朱鵬

摘 要：基于“物料流-價(jià)值流”分析范式，采用主成分與DEA方法測(cè)度水泥企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效率。結(jié)果表明水泥企業(yè)廢棄物排放主要集中在熟料煅燒中心，中心的內(nèi)部損失成本和外部損害費(fèi)用最高，改善空間最大，效果最為明顯。通過(guò)采用純低溫余熱發(fā)電、工業(yè)廢渣替代、高效低阻粉塵回收及生活垃圾協(xié)同處置等技術(shù)，企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益獲得顯著提升。

關(guān)鍵詞： 物質(zhì)流；價(jià)值流；循環(huán)經(jīng)濟(jì)；水泥企業(yè)

中圖分類號(hào)：F253 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：1003-7217（2016）03-0117-06

一、引言

物料流和價(jià)值流的資源流研究最早起于20世紀(jì)60年代。1965年，隨著沃爾曼 （Wolman）[1]《The metabolism of the city》的出版，物料流分析方法首度被提出。1969年伊瑞絲[2] 在《Material flow analysis of the》一書(shū)完善了沃爾曼（Wolman） 的物料流分析方法。將城市工業(yè)中的物質(zhì)分為輸入、貯存和輸出三大部分，跟蹤物質(zhì)從輸入、貯存和輸出的整個(gè)過(guò)程，依據(jù)質(zhì)量守恒定理探討其利用和轉(zhuǎn)化的動(dòng)力機(jī)制。1994年，Bertram和Graedel [3]以英國(guó)銅業(yè)制造業(yè)為例，運(yùn)用物料流分析方法，提出了對(duì)于1994年英國(guó)銅制造過(guò)程中排放的廢棄物流轉(zhuǎn)進(jìn)行分類、量化及評(píng)價(jià)。詹姆斯·P.沃麥克（James P. Womack和丹尼爾·T瓊斯（Daniel T. Jones，1998）[4]將“價(jià)值流” （Value flow或Value stream）用于企業(yè)精益生產(chǎn)過(guò)程中的管理，以有效降低成本，引導(dǎo)和響應(yīng)顧客的終端需要，從而增加客戶價(jià)值。Krist.ina Dahlstro&Paul Ekins（英國(guó)，2005）[5]以鋼鐵企業(yè)為例，追蹤分析鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中價(jià)值流轉(zhuǎn)的路徑、價(jià)值流模型中各個(gè)價(jià)值活動(dòng)后發(fā)現(xiàn)，資源價(jià)值流所提供的信息可以有效引導(dǎo)資源物質(zhì)流向，二者可以形成相互優(yōu)化的格局。

在國(guó)內(nèi)，早期學(xué)者們也作出了物質(zhì)流成本研究的相關(guān)嘗試，主要借鑒國(guó)外已有成果結(jié)合國(guó)內(nèi)狀況進(jìn)行理論層面的研究，如王立彥（1998）對(duì)物質(zhì)流成本概念的分析[6]，陸小成（2012）對(duì)物質(zhì)流成本的核算研究[7]，以及羅喜英（2015）對(duì)物質(zhì)流成本應(yīng)用的研究[8]。由于國(guó)內(nèi)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)要求企業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)，此時(shí)物質(zhì)流成本的單一經(jīng)濟(jì)核算不能滿足現(xiàn)行經(jīng)濟(jì)模式評(píng)價(jià)的需要。因此國(guó)內(nèi)學(xué)者展開(kāi)了“經(jīng)濟(jì)-環(huán)境”二維統(tǒng)一的思考。肖序、劉三紅（2014）[9] 認(rèn)為在循環(huán)經(jīng)濟(jì)背景下，物質(zhì)流成本會(huì)計(jì)應(yīng)該進(jìn)一步突破與創(chuàng)新，改變企業(yè)單一物質(zhì)流成本核算功能現(xiàn)狀。周志方、肖序（2009）[10]構(gòu)建了企業(yè)資源流轉(zhuǎn)核算、方程式評(píng)價(jià)、因子聯(lián)動(dòng)分析決策及戴明環(huán)循環(huán)管理四大模型，旨在全面有效地解釋企業(yè)內(nèi)部資源消耗、環(huán)境保護(hù)及價(jià)值增加之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)[11]；將資源價(jià)值流轉(zhuǎn)理論應(yīng)用于燃煤發(fā)電企業(yè)，以此促進(jìn)燃煤發(fā)電企業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展；熊菲，肖序（2014）[12]在材料流轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，以“碳”元素流為主體，依據(jù)流程制造過(guò)程的物質(zhì)流與價(jià)值流互動(dòng)原理，追蹤各個(gè)環(huán)節(jié)碳排放情況，確定每個(gè)生產(chǎn)工藝的節(jié)能減排的潛力，推動(dòng)流程制造業(yè)實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)。

本文采用物質(zhì)流—價(jià)值流核算方法，通過(guò)持續(xù)、動(dòng)態(tài)的揭示循環(huán)經(jīng)濟(jì)價(jià)值流的信息，構(gòu)建與物料流優(yōu)化技術(shù)分析相匹配的“經(jīng)濟(jì)性分析方法”，解釋企業(yè)內(nèi)部資源消耗、環(huán)境保護(hù)及價(jià)值增加之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，使之能更好地為水泥企業(yè)開(kāi)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)“技術(shù)性-經(jīng)濟(jì)性”一體化分析決策服務(wù)。

二、基于“物料流-價(jià)值流”的水泥企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效率評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

（一）模型構(gòu)建

水泥企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)出過(guò)程其本質(zhì)是一種“物料流-價(jià)值流”的過(guò)程，“物料流”可以代表著水泥企業(yè)的投入變量，而價(jià)值流可以代表著水泥企業(yè)的產(chǎn)出變出，因此，分析物料流和價(jià)值流之間的經(jīng)濟(jì)效率完全可以應(yīng)用DEA模型來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為了綜合物料流的相關(guān)信息和價(jià)值流的相關(guān)信息，提高測(cè)度兩者經(jīng)濟(jì)效率的科學(xué)性，本研究還引入了主成分分析來(lái)增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效率評(píng)價(jià)信息的綜合性，因此，本研究嘗試用主成分分析與DEA結(jié)合的方法來(lái)構(gòu)建基于“物料流-價(jià)值流”的水泥企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效率評(píng)價(jià)模型，具體過(guò)程如下：

第一步，通過(guò)收集水泥企業(yè)進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)改進(jìn)前后的相關(guān)變量數(shù)據(jù)，用主成分的方法分別提取“物料流”變量的主成分和“價(jià)值流”變量的主成分，并以水泥企業(yè)開(kāi)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)改造前后“物料流”變量的主成分得分和“價(jià)值流”變量的主成分得分作為其開(kāi)展經(jīng)濟(jì)效率評(píng)價(jià)的“物料流”變量和“價(jià)值流”變量（用DEA方法來(lái)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效率評(píng)價(jià)）。提取主成分并計(jì)算主成分得分的過(guò)程描述如下（限于篇幅，介紹“物料流”變量的主成分得分計(jì)算過(guò)程）[1]。對(duì)于一個(gè)具體的進(jìn)行過(guò)循環(huán)經(jīng)濟(jì)改進(jìn)的水泥企業(yè)，假設(shè)其有p個(gè)“物料流”變量x1，x2，…xp，那么，n個(gè)水泥企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)前后的“物料流”變量數(shù)據(jù)構(gòu)成的矩陣為：

β*=min[β-ε（fTes-+fTjs+）] （6）

s.t.∑nk=1λkrk+s-=βrk0∑nk=1λkyk-s+=yk0∑nk=1λk=10≤λk，s-，s+， k=1，2….，n

BCC模型可以判定水泥企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)前后的純技術(shù)效率，其判定定理同CCR模型。

此外，利用CCR模型與BCC模型的計(jì)算結(jié)果，可以計(jì)算出水泥企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)前后的規(guī)模有效性，其值為α/β。

（二）變量選取

變量選取的依據(jù)主要是水泥生產(chǎn)實(shí)際工作過(guò)程的“物流流”和“價(jià)值流”。水泥企業(yè)作為生產(chǎn)主體，各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)的進(jìn)行伴隨著物料資源在各工序間的流動(dòng)，即包含采掘、生產(chǎn)與制造、再加工、廢物回收與循環(huán)利用等環(huán)節(jié)的原材料、燃料的輸入以及產(chǎn)品輸出和廢棄物排放。與此同時(shí)，企業(yè)作為經(jīng)濟(jì)實(shí)體，又要核算上述物料流的成本結(jié)轉(zhuǎn)、廢棄物損失、外部環(huán)境治理費(fèi)用、產(chǎn)值、利潤(rùn)等價(jià)值指標(biāo)[13]。從流轉(zhuǎn)角度看，物料流與價(jià)值流是互動(dòng)的，它們相互影響著對(duì)方。物料流的路線、流向、規(guī)模決定了成本流的流量、流向及數(shù)額高低，其不同車間產(chǎn)生的廢棄物也決定著資源損失費(fèi)用的高低[14]。反之，通過(guò)成本流的計(jì)算，可以反映、追蹤、計(jì)算物料每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的價(jià)值構(gòu)成及損失費(fèi)用。以取得相關(guān)水泥業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化決策的成本-效益數(shù)據(jù)。由此，形成相互促進(jìn)的動(dòng)態(tài)的“技術(shù)性-經(jīng)濟(jì)性分析”的系統(tǒng)，如圖1所示。

就具體企業(yè)而言，可根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)車間、班組建立物料流的各個(gè)環(huán)節(jié)，設(shè)定為成本收集與核算的組織單元，一般稱為物量中心。資源通過(guò)企業(yè)各物量中心（節(jié)點(diǎn)）進(jìn)入經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。物料流經(jīng)物量中心，輸入端歸集了材料流成本，而輸出端則可根據(jù)流向形成資源有效利用成本和廢棄物損失。資源有效利用成本（半成品的成本）進(jìn)入下一物量中心（節(jié)點(diǎn)）繼續(xù)加工，與各節(jié)點(diǎn)新投入的資源最終生產(chǎn)成為產(chǎn)成品。而廢棄物中，一部分廢棄物經(jīng)過(guò)綜合資源利用回到經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中循環(huán)流轉(zhuǎn)，另一部分廢棄物則經(jīng)過(guò)處置排放到自然系統(tǒng)中，形成最終廢棄物損失價(jià)值與外部環(huán)境損害費(fèi)用。因此，綜合上述分析，基于水泥生產(chǎn)各環(huán)節(jié)，從“物質(zhì)流”和“價(jià)值流”的角度構(gòu)建水泥企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效率評(píng)價(jià)變量體系如表1所示。

三、水泥企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效果定量評(píng)價(jià)

（一）水泥企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效果測(cè)評(píng)

在計(jì)算主成分得分基礎(chǔ)上，利用MYDEA軟件，將“物料流”和“價(jià)值流”變量的主成分得分代入上述模型中，得出水泥企業(yè)進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)改善前后的經(jīng)濟(jì)效果，其值（θ）如表2所示。

從整體來(lái)看，受測(cè)的4個(gè)水泥企業(yè)進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)改善后的各階段經(jīng)濟(jì)效果平均值θ分別為1.53、2.43、2.99、3.37，呈現(xiàn)出上升的態(tài)勢(shì)，且進(jìn)行循環(huán)經(jīng)濟(jì)改善后其經(jīng)濟(jì)效果均大于1，整體DEA有效，表明水泥企業(yè)通過(guò)循環(huán)經(jīng)濟(jì)改造后其經(jīng)濟(jì)效果有了明顯的提升。

（二）水泥企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)效果分析

從上述分析可以看出，水泥企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)改善前后效率發(fā)生了很大的變化，綜合起來(lái)看，可以從改善前后的“物質(zhì)流”和“價(jià)值流”來(lái)進(jìn)行剖析。

改善前水泥企業(yè)物質(zhì)流和價(jià)值流分析。水泥工業(yè)是典型的高能耗重工業(yè)，以第一個(gè)企業(yè)為例，其生產(chǎn)過(guò)程中粉磨和煅燒環(huán)節(jié)需要大量電力資源保障設(shè)備運(yùn)行，其設(shè)備運(yùn)行電力成本合計(jì)7308.062萬(wàn)元，占總成本的46.1%。其次，水泥工業(yè)生命周期中生產(chǎn)過(guò)程主要化學(xué)反應(yīng)都在封閉窯內(nèi)進(jìn)行，所以大部分廢棄物主要是由窯內(nèi)化學(xué)反應(yīng)形成的廢棄以及破碎、磨粉、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)造成少量粉塵排放。結(jié)合這一特點(diǎn)，綜合各物量中心資源損失價(jià)值和外部環(huán)境損害費(fèi)用計(jì)算結(jié)果，比較分析可得：第一，水泥企業(yè)廢棄物排放主要集中在熟料煅燒中心，該中心內(nèi)部損失成本和外部損害費(fèi)用分別為5388.847萬(wàn)元和12505.44萬(wàn)元。這其中以CO2的排放量最大，為97.031萬(wàn)噸，外部損害費(fèi)用高達(dá)10130.04萬(wàn)元。第二，從粉塵排放絕對(duì)量來(lái)看，生料粉磨、煤粉制備和水泥粉磨中心的外部損害費(fèi)用分別為1274.40萬(wàn)元、283.02萬(wàn)元和495.60萬(wàn)元，這都是企業(yè)外部環(huán)境成本的重要組成。第三，水泥企業(yè)能源節(jié)約、廢棄物減量將是此后循環(huán)經(jīng)濟(jì)開(kāi)展的重點(diǎn)。由于熟料煅燒中心的內(nèi)部損失成本和外部損害費(fèi)用最高，改善空間最大，效果最為明顯將作為第一改造中心。各粉磨中心單從企業(yè)內(nèi)部管理效率而言，改進(jìn)空間不大，就“經(jīng)濟(jì)-環(huán)境”二維角度考慮，企業(yè)盡量使其向零排放移動(dòng)?？紤]到生料粉磨、煤粉制備和水泥粉磨中心的廢棄物損失比率依次為0.009%、0.029%和0.006%（表1），根據(jù)其大小順序按照煤粉制備、生料粉磨和水泥粉磨先后改造。熟料庫(kù)中心基于可能的熟料產(chǎn)品而劃分，基本沒(méi)有內(nèi)部損失和外部損害成本，但在運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移過(guò)程中仍要主要無(wú)組織的粉塵排放。

改善后水泥企業(yè)物質(zhì)流和價(jià)值流分析。在生產(chǎn)同樣產(chǎn)量水泥的前提下，通過(guò)采用純低溫余熱發(fā)電、工業(yè)廢渣替代、高效低阻粉塵回收及生活垃圾協(xié)同處置等循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)，使得水泥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益都得到了明顯改善。一是純低溫余熱發(fā)電。即通過(guò)新型干法生產(chǎn)工藝，熟料煅燒中心中預(yù)熱分解窯尾、冷卻劑窯頭排放廢氣溫度達(dá)340℃-360℃，故可以對(duì)其加以利用不僅可以減輕企業(yè)受外購(gòu)電力價(jià)格波動(dòng)的限制，而且由于該熱能轉(zhuǎn)電能的成本遠(yuǎn)低于外購(gòu)電力成本，亦可起到降低能源成本的作用。根據(jù)計(jì)算可知，采用8MW的純低溫余熱發(fā)電技術(shù)，年發(fā)電量達(dá)到4896萬(wàn)kwh，除去10%發(fā)電設(shè)備自身運(yùn)轉(zhuǎn)保證用電，其余4406.4kwh電量將全部用于干法水泥生產(chǎn)。據(jù)推算，改善后的該規(guī)模水泥生產(chǎn)整體電力需求量為8199.585kwh，故得該低溫余熱發(fā)電比率為53.7%，達(dá)到國(guó)內(nèi)一般水平。按照外購(gòu)電價(jià)0.5kwh/元估算，扣除余熱發(fā)電成本0.15kwh/元，創(chuàng)造直接經(jīng)濟(jì)效益1713.6萬(wàn)元?；鹆Πl(fā)電按360gce/kWh計(jì)，該組余熱發(fā)電量相當(dāng)減排CO24.393萬(wàn)噸；利用清潔發(fā)展機(jī)制項(xiàng)目（CDM）企業(yè)可獲得額外的收入，按目前國(guó)際平均價(jià)格10歐元計(jì)，該余熱發(fā)電潛在CDM增收439.3萬(wàn)元。二是?；郀t渣生料配料替代。石灰石是傳統(tǒng)水泥原料的重要組成部分，其主要成分CaCO3在水泥熟料煅燒階段會(huì)分解釋放出二氧化碳，這也是水泥生產(chǎn)階段二氧化碳排放的一個(gè)重要來(lái)源。由于礦渣、粉煤灰、煤矸石、硫鐵渣等工業(yè)廢渣成分中含有的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分從而符合制備水泥的要求。[18]文以50%的生料替代率作為基準(zhǔn)，致使生料耗用量由改善前193.59萬(wàn)噸降低到49.547萬(wàn)噸，傳統(tǒng)不可再生資源減量使用明顯。與此同時(shí)，價(jià)值鏈前端石灰石原料的投入減少將引發(fā)價(jià)值鏈后端化石資源使用和二氧化碳排放的減量化：煤粉使用減少，煤粉使用量降低到改善后的2.867萬(wàn)噸，節(jié)約資源成本973.469萬(wàn)元，經(jīng)濟(jì)效益顯著提高；二氧化碳排放減量，石灰石和燒成煤的使用減少，使得CO2的排放量由過(guò)去的97.031萬(wàn)噸減低為現(xiàn)在的10.637萬(wàn)噸（表2），同時(shí)廢棄物外部損害費(fèi)用降低9019.33萬(wàn)元，降低89%，環(huán)境效益顯著改善。三是可進(jìn)行生活垃圾協(xié)同處置。水泥回轉(zhuǎn)窯具有容量大、熱量高、工況穩(wěn)定、煅燒溫度高、廢料在窯內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，故其在處理城市生活垃圾、污水廠物理、危險(xiǎn)廢棄物、廢棄橡膠塑料等方面具有減量、無(wú)害的優(yōu)勢(shì)[19]。本文主要借鑒銅陵海螺公司的CKK生活垃圾系統(tǒng)處置技術(shù)，預(yù)計(jì)單臺(tái)設(shè)備年處理能力9萬(wàn)噸生活垃圾。如表3所示，循環(huán)經(jīng)濟(jì)改善后的企業(yè)資源價(jià)值流總成本為12905.899萬(wàn)元，較改善前降低2952.637萬(wàn)元，降低18%。其中，生料粉磨、煤粉制備、熟料煅燒和水泥粉磨的中心采用高效低阻袋式技術(shù)致使粉塵100%回收，粉塵生產(chǎn)過(guò)程資源內(nèi)部損失率為0%，環(huán)境效益高達(dá)2336.4萬(wàn)元。此外，改善后的熟料煅燒中心資源內(nèi)部損失率由46.9153%減低為17.38%，降低62.9%，外部損害成本亦由于廢棄物的減量排放，由12505.44萬(wàn)元降低為1637.99萬(wàn)元，減低86.9%，環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益改善明顯。

四、結(jié) 論

本文利用“物料流-價(jià)值流”的分析范式，針對(duì)水泥企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)際，構(gòu)建了基于主成分與DEA結(jié)合的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效率評(píng)價(jià)模型，就水泥企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)改善前后的經(jīng)濟(jì)效率進(jìn)行評(píng)價(jià)，并結(jié)合其物料流和價(jià)值流進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)采用國(guó)家推廣支持的新技術(shù)能夠?qū)λ嗥髽I(yè)同時(shí)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的顯著提高。為此，水泥企業(yè)在發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的過(guò)程中可以采取以下對(duì)策：第一，通過(guò)采用純低溫余熱發(fā)電，可以減少CO2的排放量。第二，使用工業(yè)廢渣替代，以減少石灰石和燒成煤的使用量。第三，采用高效低阻粉塵回收及生活垃圾協(xié)同處置等技術(shù)，以降低企業(yè)資源價(jià)值流總成本，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)總效益。第四，通過(guò)DEA模型對(duì)循環(huán)經(jīng)濟(jì)改善后的水泥生產(chǎn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)，明顯地發(fā)現(xiàn)通過(guò)循環(huán)經(jīng)濟(jì)改善可以大大地提高水泥生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，因此，進(jìn)行水泥生產(chǎn)企業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)改造是值得借鑒和推廣。

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（責(zé)任編輯：鐘 瑤）