基于系統(tǒng)動力學(xué)的某汽配企業(yè)節(jié)能減排投資研究

錢威 鐘毓寧

摘要：中小型企業(yè)節(jié)能減排項(xiàng)目的實(shí)施對我國整體節(jié)能減排目標(biāo)的完成意義深遠(yuǎn)。本文利用系統(tǒng)動力學(xué)的基本原理與方法，構(gòu)建了企業(yè)節(jié)能減排系統(tǒng)動力學(xué)模型，選取噪聲的排放量作為節(jié)能減排模型的代表性目標(biāo)，通過調(diào)整節(jié)能減排投資，定量分析了企業(yè)生產(chǎn)過程中的噪聲排放量并加以控制，為企業(yè)節(jié)能減排項(xiàng)目的實(shí)施與推動提供了參考。

Abstract： The implementation of energy-saving emission reduction projects in small and medium enterprises is of far-reaching significance for China's overall energy conservation and emission reduction targets. In this paper， the basic principles and methods of system dynamics are used to construct the dynamic model of energy saving and emission reduction system， and the emission of noise is selected as the representative target of energy saving and emission reduction model. By adjusting the investment in energy saving and emission reduction， the noise emission in the process of production is quantitatively analyzed and controlled， which provides a reference for the implementation and promotion of energy saving and emission reduction projects in enterprises.

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排；噪聲排放量；系統(tǒng)動力學(xué)

Key words： energy-saving and emission-reduction；noise emission；system dynamics

中圖分類號：N941.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）10-0045-04

0 引言

節(jié)能減排是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展與能源、環(huán)境矛盾日益尖銳的背景下提出來的，近年來，國家上下都越來越重視節(jié)能減排工作。國務(wù)院印發(fā)的《“十三五”節(jié)能減排綜合工作方案》對企業(yè)水污染化學(xué)需氧、二氧化硫、固體廢渣以及生產(chǎn)中的噪聲等污染物都提出了明確的控制范圍。國內(nèi)外學(xué)者對如何引導(dǎo)企業(yè)加強(qiáng)節(jié)能減排管理和推動節(jié)能減排項(xiàng)目的實(shí)施進(jìn)行了多方面的研究。劉麗娟等[1]構(gòu)建了火電企業(yè)系統(tǒng)動力學(xué)模型，仿真分析了節(jié)能減排的各個(gè)環(huán)節(jié)對企業(yè)利潤的影響；強(qiáng)瑞等[2]提出了企業(yè)節(jié)能減排的總模型，以某鑄造廠為例，從污染物排放分析了節(jié)能減排效果；張華等[3]建立了鋼鐵企業(yè)系統(tǒng)動力學(xué)模型，分析了節(jié)能減排投資規(guī)模、分配方式對企業(yè)節(jié)能減排效果的影響；楊勇波等[4]利用系統(tǒng)動力學(xué)原理，分析了政府、企業(yè)、環(huán)境之間的動態(tài)關(guān)系，仿真研究了不同節(jié)能減排政策的影響效果；王喜平等[5]構(gòu)建了火電企業(yè)節(jié)能減排投資系統(tǒng)動力學(xué)模型，強(qiáng)調(diào)了火電企業(yè)節(jié)能減排投資的重點(diǎn)應(yīng)放在提高減排的技術(shù)水平和投資力度上。

通過上述研究情況，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)者們對企業(yè)節(jié)能減排問題的研究層面非常廣泛，但其對企業(yè)節(jié)能減排系統(tǒng)的控制目標(biāo)只是限于水污染化學(xué)需氧量、二氧化硫的排放量和固體廢渣的排放量，沒有涉及到生產(chǎn)中噪聲的排放量。而對于制造型企業(yè)，噪聲的排放是通病，是節(jié)能減排必須考慮的問題。因此，本文在前人的基礎(chǔ)上，構(gòu)建企業(yè)節(jié)能減排系統(tǒng)動力學(xué)模型，把噪聲排放量納入節(jié)能減排的控制目標(biāo)，通過調(diào)整節(jié)能減排投資，定量分析企業(yè)生產(chǎn)過程中的噪聲排放量并加以控制。

1 模型的建立

系統(tǒng)動力學(xué)的研究對象為系統(tǒng)，主要考察系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的關(guān)系，構(gòu)建相關(guān)的系統(tǒng)動力學(xué)模型，借助計(jì)算機(jī)對模型進(jìn)行仿真[6]，結(jié)合仿真結(jié)果對問題進(jìn)行分析，進(jìn)而提出相關(guān)的應(yīng)對策略?，F(xiàn)采用系統(tǒng)動力學(xué)Vensim PLE仿真軟件，對企業(yè)節(jié)能減排投資系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)動力學(xué)的模型構(gòu)建與仿真。

1.1 節(jié)能減排系統(tǒng)因果回路圖

因果回路圖是由一系列原因和結(jié)果的閉合路徑組成的，可以較為形象地表現(xiàn)出系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的關(guān)系[7]。企業(yè)節(jié)能減排投資系統(tǒng)主要分為節(jié)能投資子系統(tǒng)和減排投資子系統(tǒng)：

①節(jié)能投資與企業(yè)總產(chǎn)值回路：節(jié)能減排投資→節(jié)能投資→節(jié)能設(shè)備改進(jìn)/能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化水平→能源利用率→總能耗→企業(yè)總成本→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)值回路：節(jié)能減排投資→減排投資→污染物處理投資（噪聲、廢渣、廢氣、廢液）→環(huán)境相對污染度→企業(yè)總產(chǎn)值→節(jié)能減排投資。

運(yùn)用Vensim PLE軟件繪制成的企業(yè)節(jié)能減排投資系統(tǒng)因果回路圖如圖1所示。

圖1中帶有箭頭的線段連接著系統(tǒng)內(nèi)部各要素，表明了各要素之間的因果關(guān)系。箭頭處的“+”、“-”符號是具有影響性質(zhì)的，“+”表明箭頭指向的因素會隨著箭頭源的因素的增加而增加，減少而減少；“-”則表明因素間取與此相反的關(guān)系[8]。

1.2 節(jié)能減排系統(tǒng)存量流量圖

系統(tǒng)動力學(xué)中用來表示反饋回路中的各變量相互聯(lián)系形式及反饋系統(tǒng)中各回路之間互聯(lián)關(guān)系的圖示模型為存量流量圖。在因果回路圖的基礎(chǔ)上構(gòu)建的存量流量圖，能很好地把系統(tǒng)中不同類型變量之間的區(qū)別表現(xiàn)出來，從而較為確切地描述出反饋系統(tǒng)的動態(tài)性能[9]。本文在前人的基礎(chǔ)上，把企業(yè)生產(chǎn)過程中的噪聲排放量納入節(jié)能減排的控制指標(biāo)，運(yùn)用Vensim PLE軟件繪制成的企業(yè)節(jié)能減排系統(tǒng)存量流量圖如圖2所示。

1.3 變量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的建立

在對系統(tǒng)中的所有變量進(jìn)行定義后，變量之間是相互獨(dú)立的，此時(shí)的模型只是靜態(tài)的，要使其成為一個(gè)動態(tài)的反饋結(jié)構(gòu)，需在變量之間構(gòu)建數(shù)學(xué)關(guān)系，該模型中主要的數(shù)學(xué)關(guān)系有：

①水平變量。水平變量表示系統(tǒng)中某些變量的累積水平，最終決定系統(tǒng)行為。

大氣污染SO2存量=INTEGER（SO2改變量，初始值）

水污染COD存量=INTEGER（COD改變量，初始值）

固渣存量=INTEGER（固渣改變量，初始值）

噪聲排放量=INTEGER（噪聲改變量，初始值）

②速率變量。速率變量是直接影響水平變量值的變量，反映水平變量流入或流出的速度。

SO2改變量=SO2產(chǎn)生量-SO2消減量

COD改變量=COD產(chǎn)生量-COD消減量

固渣改變量=固渣產(chǎn)生量-固渣消減量

噪聲改變量=噪聲產(chǎn)生量-噪聲消減量

③輔助變量。輔助變量是用來描述系統(tǒng)中水平變量和速率變量之間信息傳遞和轉(zhuǎn)換過程的中間變量，其隨著相關(guān)變量的變化而瞬時(shí)發(fā)生變化。

企業(yè)的總產(chǎn)值=企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)總值（Time）

總能耗=企業(yè)總產(chǎn)值*千元產(chǎn)值企業(yè)能耗-節(jié)能投資*節(jié)能投資效果因子

節(jié)能減排投資=企業(yè)總產(chǎn)值*節(jié)能減排投資比例

節(jié)能投資=節(jié)能減排投資*節(jié)能投資比例

減排投資=節(jié)能減排投資*減排投資比例

SO2產(chǎn)生量=單位能耗SO2排放*總能耗

SO2消減量=廢氣排放投資量*減排投資效果因子1

廢氣排放投資量=減排投資*廢氣排放投資比例

廢液COD產(chǎn)生量=單位能耗COD排放*總能耗

COD消減量=廢液排放投資量*減排投資效果因子2

廢液排放投資量=減排投資*廢液排放投資比例

固渣產(chǎn)生量=單位能耗固渣產(chǎn)生量*總能耗

固渣消減量=廢渣排放投資量*減排投資效果因子3

廢渣排放投資量=減排投資*廢渣排放投資比例

噪聲產(chǎn)生量=噪聲合成量（設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)）

設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)=企業(yè)總產(chǎn)值/單臺設(shè)備所能創(chuàng)造的產(chǎn)值

噪聲消減量=噪聲排放投資量*減排投資效果因子4

噪聲排放投資量=減排投資*噪聲排放投資比例

④常量。常量是指在模型運(yùn)行過程中保持不變或者變化甚微的量，一般是根據(jù)企業(yè)的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行設(shè)定。

⑤表函數(shù)。表函數(shù)是用來對某一變量發(fā)生變化而引起另一變量變化的描述，可以形象地反映兩變量之間的非線性關(guān)系[10]。

實(shí)際生產(chǎn)總值，在模型中其表示的是企業(yè)該年的生產(chǎn)總值與年份之間的非線性關(guān)系。

噪聲合成量，在該模型中其表示的是噪聲合成量與設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)之間的非線性關(guān)系。

2 模型的仿真與分析

模型建立后，運(yùn)用 Vensim PLE 軟件模型檢驗(yàn)功能模塊對模型進(jìn)行校驗(yàn)，所得誤差在可控范圍內(nèi)，故建立的模型能夠較好地反映企業(yè)節(jié)能減排工作的實(shí)際情況，可以進(jìn)行模擬仿真。

運(yùn)用所建立的系統(tǒng)動力學(xué)模型對某中小型汽車零配件企業(yè)進(jìn)行模擬，該企業(yè)有機(jī)加、沖壓、制管和焊接四大工藝車間，生產(chǎn)車間污染物排放示意圖如圖3所示。

從圖3中可以看出，噪聲的排放是該汽配企業(yè)的詬病，故本文選取噪聲的排放量為模型代表性指標(biāo)，現(xiàn)將模型具體化如圖4所示。

2.1 模型參數(shù)設(shè)置

模型時(shí)間設(shè)定為2013-2016年，2013年為基期，時(shí)間步長為1a，借助這幾年企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對模型的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

聲壓是表示聲音強(qiáng)弱的物理量，通常用對數(shù)值來度量聲壓。在實(shí)際噪聲環(huán)境中，往往有多個(gè)聲源同時(shí)存在，若在某點(diǎn)分別測得幾個(gè)聲源的聲壓為P1，P2，…，Pn，該點(diǎn)總聲壓Pt滿足

通過實(shí)際測量，該企業(yè)的噪聲排放量主要集中在沖壓車間，該沖壓車間有20臺型號相似的壓力機(jī)，測得單臺壓力機(jī)生產(chǎn)作業(yè)產(chǎn)生的噪聲平均為75dB，借助總聲壓級公式，可以得出運(yùn)轉(zhuǎn)不同臺數(shù)的壓力機(jī)，所合成的噪聲如圖5所示。

2.2 系統(tǒng)仿真

現(xiàn)階段企業(yè)沒有進(jìn)行節(jié)能減排的投入，此時(shí)噪聲排放處理投資為0。假設(shè)系統(tǒng)存量初始值為0，則企業(yè)的噪聲排放量如圖6所示。

從圖6中可以看出，當(dāng)企業(yè)沒有進(jìn)行任何節(jié)能減排投入時(shí)，企業(yè)的噪聲排放量均高于85dB。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定，當(dāng)噪聲達(dá)到85dB時(shí)，對于工人的身體健康會產(chǎn)生影響，同時(shí)在較高的噪聲環(huán)境下工作，對工人的工作效率也會有影響，也不符合節(jié)能減排的要求。因此，企業(yè)決定以實(shí)際生產(chǎn)總值的2%作為節(jié)能減排的投入，制定了四種投資策略，如表1所示。

運(yùn)用Vensim PLE軟件仿真4種投資策略下噪聲排放量的曲線如圖7所示。

如圖7所示，由于企業(yè)發(fā)展的深入，各種節(jié)能減排策略下，噪聲排放量都呈累積上升的狀態(tài)，但當(dāng)節(jié)能減排投資規(guī)模和具體的投資分配情況不同時(shí)，噪聲的排放量也不同，其中情況4中的噪聲排放量增加最為緩慢，情況最優(yōu)，較為合理地控制了噪聲的排放。

3 結(jié)語

本文以企業(yè)節(jié)能減排投資系統(tǒng)為研究對象，用系統(tǒng)動力學(xué)的方法建模。利用某汽車零配件企業(yè)生產(chǎn)過程中的實(shí)際數(shù)據(jù)，選取噪聲排放量作為節(jié)能減排模型的代表性目標(biāo)，仿真企業(yè)擬定的不同投資策略下，節(jié)能減排的效果。從仿真得出，通過調(diào)整噪聲排放處理投資，能夠較好地把噪聲控制在85dB，但隨著企業(yè)發(fā)展的深入，生產(chǎn)產(chǎn)能必將進(jìn)一步擴(kuò)大，噪聲的排放量也會增加。

因此，企業(yè)需要加大節(jié)能減排的投資力度，同時(shí)盡可能優(yōu)化車間設(shè)備的配置結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排項(xiàng)目的實(shí)施。

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