高太光 王 奎 梅亞麗 肖 昆 劉春麗

(1黑龍江科技大學(xué)管理學(xué)院，哈爾濱 150022；2哈爾濱工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，哈爾濱 150001；3黑龍江省產(chǎn)權(quán)交易集團(tuán)，哈爾濱 150090)

我國(guó)能源已基本形成了煤、油、氣、電、核以及可再生能源多輪驅(qū)動(dòng)的能源生產(chǎn)體系。初步核算，2021年我國(guó)能源消費(fèi)總量大約相當(dāng)于52.4億t標(biāo)準(zhǔn)煤，比2020年增長(zhǎng)5.2%，且煤炭消費(fèi)量增長(zhǎng)4.6%，大約占能源消費(fèi)總量56%。其中，電力行業(yè)消耗動(dòng)力煤22.5億t，占比61.5%，火電長(zhǎng)期仍將作為主力電源。然而，煤炭燃燒是碳排放主要來源[1]。2020年9月22日，習(xí)近平總書記在聯(lián)合國(guó)大會(huì)上指出，中國(guó)二氧化碳排放力求在2030年前達(dá)到峰值、2060年前完成碳中和，這兩個(gè)戰(zhàn)略目標(biāo)的提出表明我國(guó)力爭(zhēng)在2060前實(shí)現(xiàn)二氧化碳排放量與消耗量相抵消，達(dá)到相對(duì)均衡[2]。

1 文獻(xiàn)綜述

目前，部分學(xué)者基于煤炭行業(yè)如何實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)進(jìn)行了討論，涉及實(shí)行差異化征收碳稅政策[2]、創(chuàng)新煤炭利用方式[3]、提高技術(shù)創(chuàng)新水平[4]、在不同階段實(shí)施相應(yīng)技術(shù)路徑[5]等方面，但對(duì)于如何降低碳排放缺乏系統(tǒng)的分析。進(jìn)一步地，一些學(xué)者運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究了微觀因素[6]、碳交易政策[7]等對(duì)企業(yè)碳排放的影響。

梳理相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，較多學(xué)者從“雙碳”目標(biāo)出發(fā)，考慮技術(shù)創(chuàng)新、碳稅政策、能源消耗方式轉(zhuǎn)變等宏觀層面，研究如何控制碳排放，但對(duì)從供應(yīng)鏈視角探討各企業(yè)如何降低碳排放的研究不足?；谏鲜隹紤]，本文以煤炭供應(yīng)鏈各節(jié)點(diǎn)的碳排放為研究對(duì)象，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建立煤炭從開采到消耗全過程碳排放仿真模型，分析企業(yè)間信息共享程度、新技術(shù)開發(fā)率和煤炭交易價(jià)格變動(dòng)對(duì)煤炭供應(yīng)鏈碳排放總量的影響，并提出一些相應(yīng)減排措施。

2 煤炭供應(yīng)鏈碳排放分析

2.1 模型假設(shè)

假設(shè)煤炭供應(yīng)鏈由一個(gè)煤炭采購企業(yè)、一個(gè)煤炭生產(chǎn)企業(yè)和一個(gè)煤炭消耗企業(yè)構(gòu)成，煤炭從挖掘到消耗過程中各個(gè)階段均會(huì)產(chǎn)生碳排放。具體假設(shè)如下：采購周期固定，單次采購碳排放與采購訂單成正比，采購、訂購過程碳排放速率與采購周期成正比，且各階段產(chǎn)品供應(yīng)充足，不會(huì)發(fā)生缺貨；供應(yīng)鏈上各企業(yè)之間存在信息共享，但共享程度不同；僅由煤炭生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行低碳技術(shù)開發(fā)，同時(shí)考慮煤炭交易價(jià)格對(duì)低碳技術(shù)投入比例的影響[8]；政府對(duì)煤炭采購、生產(chǎn)和消耗階段碳排放控制進(jìn)行補(bǔ)貼，但補(bǔ)貼比率固定。

2.2 各子系統(tǒng)因果關(guān)系分析

根據(jù)煤炭全生命周期過程，煤炭供應(yīng)鏈碳排放總量可分為3個(gè)階段：采購、生產(chǎn)和消耗煤炭的碳排放總量?？紤]各環(huán)節(jié)碳排放主要影響因素，主系統(tǒng)包括3條回路。

回路一：采購訂單→單次采購碳排放→采購碳排放總量→供應(yīng)鏈碳排放總量→供應(yīng)鏈整體效益→采購訂單；

回路二：生產(chǎn)需求→生產(chǎn)碳排放總量→供應(yīng)鏈碳排放總量→供應(yīng)鏈整體效益→采購訂單→生產(chǎn)需求；

回路三：消耗速率→產(chǎn)成品庫存→訂購訂單→銷售碳排放總量→供應(yīng)鏈碳排放總量→供應(yīng)鏈整體效益→采購訂單→生產(chǎn)需求→消耗速率。

此外，生產(chǎn)企業(yè)通過增加低碳技術(shù)投入可降低生產(chǎn)過程碳排放；政府通過對(duì)各企業(yè)進(jìn)行補(bǔ)貼，也可適當(dāng)降低供應(yīng)鏈碳排放。各回路相互關(guān)聯(lián)、相互影響，加強(qiáng)了各子系統(tǒng)間協(xié)作，共同促進(jìn)煤炭供應(yīng)鏈碳排放總量減少，下面分別對(duì)各子系統(tǒng)碳排放進(jìn)行分析。

2.2.1 采購碳排放子系統(tǒng)因果關(guān)系

采購碳排放總量由采購過程排放和采購庫存排放組成。通常采購速率、生產(chǎn)速率、消耗速率是決定煤炭采購的重要影響因素，進(jìn)一步影響采購過程和存放碳排放總量。而采購碳排放總量增加會(huì)抑制采購速率等因素升高，且某一要素增加導(dǎo)致子系統(tǒng)正向增強(qiáng)，表明該子系統(tǒng)回路為正反饋回路，即某一變量增加最終引起采購碳排放總量增加。具體來說：采購訂單增加促使采購速率加快，進(jìn)而引起采購物流碳排放、采購過程碳排放增加；采購物流碳排放增加導(dǎo)致采購周期延長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品庫存積壓、采購庫存碳排放增加。采購過程和庫存碳排放增加最終導(dǎo)致采購環(huán)節(jié)碳排放總量增加。

2.2.2 生產(chǎn)碳排放子系統(tǒng)因果關(guān)系

新技術(shù)開發(fā)是生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放子系統(tǒng)的主要?jiǎng)恿碓?。低碳技術(shù)投入能降低碳排放、增加供應(yīng)鏈?zhǔn)找鎇4]，另一方面供應(yīng)鏈?zhǔn)找嫣岣咭矔?huì)促進(jìn)企業(yè)對(duì)新技術(shù)投資，且某一變量增加最終導(dǎo)致系統(tǒng)反向變動(dòng)，則該子系統(tǒng)回路為負(fù)反饋回路。具體來說：新技術(shù)開發(fā)率提高促使能源轉(zhuǎn)換率提高，進(jìn)而降低生產(chǎn)過程中碳排放；新技術(shù)開發(fā)率提高促使消費(fèi)者綠色需求提高，促使生產(chǎn)速率、消耗速率加快，進(jìn)而使得庫存減小、生產(chǎn)庫存碳排放減少。

2.2.3 消耗碳排放子系統(tǒng)因果關(guān)系

煤炭企業(yè)產(chǎn)品綠色度、交易價(jià)格和綠色產(chǎn)品消費(fèi)觀念決定了消耗環(huán)節(jié)碳排放量[9]，而且產(chǎn)品利潤(rùn)增加也會(huì)促使企業(yè)提升產(chǎn)品綠色度。但該子系統(tǒng)中存在正反饋回路和負(fù)反饋回路，具體來說：第一，提高產(chǎn)品綠色度能增加企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，進(jìn)而產(chǎn)品供應(yīng)速率加快、訂單數(shù)量增多，導(dǎo)致訂購過程碳排放增加，此為正反饋回路；第二，提高產(chǎn)品綠色度能增加企業(yè)訂單數(shù)量、加快消耗速率，使得庫存較小、產(chǎn)成品庫存碳排放減少，此為負(fù)反饋回路。

通過構(gòu)建3個(gè)環(huán)節(jié)碳排放子系統(tǒng)，有助于煤炭供應(yīng)鏈各成員從不同階段采取有針對(duì)性的措施控制碳排放、提升供應(yīng)鏈整體效益。同時(shí)各變量間相互聯(lián)系、彼此作用，部分影響因素變動(dòng)可對(duì)各階段最終結(jié)果產(chǎn)生影響，故從系統(tǒng)角度分析如何降低供應(yīng)鏈碳排放更有研究意義。

3 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建

3.1 模型變量選取

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型主要運(yùn)用Vensim PLE軟件進(jìn)行模擬仿真，該軟件包括5種變量，即狀態(tài)變量、速率變量、輔助變量、常量和外生變量?；谇疤峒僭O(shè)和煤炭供應(yīng)鏈碳排放情況，狀態(tài)變量選取采購庫存、生產(chǎn)庫存、產(chǎn)成品庫存等9個(gè)變量；速率變量選取采購速率、生產(chǎn)速率、供應(yīng)速率、消耗速率等10個(gè)變量；輔助變量選取采購訂單、生產(chǎn)需求、訂購訂單等16個(gè)變量；常量選取采購周期、政府補(bǔ)貼、煤炭綠色開采技術(shù)投入率3個(gè)變量；外生變量選取單位庫存碳排放、單位運(yùn)輸碳排放量、單位訂購成本等7個(gè)變量，共45個(gè)變量。

在選取的變量中，分別分析企業(yè)間信息共享程度、新技術(shù)開發(fā)率和煤炭交易價(jià)格變動(dòng)對(duì)煤炭供應(yīng)鏈碳排放總量的影響。首先，信息共享程度是指煤炭供應(yīng)鏈各成員之間采購數(shù)量、市場(chǎng)需求、價(jià)格等信息相互分享的多少，煤礦開采企業(yè)、生產(chǎn)企業(yè)和煤炭消耗企業(yè)等企業(yè)間信息共享程度對(duì)整條供應(yīng)鏈合理開采資源、優(yōu)化運(yùn)輸調(diào)度、減少碳排放等至關(guān)重要；其次，科技是第一生產(chǎn)力，新技術(shù)開發(fā)率是生產(chǎn)企業(yè)響應(yīng)國(guó)家號(hào)召、降低碳排放的核心要素，對(duì)整條供應(yīng)鏈碳排放優(yōu)化也尤為重要；再次，煤炭交易價(jià)格直接影響煤炭消耗企業(yè)的運(yùn)營(yíng)決策，同時(shí)價(jià)格高低也是上游企業(yè)研發(fā)投資、訂單生產(chǎn)、產(chǎn)品庫存等決策的制定依據(jù)。

3.2 模型構(gòu)建

根據(jù)各子系統(tǒng)之間的關(guān)系，同時(shí)因煤炭供應(yīng)鏈和鋼鐵供應(yīng)鏈相似，本文參考文獻(xiàn)[10]的方法，利用Vensim PLE軟件構(gòu)建煤炭供應(yīng)鏈碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型流圖，具體如圖1所示。

圖1 煤炭供應(yīng)鏈碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流圖

3.3 模型核心公式

煤炭從開采到消耗各節(jié)點(diǎn)碳排放與鋼鐵類似，故模型中核心公式和數(shù)據(jù)主要依據(jù)文獻(xiàn)[10]的方法做出適當(dāng)調(diào)整并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)推算得來，具體如表1所示。

表1 煤炭供應(yīng)鏈碳排放系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型核心公式

3.4 模型部分參數(shù)設(shè)定

根據(jù)上述公式，需要對(duì)模型中的常量及軟件初始運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行設(shè)定，部分變量設(shè)定具體如表2所示。

表2 模型部分參數(shù)設(shè)定

4 模型仿真分析

4.1 模型檢驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證所構(gòu)模型的合理性和有效性，需要對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)。參照文獻(xiàn)[10]的檢驗(yàn)方法，選取生產(chǎn)過程碳排放變量作為被檢驗(yàn)變量，檢驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 生產(chǎn)過程碳排放仿真結(jié)果

由圖2可看出，保持新技術(shù)開發(fā)率不變，生產(chǎn)過程碳排放與時(shí)間成正比；保持時(shí)間不變，生產(chǎn)過程碳排放隨著新技術(shù)開發(fā)率增加而降低且變化明顯，這表明該仿真結(jié)果與事實(shí)相符，證明了該模型的可靠性，模型總體上通過檢驗(yàn)。

4.2 單變量模型仿真分析

依據(jù)前述變量選取結(jié)果，選取新技術(shù)開發(fā)率、企業(yè)間信息共享程度和煤炭交易價(jià)格3個(gè)變量作為關(guān)鍵因素，以1個(gè)季度為模擬周期，分別分析各變量單獨(dú)變動(dòng)對(duì)煤炭供應(yīng)鏈各階段及碳排放總量的影響，以求找到控制煤炭供應(yīng)鏈碳排放的有效路徑。

4.2.1 新技術(shù)開發(fā)率變動(dòng)仿真分析

根據(jù)前述假設(shè)，僅由煤炭生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行新技術(shù)開發(fā)，模擬企業(yè)新技術(shù)開發(fā)率分別為20%～70%(步長(zhǎng)為10%)時(shí)煤炭生產(chǎn)過程和供應(yīng)鏈的碳排放總量變動(dòng)，如表3和表4所示。

表3 周期末生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放

表4 周期末煤炭供應(yīng)鏈碳排放總量

由圖2、表3和表4可知：首先，保持新技術(shù)開發(fā)率不變，煤炭供應(yīng)鏈碳排放總量與時(shí)間呈正向變動(dòng)；其次，同一時(shí)間下，煤炭供應(yīng)鏈碳排放總量隨著新技術(shù)開發(fā)率提高而降低，且一個(gè)仿真周期內(nèi)新技術(shù)開發(fā)率從20%增至70%時(shí)，生產(chǎn)過程碳排放減少1 901.25t、生產(chǎn)碳排放總量減少1 882.24t、供應(yīng)鏈碳排放總量下降1 694.01t，而生產(chǎn)庫存碳排放、采購和消耗碳排放總量保持不變，這表明提高企業(yè)新技術(shù)開發(fā)率主要通過降低生產(chǎn)過程碳排放進(jìn)而降低整條供應(yīng)鏈碳排放。

4.2.2 企業(yè)間信息共享程度變動(dòng)仿真分析

假設(shè)企業(yè)間信息共享程度在35%至60%間變動(dòng)(步長(zhǎng)為5%)，對(duì)比分析各節(jié)點(diǎn)碳排放量及供應(yīng)鏈碳排放總量的變化情況，具體如表5所示。

表5 信息共享程度變動(dòng)下周期末各節(jié)點(diǎn)碳排放總量

由表5可知：第一，煤炭供應(yīng)鏈碳排放總量與信息共享程度呈反向變動(dòng)，且一個(gè)模擬周期內(nèi)信息共享程度從35%增至60%時(shí)，供應(yīng)鏈碳排放總量減少2 570.81t，說明加強(qiáng)企業(yè)間信息交流有利于降低煤炭供應(yīng)鏈碳排放；第二，企業(yè)間信息共享程度提高導(dǎo)致采購和生產(chǎn)環(huán)節(jié)碳排放總量減少，但消耗碳排放總量變化甚微，說明供應(yīng)鏈企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)合作，進(jìn)一步優(yōu)化資源開采利用、重視源頭治理、充分了解市場(chǎng)需求、合理安排訂單生產(chǎn)等，從多方面減少煤炭供應(yīng)鏈碳排放。

4.2.3 煤炭交易價(jià)格變動(dòng)仿真分析

給定煤炭交易價(jià)格變動(dòng)區(qū)間[1,1.5]、步長(zhǎng)為0.1，研究煤炭供應(yīng)鏈各階段及碳排放總量變化情況，具體如表6所示。

表6 價(jià)格變動(dòng)下周期末各節(jié)點(diǎn)碳排放總量

由表6可知：供應(yīng)鏈碳排放總量與煤炭交易價(jià)格呈正向變動(dòng)，且一個(gè)模擬周期內(nèi)煤炭交易價(jià)格從1.0增加到2.0時(shí)，供應(yīng)鏈碳排放總量增加5 720.72t，說明煤炭交易價(jià)格升高不利于降低供應(yīng)鏈碳排放；同時(shí)各節(jié)點(diǎn)碳排放總量均有所增加，表明煤炭交易價(jià)格對(duì)各節(jié)點(diǎn)碳排放均會(huì)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響煤炭供應(yīng)鏈碳排放總量。

5 結(jié)論與建議

本文從影響煤炭供應(yīng)鏈污染排放的信息共享程度、新技術(shù)開發(fā)率和煤炭交易價(jià)格3個(gè)因素的角度出發(fā)，構(gòu)建煤炭供應(yīng)鏈系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，系統(tǒng)分析各變量變動(dòng)對(duì)煤炭供應(yīng)鏈各階段及總污染排放的影響。模擬結(jié)果表明：同一時(shí)間下新技術(shù)開發(fā)率、信息共享程度均與供應(yīng)鏈總污染排放呈反向變動(dòng)，煤炭交易價(jià)格則與之相反。

基于上述分析結(jié)果，并結(jié)合煤炭供應(yīng)鏈實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況，對(duì)如何控制煤炭供應(yīng)鏈碳排放提出以下幾點(diǎn)建議：第一，新技術(shù)開發(fā)率從降低煤炭生產(chǎn)企業(yè)碳排放角度達(dá)到降低整條供應(yīng)鏈碳排放總量目標(biāo)。因此，一方面煤炭生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)貫徹綠色、可持續(xù)發(fā)展理念，加大綠色技術(shù)研發(fā)投入，提供質(zhì)量合格產(chǎn)品、嚴(yán)格控制高污染煤流入市場(chǎng)；另一方面政府根據(jù)煤炭生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)開發(fā)情況，適當(dāng)發(fā)放研發(fā)補(bǔ)貼、增強(qiáng)企業(yè)研發(fā)能力，解決企業(yè)后顧之憂。第二，加強(qiáng)供應(yīng)鏈內(nèi)各企業(yè)間信息共享。企業(yè)間可通過建立合作關(guān)系，在保證自身信息安全的前提下適當(dāng)增加信息共享、實(shí)現(xiàn)共贏。信息共享程度越高，越有利于煤炭銷售企業(yè)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)市場(chǎng)需求、生產(chǎn)企業(yè)按時(shí)完成訂單、開采企業(yè)合理規(guī)劃開采數(shù)量、物流企業(yè)優(yōu)化運(yùn)輸調(diào)度方案，進(jìn)而從多方面降低煤炭供應(yīng)鏈碳排放。第三，煤炭生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)根據(jù)市場(chǎng)行情，合理制定煤炭?jī)r(jià)格。一方面政府部門應(yīng)合理制定政策法規(guī)，結(jié)合國(guó)際能源定價(jià)因素，制定出符合我國(guó)實(shí)際的煤炭交易價(jià)格，避免煤炭?jī)r(jià)格出現(xiàn)較大波動(dòng)，保證煤炭市場(chǎng)綠色、健康、平穩(wěn)運(yùn)行；另一方面，煤炭生產(chǎn)和消耗企業(yè)需提高自身對(duì)市場(chǎng)的靈活性、創(chuàng)新經(jīng)營(yíng)方式，可通過與上下游企業(yè)建立供應(yīng)鏈聯(lián)盟的方式以應(yīng)對(duì)突發(fā)價(jià)格波動(dòng)的沖擊。