分析与管理建议

（一）风险因素分析

根据上文利用解释结构模型分析对煤层气电厂项目的风险因素进行的分析，我们可以得出以下几点解释性分析。

图2 风险因素分级递阶有向图

图3 风险因素ISM模型

1、在第1级三个要素在解释结构模型中可以组成一个回路，说明存在强关联关系。在煤层气电厂项目中，入网电价、原料成本和市场对电力的供求关系是风险管理中应该重点考虑的风险因素。第一，煤层气的价格是建设煤层气电厂的主要约束条件，电厂效益对于原材料价格变化相当敏感，所以原料成本必须要控制。第二，入网电价直接关系电厂的收益，也是重点考虑的因素。第三，对于不同工业结构的地区，电力市场供求关系也是完全不同的，重工业地区电力需求量大，用电高峰时甚至会出现电力严重短缺现象。轻工业为主的地区或者以旅游为主的城市，电力需求相对小很多，出现电力短缺局面的概率比较低。在进行风险管理时要因地制宜，具体情况具体分析。［7］

2、第2级发电成本和排污成本在风险要素中占据着重要的地位，发电成本和排污成本直接影响电厂的效益。首先，电力体制改革前，电价是政府按照发电成本加上合理利润审定，发电成本高的电厂，可以获得高电价来回收成本。但是，体制改革后，电量和电价是随行上市，竞价上网，政府不再干预。这样发电成本高的电厂项目未必能够获得高电价。再结合煤层气电厂项目本身的特点，它是利用煤层气发电，所用设备目前基本是进口内燃机，其成本远远高于一般火电厂所用的发电设备。电厂的整体装备水平的高要求势必会增加发电成本，从而影响上网电价，也制约着电厂效益。［8］

另外，基于国际、国内宏观背景和能源形势，我国政府强调和重视节约能源，促进资源的综合利用，发展低碳经济，建设节约型社会，保护生态。煤层气电厂作为环保型火电项目，它是利用瓦斯进行发电，排放物基本是无污染的，冷却水也是循环利用的。所以煤层气电厂是清洁生产的典范，是国家应该大力鼓励发展的项目。

3、第3级中自然风险不仅包括了气候、地质等条件，还包括资源供应的风险和地址选择的风险。这些风险是煤层气电厂至关重要的因素，土地使用费用，地址的远近、优劣直接影响电厂成本的高低。电厂原料瓦斯的清洁程度高，但同时也是危险程度高的原料，所以瓦斯的运输是需要很高的技术含量，成本很高。这也就成为电厂项目不得不考虑的一个重要因素。

技术风险是第3级另一项重要的风险因素，因为煤层气发电所利用的内燃机，进口设备质量远远高于国内自产的机器，所以大型的煤层气电厂基本选择国外进口的机器，这样设备的更新和改进以及维修费用是相当高的，技术风险在风险管理中是不容忽视的。

人民币汇率的变化，融资成本的增加，都会导致电厂利润减少。管理者在进行风险管理时应该考虑这个因素。

4、第4级社会环境风险包括国家的能源、税收、产业、环保各方面的政策是影响煤层气电厂项目的根本因素，也是最基本的风险因素。煤层气电厂项目不论在立项、建设、运营等哪个阶段都是以国家的基本政策为指导和依据的。所以国家的政策风险因素是风险管理必须也是首要考虑的因素。［9］

四、结论

结合解释结构模型图可以看到，要规避风险，提高其抗风险的能力，要特别注重提高项目的竞争力。第一，原料成本和入网电价直接关系到电厂的盈利，结合煤层气电厂的特点，原料成本在电厂风险管理中最基本的风险要素，而成本的高低主要体现在供应和运输成本方面，所以解决这个问题，应该把电厂选在大型煤炭基地集中的区域，与煤为邻，这样一方面保证了原料来源的稳定，另一方面也降低了运输成本。同时也使电价具有相对的竞争力；第二，发电成本降低要靠增加设备引进竞争力来控制，可以选择进口两家的设备，对其形成一定的竞争力，避免外国厂商的技术垄断；第三，对于融资风险和汇率方面的风险，很难规避，只能通过加强管理，降低成本来增加项目的竞争力和优势。［10］

本文运用系统工程的方法剖析了煤层气电厂项目风险的影响因素并建立了ISM模型，［11］通过模型的分析可以得到一个层次清楚、脉络清晰的风险系统结构，为管理者制定了一个风险框架，对管理提供一些积极的作用。这样有利于管理者理清各种风险因素内在关系，在进行风险管理时可以清楚的把握重点风险因素，从而有重点的规避风险。影响煤层气电厂项目的风险因素很多，本文选取了一部分因素进行建模，存在不足之处。所以对于风险因素的细化是要进一步完善的工作。

［1］百度百科．煤层气［EB／OL］．（2011-05-13）［2011-08-15］．http：／／baike．baidu．com／view／168605．htm．

［2］汪应洛．系统工程［M］．北京：机械工业出版社，2003：122-130．

［3］肖艳玲．系统工程理论与方法 （修订版）［M］．北京：机械工业出版社，2003：64-96．

［4］吴晓云，马大为，乔艳玲．基于精粗的武器研制风险分析的解释结构模型［J］．系统工程与电子技，2005，27（9）：1590-1593．

［5］章文杰，解武杰．ISM模型在风险结构分析中的应用［J］．商业研究，2002（2）：1-3．

［6］朱琳，吕本富．解释结构模型的简便方法［J］．系统工程与电子技术，2004，12（26）：1815-1819．

［7］刘奕辉．全面风险管理在我国发电企业管理中的应用研究 ［D］．北京：北京交通大学，2010．

［8］于晓东．火电厂建设项目风险分析和管理 ［D］．天津：天津大学，2008．

［9］张识宇．项目风险管理在风险投资项目中的应用研究［J］．管理工程学报，2002，16（z1）：241-243．

［10］刘仁辉，安实．项目风险识别量化方法研究［J］．中国管理科学，2007，15（10）：241-243．

［11］李韩房，谭福忠．电力市场环境下基于解释结构模型的发电企业风险结构分析 ［J］．电网技术，2007，13（31）：60-63．