摘 "要：生產(chǎn)者責(zé)任延伸制要求汽車制造商與電池制造商作為回收主體，建立廢舊動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)。然而，由于不同主體回收渠道分布分散，回收技術(shù)不夠完善，使得單一主體回收網(wǎng)絡(luò)難以實(shí)現(xiàn)回收效益最大化。基于此，文章對(duì)多主體協(xié)同的退役電池回收網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問(wèn)題開展了研究。首先，以經(jīng)濟(jì)成本與碳排放成本最小化為目標(biāo)，構(gòu)建了一個(gè)多主體協(xié)作的決策模型。該模型考慮了不同主體間的網(wǎng)點(diǎn)共享，以解決多級(jí)選址和回收路徑選擇問(wèn)題。其次，采用遺傳算法求解，并進(jìn)行實(shí)例分析。結(jié)果表明，多主體協(xié)作網(wǎng)絡(luò)在成本、碳排放和回收網(wǎng)絡(luò)配置方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：退役動(dòng)力電池；多主體協(xié)作；回收網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；生產(chǎn)者責(zé)任延伸制

"中圖分類號(hào)：F713.2 " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.13714/j.cnki.1002-3100.2024.23.016

Abstract： In accordance with the extended producer responsibility， electric vehicle manufacturers and electric vehicle battery manufacturers are compelled to proactively establish recycling networks for end-of-life power batteries. Nevertheless， due to the scattered distribution of different recycling channels and imperfect recycling technology， it is difficult for a single recycling network to maximize recycling benefits. Based on this， the optimization problem of multi-stakeholder collaborative retired battery recycling network is studied in this paper. Firstly， we construct a multi-stakeholder collaborative decision-making model with the objective of minimizing economic cost and carbon emission cost. The model considers the network sharing among different stakeholders to solve the problem of multi-level location selection and recovery path selection. Secondly， genetic algorithm is used to solve the problem， and an example is analyzed. The results show that the multi-stakeholder collaborative network has significant advantages in terms of cost， carbon emission and recycling network configuration.

Key words： retired power battery; multi-stakeholder collaboration; recycling network design; extended producer responsibility system

0 "引 "言

在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，為建立清潔低碳和安全高效的能源體系，許多國(guó)家正逐漸轉(zhuǎn)向電動(dòng)汽車，擺脫傳統(tǒng)的化石燃料汽車。截至2022年，我國(guó)電動(dòng)汽車銷量達(dá)到688萬(wàn)輛，占全球總銷量的61.2%。然而，傳統(tǒng)動(dòng)力電池在使用壽命結(jié)束后可能引發(fā)環(huán)境問(wèn)題，并對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。通常情況下，當(dāng)動(dòng)力電池的剩余容量低于80%時(shí)，將無(wú)法滿足電動(dòng)汽車的使用需求[1]。同時(shí)，廢舊動(dòng)力電池具有潛在的回收利用價(jià)值，可以進(jìn)行材料回收或應(yīng)用于其他對(duì)電池性能要求較低的場(chǎng)景，例如通信基站、儲(chǔ)能系統(tǒng)、低速電動(dòng)交通工具等[2]。

"目前，關(guān)于動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的研究主要考慮經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙重因素。同時(shí)，也有研究考察了在構(gòu)建回收網(wǎng)絡(luò)時(shí)的不同特征。例如，Hu et al.[3]考慮回收數(shù)量和產(chǎn)品質(zhì)量的不確定性，設(shè)計(jì)了一個(gè)模糊規(guī)劃模型，用于確定廢舊動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)中設(shè)施的位置和數(shù)量。Popien et al.[4]綜合考慮環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等因素的影響，對(duì)德國(guó)的三個(gè)不同動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了分析比較。Wang et al.[5]從生產(chǎn)商的角度對(duì)廢舊動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，建立了考慮碳排放的數(shù)學(xué)模型。然而，這些研究大多側(cè)重于自建回收網(wǎng)絡(luò)，沒(méi)有考慮不同回收主體間的跨網(wǎng)合作。在現(xiàn)代組織結(jié)構(gòu)下，跨網(wǎng)合作變得日益普遍，其核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)整體利益的最大化。并且單一汽車生產(chǎn)商或動(dòng)力電池生產(chǎn)商的能力有限，可能會(huì)面臨如回收處理能力與回收需求不相適應(yīng)、企業(yè)資金有限導(dǎo)致技術(shù)投入不足以及缺乏必要的逆向物流設(shè)施等問(wèn)題。相對(duì)而言，協(xié)同回收網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)大范圍的資源調(diào)配的同時(shí)，承擔(dān)較低的風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)成員企業(yè)之間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，有助于形成規(guī)?；幕厥詹季?。因此，對(duì)協(xié)作回收網(wǎng)絡(luò)的研究具有重要意義。

"當(dāng)前，關(guān)于跨網(wǎng)合作的一些研究主要集中在制造商之間的合作機(jī)制上。例如，Zheng et al.[6]研究了在閉環(huán)供應(yīng)鏈中制造商和零售商是否應(yīng)該進(jìn)行合作以及如何進(jìn)行合作。研究結(jié)果表明，當(dāng)再制造效率較低時(shí)，合作回收是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。Gao et al.[7]提出了一個(gè)模型，研究了電池制造商、回收企業(yè)以及政府在廢舊動(dòng)力電池回收過(guò)程中的戰(zhàn)略選擇。研究得出的結(jié)論是，動(dòng)力電池生產(chǎn)企業(yè)與回收企業(yè)傾向于相互合作。然而，對(duì)于跨網(wǎng)合作在退役動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方面的文獻(xiàn)相對(duì)較少。因此，本文從這一角度出發(fā)，進(jìn)行系統(tǒng)的分析和評(píng)估跨網(wǎng)合作對(duì)退役動(dòng)力電池回收的潛在影響。

1 "優(yōu)化模型

1.1 "問(wèn)題描述

"目前，退役動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)主要由收集中心、回收再制造中心以及廢物處理中心組成（見(jiàn)圖1）。在這個(gè)退役電池回收網(wǎng)絡(luò)中，考慮了一個(gè)現(xiàn)有的市場(chǎng)，其中包括一家汽車生產(chǎn)商和一家電池制造商。汽車生產(chǎn)商和電池制造商都已初步建立了廢舊動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)，但這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)存在一些差異。汽車生產(chǎn)商與消費(fèi)者的聯(lián)系更為密切，掌握更多市場(chǎng)信息，因此在正逆向物流供應(yīng)鏈整合方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。而電池制造商具有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在電池拆解和資源回收方面更加專業(yè)。此外，回收處理后的原材料可以直接投入生產(chǎn)，減少了中間流通環(huán)節(jié)，從而節(jié)約了大量的生產(chǎn)成本。因此，考慮了以下兩個(gè)場(chǎng)景，進(jìn)行建模優(yōu)化分析。

"場(chǎng)景1：自行建設(shè)回收網(wǎng)絡(luò)。在該場(chǎng)景下，汽車生產(chǎn)商與電池制造商各自建設(shè)回收網(wǎng)絡(luò)。在電池收集、處理等方面沒(méi)有合作。

"場(chǎng)景2：協(xié)作建設(shè)回收網(wǎng)絡(luò)。在該場(chǎng)景下，汽車生產(chǎn)商與電池制造商共享廢舊動(dòng)力電池收集中心、回收再制造中心以及廢棄處置中心。

1.2 "模型假設(shè)

為了建立模型，引入以下假設(shè)：（1）退役動(dòng)力電池將根據(jù)電池的剩余容量采取不同的策略進(jìn)行處理，而電池的數(shù)量則服從正態(tài)分布；（2）所有的中心都存在處理能力的限制，并且它們的位置已知；（3）為了方便計(jì)算，我們只考慮中心之間的直線距離；（4）運(yùn)輸費(fèi)用與運(yùn)輸距離之間為簡(jiǎn)單線性關(guān)系；（5）被回收的電池均為相同型號(hào)和類型；（6）在考慮溫室氣體排放時(shí)，只考慮二氧化碳的排放。

1.3 "符號(hào)說(shuō)明

（1）參數(shù)說(shuō)明。i：收集中心，取i∈1，2，3，…，I；j：回收再制造中心，取j∈1，2，3，…，J；k：廢棄處置中心，取k

2 "算例分析

2.1 "算例描述

本文以浙江地區(qū)為案例，探討某電動(dòng)汽車制造商和某電池制造商在自建和合作共建回收網(wǎng)絡(luò)方面的情況。H電動(dòng)汽車制造公司在浙江省設(shè)立了11個(gè)收集中心、1個(gè)回收再制造中心和1個(gè)潛在的廢棄處置中心。與此同時(shí)，N動(dòng)力電池制造公司在該地區(qū)設(shè)立了11個(gè)收集中心、1個(gè)回收再制造中心和2個(gè)潛在的廢棄處置中心如圖2所示。

表1提供了鋰離子電池的各項(xiàng)參數(shù)信息，總結(jié)了各種成本參數(shù)，并列出了運(yùn)輸過(guò)程中不同中心處理電池所產(chǎn)生的單位碳排放量。在運(yùn)輸過(guò)程中，選擇了載重量為30噸的貨車，其空載時(shí)的耗油量為0.3升/公里，滿載時(shí)的耗油量為0.4升/公里。柴油的二氧化碳排放系數(shù)為2.63千克CO2

/升[8]。

根據(jù)動(dòng)力電池使用情況的差異，L1類電池占收集量的25%左右。L2類電池則占據(jù)了主要部分，約為70%左右。大約有5%的退役電池存在高度受損，不能夠再生利用，需交由專業(yè)的廢物處理中心進(jìn)行掩埋或焚化處置。經(jīng)回收再制造中心處理之后，電池原材料和零部件等流向廢棄處置中心的比例分別是13%[9]。

2.2 "優(yōu)化結(jié)果

為驗(yàn)證模型的合理性，采用遺傳算法對(duì)這兩種網(wǎng)絡(luò)下的回收網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。圖3展示了情景一，兩家制造商沒(méi)有合作的情況下廢舊動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方案。圖3（a）給出了汽車制造商的最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)，其中包括7個(gè)收集中心，1個(gè)回收再制造中心，2個(gè)廢棄處置中心。與初始網(wǎng)絡(luò)配置相比，減少了4個(gè)收集中心的位置和1個(gè)廢棄處置中心，并明確了各中心之間的物流路線，網(wǎng)絡(luò)總成本為1 308萬(wàn)美元。圖3（b）展示了電池制造商自建回收網(wǎng)絡(luò)下的最優(yōu)方案，其中包括7個(gè)收集中心，1個(gè)回收再制造中心，1個(gè)廢棄處置中心，其網(wǎng)絡(luò)總成本為1 268萬(wàn)美元。跨網(wǎng)合作下的最優(yōu)回收方案如圖4所示，包括8個(gè)收集中心，1個(gè)回收再制造中心，1個(gè)廢棄處置中心。相較于情景一下的網(wǎng)絡(luò)配置，多開設(shè)了一個(gè)收集中心，因?yàn)楦嗟氖占行目梢蕴岣咄艘垭姵氐幕厥招省４送?，通過(guò)跨網(wǎng)合作，網(wǎng)絡(luò)成本得以分擔(dān)，使得相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)總成本降至1 245萬(wàn)美元，低于不合作的場(chǎng)景。

從圖5可以觀察到，汽車制造商自建回收網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本和運(yùn)輸成本較低，這意味著汽車制造商在電池回收網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方面具有優(yōu)勢(shì)，并且擁有布局合理的網(wǎng)絡(luò)。而電池制造商自建回收網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)輸成本較高，但其依托于自身的電池循環(huán)利用技術(shù)，具有更低的回收處理成本和碳排放。合作共建回收網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本相對(duì)較高，但在運(yùn)輸成本、處理成本和碳排放成本方面相對(duì)較低。這表明合作共建回收網(wǎng)絡(luò)在回收電池方面具有更高的效率和環(huán)保性能。

"就總成本而言，汽車制造商的總成本最高，而合作共建回收網(wǎng)絡(luò)的總成本最低，相較于汽車制造商和電池制造商各自自建的方式，分別降低了4.3%和1.8%。這可能歸因于低處理成本和低碳排放成本的協(xié)同效應(yīng)。因此，從成本與環(huán)境的角度來(lái)看，跨網(wǎng)合作是最具競(jìng)爭(zhēng)力和可持續(xù)性的選擇。

3 "結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)退役動(dòng)力電池回收的迫切需要，本文從跨網(wǎng)合作的角度出發(fā)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素，構(gòu)建了一個(gè)回收網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型，旨在為各利益相關(guān)者提供在合作視角下進(jìn)行回收網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)配置的決策依據(jù)。研究結(jié)果表明，不同主體之間的跨網(wǎng)合作不僅顯著提高了整個(gè)回收網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，同時(shí)也降低了總成本。通過(guò)比較自建與合作下的最佳回收網(wǎng)絡(luò)配置，發(fā)現(xiàn)跨網(wǎng)合作在很大程度上改變了回收網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與效能。此外，這種合作方式還有助于促進(jìn)退役電池的高效回收和環(huán)境保護(hù)。但本文也存在一定不足，僅從合作的角度進(jìn)行了深入研究，未來(lái)的研究將進(jìn)一步考慮競(jìng)爭(zhēng)因素。

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收稿日期：2023-11-09

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“多源離/在線能耗數(shù)據(jù)混合驅(qū)動(dòng)的數(shù)控加工系統(tǒng)能效集成優(yōu)化”（51975432）；教育部“春暉計(jì)劃”科研項(xiàng)目“動(dòng)力電池再生利用潛在效益及影響機(jī)理研究”（HZKY20220339）；“十四五”湖北省優(yōu)勢(shì)特色學(xué)科（群）項(xiàng)目（2023B0405）；武漢科技大學(xué)物流教改教研項(xiàng)目（JZW2023252）

作者簡(jiǎn)介：韓志國(guó)（1999—），男，山東泰安人，武漢科技大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院碩士研究生，研究方向：物流與供應(yīng)鏈；鄢 "威（1981—），男，湖北天門人，武漢科技大學(xué)汽車與交通工程學(xué)院，副教授，博士，研究方向：智慧物流與服務(wù)、綠色制造與再制造、制造系統(tǒng)工程。

引文格式：韓志國(guó)，鄢威，張緒美，等. 多主體協(xié)作的退役動(dòng)力電池回收網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 物流科技，2024，47（23）：58-61，93.