基于DEA分析法的中國聚氯乙烯行業碳減排潛力分析

高飛

（中國氯堿工業協會，天津 300192）

基于DEA分析法的中國聚氯乙烯行業碳減排潛力分析

高飛

（中國氯堿工業協會，天津 300192）

本文結合DEA分析方法，尋找適合當前環境的發展方法，從而實現企業在經濟效益和社會效益的雙贏。

碳排放；碳交易市場；氯堿；化工；DEA模型

在2015年12月聯合國氣候大會召開前，中國政府明確向世界提出，將于2017年啟動全國碳排放交易體系，該體系的第一階段，將涵蓋石化、化工、建材、鋼鐵、有色、造紙、電力、航空等重點排放企業。特別是針對耗能大戶的氯堿行業來說，提前做好準備，積極應對節能減排工作，對于整個行業控制溫室氣體排放，降低生產成本，都具有極大的積極作用。

氯堿行業作為重要的基礎化工原材料行業，受其生產特點及工藝路線決定，是傳統的高耗能行業之一，履行國際公約，推行低碳發展、節能減排、提高能源效率和產業結構調整也必將成為決定中國氯堿行業“十三五”可持續發展的重要因素之一[1]。本文將結合目前國內聚氯乙烯行業發展狀況，對目前國內部分代表性企業碳減排情況進行模型分析，并試圖找出氯堿行業碳減排工作現狀及提出發展建議。

1　中國聚氯乙烯行業發展近況

近年來，中國聚氯乙烯行業經歷了一個從快速發展到增速放緩的過程。“十二五”期間，中國聚氯乙烯產量越居世界首位，有力地推動了相關領域及產業的快速進步，很好的支持了國民經濟的發展建設。但近幾年，伴隨著全球經濟復蘇緩慢、中國經濟步入“新常態”、北美頁巖氣革命、中東廉價油氣資源以及中國現代新型煤化工的突破驅動了原料路線多元化。世界原油價格存在諸多不確定性等影響下，中國聚氯乙烯行業發展減速，行業擴張減緩，企業盈利狀況轉差，出現部分高成本企業停產、停工，甚至徹底退出，行業發展步入新的狀態，近幾年國內PVC共需狀況見表1。

表1　近幾年國內聚氯乙烯供需狀況情況

如表1所見，2000-2012年，中國聚氯乙烯產能年均增長18%，產量年均增長15.3%，表觀消費量年均增長11.2%；2013年，受產業政策調整及市場因素影響，國內聚氯乙烯產能增長率回落到5.8%，表觀消費量增長12%；2014年聚氯乙烯產能凈減少3.5%；2015年繼續減少1.7%[2]。由此顯示，中國氯堿行業已經從高速增長期逐步進入調整期，以至于行業發展規模減少，產能產量增速放緩。

2015年，中國氯堿行業進入關鍵的轉型期，受國內外經濟大環境低迷影響，中國氯堿行業面臨前所未有的困難形勢和挑戰。面對行業產能過剩，下游市場持續低迷，出口市場受國際貨源沖擊，主營產品價格持續走低，行業發展陷入前所未有的困境，最近5年中國PVC價格走勢見圖1。

圖1　中國聚氯乙烯價格走勢圖

從圖1中可以看出，過去5年，在氯堿產品供大于求的大情況下，氯堿市場進入調整期，產品價格逐年下降，行業整體效益持續下滑[3]。除此以外，2014年以來國內房地產市場低迷，新開工項目有限，主要下游行業塑料產量增長乏力。其中，塑料制品產量增長滯緩。2005-2010年，塑料制品產量基本保持兩位數增長；2012-2014年保持5%～9%的增長；2015年產量僅增長1%[4]。

市場波動及行業調整給中國聚氯乙烯行業碳減排工作推進帶來了很大的影響。盡管從宏觀層面，由于市場的波動，導致行業規模同比降低，客觀上減少了行業的總碳排放量。但對單個企業來說，市場的變化也深深影響了企業及其管理層的碳減排決策。一方面，企業利潤的下滑使得企業用于節能減排的資金及技術投入減少，單純意義上的減少碳排放的主觀積極性降低；另一方面，也正是因為行業利潤的攤薄，使得部分具有較強競爭力的企業，開始重視通過節能降耗的辦法，主動降低生產成本，控制能源消耗，并在此基礎上加強對企業碳資產的管理，合理利用可能的碳交易平臺，參與碳市場交易，為企業爭取額外的經濟收入。因此，針對聚氯乙烯企業碳減排潛力情況研究很有必要。

2　基于DEA分析法的聚氯乙烯行業碳減排分析

2.1DEA分析方法簡析

DEA分析方法，全稱為 Data Envelopment Analsis，即數據包絡分析方法。是以相對效率概念為基礎，可以用來評價相同類型或者具有相同性質的多投入、多產出決策單元的可行性有效性。其主要原理是通過構建決策單元 （DMU，Decision Making Units），通過控制其輸入或者輸出不變，借助數學及統計規劃，確定相對有效的生產前沿點，并由此構建生產前沿面，然后將更決策單元投影到DEA的生產前沿面上，通過比較決策單元偏離DEA前沿面的大小程度，以此評價這些決策的相對有效性[5]。

由此可見，DEA方法具有以下幾個特點：（1）該方法適用于多輸入-多輸出的綜合性評價問題，在類似這種問題的解決上擁有絕對優勢；（2）由于該方法不會直接對數據進行綜合計算分析，在選取最優效率指標時對其過程中的量綱沒有直接關系，簡化了比較過程，降低了差錯率；（3）模型不需要任何權重假設，僅憑借實際客觀數據就能獲得最優的權重，因此可以排除主觀條件因素，所得結果客觀有效；（4）該種方法可以被當做一個黑箱，其假定每個輸入都必然會有一個或者多個輸出，且其中存在著某種聯系，但是不必確定這些關系的數學函數關系，避免了大量的數學計算。

需要指出的是，DEA方法一般評價的是單元的相對效率，過程中不會考慮持續發展問題，且測算時只能通過輸入或輸出測算[6]，即模型只能分別應用投入型DEA或者產出型DEA，且2種結果不同。因此，在建立模型及數據時，應充分考慮以上問題。

2.2DEA方法的數學模型

在傳統的DEA模型中，一般假設總共有n個DMU，且每個DMU都有m種投入和s個產出。由此可以建立d個DMU的相對效率CCR模型數學表達式：

式中，X表示投入指標向量，Y表示產出指標向量，v表示不同種投入指標的權重系數，u表示產出指標的權重系數，j為DMU的序號。

為了便于計算機計算，可以將（2.1）式轉化為等價線性規劃表達式：

通過數學方法推演可以得出（2.2）式的對偶式：

該式作為數學推導結果，表達了一定的經濟學意義，可在產出保持不變的前提下，考察投入量變化所帶來的影響。

設生產的可能集合為T1={（Y，Y）|投入X可產出Y}，關于T1可得出以下5條公理。

（1）凸性公理

若（X，Y）∈T1，（X、，Y、）∈T1，則對于a∈[0，1]，均有

a（X，Y）+（1-a）（X、，Y、）∈T1

（2）無效性公理

（X，Y）∈T1，若X、≥X，則（X、，Y）∈T1；若Y、≥Y，則（X，Y、）∈T1

（3）平凡公理

（Xj，Yj）∈T1，j=1，2.....，n

（4）錐性公理

若（X，Y）∈T1，a≥0，則a（x，y）∈T1

（5）最小性公理

生產可能集T1是所有滿足上述4條公理的集合的交集。因此，對于CCR模型，其生產可能集合為：

為上述5條公理唯一確定。

得到了該DMU的可行集，就可以在此基礎上確定其最優解，也就是最優組合。針對（2.3）式，可以看到，如果能使λd（0≤λd≤1）最小化，則其對應的工作組合為最優組合。因此，在保持產出不變的前提下，λd取值越小，則該DMU可以縮減的比例就越多，該DMU表現的效率就越低。反之，λd取值越大，則該DMU可以縮減的比例就越小，該DMU表現的效率就越高。本文就將根據這一規律，判斷不同目標樣本企業（DMU）的減排效率，從而初步判定行業碳減排潛力水平。

但是在一般情況下，DEA模型在評價一個DMU時，其所有的產出均不含副產品。即每一個產出Y均為期望產出。但在實際生產過程中，特別是類似化工行業生產過程中，往往伴隨著期望產出（如產品、熱能、動能等）之外，還伴隨有非期望產出（如二氧化碳、污染物、噪音、土地污染等）。尤其是在本研究的范圍內，二氧化碳排放即屬于氯堿化工生產過程的非期望產出。如何用EDA模型解決生產過程中所遇到的非期望產出，就是本文研究問題的關鍵。

有多位學者曾針對這一問題，提出過多種解決方案，但針對工業生產碳排放問題，最適合的方法應該是環境DEA方法。該方法的基本思路是將投入指標劃分為非能源投入指標以及能源投入指標，產出指標劃分為非期望產出和期望產出[7]。由于本文的研究重點在于企業的碳排放量上，因此，可以將生產過程中的二氧化碳排放作為唯一的非期望產出，以此達到分析具體問題的目的。

2.3DEA方法對聚氯乙烯行業碳減排情況的分析

根據以上論述，針對聚氯乙烯行業的實際生產情況，可以構建以下DEA模型。首先，根據環境DEA方法的要求，將生產過程中的各項指標劃分為包含非能源投入和能源投入的投入指標，以及包含期望產出及非期望產出（二氧化碳）的產出指標，以此標準選取所對應的指標，見表2。

表2　氯堿企業二氧化碳減排放評價指標

以此為基礎，建立生產可能集如下：

根據上述的生產可行集（2.4）建立基于EDA模型的中國氯堿行業碳減排 （Chlor Alkali Carbon Emission）情況分析模型CACE，具體如下：

CACE（Ld，Ed，Yd，Cd）

（1）樣本選擇。本文選取的目標樣本為國內7家中等規模氯堿生產企業2014年底統計數據。目標企業2014年整體生產情況正常，盈利狀況有所不同且來自不同的地區，有各自的生產特點和經營方式，可以反映出行業的真實平均水平。

（2）產品說明。目標產品選擇仍然以乙炔法聚氯乙烯（PVC）為研究對象。其以煤炭為最初級原料，通過電石、氯乙烯、二氯乙烷等中間產物，最終形成產品聚氯乙烯。

乙炔法聚氯乙烯生產過程主要的排放碳過程主要有2個方面：電石和電力消耗。二者占總碳排放量的90%左右。本文計算也將整個碳排放過程簡化為2個過程，并以此為依據計算，具體各數據分析計算如下。

（1）銷售收入。直接統計數據結果。

（2）總排碳量。包括2個部分。電石生產過程的排碳量=電石消耗總量×1 412，其中，1 412為二氧化碳排放當量因子，單位為kg/t，表示生產1 t電石所排放的二氧化碳的量[8]；電力消耗的排碳量=總用電量× 1.0069，其中1.006 9為電力排放因子，單位為kg/kW·h，表示每度電所排放的二氧化碳的量。因子數據以國家發改委應對氣候變化司2009年公布的數據為參考。通過以上計算，可以算得生產每噸聚氯乙烯所排放的碳量。再將該數據與企業的年度產量 （直接統計）相乘，即可求得總排碳量。

（3）全員勞動生產率。直接統計數據結果。

（4）總能耗。總能耗=電石法PVC綜合能耗（直接統計）×企業的年度產量（直接統計）

數據處理借助deap2.1軟件。該軟件是一款簡便好用的DEA分析軟件，具有程序調用簡單，參數可調，且結果直觀等特點。通過軟件可以直接獲取上述結果的技術效率得分，具體結果見表3。

表3　7家氯堿企業2014年二氧化碳排放技術效率得分

表3結果數據表明，目前中國國內東部企業碳排放效率明顯優于中西部企業，部分地區的聚氯乙烯企業減排動力不足，碳排放效率較低，具有很大的碳減排空間。因此，未來碳減排工作開展及相關政策法規制定應該向中西部地區企業傾斜，以此推動全行業的碳減排工作。

3　氯堿行業碳減排方案建議

基于上述的分析結果和目前國內碳市場發展狀況及中國氯堿企業所處的經濟環境，特提出以下幾點建議。

3.1針對企業碳減排動力不足，建議采取以下措施

（1）繼續推進以技術革新為核心的節能改造。技術革新永遠是一個化工企業保持旺盛生命力的核心因素。針對目前情況，氯堿企業應在現有技術上，加大對氧陰極技術、催化氧化制氯技術的研發、氯化氫合成余熱利用等技術的應用及推廣。通過技術革新，提高產品轉化率，努力降低能源資源消耗，從而實現內蒙古石化院通過CNAS復評審可評定氯堿等產品

內蒙古自治區石油化工監督檢驗研究院（國家天然氣煤化工產品質量監督檢驗中心）在2016年7月份通過了國家實驗室認可、計量認證/審查認可三合一復評審現場評審的基礎上，2016年11月2日，內蒙古自治區石油化工監督檢驗研究院通過中國合格評定國家認可委員會（CNAS）認可復評審，證書編號L6449，認可有效期2016/11/02～2022/11/01。

本次認可批準的能力有天然氣、液化石油氣、二甲醚、石油產品（車用汽油、車用柴油等）、煤炭（含焦炭）、煤化工產品（化肥、甲醇、電石、聚氯乙烯）等11類211項參數，其中，天然氣26個參數，液化石油氣、煤氣、二甲醚28個參數，石油產品39個參數，煤炭47個參數，焦炭10個參數，焦化產品10個參數，化肥18個參數，其他煤化工產品33個參數。批準認可天然氣、液化石油氣、二甲醚、車用汽油、車用柴油、煤炭、焦炭、尿素、磷酸二銨、復混肥料、摻混肥料、甲醇、電石、聚氯乙烯等33個產品。成本降低、碳排放減少的效益雙豐收。

（2）推動氯堿、電行業協調發展。作為重要的電力耗能大戶，中國氯堿行業的發展始終與電力行業的發展變革密切相關。電力成本的小幅波動，直接反應的氯堿生產過程中就是千萬級別的成本變化。因此，節能減排的工作應鼓勵企業與上游發電企業協同工作建立協調機制，以系統工程思路研究最佳的生產方式和節能工作點，大幅提高電廠發電效率及降低企業用電成本。

（3）適當考慮配套新能源電站。針對有條件的企業，可以利用自己的土地資源，建設光伏、水利、風能電站等，或通過副產氫氣，建立與氯堿相配套的氫燃料電站，實現自有產品能源的最大利用。降低用電成本，減少生產過程中的不必要的碳排放。

3.2針對東西部企業差異問題，可以采取以下措施

（1）加強行業內的交流，特別是東西部企業間的交流。以協會等為平臺，加強企業間節能技術的交流，大力推廣節能技術的使用范圍。同時，在行業內倡導先進的管理理念和節能意識，增強企業的社會責任感。

（2）在西部地區合理設置差別電價政策。對于不達標企業采取提高生產成本的措施，大幅提高其排放成本，促使企業主動節能減排，并從內部優化生產環節，主動降低排放量。

3.3針對目前碳市場建設問題，建議企業主動參

與，占據先機，具體措施如下

（1）建設企業的碳資產管理團隊。碳市場的成功運作，除了合理的交易規則和配套的服務政策，更需要參與碳交易的企業擁有過硬的交易能力和管理能力。因此，在國內建立統一碳市場之初，氯堿企業應積極行動，培養碳資產管理的意識，建立企業碳資產管理交易的團隊，培養及了解氯堿及相關化工生產過程又熟悉整個碳市場交易體系的人才。將碳資產管理理念融入企業生產生活的各個方面。

（2）積極參與全國統一碳市場規則的制定，努力爭取適合氯堿企業碳交易的規章制度。應借助協會、集團企業力量，積極與中央及地方政府溝通，努力爭取參與碳市場交易規則的制定，給相關部門獻言獻策，提出適合氯堿行業發展的可行性碳交易產品和建議。積極爭取相關的政策補貼，稅收減免，全力爭取統一碳市場交易的制度紅利，以此推動行業在碳減排市場的話語權，提高行業影響力，改善企業社會形象。

（3）充分利用現有的碳市場交易產品和規則，積極參與碳市場交易。繼續發展電石渣制水泥、電石渣綜合利用、甲烷氯化物的回收等一系列碳市場交易項目，同時，有條件的企業可以適時投資林業資源建設，通過利用現有土地種植樹木，增加自然碳吸收，購買或換取碳排放指標，即碳匯林業。在整個化工行業較為低迷的時期，利用現有閑置土地和資金，投資林業資源和荒漠化治理工作，成為碳匯供應方。

［1］中國氯堿工業協會，氯堿行業“十三五”規劃，2016，3.

［2］中國氯堿工業協會，2015年全年氯堿行業經濟運行形勢分析，2016，1.

［3］羅云.中國氯堿行業現狀及“十三五”展望，2015，10：10.

［4］中國氯堿網，2015年聚氯乙烯行業發展報告，2016，1：32.

［5］吳越，谷明玉.DEA分析方法研究綜述.價值工程，2003（增刊），129.

［6］Golany B，Roll Y．An Application Procedure for DEA．Omega，1989，17（3）.

［7］郭曉丹，基于環境DEA方法的碳減排績效評價.中國科學技術大學，2010（14）.

［8］馬玉蓮，忻仕海.碳足跡評價方法學在PVC產品中的應用.氯堿工業，2011，1（47）：5.

Analysis of carbon emission reduction potential of China's polyvinyl chloride industry based on DEA analysis method

GAO Fei
（China Chlor Alkali Industry Association.,Tianjin 300192，China）

Use DEA model to find a way to solve the development problem，So as to help the enterprises to achieve a win-win economic and social benefits.

carbon emission，carbon trading market，chlor-alkali，chemical industry，DEA model

TQ114

B

1009－1785(2016)11-0012-05

2016-08-12