賈小平，萬樹文，王 芳，錢 宇

（1青島科技大學環(huán)境與安全工程學院，山東 青島 266042；2華南理工大學化學與化工學院，廣東 廣州 510641）

1 矩陣模式經(jīng)濟學

1.1 傳統(tǒng)矩陣模式經(jīng)濟學

1.2 考慮環(huán)境影響的矩陣模式經(jīng)濟學

考慮環(huán)境影響的成本分析模型如圖2所示。考慮環(huán)境影響的矩陣模式經(jīng)濟學包含了廢熱、廢氣、廢水、廢渣等出系統(tǒng)的環(huán)境污染排放物流股，這不同于傳統(tǒng)經(jīng)濟學中的事件矩陣，傳統(tǒng)的事件矩陣中只包含了燃料和產(chǎn)品兩種定義，并未定義環(huán)境排放。因此事件矩陣需要增加新的補充方程構(gòu)建原則。

本文環(huán)境成本包括污染物治理成本和潛在環(huán)境影響成本兩類。系統(tǒng)中廢水、廢渣考慮其污染物治理成本，對于煙氣等廢氣排放物考慮其潛在環(huán)境影響成本。污染物治理成本通過查閱文獻獲得單位排放治理成本，然后乘以廢水、廢渣排放總量計算而得。潛在環(huán)境影響成本通過計算污染物氣體的單位環(huán)境影響成本乘以廢氣環(huán)境排放量而得到。其補充方程構(gòu)建原則有以下幾種。

補充原則一：有e股輸入流，就可以建立e個補充方程：ae×ED×c* =We。式中，ae（e×n）為對應(yīng)輸入系統(tǒng)流元素為 1的矩陣。We（e×1）為已知輸入系統(tǒng)流的成本向量。

補充原則三：若子系統(tǒng)的“燃料”為雙線流，則構(gòu)成雙線流的兩股流，其單位成本也相等。多輸入和多輸出系統(tǒng)同樣也如此，且等于輸入單位流成本的加權(quán)平均值。

圖1 矩陣模式，經(jīng)濟學基本思路

圖2 考慮環(huán)境影響的成本分析模型

補充原則四：有l(wèi)股輸出系統(tǒng)排放到環(huán)境中的流股，就可以建立l個補充方程：al×ED×c* =Wl。式中，al（l×n）為對應(yīng)輸出系統(tǒng)并排放到環(huán)境中的流元素為?1的矩陣；Wl（l×1）為已知輸出系統(tǒng)并排放到環(huán)境中流的成本向量。當不考慮流排放所造成的環(huán)境影響時，Wl（l×1）為零向量；考慮流排放所造成的環(huán)境影響時，Wl（l×1）為負向量，從而將環(huán)境成本轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品成本中。

2 案例分析：天然氣輔助煤多聯(lián)供甲醇電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

該多聯(lián)供多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的描述見文獻[5]。該系統(tǒng)可有效地彌補分產(chǎn)系統(tǒng)中存在的一些不足，通過煤基合成氣生產(chǎn)化工產(chǎn)品，未反應(yīng)的合成尾氣和天然氣在燃氣輪機中燃燒發(fā)電，從而提高系統(tǒng)的能量利用效率。在傳統(tǒng)的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中，由于出甲醇合成單元模塊的未反應(yīng)合成氣的量較小，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電單元模塊的操作范圍也較小，從而導致聯(lián)合循環(huán)單元模塊的發(fā)電效率較低。而對天然氣輔助煤甲醇電多聯(lián)供系統(tǒng)來說，通過采取補充燃燒天然氣和未反應(yīng)合成氣聯(lián)合的方式來擴大循環(huán)發(fā)電單元模塊的操作范圍，從而可以提高整個系統(tǒng)的發(fā)電效率，并使天然氣的應(yīng)用效率達到最佳水平。

2.1 單位成本分析

2.2 單位經(jīng)濟學成本分析

圖3 單位成本變化規(guī)律

表1 各子系統(tǒng)的燃料、產(chǎn)品及環(huán)境排放

煤炭開采的固體廢物產(chǎn)生率為4.92 kg/t，天然氣開采的固體廢物產(chǎn)生率為0.00576 kg/m3。本文固體廢棄物只考慮其占地損失，2000年固體廢棄物的環(huán)境經(jīng)濟損失[9]為 4.652 $/t。以小麥的出售價格對其進行修正，則固體廢棄物的環(huán)境經(jīng)濟損失為8.652$/t。廢熱的累積必然會增強溫室效應(yīng)[10]，但是目前還缺乏相關(guān)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，暫不考慮廢熱的環(huán)境成本。圖4所示為單位經(jīng)濟學成本的變化規(guī)律圖，圖5、圖6所示為考慮環(huán)境影響前后的系統(tǒng)經(jīng)濟學成本變化圖。

圖4 單位經(jīng)濟學成本變化規(guī)律

3 結(jié) 論

（1）引入過程系統(tǒng)的環(huán)境影響因素，提出考慮環(huán)境成本的矩陣模式經(jīng)濟學分析方法，分析系統(tǒng)產(chǎn)品生命周期成本的形成過程，揭示系統(tǒng)產(chǎn)品的真實成本。

表2 各子系統(tǒng)的投資回收成本和運行維護成本 單位：$/s

表3 各污染物的環(huán)境成本估算

圖5 未考慮環(huán)境成本時的天然氣輔助煤多聯(lián)供甲醇電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的成本變化圖（單位：$/s）

圖6 考慮環(huán)境成本時的天然氣輔助煤多聯(lián)供甲醇電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的成本變化圖（單位：$/s）

（2）針對事件矩陣建立，提出考慮環(huán)境影響的新補充方程構(gòu)建原則。

（3）以天然氣輔助煤多聯(lián)供甲醇電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)為例，詳細分析了考慮環(huán)境影響前后的單位成本和單位經(jīng)濟學成本的變化情形，隨著過程的延伸，兩者成本均逐漸升高。未考慮環(huán)境成本的產(chǎn)品電力平均單位經(jīng)濟學成本為0.0200 $/MJ；考慮環(huán)境成本后，則其成本將提高41.0 %。

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[8]劉敬堯.合成氣為核心的能源化工系統(tǒng)的系統(tǒng)分析和生命周期評價[D].廣州：華南理工大學, 2011.

[9]鄭莆燕.煤部分氣化聯(lián)合循環(huán)的技術(shù)、經(jīng)濟和環(huán)境綜合分析研究[D].南京：東南大學, 2003.

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