能源投入回報法與折現現金流法的關聯分析

陳英超，馮連勇，王建良

中國石油大學(北京)工商管理學院，北京102249

石油經濟

能源投入回報法與折現現金流法的關聯分析

陳英超，馮連勇*，王建良

中國石油大學(北京)工商管理學院，北京102249

能源投入回報法是一種新興的能源資源開發評價方法，區別于以貨幣為衡量標準的折現現金流法，其關注能源資源開發過程中的能量流。本文從理論和數理公式兩方面探索能源投入回報法與折現現金流法之間的關聯，并對兩者的衡量標準進行了分析，最后以大慶油田為例進行了實例研究。研究發現，僅通過折現現金流法對能源資源開發項目可行性進行的評價并不充分，從社會可持續發展的角度，社會需要源源不斷的能源供應，而折現現金流法難以保證能源資源開發能夠產出凈能源；但是側重能源的投入與產出的能源投入回報法并沒有形成具有普遍性的公認判斷標準，所以針對同一種能源資源，能源投入回報值應該作為一種輔助指標，結合折現現金流的衡量標準，共同對能源資源開發項目的可行性進行判斷。

折現現金流；能源投入回報；能源資源；開發評價；大慶油田

0 引言

目前，我國能源資源開發評價往往從經濟的視角出發。以油氣資源開發為例，經濟視角下，油氣公司是一種以油氣資源為基礎的經濟運營單位，其投資的目的在于通過油氣資源獲得更多的資本，采用的評價方法主要是折現現金流法(DCF)[1-2]，追求經濟利益的最大化。但是，隨著環保意識的增強，人們越來越意識到這種以經濟價值為衡量標準的評價方法對土地利用、水資源、碳排放、環境污染等方面考慮不足，有學者提出利用能源投入回報值(EROI)對能源資源的開發進行評價[3-5]，能源投入回報一般指能源生產單元在單位時間內提供給社會的能源量與生產過程中消耗的能源量的比值[6-7]。能源投入回報從能量的視角進行分析，仍以油氣資源開發為例，油氣公司是一種投入能量并產出能量的經營單位，其最終目的是為社會發展提供必要的凈能量[8]，以能量為衡量標準。

對能源資源開發過程的評價，經濟視角關注貨幣流，而能量視角關注能量流。目前，關于能源投入回報法的文獻主要強調與其經濟類的評價方法的差異，但是關于兩類方法相互關聯的研究很少。本文以折現現金流法(DCF)和能源投入回報法(EROI)為研究對象，從理論分析和數理公式推導兩方面探索兩者之間的關聯，推動能源投入回報法在實踐中的應用。

1 DCF與EROI的理論聯系

傳統經濟學模型以企業和家庭為兩個主體來說明兩者間的無限循環，實際上經濟活動處于自然界的開放系統中，有能量與物質的交換，既依賴于能源資源和其他資源的投入又向其排放廢棄物[9]。經濟系統是生態系統的一個子系統，生態系統既是經濟系統低熵原料的供應者又是其高熵廢物的接受者，具有增長型機制的經濟系統對自然資源需求的無限性與具有穩定型機制的生態系統對自然資源供給的有限性是經濟與生態的基本矛盾，當經濟系統的規模(流量)相對于生態系統而增長時，復雜的生態聯系就會脆弱，經濟系統的有序構架是以生態系統其余部分更多的無序性為代價而得以維持的，根據熱力學第二定律，一味強調經濟增長而不顧生態承載力顯然是不合理的[10]。從能量流動的維度來說，經濟運營活動中貨幣流的運轉必須要不斷的從外界獲得能量的流入才能得以循環，如圖1所示，在貨幣流穩定的前提下，如果從外界獲得的能源量下降，單位貨幣所實際代表的為社會提供的能源將下降[8]。這種情況下，表面貨幣流的穩定將掩蓋社會發展能源基礎衰減的事實，這就要求在進行經濟分析的時候，還需要借助新的理論和方法剖析能量流動的變化，這就反映出對能量流分析的必要性。

圖1 貨幣循環與能源回路的關系[10]Fig. 1 Relationship between monetary circulation and energy circuit

正如傅家驥等[11]所指出的，對于工業生產活動可以從物質形態與貨幣形態兩方面進行考察。從物質形態來看，工業生產活動表現為人們使用各種工具、設備，消耗一定量的能源，將各種原材料加工、轉化成所需要的產品。從貨幣形態來看，工業生產活動表現為投入一定量的資金，花費一定量的成本，通過產品銷售獲取一定量的貨幣收入。利用圖2進行闡釋，在能源資源的開發過程中，DCF關注資金的投入與產出及循環流動過程，而EROI關注能源的投入與產出及循環流動過程。能源資源尤其是油、氣、煤等化石能源，除了具有一般商品的基本屬性外，還是社會經濟發展不可缺少的根本性資源，這是一般商品所難以替代的，這要求評價時既要考慮其經濟稀缺性還要考慮其物理稀缺性。貨幣流關注能源的經濟稀缺性，能量流關注能源的物理稀缺性，兩者處于一種平衡的狀態是社會經濟系統穩定發展的前提條件。

2 DCF與EROI的模型推導

2.1 基本模型

經濟類的評價方法在實際運用中，主要以折現現金流法為主，以凈現值為例，基本公式為[1]：

其中，NPV為油氣資源的經濟價值；CI為勘探開發油氣資源期間的現金流入；C0為勘探開發油氣期間的先進流出；i0為基準折現率。

能源投入回報本質上是能源開發的產出與投入的比值[6]，公式一般形式如(2)所示，

圖2 經濟與能源視角下的能源資源開發活動Fig. 2 Energy resource exploitation in the perspective of economics and energy

其中，EROI為能源投入回報值(非特殊說明，本文EROI不包含對勞動力、環境和配套設施等因素的考慮)，和分別代表第j種能源產出與投入的值。

2.2 模型推導

針對一般能源資源開發項目，公式(1)可以展開，得

其中IN為油氣開發項目的總投資，srt為第t年的銷售收入，opt為第t年的操作成本，ext為第t年的費用，taxt為第t年的稅收。整理得：

即

當NPV0=時，有

即

利用費用年值公式把投資分攤到生產期的每一年，簡化(7)式，假設分攤到每一年的投資為in，則有：

一般利用DCF對能源資源開發進行評價時，假定評價期內能源價格不變，設為；設總的能源產出為；設工業能源強度為IEI，表示單位工業能源產值所消耗的能源，則有

胡燕等[4,5,7]提出的標準EROI的計算公式如下：

即

從理論上分析，存在以下的關系：

表1 幾種常見能源的價格Table 1 Several energy prices

表1、表2和圖3給出了幾種常見能源的價格、工業能源消耗量和增加值以及相應的α和β，不難發現，能源價格與工業能源強度的乘積一般小于1，能源成品的價格往往高于能源初級產品即αβ＜。

通過對α和β的分析，因為α＜β，那么α?DE＜β?DE ，此外因為α＜1，即

α(IEIM?IEI)＜IEIM?IEI ，從而得到

α?DE+α(IEIM?IEI)＜β?DE+IEIM?IEI

即

對(15)式分析，可得EROIstnd＞1，即當NPV=0時，EROIstnd＞1。

模型推導結果與現有文獻中對能源開發項目的EROI值相一致，同時也說明了僅通過NPV＞0判斷能源資源開發項目的可行性條件并不充分，因為EROIstnd＞1并不能表明其達到了最低能源投入回報的要求，對EROI的判斷標準的討論在第3節進行了分析。

3 衡量標準的比較

DCF對能源開發項目的衡量指標主要包括凈現值、內部收益率、動態投資回收期等，但最主要的還是凈現值。如圖4所示，DCF的分析邊界主要是“邊界1”，能源資源的開采活動是獨立于其他幾個階段的，DCF計算邊界是“能源初級產品的銷售”，產業鏈的其他環節不在能源資源開發項目的計算之內。DCF的衡量標準“NPV0＞”可以用(17)簡化表示：

表2 我國工業能源消耗量和增加值Table 2 Industrial energy consumption and added value in China

圖3 幾種能源價格與工業能源強度的乘積Fig. 3 The products of energy prices and industrial energy intensity

如圖4，EROI的衡量標準，在全面分析“邊界2”的基礎上，著重分析“邊界1”，最終得到EROI對能源資源開采活動的衡量標準，即EROI的衡量標準不僅僅著眼于能源開采這一活動，而是考慮整個能源系統的生產、加工、運輸和消費環節，其衡量標準的推導過程如下式：

圖4 DCF與EROI的分析邊界及投入產出要素Fig. 4 Research boundary and input factors of DCF and EROI

關于最小EROI的研究文獻比較少，公認的是Hall等[16]對此的分析框架。Hall等認為，石油從開采到最終用于運輸服務，整個過程的最小EROI為3，其對此的解釋為：如果想要在消費端得到并使用1單位的能源就必須在開采階段至少得到3單位的能源，其中2單位能源用于間接消耗。利用函數式表示為：

此時，系統達到臨界狀態，能源開采環節的EROI為

其中，γ表示能源開采過程消耗的能量占開采、加工、運輸、副產品和配套設施建設總能源投入的比例(1γ＜)，把(19)帶入(20)得

除了公認的Hall等對最小EROI的研究外，Fizaine等[17]在2016年8月發表了一篇關于全社會最小EROI的論文，能源支出占GDP的比例超過臨界值時就會出現經濟衰退的現象并且此后能源對經濟將起到主要作用，而在此之前能源因素對經濟的發展影響不大[18]，Fizaine等據此建立的最小EROI公式，

其中，MROI為“monetary-return-on-investment”，表示能源部門的毛利率；totalβ為能源支出占GDP比例的上限。從統計的角度，Fizaine等認為美國能源支出占GDP的比例最大為11%，而美國全社會層面最小為11。

需要特別說明的是，Hall等得到的最小EROI是3是針對“石油—交通運輸服務”，此外其分析過程的假設條件較多且并不一定準確，Hall等主要是提供了一個分析最小EROI的理論框架，并非得到了具有普遍適用性的最小EROI；Fizaine等的研究更主要的是側重于能源支出占GDP比例的臨界值，其得到的美國全社會最小值對具體能源開發項目(如石油開采項目)的可行性判斷意義有限。

綜上，DCF對項目的可行性判別標準是明確的；EROI對能源資源開發項目可行性的判斷標準并不明確，即EROI并不能作為一個獨立的指標對能源資源開發項目進行判斷，但顯而易見的是，針對同一種能源種類，在開采階段，EROI越高越好。

4 案例分析

本文以大慶油田為例分析能源投入回報法和折現現金流法的差異。大慶油田是我國最大的油田，在其56年的開采歷史中，累計產量達到22.3億t，占我國累計總產量的35.3%。1998年大慶油田進入遞減階段，2008—2014年原油產量維持4 000萬t，2015年產量下降到3 838.6萬t。

4.1 數據

大慶油田開發2001—2012年油氣產量、汽油耗量、柴油耗量、自耗油、自耗氣、電力耗量、投資、操作費用、總費用、折舊，如表3所示，通過實地調研獲得；計算折現現金流的相關參數通過文獻整理獲得，包括商品率[19-20]、增值稅率[21-22]、城市建設稅[21-22]、教育費附加[21-22]、資源稅[23-24]、所得稅[19,21,25]，如表4所示；相關能源價格從文獻中整理獲得，包括原油價格[26]、天然氣價格[13]、汽油價格[13]、柴油價格[13]、電力價格[4]，如表5所示；我國工業總產值、總耗能，如表2所示，從國家能源局網站獲得[15]。

4.2 結果及分析

為了更直接反映兩種方法計算結果的差異，本文選取了DCF法中的凈現金流(NCF，Net Cash Flow)指標代表DCF的評價結果，如圖5所示，大慶油田的凈現金流從2001年的232.8億元增長到2012年的831.4億元，年均增長率為12.3%；EROI的計算結果如圖6所示，大慶油田的能源投入回報值從2001年的10.0下降到2012年的6.2，年均遞減率為4.2%。

表3 2001—2012年大慶油田油氣產出及相關投入數據Table 3 Oil and natural gas production and inputs of Daqing oilf i eld from 2001 to 2012

表4 相關經濟評價參數Table 4 Relevant economic evaluation parameters

表5 2001—2012年相關能源價格Table 5 Relevant energy prices from 2001 to 2012

圖5 2001—2012年大慶油田的凈現金流Fig. 5 Net cash fl ow of Daqing oilf i eld from 2001 to 2012

DCF法的計算結果顯示大慶油田經營狀況趨勢良好，而EROI法計算結果與DCF的相反，表明大慶油田的凈能量產出正在逐年遞減，即表面經濟評價的良好趨勢掩蓋了實際凈能量遞減的實際情況。如果就DCF法的計算結果安排大慶油田未來的生產規劃，那么大慶油田有限責任公司很可能產生非常嚴重的資源浪費、人員閑置等問題，最終可能導致企業的動蕩。DCF法受原油價格的影響很大，帶有很大的不確定性，能源開發企業在進行經營決策的時候，除了合理的作出預期價格假設外，還應該參考EROI這種能夠反映能源資源基礎變化的相對物理性評價指標，在全面認識的基礎上進行決策。

5 結論與討論

5.1 結論

通過本文的研究，得到的結論如下：

圖6 2001—2012年大慶油田的能源投入回報值Fig. 6 EROI of Daqing oilf i eld from 2001 to 2012

能源投入回報法與折現現金流法理論關聯密切，具有同等的重要性。針對能源資源開發，折現現金流法關注其貨幣流過程，反映了能源資源的經濟稀缺性；而能源投入回報法關注其能量流過程，反映了能源資源的物理稀缺性，經濟運營活動中貨幣流的運轉必須要不斷的從外界獲得能量的流入才能得以循環，貨幣流與能量流的平衡是社會經濟系統穩定發展的前提條件，對能源資源開發的評價需要同時分析其貨幣流和能量流過程。

能源投入回報法難以獨立對能源資源開發項目進行判斷。能源投入回報法著眼于能源資源的全生命周期而落腳于能源資源的開發過程，能源投入回報的判斷標準—最小EROI，其確定所要求的數據難度很大，而現有的研究文獻對最小EROI研究不足，在沒有準確判斷標準的情況下，能源投入回報法在實踐中難以獨立地對能源資源開發項目進行評價。

能源投入回報應該作為一種輔助指標，結合折現現金流法，共同對能源資源開發項目進行判斷。當NPV=0時，EROIstnd＞1，而EROIstnd＞1并不能說明其滿足能源投入回報法的判斷標準，所以僅通過NPV＞0判斷能源資源開發項目的可行性條件并不充分，而目前對最小的研究不足，但是針對同一種能源種類，可以肯定的是EROI越高越好，所以針對同種類的能源資源，其在NPV0＞的前提下，優先開發EROI相對較大的項目。

5.2 討論

能源投入回報法能否用于能源資源開發項目的評價存在很大的爭議，主要原因在于該方法發展還很不成熟。首先，目前的標準計算方法還不能夠充分體現其理論內涵，理論上應該涵蓋的環境、勞動力和配套服務等因素難以量化測算，這很大程度上降低了該方法的理論價值和實際意義；其次，能源投入回報法對項目開發的判斷標準(最小能源投入回報值)不確定，針對開發階段的判斷標準要從整個產業鏈的角度深入分析，而關于能源開發項目這一層次的判斷標準研究，因其研究難度大故非常匱乏；最后，能源投入回報法對企業獲取經濟價值意義不大，企業以獲取經濟價值為目的，而能源投入回報法關注的是能量的流動，缺乏企業利用能源投入回報法進行能源項目開發評價的內在原因。從社會經濟可持續發展的角度，推進能源投入回報法應用的理論和實踐意義重大，能源投入回報法的爭議點需要學者們開展廣泛而深入的研究。

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Correlation analysis of Energy Return On Investment and Discounted Cash Flow

CHEN Yingchao, FENG Lianyong, WANG Jianliang
School of Business Administration, China University of Petroleum-Beijing, Beijing 102249, China

Focusing on the energy flow, Energy Return On Investment (EROI) is a method for evaluating energy resources exploitation, which is different from the Discounted Cash Flow (DCF) method taking money as the criterion of judgment. In this paper, we explore the correlation between EROI and DCF in the perspective of theory and mathematical formula. What is more, the judgment criteria of the two methods have been analyzed, and we take the Daqing oilf i eld as a case study. It is found that evaluating energy resources exploitation projects only by DCF is insuff i cient. From the perspective of social sustainable development, the society needs a limitless supply of energy, while DCF is diff i cult in ensuring the net energy outputs from the energy resources exploitation. Even though EROI can make up this, there is not a generally accepted judgment criterion for projects evaluation. For the same kind of energy resource, EROI should be used as an auxiliary index, combined with DCF, to evaluate the feasibility of energy resources exploitation.

DCF; EROI; energy resources; exploitation evaluation; Daqing oilf i eld

10.3969/j.issn.2096-1693.2017.02.029

(編輯 付娟娟)

陳英超, 馮連勇, 王建良. 能源投入回報法與折現現金流法的關聯分析. 石油科學通報, 2017, 02： 309-318

CHEN Yingchao, FENG Lianyong, WANG Jianliang. Correlation analysis of energy return on investment and discounted cash fl ow. Petroleum Science Bulletin, 2017, 02： 309-318.doi：10.3969/j.issn.2096-1693.2017.02.029

*通信作者, fenglyenergy@163.com

2016-09-14

國家自然基金面上項目“非常規油氣開發的能源回報評價方法與應用研究”(71373285)、國家自然基金青年項目“頁巖氣開發環境影響量化評估與管理政策研究”(71503264)、教育部人文社科基金項目“中國頁巖氣開發潛力及對區域水資源消耗的影響研究”(15YJC630121)、國家自然基金青年項目“我國國民經濟中隱含石油的測算、路徑分解與出口結構優化研究”(71303258)、國家社科基金重大項目“基于中國石油安全視角的海外油氣資源接替戰略研究”(11&ZD164)、國家社科基金重大項目“非常規油氣開發利用對國家能源安全和社會經濟的影響”(13&ZD159)聯合資助