重慶市主要電子廢棄物產生量預測研究

何開倫，孫會龍，程創業

(重慶理工大學 管理學院，重慶 400054)

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重慶市主要電子廢棄物產生量預測研究

何開倫，孫會龍，程創業

(重慶理工大學 管理學院，重慶 400054)

以電視機、電冰箱、洗衣機、空調器和家用電腦為主要測算對象，利用BP神經網絡模型預測重慶市電子產品的保有量，在此基礎上利用市場供給A模型預測重慶市的電子廢棄物產生量。結果表明：未來10年，電視機、電冰箱、洗衣機、空調器、家用電腦等重慶市主要電子廢棄物產生總量呈現出快速增長趨勢，但個體差異明顯，且廢棄物產生量遠遠超出現有企業的處理能力。建議重慶市針對各類電子廢棄物未來增長趨勢和特征對應發展專業化電子廢棄物處置企業，重點關注電冰箱和空調器的回收處理，考慮不確定性因素的影響。

電子廢棄物；產生量預測；BP神經網絡

一、引言

近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，家用電器更新換代的速度越來越快，由此帶來了電子廢棄物的迅速增長。據重慶市環保局估計，2011年全市電子廢棄物產生量約為284萬臺，而當年資質企業處理能力為160萬臺*重慶市環境保護局《重慶市廢棄電器電子產品處理發展規劃(2011—2015)》，2011年1月14日。，僅占產生量的56.34%。電子廢棄物含有豐富的可回收利用資源，對其進行規范有效的回收處理具有相當大的經濟效益和社會效益,對包含電路板、重金屬在內的電子廢棄物如果處置不當則會對環境造成永久性的污染。目前，重慶市尚未建立科學規范的回收網絡體系，回收方式較為落后、處理技術較為粗劣，這已成為制約重慶市社會和環境可持續發展的重要因素。因此，科學合理地預測電子廢棄物產生量及其動態變化可以為重慶市電子廢棄物的回收處理提供可靠依據[1]。

國內外學者利用不同的模型針對不同的區域進行了電子廢棄物產生量的預測。Antoinette等利用系統動力學模型在預測電子廢棄物產生量的基礎上構建了基于產品設計特征的回收動態模型[2]；梁曉輝等采用市場供給A模型，針對上海市主要電子廢棄物進行了估算，結果顯示2017年上海市電子廢棄物將達到635.75萬臺[3]；郭曉倩等引入了生態學中的Logistic種群增長模型并進行改進，預測了天津市5類電子廢棄物產生量，并得出將在2040年達到1 877.66萬臺的頂峰的結論[4]；何開倫等利用“估計”模型預測了重慶市2013—2020年主要電子廢棄物產生量，結果表明到2020年重慶市主要電子廢棄物將達到324萬臺[5]。

從模型精確性和適應性的角度，“估算”模型由于其假設過于簡單只能適合粗略估計，重慶市尚未建立詳細的電子產品的銷售數據庫，根據銷售數據預測電子廢棄物的產生量也不符合重慶市的具體情況。考慮到電子廢棄物產生量具有非序列性特征，本文擬引入BP神經網絡，并結合市場供給A模型來預測2015—2025年重慶市電子廢棄物產生量。

二、預測模型與數據

(一)預測模型

1.市場供給A模型

市場供給A模型是根據產品的銷售量或新增量和產品的壽命分布來計算電子廢棄物的產生量[6]，其主要假設是電子產品使用壽命圍繞平均壽命前后呈正態分布特征。計算公式為：

(1)

其中，Qw為電子廢棄物產生量；Si為從該年算起第i年前電子產品的銷售量或新增量；Pi為i年前銷售的電子產品過了i年之后廢棄的百分比；i為電子產品的實際使用年數。

2.BP神經網絡模型

BP(Back-Propagation)神經網絡是一種神經網絡學習算法，全稱為基于誤差反向傳遞算法的人工神經網絡，其網絡拓撲結構見圖1，一般稱為3層前饋網或3層感知器，即輸入層、隱含層(也稱中間層)、輸出層[7]。它的特點是各層神經元僅與相鄰層神經元之間相互全連接，同層內神經元之間無連接，各層神經元之間無反饋連接，構成具有層次結構的前饋型神經網絡系統[8]。

圖1 神經網絡拓撲結構示意圖

(二)數據來源與處理

1.重慶市電子產品社會保有量

(1)1996—2014年電子產品社會保有量

通過查找歷年《重慶市統計年鑒》[9]，可以得到1996—2014年農村居民家庭平均每百戶年末耐用品擁有量以及城鎮居民家庭平均每百戶年末耐用品擁有量，再根據重慶市歷年農村居民總戶數以及城鎮居民總戶數，即可得到1996—2014年重慶市主要電子產品社會保有量，具體數據如表1所示。

表1 1996—2014年重慶市主要電子產品

(2)2015—2020年電子產品社會保有量預測

由于電子產品開始廢棄的時間一般在售后的5～10年，因此預測2025年電子廢棄物的產生量需要對不同電子產品的社會保有量預測到不同的年限：電視機需要預測到2017年；空調器和家用電腦需要預測到2020年；電冰箱和洗衣機不需要進行預測。

根據1996—2014年的數據構建訓練樣本對網絡進行訓練，采用3層BP神經網絡建立預測模型。輸入層節點數為4，輸出層節點數為3。采用試湊法確定最佳隱節點的個數，并用2013年和2014年數據作為驗證。

對1996—2014年的時間序列Ij,k=(Ij,1,Ij,2,Ij,3,…,Ij,k)(j表示第j種電子產品)。設序列中最大值、最小值分別為Ij,kmax，Ij,kmin，對時間序列的值做歸一化處理。

(2)

取a=0.3,b=(1-a)/2，避免神經元的輸出進入飽和狀態，得到新的序列記為Xj,k(j表示第j種電子產品)。

令輸入樣本為Xj,k=(xj,k,xj,k+1,…,xj,k+(n-1))，輸出樣本為Yj,k=(xj,k+(n-m+1),xj,k+(n-m+2),…,xj,k+n)。k表示第k個輸入、輸出樣本，n為輸入層神經元的個數，m為輸出層神經元的個數。則第j種電子產品第1個輸入樣本為Xj,1=(xj,1,xj,2,xj,3,xj,4)，第j種電子產品的第1個輸出樣本為Yj,1=(xj,3,xj,4,xj,5)。

首先，對電視機、空調器、家用電腦的樣本進行歸一化處理，得到其神經網絡訓練樣本，并進行BP網絡訓練。在BP網絡訓練中，發現電視機、空調器的最佳隱節點個數為8，家用電腦的最佳隱節點個數為7，3個網絡的訓練時學習效率均取0.1，期望誤差為0.000 1，最大運算步數為1 000。用2013年和2014年相應的神經網絡預測樣本對訓練好的網絡進行預測，電視機、空調器、家用電腦的預測結果分別為1 546.31、1 189.36、526.58萬臺和1 506.23、1 285.78、503.59萬臺，精確度分別高達99.51%、96.39%、97.43%和99.72%、98.33%、97.66%。據此，用訓練好的BP網絡對重慶市2015—2020年電子產品保有量進行仿真預測，結果如表2所示。

表2 2015—2020年重慶市主要電子產品社會

2.重慶市電子產品每年新增量

上述預測中已經得到1996—2020年重慶市主要電子產品的年社會保有量，根據式(3)可以計算得出1997—2020年重慶市電子產品的每年新增量，具體數據如表3所示。

(3)

其中，Ii表示第i種電子產品每年新增量；Hi表示第i種電子產品當年社會保有量；Si表示第i種電子產品當年報廢量。

表3 1997—2020年重慶市主要電子

(三)相關參數

1.電子產品的平均壽命及重量

綜合中國家用電器研究院出臺的行業報告[10]、國內相關研究[3,11-13]，同時參考市場上各類知名品牌電子產品的使用手冊，得到主要電子產品的平均使用壽命以及平均重量，具體數據如表4所示。

表4 主要電子產品的平均使用壽命及平均重量

2.電子產品的報廢年限分布

報廢年限分布的確定是一項復雜和不精確的過程，因為這不僅和電子產品本身的質量及特性有關，消費者的使用習慣也會造成不確定性[14]。根據市場供給A模型假設各類電子產品的壽命按不同的比例圍繞平均壽命呈正態分布特征，綜合國家質監局頒布的通則以及國內相關學者的研究成果[3,11,15-16]，本文確定了各種電子產品的使用年限及報廢比例，具體結果見表5。

三、預測結果與分析

(一)預測結果

根據電子產品每年新增量和報廢年限分布數據，利用市場供給A模型得到重慶市2015—2025年主要電子廢棄物產生量，具體結果如表6和圖2、圖3所示。

(二)結果分析

結果表明，重慶市主要電子廢棄物增長迅速且呈現不同的特征。(1) 從產生總量來看，2015年電子廢棄物產生數量為297.82萬臺，2025年增長到737.00萬臺，年均增速14.75%，高于全國平均增速(12.42%[17]、7.9%[11])，但低于北京和東部沿海城市的增速(北京30.63%[18]，上海19.42%[3]，天津14.93%[4])。另外，電子廢棄物產生重量從2015年的10.97萬噸增長到2025年的31.64萬噸，年均增速達到18.86%，高出數量增速4個百分點，主要是因為保持高速增長的電冰箱、空調器的單位重量(60 kg、55 kg)遠遠高于其他電子廢棄物(23 kg、23 kg、25 kg)。(2) 從產生結構來看，電冰箱、空調器、洗衣機廢棄物產生量以年均55.04%、20.55%、17.40%的速度高速增長,而電視機和家用電腦廢棄物產生量則以年均1.77%、10.85%的增速緩慢增長，這種兩極分化的增長趨勢為重慶市電子廢棄物回收處理工作提供了方向，即重點關注電冰箱、空調器的回收處理。(3) 從增長趨勢來看，未來10年，占比最高(2015年占比31.05%，2025年占比38.33%)的空調器呈現波動增長的趨勢，經歷快速增長、緩慢下降、緩慢增長3個階段；電冰箱則呈現出單調快速增長的趨勢，增長速度之快需要引起重點關注；電視機和洗衣機則呈現出先增長后減少的趨勢，分別在2022年、2023年達到峰值；家用電腦則保持穩定緩慢增長的狀態，且增長速度呈現放緩的趨勢。

表5 主要電子產品報廢年限分布

注：不同廢棄年限下的廢棄比例，括號內的數字表示從新增當年開始計算所經過的年數，括號前的數字表明當年的廢棄比例，比如電視機一行中的10%(8)表示從新增當年開始計算，第8年的廢棄比例為10%。

表6 2015—2025年重慶市主要電子廢棄物產生量預測結果

圖2 2015—2025年重慶市主要電子廢棄物 產生數量預測結果

四、結論與建議

未來10年，重慶市主要電子廢棄物產生量呈現出總量快速增長、個體差異明顯的特征。2015年、2025年總產生數量(總產生重量)分別達到297.82萬臺(10.97萬噸)、737.00萬臺(31.64萬噸)，年均數量增速和重量增速分別達到14.75%、18.86%，遠遠高出全國平均水平。從產生結構和產生趨勢來看，電冰箱以年均55.04%的增速保持單調快速增長；空調器則以年均20.55%的增速呈現先快速增長，再緩慢下降，進而緩慢增長的趨勢；其他電子廢棄物則呈現緩慢增長的趨勢。

針對各類電子廢棄物未來產生量的增長趨勢和特征，提出以下政策建議：一是發展專業化電子廢棄物處置企業，重慶市主要電子廢棄物快速增長，而資質處理企業不足，因此建議新建2～3個區域性電子廢棄物處理企業，提高電子廢棄物的處理能力。二是重點關注電冰箱、空調器的回收處理，這兩類電子廢棄物重量合計占到電子廢棄物總量的60.33%，且保持高速增長，重點處理電冰箱、空調器具有更大的成本效益。三是本文對電子廢棄物的預測是基于穩定的經濟環境、突變因素較少的前提下作出的，然而近年來隨著社會經濟增長速度放緩和房地產市場降溫，這些與家電產品密切相關的不確定因素會對電子廢棄物的產生量帶來較大的影響，因此相關政策制定者在對電子廢棄物的回收處理進行長期規劃時，需要考慮到這些不確定性因素的影響。

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(責任編輯 魏艷君)

Research on the Prediction of Major Electronic Waste Generation in Chongqing

HE Kai-lun, SUN Hui-long, CHENG Chuang-ye

(School of Management, Chongqing University of Technology, Chongqing 400054, China)

This paper primarilystudy on the television sets, refrigerators, washing machines, air conditioners and home computers, and predicts the electronics holdings in Chongqing with BP neural network model. Based on the this, this study forecast the generation and weight of electronic waste of 2015—2025 in Chongqing with market-supply Model A. The results show thatthere will be a rapid growth of main electronic waste of television sets, refrigerators, washing machines, air conditioners and home computersin Chongqing in next 10 years，but the wastes are far beyond the processing capacity of the factories.Facing the challenge of increased electronic waste, it suggests that the Chongqing government should improve e-waste recycling in the development of specialized electronic waste disposal companies, focus on recycling refrigerators and air conditioners, and consider the impact of uncertainties, etc.

electronic waste; generation prediction; BP neural network

2016-03-22

重慶市社會科學規劃項目“重慶工業園區廢棄物利用合作機制研究”(2012HQZZ04)

何開倫(1965—)，男，重慶人，教授，碩士生導師，研究方向：物流與供應鏈管理。

何開倫，孫會龍，程創業.重慶市主要電子廢棄物產生量預測研究[J].重慶理工大學學報(社會科學)，2016(10):47-52.

format：HE Kai-lun, SUN Hui-long, CHENG Chuang-ye.Research on the Prediction of Major Electronic Waste Generation in Chongqing[J].Journal of Chongqing University of Technology(Social Science)，2016(10):47-52.

10.3969/j.issn.1674-8425(s).2016.10.007

F205

A

1674-8425(2016)10-0047-06