基于系統動力學的浙江省物流業碳減排策略分析

（上海理工大學 管理學院，上海 200093）

1 引言

近些年來，隨著人類經濟不斷地發展，溫室氣體排放量愈加增多，造成全球變暖進而引起多種自然災害的爆發，已經對我們所處的生態環境造成了不可小覷的破壞。因而減少溫室氣體排放量、緩解全球變暖、維護人類賴以生存的大家園已經是我們全球各國的共同任務，為此世界各國也積極協商合作，定期組織召開氣候大會。我國作為發展中國家，控制溫室氣體的排放是我國走可持續發展戰略中最重要的環節、是推進生態文明建設的基礎，也是實現低碳經濟的必然舉措。浙江省作為我國改革發展的先進省，需要走在時代的前列，為全國其他地域提供有效地參考。由此，2013年浙江省政府印發了《浙江省控制溫室氣體排放實施方案》，明確指出“全省各區市要將降低二氧化碳排放強度納入本地區經濟社會發展規劃和年度計劃”，積極開展溫室氣體清單編制工作，對“十二五”期間全省各區市區內規模上企業進行能耗核算、溫室氣體排放量估算等工作，為今后“十三五”期間的減排工作提供有價值參考借鑒。本文通過浙江省溫室氣體清單編制項目，以及《溫州市溫室氣體清單編制》、《臺州市溫室氣體清單編制》等地方溫室氣體核查項目報告工作的參與，數據顯示浙江省溫室氣體的排放93.71%來自于能源活動領域，0.05%來自于工業生產過程，3.56%來自于農業活動，2.68%來自于廢棄物處理，具體如圖1所示。

圖1 各領域溫室氣體排放占比

物流業作為浙江省支柱性產業，隨著浙江省社會經濟發展，物流需求量持續的增加，其發展勢頭呈現出迅猛的態勢。浙江省物流業在推動浙江省經濟發展的同時，其能源消耗量也在不斷地攀升，呈現出高耗能、高污染物排放的嚴重現象。此外浙江省物流業能源消耗多以運輸系統為主，所以，本文旨在應用VENSIM-PLE軟件構建浙江省物流業碳排放仿真模型，為浙江省制定物流業節能減排政策提供參考，提高物流業對浙江省“十三五”規劃節能減排目標的貢獻。同時，對于改進物流業高消耗和高排放情況及促進經濟可持續發展具有一定的理論和現實意義。

2 系統動力學在物流業中的應用研究

自20世紀70年代系統動力學被引入國內后，對社會中復雜、非線性問題的研究起到了至關重要的作用。而在物流領域中的應用，主要集中在物流業庫存管理與控制、物流園區高效管理、配送中心優化選址、區域物流業運營優化等方面，通過構建系統動力學模型，調控參數的變動經行不同情景下的系統仿真，通過比較分析，最終得出優化模擬結果，為物流產業的發展提供一定的參考依據，解決物流領域中的一些關鍵問題。Heun-suk Hwang[1]（2014）運用系統動力學，構建區域物流配送中心選址模型，并通過計算機模擬仿真得出科學的選址結論；Sterman JD[2]（2011）構建了物流系統的庫存模型，而該模型是由決策規則、物理結構兩部分組成，通過對變量以及參數的調整，進行不同情的對比仿真模擬，最終得出科學合理的庫存管理模式；邊曉雨[3]（2017）基于低碳經濟的視角，結合系統動力學理論，運用VENSIM-PLE構建農村物流系統的仿真模型，通過變量、參數的設置，對農村物流系統進行不同情景模擬，比較分析給出農村物流低碳發展的相關建議；張修洋[4]（2016）將環境與生態因素考慮到物流產業運作中去，運用系統動力學構建低碳物流仿真模型，通過對比優化，從政策與技術兩個角度給物流業低碳化發展提出合理建議；王倩倩[5]（2014）對吉林省歷年的物流業進行基礎分析，并統計收集了2005-2012年的基礎數據，對其進行碳排放測算，并依據吉林省物流業發展情況構建吉林省物流業低碳化發展系統動力學仿真模型，通過情景模擬為吉林省物流業低碳化發展提供科學合理的建議；龐麗[6]（2013）、；侯劍[7]（2010）、韓笑[8]（2014）均運用系統動力學構建環境友好型物流產業系統仿真模型，通過改變不同變量邏輯與參數賦值進行不同情景的對比模擬，比較分析得出有效控制物流系統碳排放的相關政策建議。通過上述低碳物流研究現狀分析可以看出，低碳物流領域儼然成為一個研究熱點與重點。眾多國內外學者均對物流產業的碳排放測算及影響因素做了大量分析研究，或是結合經濟發展現狀、物流產業發展特點，找出能夠有效降低物流業碳排放的措施。

3 浙江省低碳物流系統模型構建

本文以浙江省物流業、能源、經濟、環境這四者為模型構建的基本結構，其中，社會經濟與物流業之間是相互促進的關系，而隨著物流業規模擴大，能源消耗量也隨之增長，最終導致生態環境的破壞，由此，需要進行大量投資來拯救被破壞的生態環境，從而構成了統一封閉的循環圖。運用系統動力學模型，根據上述對系統結構的分析，確定系統邊界及要素確定，建立因果循環圖和存量流程圖。深入剖析各變量之間的關系，對浙江省物流碳排放進行情景模擬分析，在宏觀層面為相關部門制定合理、科學的政策。

3.1 模型基本假設

浙江省物流碳排放系統動力學模型是一個復雜非線性的大系統，考慮因素眾多，這就必然很難將所有的相關因素均考慮在內。本次系統仿真模型中的時間范圍2001-2020年，其中2001-2015年為模型仿真的檢驗年限，2016-2020年為模型的預測年限，模型模擬步長為1年。由此，本文抓住影響浙江省物流碳排放的主干因素，而那些對模型結果影響不大以及細節因素，均不予考慮。由此，構建浙江省物流碳排放系統動力學模型并做出以下假設：

（1）模型只考慮社會經濟發展與物流業之間的聯系，至于其他相關產業，本模型不予考慮。

（2）模型只考慮由物流業發展而帶來的能源消耗對生態環境的污染，至于其他形式的污染，本模型不予考慮。

（3）假設浙江省經濟持續穩定增長,而與物流業相關的貨運周轉量均與經濟發展維系穩定關系。

（4）模型只考慮物流業能源消耗而引起的碳排放量，至于電力使用量（二次能源）不予考慮。

3.2 因果循環圖

結合上述的分析與假設，本文將浙江省物流碳排放系統分為經濟-物流產業系統模型、物流業-貨運運輸系統、環保投資-減排系統。

（1）經濟-物流產業系統。從圖2可以看出，經濟與物流子系統呈現出正向循環影響，浙江省社會經濟的發展會增加物流業投資額，而投資額的增加追加對物流設施的發展，以保障物流產業的持續發展。隨著浙江省物流業的不斷發展、規模不斷擴大擴大，會進一步推動浙江省物流業的增加值，會增加對浙江省經濟的貢獻率，最終推動浙江省社會經濟的發展。

（2）物流業-貨運運輸系統。圖3可以看出，浙江省社會經濟發展帶動物流產業發展的同時，其貨運周轉量的需求也呈現出增長的趨勢。一方面為物流整體系統創造利潤，也相應加大運輸設施建設，提高浙江省物流系統的貨運能力，為物流業發展提供保障；另一方面也加大了鐵路、公路、水運的貨物周轉量，使得浙江省物流系統整體的碳排放量增加；由此，治理污染的環境成本也會大幅度提高，這就在一定程度上減少了整體系統的利潤額度。

（3）環保投資-減排系統。從圖4中可以看出，浙江省政府可加大對當地環保投資額度，加大物流業運輸系統的治理費用，提高技術水平、普及低碳政策意識，從而能夠減少浙江省物流業的碳排放量，減輕由污染氣體的排放而造成的環境壓力。即浙江省物流的碳排放量受到來自正負兩個相關變量影響，最終出現環境污染損失，將不利于浙江省經濟的持續增長。

圖2 經濟-物流業系統反饋圖

3.3 存量流量圖

結合上述分析，本節運用系統動力學VENSIMPLE軟件，構建出浙江省物流產業碳排放系統動力學模型，具體如圖5所示。

3.4 主要模型參數

物流產業碳排放系統模型中，其碳排放量主要是由于能源消耗而產生的，而本次模型中能源消耗主要是由運輸系統造成。其中，不同運輸的能耗情況各不相同，且不同能源的碳排放因子也不相同，所以造成的碳排放量也不盡相同。由此，關于不同運輸方式貨運量可通過歷年的貨運量歷史數據，進行回歸分析，整理出期間的函數關系；不同運輸方式的單位能耗情況可通過查閱我國交通統計年鑒獲得大致數據；而不同能源的碳排放系數，參考我國現有數值，這里就不做描述；此外，系統模型中的已有參數，如常數系數、轉換系數以及表函數等，可通過查閱相關資料，或在模型運行中不斷檢驗，假設出合理并且可調整的系數值，便于做不同程度的情景模擬。下面將分別從初始值的確定、常量的確定、增長系數表函數的確定以及浙江省物流產業需求表達式的確定分別闡述：

圖3 物流業-貨運運輸系統反饋圖

圖4 環保投資-減排系統反饋圖

圖5 浙江省物流碳排放系統動力學模型

（1）初始值的確定。本模型的時間年限為2001-2020年，其中2001-2015年為檢驗年限，且將2001年的區域生產總值作為初始值，根據《浙江省統計年鑒》上的數據，將生產總值設定為6 898億元。

（2）常量的確定。以浙江省物流投資為例，物流產業每年都會在年收入的總數下定量投入一部分作為下一年的行業投資。根據浙江省歷年物流產業管理費用、財務費用等情況參考，并假設當年物流產業的利潤額均用于下一年發展物流產業供給能力。由此，假設物流自投資系數為0.15。至于其他常量，諸如各運輸方式的排放因子、各增長或減少系數等，均可通過查閱相關資料，通過模型檢驗，得出符合實際情況的參數值。

（3）增長系數表函數的確定。表函數是VENSIM-PLE軟件中表示自變量與因變量關系的函數，而在浙江省物流產業碳排放模型中，GDP增長系數是由表函數表示。根據研究期內浙江省GDP發展數據，其自變量是當地區域生產總值，而因變量是增長系數，即浙江省當年生產總值增加值與上一年生產總值的比值。如圖6所示。

圖6 浙江省GDP增長系數表函數參數設置頁面

（4）浙江省物流需求表達式。本模型將對歷年研究浙江省的生產總值與區域物流總額、浙江省物流業總費用與浙江省物流業貨運周轉量等進行線性擬合，找出變量之間的發展關系，由于篇幅有限，本文就不做詳細描述。

4 系統仿真模擬

結合上述浙江省物流碳排放系統的系統動力學模型，本文將會從環境治理投資、降低貨運單位能耗、降低各能源排放因子、優化物流運輸方式這幾方面進行情景模擬。

4.1 增加環保投資模擬

為了實現我國既定的減排目標，到2020年我國碳排放強度較2005年下降40%-45%，首先從增加浙江省環保投資角度出發，從不同程度上追加物流產業環保投資，其模擬結果見表1和圖7所示。從表1可以看出，伴隨浙江省環保投資額的增加，其浙江省物流的碳排放量也隨之減少。直到浙江省環保投資額增加到預期投資額的45%，2020年浙江省物流產業碳排放量才能夠減少到預期排放量的30%，實現我國“十三五”規定的減排目標。這也反映出當下區域關于環保投資額遠遠不足的弊端，需當地政府的足夠重視，在“十三五”期間，加大環保投資額，從資金角度上保障我國節能減排的目標。從圖7可以看出，不論環保投資額增加多少，浙江省物流產業碳排放量在2016年之前均呈現出增加的趨勢，而2016年之后環保投資效果呈現碳排放量下降的趨勢，且環保投資比例增加45%，可在后期2019-2020年依然呈現碳排放量下降的趨勢，由此，增加環保投資額是十分必要的舉措之一。

4.2 降低單位能耗模擬

從上節可得出，要實現我國“十三五”期間節能減排的目標，需要不斷加大環保投資額比例，然而通過單一增加環保投資只是治標的手段，由此需要從治本的角度出發，從根源上減少物流產業系統的碳排放量是研究節能減排的關鍵。結合本文第四章的研究內容可知，以化石能源為主的能源消耗是物流產業碳排放的直接來源，而浙江省物流產業貨運周轉量主要以公路、水路、鐵路三種運輸方式為主。本節主要考慮按不同比例統一降低三種運輸方式的單位能耗進行碳排放對比模擬，其模擬結果見表1和圖8所示。從表1中可以看出，當單位能耗降低到30%時，2020年浙江省物流產業碳排放量才能夠減少到預期排放量的30%，實現我國“十三五”規定的減排目標。可通過改進汽車、船舶以及火車的發動機，提高其燃油效率，亦可通過規劃運輸路線、改變司機駕駛習慣以及提高車廂貨物滿載率等方式方法來有效降低交通運輸的單位能耗。從圖8可以看出，依次在前者基礎上降低單位能耗，其能源消耗總量以此降低，物流系統的碳排放量也隨之不斷降低，最終可在源頭上減少污染氣體的排放量。

4.3 降低排放因子模擬

當前，能源的獲取主要是通過燃燒原煤、石油為主的化石燃料，在燃燒的過程中由于原料品質的差異會導致不同程度的排放因子，而原料品質的差異化主要是由于生產工藝、技術的高低水平造成的，這也就形成不同區域國家的不同排放因子的國際標準。燃料的排放因子是是影響整個運輸系統的重要因素，從分析可知，我國燃料的排放因子是高于西方的發達國家的。由此通過不同比例降低燃料的排放因子來綜合比較分析物流系統的碳排放量變化是可行的，可以通過改進我國燃料的生產工藝、技術水平等方法提高燃油品質，具體模擬結果見表1和圖9所示。從表1可以看出，當燃料的排放因子降低到26%時，2020年浙江省物流產業碳排放量才能夠減少到預期排放量的30%，實現我國“十三五”規定的減排目標。從圖9中也可以看出，每當燃料的排放因子按不同比例依次降低時，其浙江省物流產業碳排放總量也會依次減少。由此可見，燃料的碳排放因子對區域物流碳排放影響比較大，有關部門需加強對該領域的重視，通過技術水平的提高來降低燃料的排放因子。

4.4 轉變運輸方式模擬

通過觀察發現浙江省貨運周轉量自進入21世紀以來呈現出快速發展的趨勢，鐵路、公路、水路貨運周轉量均呈現出增長的態勢。其中，水路與鐵路屬于大宗貨物運輸系統，貨物周轉量理應基數大，可通過觀察發現公路貨運周轉量卻大于鐵路貨運周轉量。而在鐵路、公路以及水路這三種運輸方式中，公路屬于高耗能運輸方式，其能源消耗遠遠超過鐵路。與此同時，在國家擴大內需、電商經濟快速發展，公路貨運周轉量在2008年后呈現出爆發式發展，使得由物流需求量增加而引起的龐量運輸造成了極大的生態壓力。由此，本節將會按照不同程度的比例將公路貨運周轉量向鐵路運輸方式轉移，具體的仿真模擬見表1和圖10所示。從表1中可以看出，貨物周轉量轉移的比例達到20%時，2020年浙江省物流產業碳排放量才能夠減少到預期排放量的30%，實現我國“十三五”規定的減排目標。從圖10也可以看出，伴隨著貨運周轉量轉移比例的加大，浙江省物流產業碳排放總量也隨之不斷的減少，但在2019年后并沒有呈現出穩健的降低態勢，而是呈現出緩慢的上升趨勢，由此，通過單純的轉移貨運周轉量，合理安排運輸方式間的貨運比例并不能有效地降低貨運周轉量，還需通過其他的節能減排措施加以配合。

表1 增加不同環保投資比例仿真情況

圖7 增加不同比例環保投資的仿真對比圖

圖8 降低不同比例單位能耗仿真對比圖

圖9 降低不同比例排放因子仿真對比圖

圖10 轉移不同比例貨運周轉量仿真對比圖

5 結論分析

應用VENSIM-PLE軟件構建浙江省物流業系統動力學模型，針對國家“十三五”規劃制定的減排目標，分別從增加環保投資、降低單位能耗、降低能源排放因子以及轉變運輸方式結構等方面進行不同程度對比仿真模擬。結果表明浙江省需進一步加大物流業的環保投資比例，單位能耗需降低原來30%左右，能源碳排放因子需降低原來26%，完善物流業運輸結構才可實現減排目標。

由此，基于上述分析，本文針對浙江省物流業低碳化發展提出以下幾點對策：

（1）提高能源使用效率，進一步降低物流產業單位產值的能耗。在當下物流產業發展迅速，能耗總量也逐漸增加的情況下，提高物流產業的能源使用率能夠有效抑制碳排放量的增加。

（2）提高燃油品質，增加綠色能源的使用份額。浙江省物流產業是以石油為主的能源結構，這就需要政府加以引導物流企業使用高品質的燃油，提高燃油的燃燒率，通過降低排放因子減少碳排放量；鼓勵引導清潔能源在物流產業中的應用，走可持續發展道路。

（3）優化浙江省物流運輸方式，有效規避高耗能。資料顯示，2015年浙江省公路、鐵路、水運貨運周轉量比例為7：1：38，且同等貨運量鐵路運輸的碳排放量是公路運輸的1/12。由此，提高鐵路、降低公路運輸周轉量的比例能夠有效降低整個浙江省物流產業的碳排放量。所以，優化浙江省物流產業運輸方式，能夠有效降低由物流產業而產生的碳排放量。

（4）助推浙江省物流產業轉型升級，努力提高運輸信息化、自動化水平。加大浙江省物流產業信息平臺的建設、信息技術的研發應用，提高物流產業自動化、信息化水平，能有效規避由物流系統在重復操作過程中出現的頻繁運輸、無功運輸、迂回運輸、空載運輸等調度不當問題。