基于系統動力學的火電企業節能減排投資研究

王喜平，劉興會，張 鍇，楊富榮

(華北電力大學經濟管理學院，河北 保定 071003)

電力工業作為國民經濟的基礎產業和重要能源行業，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，給環境造成極大危害[1]。統計數據表明，中國電力行業消費能源約占一次能源的42%，其中發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%。因而電力行業是國家實施節能降耗和污染減排的重點領域。加強電力工業的節能減排投資對于保障我國節能減排目標的實現，進而推進我國經濟和社會的可持續發展具有重要意義。國內劉麗娟等人[2]構建火電企業系統動力學模型，建立了節能收益和減排收益兩個子系統，分析了企業單位電量煤耗和綜合廠用電率與企業利潤的關系;強瑞等人[3]通過建立的系統動力學模型，從污染物排放分析鑄造廠的節能減排效果;張華等人[4]建立鋼鐵企業的系統動力學模型，強調在生產過程中降低能耗和減少原料來削減生產成本。這些研究為后人建立系統動力學模型，分析火電企業節能減排投資效果[5]提供了重要參考。由此本文應用系統動力學方法，研究火電企業的節能減排問題，分析其在生產環節和排放物處理環節的變化對火電企業總體節能減排的影響和效果。

1 火電企業節能減排的系統動力學分析

1．1 系統動力學方法論

系統動力學(system dynamics，簡稱SD)是一門分析研究信息反饋系統的學科，也是一門認識系統問題和解決系統問題的交叉性、綜合性學科[6]。它強調系統整體的觀點和聯系發展運動的觀點，最適用于研究復雜系統的結構、功能與行為之間動態的辯證對立統一關系[7]。而火電企業的節能減排投資系統恰是一個具有非線性、反饋性、動態性等特點的復雜系統，因此它適合用系統動力學方法對其進行研究[8]。

1．2 因果關系回路圖

火電企業節能減排投資系統主要分為兩個子系統，分別是節能投資子系統和減排投資子系統。通過運用系統動力學軟件Vensim PLE得到火電企業節能減排投資系統的因果關系回路如圖1所示。

圖1 火電企業節能減排投資因果關系回路圖

從圖1可以看到，因果關系回路圖表示了系統的反饋結構，共有兩個反饋回路。因果圖包含多個變量，變量之間由標出因果關系的箭頭所連接。

1)節能投資與企業總產值的回路:節能減排投資→節能投資→節能設備改進/節能管理/節能技術改進→節能量→能源利用率→企業總成本→火電企業總產值→節能減排投資。

2)減排投資與企業總產值的回路:節能減排投資→減排投資→固廢處理投資/廢氣處理投資/廢水處理投資→環境相對污染度→企業總產值→節能減排投資。

2 火電企業節能減排投資模型建立與模擬

2．1 節能減排系統流圖

系統動力學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系形式及反饋系統中各回路之間互聯關系的圖示模型為系統流圖。系統流圖是在因果關系圖的基礎上通過Vensim軟件繪制成的，如圖2所示。

圖2 節能減排投資系統流圖

2.1.1 主要變量方程

1)狀態變量。狀態變量也稱積累變量，是指最終決定該系統行為的變量(當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。

狀態變量企業總產值方程

2．2 節能減排投資的系統動力學模擬與調控

通過建立的系統動力學模型對河北省某發電企業進行模擬，時間邊界設定為2011-2021年，2011年為基期，時間步長為1 a。以該企業2011年的數據為初始值。

2.2.1 節能減排投資的系統動力學模型的檢驗

利用Vensim PLE軟件提供的真實性檢驗Reality Check的方法，對所建立的系統動力學模型進行了檢驗，其檢驗結果證實所建立的模型能較好地反映火電企業節能減排投資的本質特征。

2.2.2 節能減排投資模型仿真

火電企業的節能減排投資所占總產值的比重和投資方向的關系對企業節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2011年的數據即基期數據，仿真2011年到2021年一共十年的數據變化情況，DT為1年。仿真結果如下:

1)當節能減排投資比重為9%，節能投資占節能減排投資的比重為30%，減排投資占節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，對應資料集為Current1。

2)當節能減排投資比重為9%，節能投資占節能減排投資比重為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，對應資料集為Current2。

3)當節能減排投資比重為10%，節能投資占節能減排投資的比重為30%，減排投資占節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，對應資料集為Current3。

4)當節能減排投資比重為10%，節能投資占節能減排投資的比重為70%，減排投資占節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，對應資料集為Current4。

根據軟件得出來的仿真結果，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，火電企業通過調節節能減排投資可以達到比較好的節能減排效果。

3 結論

本文通過建立火電企業節能減排投資的系統動力學模型，分析了其對火電企業降低能耗和減少污染物排放的效果。通過對河北省某發電企業實際數據仿真得出，火電企業節能減排投資的重點應該放在提高減排的技術水平和投資力度，以實現火電企業的綠色低碳發展。

[1]安躍東.火電企業節能減排措施的研究[J].內蒙古石油化工，2011，22:74-76.

[2]劉麗娟，王靈梅，楊春.火電企業節能減排的系統動力學仿真模型的建立[J].華東電力，2010，38(10):1499.

[3]強瑞，廖倩.企業節能減排的系統動力學研究[J].武漢理工大學學報，2010，32(4):126-132.

[4]張華，陳鳳銀，王艷紅.鋼鐵企業節能減排投資系統動力學研究[J].現代制造工程，2012，7:22-25.

[5]王其藩.系統動力學[M].上海:上海財經大學出版有限公司，2009.

[6]賈仁安，丁榮華.系統動力學—反饋動態性復雜分析[M].北京:高等教育出版社，2002:85-147.

[7]王靈梅，張金屯.火電企業生態工業園的系統動力學模擬與調控[J].系統工程理論與實踐，2005(7):117-124.

[8]楊養鋒，薛惠鋒.能源重化工工業園環境系統動力學仿真與調控[J].生態學報，2007，27(9):3804-3807.