司念朋 李燾，2 宗藝晶，2 肖海清 陶自強 付艷玲 郭興洲，2 王宏偉*

（1.中國檢驗檢疫科學研究院 北京 100176；2.國家市場監(jiān)督管理總局消費品風險評估中心）

1 前言

改革開放以來， 為緩解我國經(jīng)濟快速發(fā)展中所面臨的原材料緊缺的問題， 我國開始大量進口廢物原料（即跨境可再生資源）作為補充[1]。 如今我國大力開展生態(tài)文明建設，對于環(huán)境標準的要求日益提高，對此類貨物進口監(jiān)管趨嚴的態(tài)勢已不可扭轉(zhuǎn)[2]。基于此， 本文對跨境可再生資源的能效評估方法進行研究，以期通過能效評估措施優(yōu)化可再生資源進口，提升我國跨境可再生資源工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量安全風險管理理論研究和應用技術水平，具有極其重要的現(xiàn)實意義。

2 能效評估方法關鍵定義

能效這一概念由美國學者首次提出，1965 年美國出現(xiàn)大停電事故， 相關學者開始關注在經(jīng)濟快速發(fā)展導致電力需求急劇增長的情況下電力系統(tǒng)的可靠性[3]。 20 世紀70 年代，歐美發(fā)達國家開始在電力領域開展能效管理技術的研究工作。 能源效率是能源利用的問題，世界能源委員會（WEC）對能源效率的定義為“減少提供同等能源服務源投入”。

首先， 學術界對此問題的意見并不一致。 Patterson[4]認為，能源效率是指用較少的能源生產(chǎn)同等數(shù)量的服務或有用的東西。 Bosseboeuf[5]等拓展了能源效率的范圍， 認為經(jīng)濟上的能源效率指用相同或更少的能源以獲得更多產(chǎn)出或更好的生活質(zhì)量， 而技術經(jīng)濟上的能源效率是指由于技術進步、 生活方式的改變、管理的改善等，導致特定能源使用的減少。而我國大部分學者認為，能源效率是一個指標群。如魏楚等[6]根據(jù)測算方法的不同，將能源效率的指標分為4 種：熱力學指標、物理-熱量指標、經(jīng)濟-熱量指標和純經(jīng)濟指標，而魏一鳴等[7]綜合上述觀點，把能源效率分為能源宏觀效率、能源實物效率、能源物理效率、能源價值效率、能源要素利用效率、能源要素配置效率、 能源經(jīng)濟效率等7 類描述能源效率的指標， 并指出這7 類指標具有各自的理論基礎或假設條件、優(yōu)缺點或適應范圍，任何一種單一指標都不可能完整地反映出能源效率的水平。

其次， 眾多學者對能源效率的影響因素進行了分析。 一般認為技術進步和產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整是能源效率優(yōu)化的關鍵因素。 Maddison、Denison[8-9]認為，當能源要素從低生產(chǎn)率或生產(chǎn)率增長較低的部門向高生產(chǎn)率或生產(chǎn)率增長較高的部門轉(zhuǎn)移時， 就會導致總體經(jīng)濟實體能源效率的提高。Renshaw[10]強調(diào)能源與價格、經(jīng)濟中產(chǎn)業(yè)結構的變動也能夠影響能源效率。吳巧生等[11]的研究表明，中國能源消耗強度下降主要是由于各部門能源使用效率的提高，其中，工業(yè)部門的技術進步是影響能源消耗強度的主要因素。 王群偉等[12]通過基于DEA 的Malm8uist 指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，技術效率比技術進步更易帶來能源效率的提高，這與技術進步帶來的回彈效應（Rebound Effect）有關。袁曉玲、張寶山等[13]認為工業(yè)結構、產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結構、所有權結構和能源因素對能源效率的影響較大，產(chǎn)業(yè)結構、 工業(yè)結構變量與能源稟賦全要素能源效率呈負相關， 且國有工業(yè)產(chǎn)值在工業(yè)總產(chǎn)值中的占比越高，全要素能源效率就會越低。 但是，也有一些不同的觀點。K Hazzoom[14]認為回彈效應使得技術進步對于能源效率的影響難以確定。 史丹等[15]認為產(chǎn)業(yè)結構的變化對于能源效率的作用正在逐漸減弱，甚至會產(chǎn)生負作用。 李廉水等[16]研究發(fā)現(xiàn)技術效率是工業(yè)部門能源提高的主要因素，而并非技術進步，但是技術進步的作用正在逐漸增加。

梳理并分析以上文獻， 可以發(fā)現(xiàn)由于對能源效率的概念和含義沒有統(tǒng)一標準， 且各種投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)具有統(tǒng)計差異性， 導致研究計算得出的能源效率結果差異較大。但可以肯定地是，生產(chǎn)中包含能源在內(nèi)的各種要素之間相互影響， 若單純分析一個生產(chǎn)要素對能源效率的影響將會有很大缺陷。

因此本文研究將嘗試構建跨境可再生資源能效的多維評估模型：將能源效率定義為物理學概念，如能源利用中發(fā)揮作用的與實際消耗的能源量之比；將能源效益定義為經(jīng)濟學概念， 如終端提供的服務與所消耗的能源總量之比。

3 能效評估指標體系

3.1 建立體系的思想

建立能效評估指標體系并不是簡單的將各種投入及產(chǎn)出指標羅列出來，而是需要科學地根據(jù)指標體系構建的基本思想，對指標進行篩選，并通過指標之間的關聯(lián)性，反應能源效率的內(nèi)涵。 本文研究的能效評估指標體系的建立主要基于以下3 個基本思想：

（1）以行業(yè)企業(yè)為研究對象，分析企業(yè)的能源利用情況， 通過實地考察調(diào)研和企業(yè)年度統(tǒng)計報告所示數(shù)據(jù)，對企業(yè)整體能源消耗情況進行客觀、合理、有效的評估，并充分挖掘數(shù)據(jù)的潛在價值。

（2）能源消耗量不僅需要考慮生產(chǎn)方面的能源資源使用量， 還包括企業(yè)在進行生產(chǎn)活動中的其他資源消耗，例如：能源管理、設備管理、人力資源配置等方面的資源消耗， 這也是企業(yè)能源效率綜合評估的重要內(nèi)容。

（3） 所有的能源效率評估指標都需要具備可獲得性、可量化性，而且指標數(shù)據(jù)的有效性、準確性也是非常重要的， 只有指標能夠通過準確的數(shù)據(jù)表達出來，才能得到準確的能源效率評估結果，為管理者的決策方案提供理論支持。

3.2 建立體系的原則

能效評估指標體系是是系統(tǒng)、 全面分析企業(yè)能源效率的基礎， 構建企業(yè)能源效率評估指標體系需要基于以下原則：

（1）系統(tǒng)性原則。評估指標體系需要反映出各指標之間的邏輯關系， 不同的側(cè)面需要反映出企業(yè)能源效率水平與投入要素和產(chǎn)出要素之間的關系。 由于評估指標體系中的底層是由具體可量化的指標要素構成，雖然各指標在量綱、數(shù)值、含義方面有區(qū)別，但是都基于一個統(tǒng)一的生產(chǎn)系統(tǒng)， 指標之間實質(zhì)上是彼此相關聯(lián)的，因此，指標體系是一個統(tǒng)一的、有機的整體， 需要通過這個整體的投入產(chǎn)出配置情況分析企業(yè)能源效率水平。

（2）典型性原則。 評估指標需要進行歸納整理，以避免出現(xiàn)指標信息的重復， 應當盡可能準確反映出上層指標的全部信息， 例如， 對于銅冶煉企業(yè)而言， 生產(chǎn)能源投入需要考慮到水資源的消耗量和煤炭的消耗量。 評估指標體系也應當盡可能得進行簡化， 使其在具有典型代表性的同時能夠便于數(shù)據(jù)的處理和計算， 在不影響評估結果的同時提高評估計算處理速度。

（3）邊界性原則。本文研究的起點是各類跨境可再生資源從出口國離境，此后的主要進口流程包括：國際運輸、通關、國內(nèi)運輸、生產(chǎn)加工等，終點是已完成初級加工的、 可以用于后續(xù)產(chǎn)品進行工業(yè)生產(chǎn)的中間產(chǎn)品，如銅錠、ABS/PE 再生粒等。

（4）簡明科學性原則。企業(yè)能源效率評估指標體系的設計及評估指標的選擇必須以科學性為原則，能客觀真實地反映出全要素能源效率的內(nèi)涵， 并且避免指標含義的重復性。 在保證評估指標體系完整性的基礎上應該盡量簡化企業(yè)能源效率評估指標體系， 使其易被能源效率評估操作者理解并對其計算過程進行簡化。

（5）可比、可操作、可量化原則。 在指標選擇方面，應當特別注意在總體范圍內(nèi)的一致性，企業(yè)能源效率評估指標體系的構建是企業(yè)科學評估和管理能源使用情況的前提， 評估和計算方法的選取應當與指標體系保持一致。各指標的簡潔性、代表性有助于數(shù)據(jù)的收集， 評估方法的簡練有助于保證評估過程的可操作性。

4 能效評估方法

國內(nèi)外學者們提出了很多能效評估方法， 其量化指標體系具有可計算性， 通過計算機軟件可加以實現(xiàn)， 跨境可再生資源能效評估的關鍵問題在于實用性強的數(shù)學模型算法， 本文對文獻中出現(xiàn)的4 種典型能效評價方法進行分析對比， 每種方法所實現(xiàn)的作用有所不同。

4.1 指標體系直接對比

指標體系的直接對比是指通過常用的能效指標體系來評價能效水平的方法。 該方法常用于電子電氣產(chǎn)品能效分析，如中國能效標識、日本“領跑者”計劃[17]等都主要基于此方法。

將相同類型的產(chǎn)品以同等試驗條件下的直接測量值或計算值作為評價指標， 綜合各指標構成指標體系，通過與標準規(guī)定限定值進行比較，確定產(chǎn)品的能效等級。 以電冰箱為例（見表1），判定其能效等級（水平）的主要指標是標準能效指數(shù)（ηs）、綜合能效指數(shù)（ηt）[18]。

式中：

ηs綜合標準能效指數(shù)；

Es標準耗電量；

Ebase基準耗電量， 按 GB 12021.2-2015 第 4.2節(jié)計算；

Eaux輔助裝置年耗電量， 按GB 12021.2-2015附錄D 計算；

Day16℃按 GB 12021.2-2015 規(guī)定值；

Day32℃按 GB 12021.2-2015 規(guī)定值。

表1 各被測量引入制熱量的不確定度分量電冰箱能效等級的能效指數(shù)

簡單指標比對法主要是計算待評價對象能效值與參比能效值的差距，并不適用于多維度、多參數(shù)的復雜能效評估；但其能效等級劃分方法可以作為參考。

4.2 層次分析法

層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是把定性方法與定量方法有機結合的決策方法，能把多目標、 多準則且難以進行全部量化處理的決策問題轉(zhuǎn)化為多層次單目標的問題，通過兩兩比較，確定同一層次元素相對于上一層元素的數(shù)量關系，并進行簡單的數(shù)學運算。

文獻[19-23]是層次分析法應用于能效評估的實例。其中文獻[19]分析了綜合能源系統(tǒng)的能源流向，借鑒層次分析模型建立評估指標體系， 將層次分析模型分為3 層（目標層、準則層、方案層），通過構建判斷矩陣計算指標權重，對綜合能源系統(tǒng)能效進行評估。文獻[20]針對天然氣凈化工藝，采用層次分析法與模糊綜合評價法結合，首先采用模糊評判，確定和建立能效評價指標和體系， 通過對各指標按照其相對重要性， 確定指標權重并構造判斷矩陣， 計算特征向量，從而進行天然氣凈化工藝能效評價。文獻[21]對變電站建立層次化模型， 運用層次分析法進行一次設備能耗分析和站用電能耗分析， 確定每個單項指標的重要程度（即權重向量），結合其評估指標和評估依據(jù)，最后計算得到綜合分值，從而建立變電站能效評估方法。

層次分析法是將決策問題按總目標、 各層子目標、 評價準則直至具體的備投方案的順序分解為不同的層次結構， 然后用求解判斷矩陣特征向量的辦法， 求得每一層次的各元素對上一層次某元素的優(yōu)先權重， 最后再加權和的方法遞階歸并各備擇方案對總目標的最終權重， 此最終權重最大者即為最優(yōu)方案。

4.3 數(shù)據(jù)包絡分析

數(shù)據(jù)包絡分析（Data envelopment analysis，DEA）是一個線性規(guī)劃模型，表示為產(chǎn)出對投入的比率。通過對一個特定單位的效率和一組提供相同服務的類似單位的績效進行比較， 使服務單位的效率盡可能最大化。 在這個過程中，獲得100%效率的一些單位被稱為相對有效率單位， 而另外的效率評分低于100%的單位被稱為無效率單位。

DEA 的思想源于投入角度的效率評估概念，1957 年 ，F(xiàn)arrell 發(fā) 表 論 文 《The Measurement of Productive Efficiency of Production》首次闡述了基于投入角度的能源效率概念?；贔arrell 的研究，1978年，美國的運籌學家Charnes 等提出了首個DEA 模型，即CCR 模型，1984 年又提出了CCR 的改進模型，即可適應規(guī)模報酬變化的BCC 模型。 BCC 模型在CCR 模型的基礎上添加了部分約束條件， 相對于CCR 模型，具備了更高的適用性。

文獻[24-26]是數(shù)據(jù)包絡分析應用于能效評估的實例。其中文獻[24]基于全要素能效概念，以投入產(chǎn)出為出發(fā)點，分析并比較能效生產(chǎn)率和能源效率，提出企業(yè)能源效率評估的非參數(shù)方法， 構建了多產(chǎn)出基于松弛變量的DEA 效率評估模型。文獻[25]運用IDA 分解方法獲得了影響能源消耗的活動、 結構與強度3個能效評估指標， 使用基于投入—產(chǎn)出松弛變量的數(shù)據(jù)包絡分析對能效指標進行分析， 得到提高乙烯裝置能效的改進方向。 文獻[26]將數(shù)據(jù)包絡分析DEA模型引入數(shù)據(jù)中心能效評價， 選取與數(shù)據(jù)中心能效相關的輸入、輸出評價指標，根據(jù)數(shù)據(jù)中心能效評價指標模型， 將設備能耗種類及數(shù)量、 機房的建筑面積、 運行有效負載等作為DEA 模型的輸入評價指標， 將數(shù)據(jù)中心PUE、DCeP 等指標構成DEA 模型的典型輸出評價指標。實際使用時可以根據(jù)DEA 模型要求，對輸入、輸出的評價指標進行統(tǒng)一處理。

基于DEA 方法的能效評價方法具有較好的科學性。評價時由樣本數(shù)據(jù)確定生產(chǎn)前沿面，將決策單元與數(shù)據(jù)生產(chǎn)前沿面進行比較， 對相對效率進行排序，從而得到數(shù)據(jù)中心能效情況。 因此，在能效評價過程中，輸入和輸出元素權重均由數(shù)據(jù)產(chǎn)生，并非事先給定，從而不受主觀因素的影響。但DEA 方法的實施較為依賴的持續(xù)性和穩(wěn)定性。

4.4 主成分分析

主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）是一種降維的統(tǒng)計方法，它借助于一個正交變換，將其分量相關的原隨機向量轉(zhuǎn)化為其分量不相關的新隨機向量， 這在代數(shù)上表現(xiàn)為將原隨機向量的協(xié)方差陣變換成對角形陣， 在幾何上表現(xiàn)為將原坐標系變換為新的正交坐標系， 使其指向樣本點散布最開的p 個正交方向， 之后對多維變量系統(tǒng)進行降維處理， 使其能夠以一個較高的精度轉(zhuǎn)換為低維變量系統(tǒng)，再通過構造適當?shù)膬r值函數(shù)，進一步把低維系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為一維系統(tǒng)。

文獻[27]基于模糊綜合評價與主成分分析的客戶用電能效評估方法，建立指標體系，對指標數(shù)據(jù)進行預處理，通過模糊綜合評價法量化指標，基于主成分分析建立一級指標并改進二級指標， 對客戶用電能效進行評價。 文獻[28]針對離散制造能耗構成的復雜性，能耗指標之間相互影響，能耗分析結果難以獲取的問題，引入指標重要性權重，建立離散系統(tǒng)能效評價指標體系，進而提出一種基于改進主成分分析的離散制造能耗分析方法， 分析只強調(diào)信息權重的缺陷，分析只強調(diào)信息權重的缺陷，更具合理性和穩(wěn)定性。

在主成分分析的過程中， 需要保證所提取的前幾個主成分的累計貢獻率可以達到較高的比例，而且這些主成分必須具有實際意義， 否則主成分將空有信息而并無實際評估意義。

5 結論

本文綜述了國內(nèi)外能效評估方法的研究現(xiàn)狀，并為項目研究關鍵性問題提供以下思路：

（1）明確了多維評估模型的概念和關鍵定義，將能源效率定義為物理學概念， 將能源效益定義為經(jīng)濟學概念；

（2）確定了構建能效評估指標體系的思想和原則；

（3）分析了指標體系直接對比、層次分析法、數(shù)據(jù)包絡分析、主成分分析4 種常見能效評估方法，指標體系直接對比法常用于電子電氣產(chǎn)品能效分析，其能效等級劃分方式可以作為項目研究參考； 層次分析法是將決策問題按照總目標、各層子目標、評價準則直至具體的備投方案的順序， 分解成不同的層次結構；DEA 方法的實施較為依賴的持續(xù)性和穩(wěn)定性； 主成分分析需要保證所提取的前幾個主成分的累計貢獻率可以達到較高比例。