陳啟明，趙明華，蔣 琦，黃軍福

(1.安徽工業(yè)大學(xué) 商學(xué)院 安徽 馬鞍山 243002；2.合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院 建筑工程學(xué)院 合肥 238000)

0 引 言

當(dāng)前，全球氣候變暖、大氣污染嚴(yán)重已成為人類社會(huì)面臨的共同難題，其中工業(yè)生產(chǎn)過程中的碳排放是造成氣候變化的一個(gè)主要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球碳排放量約達(dá)360億噸，而鋼鐵行業(yè)的碳排放量占總排放量的15%左右，在全球化競爭背景下，市場主體的競爭已不再是單個(gè)企業(yè)間的競爭，而是演變成供應(yīng)鏈企業(yè)間的競爭。因此，對(duì)鋼鐵供應(yīng)鏈碳排放的測算及優(yōu)化研究，解決現(xiàn)有問題，為供應(yīng)鏈鏈上企業(yè)實(shí)施節(jié)能減排提供決策依據(jù)具有重要意義。

通過對(duì)國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)的梳理發(fā)現(xiàn)，關(guān)于鋼鐵供應(yīng)鏈碳排放測算的研究主要從以下幾個(gè)方面展開研究：羅杏玲等根據(jù)鋼鐵產(chǎn)業(yè)高能耗、高污染的特點(diǎn)，將鋼鐵企業(yè)的生產(chǎn)劃分為產(chǎn)、供、銷及運(yùn)輸四個(gè)階段，設(shè)計(jì)一種基于鋼鐵產(chǎn)品生命周期過程的碳排放控制系統(tǒng)，運(yùn)用EIO-LCA方法對(duì)各階段的碳排放進(jìn)行測算。[1]洪江濤等對(duì)鋼鐵供應(yīng)鏈企業(yè)低碳排放的創(chuàng)新機(jī)制做了研究，對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的投入產(chǎn)出相關(guān)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析構(gòu)建鋼鐵企業(yè)碳排放測度模型，并由此推導(dǎo)出衡量供應(yīng)鏈鏈上企業(yè)碳排放的強(qiáng)度指標(biāo)。[2]王忠偉，謝鑫鵬在對(duì)鋼鐵供應(yīng)鏈排放系統(tǒng)因果關(guān)系分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型及仿真分析。[3-4]上述研究大多數(shù)是根據(jù)鋼鐵企業(yè)不同生產(chǎn)階段、不同環(huán)節(jié)工藝流程中所消耗的各種能源、燃料，再通過相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換成碳排放因子，從而累計(jì)計(jì)算出整個(gè)供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放總量。由于礦石原料的冶煉、結(jié)燒是一種復(fù)雜的工藝技術(shù)，主要包括溶劑消耗產(chǎn)生碳排放及冶煉工藝中的物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的碳排放，一些能源及原材料消耗的指標(biāo)數(shù)據(jù)不易獲得，因而測得的碳排放量不夠準(zhǔn)確。在大數(shù)據(jù)背景下，本文將在統(tǒng)計(jì)抽樣技術(shù)及優(yōu)化理論的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建比率估計(jì)量的方法對(duì)鋼鐵供應(yīng)鏈企業(yè)的碳排放量測度方法進(jìn)行研究。

1 鋼鐵供應(yīng)鏈企業(yè)碳排放體系

鋼鐵供應(yīng)鏈?zhǔn)且凿撹F企業(yè)的生產(chǎn)、運(yùn)輸及銷售為核心，吸引鋼鐵產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)和相關(guān)的服務(wù)業(yè)組成的一種動(dòng)態(tài)聯(lián)盟組織形式。主要包括鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)、鋼材采購、加工、組裝到形成商品出售的供應(yīng)鏈條的閉環(huán)[5-6],圖1所示。

圖1 鋼鐵供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)體系

虛線框內(nèi)鋼鐵供應(yīng)鏈的構(gòu)成環(huán)節(jié)表明了供應(yīng)鏈總碳排放主要有以下幾個(gè)方面組成：原材料供應(yīng)；鋼鐵制品的生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)；逆向物流。具體來說就是鋼鐵供應(yīng)鏈企業(yè)碳排放源主要由四部分構(gòu)成：鐵礦石、礦砂等原材料由原產(chǎn)地輸送到生產(chǎn)車間的過程中，各種運(yùn)輸設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生CO2排放；鋼鐵企業(yè)在加工原材料的過程中要消耗包括電力、煤焦炭在內(nèi)的多種能源資源，同時(shí)排放大量的CO2；在物流領(lǐng)域鋼鐵產(chǎn)品從生產(chǎn)廠家運(yùn)送到分銷商及消費(fèi)者的過程中也有CO2排放；此外，廢舊金屬的分類、拆解，冶煉礦渣的二次利用等逆向物流過程中也會(huì)產(chǎn)生大量CO2排放。相對(duì)于鋼鐵制品的生產(chǎn)、加工和流通等環(huán)節(jié)產(chǎn)生的碳排放量，多級(jí)供應(yīng)鏈和消費(fèi)環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的碳排放量比較少，數(shù)據(jù)資料收集有一定的難度，文中沒有考慮。

2 比率估計(jì)量的相關(guān)理論

在統(tǒng)計(jì)調(diào)查實(shí)踐中，當(dāng)存在與我們調(diào)查的主要變量Y高度相關(guān)的其他輔助變量X的有效信息，而且這些輔助變量X的信息質(zhì)量較好時(shí)，充分利用這些信息無疑會(huì)提高主要變量Y估計(jì)的精度。一般來說，輔助變量的選擇遵循如下原則：輔助變量必須與主要變量高度相關(guān)；輔助變量與主要變量之間的相關(guān)關(guān)系整體上相對(duì)穩(wěn)定；輔助變量的總體總值必須是已知的，或者相對(duì)容易獲得；輔助變量的信息質(zhì)量更好，或信息更容易獲取及調(diào)查成本更低。

3 基于能源消耗的比率估計(jì)量的構(gòu)建

在上述分析碳排放體系的基礎(chǔ)上，接合鋼鐵產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程特點(diǎn)，將鋼鐵供應(yīng)鏈上企業(yè)的碳排放總量分解為采購、生產(chǎn)、銷售和逆向物流四個(gè)組成部分。[7-10]

YCO2=Y采購+Y生產(chǎn)+Y銷售+Y逆向

其中Y表示各階段的碳排放量(單位：噸)。由于階段之間的差異性，影響碳排放量因素比較多，本文選擇與其高度相關(guān)的能源消耗量作為輔助變量，首先通過統(tǒng)計(jì)分析得到各階段的能源消耗量，其次，根據(jù)國家能源標(biāo)準(zhǔn)《2006年IPCC指南》規(guī)定的a型燃料的燃燒值qa(TJ/kg)及a型燃料燃燒的排放因子為EFa(kg/TJ)，經(jīng)過合成作為a型燃料的比率估計(jì)量ra，最后通過合理抽取供應(yīng)鏈鏈上企業(yè)作為樣本，獲取輔助變量資料數(shù)據(jù)，根據(jù)定理3即可求得供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放總量。

由于采購、銷售和逆向物流三個(gè)階段的共同點(diǎn)是通過交通運(yùn)輸?shù)姆绞絹韺?shí)現(xiàn)的，因而可將這三個(gè)階段的碳排放量統(tǒng)一用運(yùn)輸工具的能源消耗量換算，即該階段的碳排放主要由鐵路運(yùn)輸、水路航運(yùn)和公路運(yùn)輸?shù)慕煌ㄟ\(yùn)輸工具的燃料燃燒均產(chǎn)生碳排放來承擔(dān)，而不同的交通工具的運(yùn)載比例、承運(yùn)量及運(yùn)輸距離各不相同。因此，假設(shè)礦石原材料采購總量為Q1(t),鐵路、水路和公路三種交通工具運(yùn)量的分?jǐn)偙壤秊閚tl,nsl,ngl;運(yùn)輸?shù)钠骄嚯x用Ltl,Lsl,Lgl(km)表示,三種運(yùn)輸工具的噸公里油耗水平用ytl,ysl,ygl(kgt.km)表示,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《2006年IPCC指南》,a型燃料的燃燒值為qa(TJ/kg),a型燃料燃燒的排放因子為EFa(kg/TJ)，燃料a燃燒比率估計(jì)量可定義為：

其中S是鐵路、公路和水路的集合，qa(TJ/kg)是a型燃料的燃燒值，EFa(kg/TJ)是a型燃料燃燒的排放因子為，CCa(tc/GJ)是a型燃料的單位熱值含碳量,OFa為a型燃料的CO2率(%)。

生產(chǎn)階段的碳排放源則比較復(fù)雜、多樣，主要有電力生產(chǎn)、煤碳生產(chǎn)、焦炭生產(chǎn)，各種能源燃料的單位碳排放量是不同的，必須分別核算構(gòu)建比率估計(jì)量：

(1)電力(熱力)消耗的比率估計(jì)量

(1)

式中AD電、AD熱分別為凈購入的電量和熱力量。

(2)化石燃料燃燒消耗的比率估計(jì)量計(jì)算方法：根據(jù)《2006年IPCC指南》有：

(2)

其中ADi表示第i種化石燃料的消耗水平,EFi則為《指南》規(guī)定的ADi的碳排放因子。

(3)溶劑燃料消耗的比率估計(jì)量的構(gòu)建：

(3)

式中Pi表示溶劑i的消耗水平，ni表示溶劑i的的利用率(%)，EFi則為溶劑i的的碳排放因子。

4 基于簡單比率估計(jì)量的供應(yīng)鏈碳排放量測算模型

由上述理論分析可知，供應(yīng)鏈系統(tǒng)的非生產(chǎn)階段(采購、銷售和逆向物流)的能源消耗主要是溶劑燃料X3，溶劑燃料種類比較多，而不同的種類的溶劑燃料在非生產(chǎn)階段的利用率ni及排放因子EFi存在差異，由公式(3)可以計(jì)算出溶劑燃料的比率估計(jì)量r3，r2及r1同理可得。在非生產(chǎn)階段與生產(chǎn)階段按照簡單隨機(jī)抽樣的原則分別選擇一定的企業(yè)作為樣本，其輔助變量的抽樣比分別是W1、W2、W3，如表1所示。

表1 鋼鐵供應(yīng)鏈企業(yè)能源消耗

(4)

以馬鞍山市長江鋼鐵廠為例，通過實(shí)地調(diào)研和網(wǎng)上調(diào)查找相結(jié)合的方法得到該企業(yè)2015年生產(chǎn)階段中各種能源、燃材料消耗的相關(guān)數(shù)據(jù)表2。

表2 2015年長江鋼鐵公司主要能源消耗量 單位：萬噸

根據(jù)本文提出的公式(1)-(4)，可計(jì)算出長江鋼鐵公司鋼鐵供應(yīng)鏈系統(tǒng)2015年的碳排放量如表3。

表3 2015年長江鋼鐵公司鋼鐵供應(yīng)鏈系統(tǒng)的碳排放量 單位：噸

5 總 結(jié)

由于供應(yīng)鏈企業(yè)的采購、生產(chǎn)、銷售及逆向物流過程復(fù)雜，指標(biāo)因素之間區(qū)別不顯著，傳統(tǒng)的直接測度的方法成本較高，對(duì)于冶煉過程中的一些指標(biāo)數(shù)據(jù)不易準(zhǔn)確獲得，碳排放量測量精度不高。通過大數(shù)據(jù)相關(guān)理論，采用構(gòu)建比率估計(jì)量的方法，通過對(duì)供應(yīng)鏈鏈上企業(yè)原材料及燃料的消耗量的統(tǒng)計(jì)，充分利用燃料耗損與碳排放之間高度相關(guān)性特點(diǎn)，從而測算供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放量。該方法利用統(tǒng)計(jì)抽樣的原理對(duì)于測度鏈上企業(yè)較多的供應(yīng)鏈系統(tǒng)碳排放量具有簡單、易行的特點(diǎn)。