基于DEA分析法的中国聚氯乙烯行业碳减排潜力分析

高飞

（中国氯碱工业协会，天津 300192）

基于DEA分析法的中国聚氯乙烯行业碳减排潜力分析

高飞

（中国氯碱工业协会，天津 300192）

本文结合DEA分析方法，寻找适合当前环境的发展方法，从而实现企业在经济效益和社会效益的双赢。

碳排放；碳交易市场；氯碱；化工；DEA模型

在2015年12月联合国气候大会召开前，中国政府明确向世界提出，将于2017年启动全国碳排放交易体系，该体系的第一阶段，将涵盖石化、化工、建材、钢铁、有色、造纸、电力、航空等重点排放企业。特别是针对耗能大户的氯碱行业来说，提前做好准备，积极应对节能减排工作，对于整个行业控制温室气体排放，降低生产成本，都具有极大的积极作用。

氯碱行业作为重要的基础化工原材料行业，受其生产特点及工艺路线决定，是传统的高耗能行业之一，履行国际公约，推行低碳发展、节能减排、提高能源效率和产业结构调整也必将成为决定中国氯碱行业“十三五”可持续发展的重要因素之一[1]。本文将结合目前国内聚氯乙烯行业发展状况，对目前国内部分代表性企业碳减排情况进行模型分析，并试图找出氯碱行业碳减排工作现状及提出发展建议。

1　中国聚氯乙烯行业发展近况

近年来，中国聚氯乙烯行业经历了一个从快速发展到增速放缓的过程。“十二五”期间，中国聚氯乙烯产量越居世界首位，有力地推动了相关领域及产业的快速进步，很好的支持了国民经济的发展建设。但近几年，伴随着全球经济复苏缓慢、中国经济步入“新常态”、北美页岩气革命、中东廉价油气资源以及中国现代新型煤化工的突破驱动了原料路线多元化。世界原油价格存在诸多不确定性等影响下，中国聚氯乙烯行业发展减速，行业扩张减缓，企业盈利状况转差，出现部分高成本企业停产、停工，甚至彻底退出，行业发展步入新的状态，近几年国内PVC共需状况见表1。

表1　近几年国内聚氯乙烯供需状况情况

如表1所见，2000-2012年，中国聚氯乙烯产能年均增长18%，产量年均增长15.3%，表观消费量年均增长11.2%；2013年，受产业政策调整及市场因素影响，国内聚氯乙烯产能增长率回落到5.8%，表观消费量增长12%；2014年聚氯乙烯产能净减少3.5%；2015年继续减少1.7%[2]。由此显示，中国氯碱行业已经从高速增长期逐步进入调整期，以至于行业发展规模减少，产能产量增速放缓。

2015年，中国氯碱行业进入关键的转型期，受国内外经济大环境低迷影响，中国氯碱行业面临前所未有的困难形势和挑战。面对行业产能过剩，下游市场持续低迷，出口市场受国际货源冲击，主营产品价格持续走低，行业发展陷入前所未有的困境，最近5年中国PVC价格走势见图1。

图1　中国聚氯乙烯价格走势图

从图1中可以看出，过去5年，在氯碱产品供大于求的大情况下，氯碱市场进入调整期，产品价格逐年下降，行业整体效益持续下滑[3]。除此以外，2014年以来国内房地产市场低迷，新开工项目有限，主要下游行业塑料产量增长乏力。其中，塑料制品产量增长滞缓。2005-2010年，塑料制品产量基本保持两位数增长；2012-2014年保持5%～9%的增长；2015年产量仅增长1%[4]。

市场波动及行业调整给中国聚氯乙烯行业碳减排工作推进带来了很大的影响。尽管从宏观层面，由于市场的波动，导致行业规模同比降低，客观上减少了行业的总碳排放量。但对单个企业来说，市场的变化也深深影响了企业及其管理层的碳减排决策。一方面，企业利润的下滑使得企业用于节能减排的资金及技术投入减少，单纯意义上的减少碳排放的主观积极性降低；另一方面，也正是因为行业利润的摊薄，使得部分具有较强竞争力的企业，开始重视通过节能降耗的办法，主动降低生产成本，控制能源消耗，并在此基础上加强对企业碳资产的管理，合理利用可能的碳交易平台，参与碳市场交易，为企业争取额外的经济收入。因此，针对聚氯乙烯企业碳减排潜力情况研究很有必要。

2　基于DEA分析法的聚氯乙烯行业碳减排分析

2.1DEA分析方法简析

DEA分析方法，全称为 Data Envelopment Analsis，即数据包络分析方法。是以相对效率概念为基础，可以用来评价相同类型或者具有相同性质的多投入、多产出决策单元的可行性有效性。其主要原理是通过构建决策单元 （DMU，Decision Making Units），通过控制其输入或者输出不变，借助数学及统计规划，确定相对有效的生产前沿点，并由此构建生产前沿面，然后将更决策单元投影到DEA的生产前沿面上，通过比较决策单元偏离DEA前沿面的大小程度，以此评价这些决策的相对有效性[5]。

由此可见，DEA方法具有以下几个特点：（1）该方法适用于多输入-多输出的综合性评价问题，在类似这种问题的解决上拥有绝对优势；（2）由于该方法不会直接对数据进行综合计算分析，在选取最优效率指标时对其过程中的量纲没有直接关系，简化了比较过程，降低了差错率；（3）模型不需要任何权重假设，仅凭借实际客观数据就能获得最优的权重，因此可以排除主观条件因素，所得结果客观有效；（4）该种方法可以被当做一个黑箱，其假定每个输入都必然会有一个或者多个输出，且其中存在着某种联系，但是不必确定这些关系的数学函数关系，避免了大量的数学计算。

需要指出的是，DEA方法一般评价的是单元的相对效率，过程中不会考虑持续发展问题，且测算时只能通过输入或输出测算[6]，即模型只能分别应用投入型DEA或者产出型DEA，且2种结果不同。因此，在建立模型及数据时，应充分考虑以上问题。

2.2DEA方法的数学模型

在传统的DEA模型中，一般假设总共有n个DMU，且每个DMU都有m种投入和s个产出。由此可以建立d个DMU的相对效率CCR模型数学表达式：

式中，X表示投入指标向量，Y表示产出指标向量，v表示不同种投入指标的权重系数，u表示产出指标的权重系数，j为DMU的序号。

为了便于计算机计算，可以将（2.1）式转化为等价线性规划表达式：

通过数学方法推演可以得出（2.2）式的对偶式：

该式作为数学推导结果，表达了一定的经济学意义，可在产出保持不变的前提下，考察投入量变化所带来的影响。

设生产的可能集合为T1={（Y，Y）|投入X可产出Y}，关于T1可得出以下5条公理。

（1）凸性公理

若（X，Y）∈T1，（X、，Y、）∈T1，则对于a∈[0，1]，均有

a（X，Y）+（1-a）（X、，Y、）∈T1

（2）无效性公理

（X，Y）∈T1，若X、≥X，则（X、，Y）∈T1；若Y、≥Y，则（X，Y、）∈T1

（3）平凡公理

（Xj，Yj）∈T1，j=1，2.....，n

（4）锥性公理

若（X，Y）∈T1，a≥0，则a（x，y）∈T1

（5）最小性公理

生产可能集T1是所有满足上述4条公理的集合的交集。因此，对于CCR模型，其生产可能集合为：

为上述5条公理唯一确定。

得到了该DMU的可行集，就可以在此基础上确定其最优解，也就是最优组合。针对（2.3）式，可以看到，如果能使λd（0≤λd≤1）最小化，则其对应的工作组合为最优组合。因此，在保持产出不变的前提下，λd取值越小，则该DMU可以缩减的比例就越多，该DMU表现的效率就越低。反之，λd取值越大，则该DMU可以缩减的比例就越小，该DMU表现的效率就越高。本文就将根据这一规律，判断不同目标样本企业（DMU）的减排效率，从而初步判定行业碳减排潜力水平。

但是在一般情况下，DEA模型在评价一个DMU时，其所有的产出均不含副产品。即每一个产出Y均为期望产出。但在实际生产过程中，特别是类似化工行业生产过程中，往往伴随着期望产出（如产品、热能、动能等）之外，还伴随有非期望产出（如二氧化碳、污染物、噪音、土地污染等）。尤其是在本研究的范围内，二氧化碳排放即属于氯碱化工生产过程的非期望产出。如何用EDA模型解决生产过程中所遇到的非期望产出，就是本文研究问题的关键。

有多位学者曾针对这一问题，提出过多种解决方案，但针对工业生产碳排放问题，最适合的方法应该是环境DEA方法。该方法的基本思路是将投入指标划分为非能源投入指标以及能源投入指标，产出指标划分为非期望产出和期望产出[7]。由于本文的研究重点在于企业的碳排放量上，因此，可以将生产过程中的二氧化碳排放作为唯一的非期望产出，以此达到分析具体问题的目的。

2.3DEA方法对聚氯乙烯行业碳减排情况的分析

根据以上论述，针对聚氯乙烯行业的实际生产情况，可以构建以下DEA模型。首先，根据环境DEA方法的要求，将生产过程中的各项指标划分为包含非能源投入和能源投入的投入指标，以及包含期望产出及非期望产出（二氧化碳）的产出指标，以此标准选取所对应的指标，见表2。

表2　氯碱企业二氧化碳减排放评价指标

以此为基础，建立生产可能集如下：

根据上述的生产可行集（2.4）建立基于EDA模型的中国氯碱行业碳减排 （Chlor Alkali Carbon Emission）情况分析模型CACE，具体如下：

CACE（Ld，Ed，Yd，Cd）

（1）样本选择。本文选取的目标样本为国内7家中等规模氯碱生产企业2014年底统计数据。目标企业2014年整体生产情况正常，盈利状况有所不同且来自不同的地区，有各自的生产特点和经营方式，可以反映出行业的真实平均水平。

（2）产品说明。目标产品选择仍然以乙炔法聚氯乙烯（PVC）为研究对象。其以煤炭为最初级原料，通过电石、氯乙烯、二氯乙烷等中间产物，最终形成产品聚氯乙烯。

乙炔法聚氯乙烯生产过程主要的排放碳过程主要有2个方面：电石和电力消耗。二者占总碳排放量的90%左右。本文计算也将整个碳排放过程简化为2个过程，并以此为依据计算，具体各数据分析计算如下。

（1）销售收入。直接统计数据结果。

（2）总排碳量。包括2个部分。电石生产过程的排碳量=电石消耗总量×1 412，其中，1 412为二氧化碳排放当量因子，单位为kg/t，表示生产1 t电石所排放的二氧化碳的量[8]；电力消耗的排碳量=总用电量× 1.0069，其中1.006 9为电力排放因子，单位为kg/kW·h，表示每度电所排放的二氧化碳的量。因子数据以国家发改委应对气候变化司2009年公布的数据为参考。通过以上计算，可以算得生产每吨聚氯乙烯所排放的碳量。再将该数据与企业的年度产量 （直接统计）相乘，即可求得总排碳量。

（3）全员劳动生产率。直接统计数据结果。

（4）总能耗。总能耗=电石法PVC综合能耗（直接统计）×企业的年度产量（直接统计）

数据处理借助deap2.1软件。该软件是一款简便好用的DEA分析软件，具有程序调用简单，参数可调，且结果直观等特点。通过软件可以直接获取上述结果的技术效率得分，具体结果见表3。

表3　7家氯碱企业2014年二氧化碳排放技术效率得分

表3结果数据表明，目前中国国内东部企业碳排放效率明显优于中西部企业，部分地区的聚氯乙烯企业减排动力不足，碳排放效率较低，具有很大的碳减排空间。因此，未来碳减排工作开展及相关政策法规制定应该向中西部地区企业倾斜，以此推动全行业的碳减排工作。

3　氯碱行业碳减排方案建议

基于上述的分析结果和目前国内碳市场发展状况及中国氯碱企业所处的经济环境，特提出以下几点建议。

3.1针对企业碳减排动力不足，建议采取以下措施

（1）继续推进以技术革新为核心的节能改造。技术革新永远是一个化工企业保持旺盛生命力的核心因素。针对目前情况，氯碱企业应在现有技术上，加大对氧阴极技术、催化氧化制氯技术的研发、氯化氢合成余热利用等技术的应用及推广。通过技术革新，提高产品转化率，努力降低能源资源消耗，从而实现内蒙古石化院通过CNAS复评审可评定氯碱等产品

内蒙古自治区石油化工监督检验研究院（国家天然气煤化工产品质量监督检验中心）在2016年7月份通过了国家实验室认可、计量认证/审查认可三合一复评审现场评审的基础上，2016年11月2日，内蒙古自治区石油化工监督检验研究院通过中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认可复评审，证书编号L6449，认可有效期2016/11/02～2022/11/01。

本次认可批准的能力有天然气、液化石油气、二甲醚、石油产品（车用汽油、车用柴油等）、煤炭（含焦炭）、煤化工产品（化肥、甲醇、电石、聚氯乙烯）等11类211项参数，其中，天然气26个参数，液化石油气、煤气、二甲醚28个参数，石油产品39个参数，煤炭47个参数，焦炭10个参数，焦化产品10个参数，化肥18个参数，其他煤化工产品33个参数。批准认可天然气、液化石油气、二甲醚、车用汽油、车用柴油、煤炭、焦炭、尿素、磷酸二铵、复混肥料、掺混肥料、甲醇、电石、聚氯乙烯等33个产品。成本降低、碳排放减少的效益双丰收。

（2）推动氯碱、电行业协调发展。作为重要的电力耗能大户，中国氯碱行业的发展始终与电力行业的发展变革密切相关。电力成本的小幅波动，直接反应的氯碱生产过程中就是千万级别的成本变化。因此，节能减排的工作应鼓励企业与上游发电企业协同工作建立协调机制，以系统工程思路研究最佳的生产方式和节能工作点，大幅提高电厂发电效率及降低企业用电成本。

（3）适当考虑配套新能源电站。针对有条件的企业，可以利用自己的土地资源，建设光伏、水利、风能电站等，或通过副产氢气，建立与氯碱相配套的氢燃料电站，实现自有产品能源的最大利用。降低用电成本，减少生产过程中的不必要的碳排放。

3.2针对东西部企业差异问题，可以采取以下措施

（1）加强行业内的交流，特别是东西部企业间的交流。以协会等为平台，加强企业间节能技术的交流，大力推广节能技术的使用范围。同时，在行业内倡导先进的管理理念和节能意识，增强企业的社会责任感。

（2）在西部地区合理设置差别电价政策。对于不达标企业采取提高生产成本的措施，大幅提高其排放成本，促使企业主动节能减排，并从内部优化生产环节，主动降低排放量。

3.3针对目前碳市场建设问题，建议企业主动参

与，占据先机，具体措施如下

（1）建设企业的碳资产管理团队。碳市场的成功运作，除了合理的交易规则和配套的服务政策，更需要参与碳交易的企业拥有过硬的交易能力和管理能力。因此，在国内建立统一碳市场之初，氯碱企业应积极行动，培养碳资产管理的意识，建立企业碳资产管理交易的团队，培养及了解氯碱及相关化工生产过程又熟悉整个碳市场交易体系的人才。将碳资产管理理念融入企业生产生活的各个方面。

（2）积极参与全国统一碳市场规则的制定，努力争取适合氯碱企业碳交易的规章制度。应借助协会、集团企业力量，积极与中央及地方政府沟通，努力争取参与碳市场交易规则的制定，给相关部门献言献策，提出适合氯碱行业发展的可行性碳交易产品和建议。积极争取相关的政策补贴，税收减免，全力争取统一碳市场交易的制度红利，以此推动行业在碳减排市场的话语权，提高行业影响力，改善企业社会形象。

（3）充分利用现有的碳市场交易产品和规则，积极参与碳市场交易。继续发展电石渣制水泥、电石渣综合利用、甲烷氯化物的回收等一系列碳市场交易项目，同时，有条件的企业可以适时投资林业资源建设，通过利用现有土地种植树木，增加自然碳吸收，购买或换取碳排放指标，即碳汇林业。在整个化工行业较为低迷的时期，利用现有闲置土地和资金，投资林业资源和荒漠化治理工作，成为碳汇供应方。

［1］中国氯碱工业协会，氯碱行业“十三五”规划，2016，3.

［2］中国氯碱工业协会，2015年全年氯碱行业经济运行形势分析，2016，1.

［3］罗云.中国氯碱行业现状及“十三五”展望，2015，10：10.

［4］中国氯碱网，2015年聚氯乙烯行业发展报告，2016，1：32.

［5］吴越，谷明玉.DEA分析方法研究综述.价值工程，2003（增刊），129.

［6］Golany B，Roll Y．An Application Procedure for DEA．Omega，1989，17（3）.

［7］郭晓丹，基于环境DEA方法的碳减排绩效评价.中国科学技术大学，2010（14）.

［8］马玉莲，忻仕海.碳足迹评价方法学在PVC产品中的应用.氯碱工业，2011，1（47）：5.

Analysis of carbon emission reduction potential of China's polyvinyl chloride industry based on DEA analysis method

GAO Fei
（China Chlor Alkali Industry Association.,Tianjin 300192，China）

Use DEA model to find a way to solve the development problem，So as to help the enterprises to achieve a win-win economic and social benefits.

carbon emission，carbon trading market，chlor-alkali，chemical industry，DEA model

TQ114

B

1009－1785(2016)11-0012-05

2016-08-12