基于系統動力學的某汽配企業節能減排投資研究

錢威 鐘毓寧

摘要：中小型企業節能減排項目的實施對我國整體節能減排目標的完成意義深遠。本文利用系統動力學的基本原理與方法，構建了企業節能減排系統動力學模型，選取噪聲的排放量作為節能減排模型的代表性目標，通過調整節能減排投資，定量分析了企業生產過程中的噪聲排放量并加以控制，為企業節能減排項目的實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.

關鍵詞：節能減排；噪聲排放量；系統動力學

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

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

0 引言

節能減排是在經濟發展與能源、環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能減排工作。國務院印發的《“十三五”節能減排綜合工作方案》對企業水污染化學需氧、二氧化硫、固體廢渣以及生產中的噪聲等污染物都提出了明確的控制范圍。國內外學者對如何引導企業加強節能減排管理和推動節能減排項目的實施進行了多方面的研究。劉麗娟等[1]構建了火電企業系統動力學模型，仿真分析了節能減排的各個環節對企業利潤的影響；強瑞等[2]提出了企業節能減排的總模型，以某鑄造廠為例，從污染物排放分析了節能減排效果；張華等[3]建立了鋼鐵企業系統動力學模型，分析了節能減排投資規模、分配方式對企業節能減排效果的影響；楊勇波等[4]利用系統動力學原理，分析了政府、企業、環境之間的動態關系，仿真研究了不同節能減排政策的影響效果；王喜平等[5]構建了火電企業節能減排投資系統動力學模型，強調了火電企業節能減排投資的重點應放在提高減排的技術水平和投資力度上。

通過上述研究情況，可以發現學者們對企業節能減排問題的研究層面非常廣泛，但其對企業節能減排系統的控制目標只是限于水污染化學需氧量、二氧化硫的排放量和固體廢渣的排放量，沒有涉及到生產中噪聲的排放量。而對于制造型企業，噪聲的排放是通病，是節能減排必須考慮的問題。因此，本文在前人的基礎上，構建企業節能減排系統動力學模型，把噪聲排放量納入節能減排的控制目標，通過調整節能減排投資，定量分析企業生產過程中的噪聲排放量并加以控制。

1 模型的建立

系統動力學的研究對象為系統，主要考察系統內部各要素之間的關系，構建相關的系統動力學模型，借助計算機對模型進行仿真[6]，結合仿真結果對問題進行分析，進而提出相關的應對策略?，F采用系統動力學Vensim PLE仿真軟件，對企業節能減排投資系統進行系統動力學的模型構建與仿真。

1.1 節能減排系統因果回路圖

因果回路圖是由一系列原因和結果的閉合路徑組成的，可以較為形象地表現出系統內部各要素之間的關系[7]。企業節能減排投資系統主要分為節能投資子系統和減排投資子系統：

①節能投資與企業總產值回路：節能減排投資→節能投資→節能設備改進/能源結構的優化水平→能源利用率→總能耗→企業總成本→企業總產值→節能減排投資。

②減排投資與企業總產值回路：節能減排投資→減排投資→污染物處理投資（噪聲、廢渣、廢氣、廢液）→環境相對污染度→企業總產值→節能減排投資。

運用Vensim PLE軟件繪制成的企業節能減排投資系統因果回路圖如圖1所示。

圖1中帶有箭頭的線段連接著系統內部各要素，表明了各要素之間的因果關系。箭頭處的“+”、“-”符號是具有影響性質的，“+”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系[8]。

1.2 節能減排系統存量流量圖

系統動力學中用來表示反饋回路中的各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存量流量圖。在因果回路圖的基礎上構建的存量流量圖，能很好地把系統中不同類型變量之間的區別表現出來，從而較為確切地描述出反饋系統的動態性能[9]。本文在前人的基礎上，把企業生產過程中的噪聲排放量納入節能減排的控制指標，運用Vensim PLE軟件繪制成的企業節能減排系統存量流量圖如圖2所示。

1.3 變量之間數學關系的建立

在對系統中的所有變量進行定義后，變量之間是相互獨立的，此時的模型只是靜態的，要使其成為一個動態的反饋結構，需在變量之間構建數學關系，該模型中主要的數學關系有：

①水平變量。水平變量表示系統中某些變量的累積水平，最終決定系統行為。

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產生量-SO2消減量

COD改變量=COD產生量-COD消減量

固渣改變量=固渣產生量-固渣消減量

噪聲改變量=噪聲產生量-噪聲消減量

③輔助變量。輔助變量是用來描述系統中水平變量和速率變量之間信息傳遞和轉換過程的中間變量，其隨著相關變量的變化而瞬時發生變化。

企業的總產值=企業實際生產總值（Time）

總能耗=企業總產值*千元產值企業能耗-節能投資*節能投資效果因子

節能減排投資=企業總產值*節能減排投資比例

節能投資=節能減排投資*節能投資比例

減排投資=節能減排投資*減排投資比例

SO2產生量=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

固渣產生量=單位能耗固渣產生量*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

噪聲產生量=噪聲合成量（設備運轉臺數）

設備運轉臺數=企業總產值/單臺設備所能創造的產值

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。常量是指在模型運行過程中保持不變或者變化甚微的量，一般是根據企業的實際統計數據對其進行設定。

⑤表函數。表函數是用來對某一變量發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系[10]。

實際生產總值，在模型中其表示的是企業該年的生產總值與年份之間的非線性關系。

噪聲合成量，在該模型中其表示的是噪聲合成量與設備運轉臺數之間的非線性關系。

2 模型的仿真與分析

模型建立后，運用 Vensim PLE 軟件模型檢驗功能模塊對模型進行校驗，所得誤差在可控范圍內，故建立的模型能夠較好地反映企業節能減排工作的實際情況，可以進行模擬仿真。

運用所建立的系統動力學模型對某中小型汽車零配件企業進行模擬，該企業有機加、沖壓、制管和焊接四大工藝車間，生產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的詬病，故本文選取噪聲的排放量為模型代表性指標，現將模型具體化如圖4所示。

2.1 模型參數設置

模型時間設定為2013-2016年，2013年為基期，時間步長為1a，借助這幾年企業的實際生產統計數據對模型的參數進行設置。

聲壓是表示聲音強弱的物理量，通常用對數值來度量聲壓。在實際噪聲環境中，往往有多個聲源同時存在，若在某點分別測得幾個聲源的聲壓為P1，P2，…，Pn，該點總聲壓Pt滿足

通過實際測量，該企業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，測得單臺壓力機生產作業產生的噪聲平均為75dB，借助總聲壓級公式，可以得出運轉不同臺數的壓力機，所合成的噪聲如圖5所示。

2.2 系統仿真

現階段企業沒有進行節能減排的投入，此時噪聲排放處理投資為0。假設系統存量初始值為0，則企業的噪聲排放量如圖6所示。

從圖6中可以看出，當企業沒有進行任何節能減排投入時，企業的噪聲排放量均高于85dB。根據標準化組織規定，當噪聲達到85dB時，對于工人的身體健康會產生影響，同時在較高的噪聲環境下工作，對工人的工作效率也會有影響，也不符合節能減排的要求。因此，企業決定以實際生產總值的2%作為節能減排的投入，制定了四種投資策略，如表1所示。

運用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，由于企業發展的深入，各種節能減排策略下，噪聲排放量都呈累積上升的狀態，但當節能減排投資規模和具體的投資分配情況不同時，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，較為合理地控制了噪聲的排放。

3 結語

本文以企業節能減排投資系統為研究對象，用系統動力學的方法建模。利用某汽車零配件企業生產過程中的實際數據，選取噪聲排放量作為節能減排模型的代表性目標，仿真企業擬定的不同投資策略下，節能減排的效果。從仿真得出，通過調整噪聲排放處理投資，能夠較好地把噪聲控制在85dB，但隨著企業發展的深入，生產產能必將進一步擴大，噪聲的排放量也會增加。

因此，企業需要加大節能減排的投資力度，同時盡可能優化車間設備的配置結構，從而促進企業節能減排項目的實施。

參考文獻：

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