基于系統(tǒng)動力學(xué)的火電企業(yè)節(jié)能減排投資研究

王喜平，劉興會，張 鍇，楊富榮

(華北電力大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，河北 保定 071003)

電力工業(yè)作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和重要能源行業(yè)，在為社會提供清潔電能時，會排放大量污染物，如二氧化硫、煙塵、氮氧化物等，給環(huán)境造成極大危害[1]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，中國電力行業(yè)消費能源約占一次能源的42%，其中發(fā)電用煤占全國煤炭消費量的50%;同時二氧化碳排放量占全國總排放量的50%以上，煙塵、灰渣的排放量也分別占全國的20%和70%。因而電力行業(yè)是國家實施節(jié)能降耗和污染減排的重點領(lǐng)域。加強電力工業(yè)的節(jié)能減排投資對于保障我國節(jié)能減排目標(biāo)的實現(xiàn)，進而推進我國經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。國內(nèi)劉麗娟等人[2]構(gòu)建火電企業(yè)系統(tǒng)動力學(xué)模型，建立了節(jié)能收益和減排收益兩個子系統(tǒng)，分析了企業(yè)單位電量煤耗和綜合廠用電率與企業(yè)利潤的關(guān)系;強瑞等人[3]通過建立的系統(tǒng)動力學(xué)模型，從污染物排放分析鑄造廠的節(jié)能減排效果;張華等人[4]建立鋼鐵企業(yè)的系統(tǒng)動力學(xué)模型，強調(diào)在生產(chǎn)過程中降低能耗和減少原料來削減生產(chǎn)成本。這些研究為后人建立系統(tǒng)動力學(xué)模型，分析火電企業(yè)節(jié)能減排投資效果[5]提供了重要參考。由此本文應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)方法，研究火電企業(yè)的節(jié)能減排問題，分析其在生產(chǎn)環(huán)節(jié)和排放物處理環(huán)節(jié)的變化對火電企業(yè)總體節(jié)能減排的影響和效果。

1 火電企業(yè)節(jié)能減排的系統(tǒng)動力學(xué)分析

1．1 系統(tǒng)動力學(xué)方法論

系統(tǒng)動力學(xué)(system dynamics，簡稱SD)是一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學(xué)科，也是一門認(rèn)識系統(tǒng)問題和解決系統(tǒng)問題的交叉性、綜合性學(xué)科[6]。它強調(diào)系統(tǒng)整體的觀點和聯(lián)系發(fā)展運動的觀點，最適用于研究復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與行為之間動態(tài)的辯證對立統(tǒng)一關(guān)系[7]。而火電企業(yè)的節(jié)能減排投資系統(tǒng)恰是一個具有非線性、反饋性、動態(tài)性等特點的復(fù)雜系統(tǒng)，因此它適合用系統(tǒng)動力學(xué)方法對其進行研究[8]。

1．2 因果關(guān)系回路圖

火電企業(yè)節(jié)能減排投資系統(tǒng)主要分為兩個子系統(tǒng)，分別是節(jié)能投資子系統(tǒng)和減排投資子系統(tǒng)。通過運用系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim PLE得到火電企業(yè)節(jié)能減排投資系統(tǒng)的因果關(guān)系回路如圖1所示。

圖1 火電企業(yè)節(jié)能減排投資因果關(guān)系回路圖

從圖1可以看到，因果關(guān)系回路圖表示了系統(tǒng)的反饋結(jié)構(gòu)，共有兩個反饋回路。因果圖包含多個變量，變量之間由標(biāo)出因果關(guān)系的箭頭所連接。

1)節(jié)能投資與企業(yè)總產(chǎn)值的回路:節(jié)能減排投資→節(jié)能投資→節(jié)能設(shè)備改進/節(jié)能管理/節(jié)能技術(shù)改進→節(jié)能量→能源利用率→企業(yè)總成本→火電企業(yè)總產(chǎn)值→節(jié)能減排投資。

2)減排投資與企業(yè)總產(chǎn)值的回路:節(jié)能減排投資→減排投資→固廢處理投資/廢氣處理投資/廢水處理投資→環(huán)境相對污染度→企業(yè)總產(chǎn)值→節(jié)能減排投資。

2 火電企業(yè)節(jié)能減排投資模型建立與模擬

2．1 節(jié)能減排系統(tǒng)流圖

系統(tǒng)動力學(xué)中用來表示反饋回路中的各水平變量和各速率變量相互聯(lián)系形式及反饋系統(tǒng)中各回路之間互聯(lián)關(guān)系的圖示模型為系統(tǒng)流圖。系統(tǒng)流圖是在因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上通過Vensim軟件繪制成的，如圖2所示。

圖2 節(jié)能減排投資系統(tǒng)流圖

2.1.1 主要變量方程

1)狀態(tài)變量。狀態(tài)變量也稱積累變量，是指最終決定該系統(tǒng)行為的變量(當(dāng)前時刻的值等于過去時刻的值加上這一段時間的變化量)，隨時間變化。

狀態(tài)變量企業(yè)總產(chǎn)值方程

2．2 節(jié)能減排投資的系統(tǒng)動力學(xué)模擬與調(diào)控

通過建立的系統(tǒng)動力學(xué)模型對河北省某發(fā)電企業(yè)進行模擬，時間邊界設(shè)定為2011-2021年，2011年為基期，時間步長為1 a。以該企業(yè)2011年的數(shù)據(jù)為初始值。

2.2.1 節(jié)能減排投資的系統(tǒng)動力學(xué)模型的檢驗

利用Vensim PLE軟件提供的真實性檢驗Reality Check的方法，對所建立的系統(tǒng)動力學(xué)模型進行了檢驗，其檢驗結(jié)果證實所建立的模型能較好地反映火電企業(yè)節(jié)能減排投資的本質(zhì)特征。

2.2.2 節(jié)能減排投資模型仿真

火電企業(yè)的節(jié)能減排投資所占總產(chǎn)值的比重和投資方向的關(guān)系對企業(yè)節(jié)能減排效果起著重要作用。本文運用Vensin PLE軟件仿真得出企業(yè)大氣污染存量、水污染存量和固體廢棄物存量的變化情況。各存量的初始值為該企業(yè)2011年的數(shù)據(jù)即基期數(shù)據(jù)，仿真2011年到2021年一共十年的數(shù)據(jù)變化情況，DT為1年。仿真結(jié)果如下:

1)當(dāng)節(jié)能減排投資比重為9%，節(jié)能投資占節(jié)能減排投資的比重為30%，減排投資占節(jié)能減排投資的比重為70%時，各存量變化情況如圖3、圖4和圖5所示，對應(yīng)資料集為Current1。

2)當(dāng)節(jié)能減排投資比重為9%，節(jié)能投資占節(jié)能減排投資比重為70%，減排投資比重為30%時，各存量變化情況如圖3、圖4、和圖5所示，對應(yīng)資料集為Current2。

3)當(dāng)節(jié)能減排投資比重為10%，節(jié)能投資占節(jié)能減排投資的比重為30%，減排投資占節(jié)能減排投資的比重為70%時，各存量變化情況如圖3、圖4和圖5所示，對應(yīng)資料集為Current3。

4)當(dāng)節(jié)能減排投資比重為10%，節(jié)能投資占節(jié)能減排投資的比重為70%，減排投資占節(jié)能減排投資的比重為30%時，各存量變化情況如圖3、圖4和圖5所示，對應(yīng)資料集為Current4。

根據(jù)軟件得出來的仿真結(jié)果，可以明顯地看出資料集Current4的污染物存量的變化情況最為理想，增長最緩慢;資料集Current1的污染物存量在各個時期為最高的。由此可以看出，火電企業(yè)通過調(diào)節(jié)節(jié)能減排投資可以達到比較好的節(jié)能減排效果。

3 結(jié)論

本文通過建立火電企業(yè)節(jié)能減排投資的系統(tǒng)動力學(xué)模型，分析了其對火電企業(yè)降低能耗和減少污染物排放的效果。通過對河北省某發(fā)電企業(yè)實際數(shù)據(jù)仿真得出，火電企業(yè)節(jié)能減排投資的重點應(yīng)該放在提高減排的技術(shù)水平和投資力度，以實現(xiàn)火電企業(yè)的綠色低碳發(fā)展。

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