基于系统动力学的浙江省物流业碳减排策略分析

（上海理工大学 管理学院，上海 200093）

1 引言

近些年来，随着人类经济不断地发展，温室气体排放量愈加增多，造成全球变暖进而引起多种自然灾害的爆发，已经对我们所处的生态环境造成了不可小觑的破坏。因而减少温室气体排放量、缓解全球变暖、维护人类赖以生存的大家园已经是我们全球各国的共同任务，为此世界各国也积极协商合作，定期组织召开气候大会。我国作为发展中国家，控制温室气体的排放是我国走可持续发展战略中最重要的环节、是推进生态文明建设的基础，也是实现低碳经济的必然举措。浙江省作为我国改革发展的先进省，需要走在时代的前列，为全国其他地域提供有效地参考。由此，2013年浙江省政府印发了《浙江省控制温室气体排放实施方案》，明确指出“全省各区市要将降低二氧化碳排放强度纳入本地区经济社会发展规划和年度计划”，积极开展温室气体清单编制工作，对“十二五”期间全省各区市区内规模上企业进行能耗核算、温室气体排放量估算等工作，为今后“十三五”期间的减排工作提供有价值参考借鉴。本文通过浙江省温室气体清单编制项目，以及《温州市温室气体清单编制》、《台州市温室气体清单编制》等地方温室气体核查项目报告工作的参与，数据显示浙江省温室气体的排放93.71%来自于能源活动领域，0.05%来自于工业生产过程，3.56%来自于农业活动，2.68%来自于废弃物处理，具体如图1所示。

图1 各领域温室气体排放占比

物流业作为浙江省支柱性产业，随着浙江省社会经济发展，物流需求量持续的增加，其发展势头呈现出迅猛的态势。浙江省物流业在推动浙江省经济发展的同时，其能源消耗量也在不断地攀升，呈现出高耗能、高污染物排放的严重现象。此外浙江省物流业能源消耗多以运输系统为主，所以，本文旨在应用VENSIM-PLE软件构建浙江省物流业碳排放仿真模型，为浙江省制定物流业节能减排政策提供参考，提高物流业对浙江省“十三五”规划节能减排目标的贡献。同时，对于改进物流业高消耗和高排放情况及促进经济可持续发展具有一定的理论和现实意义。

2 系统动力学在物流业中的应用研究

自20世纪70年代系统动力学被引入国内后，对社会中复杂、非线性问题的研究起到了至关重要的作用。而在物流领域中的应用，主要集中在物流业库存管理与控制、物流园区高效管理、配送中心优化选址、区域物流业运营优化等方面，通过构建系统动力学模型，调控参数的变动经行不同情景下的系统仿真，通过比较分析，最终得出优化模拟结果，为物流产业的发展提供一定的参考依据，解决物流领域中的一些关键问题。Heun-suk Hwang[1]（2014）运用系统动力学，构建区域物流配送中心选址模型，并通过计算机模拟仿真得出科学的选址结论；Sterman JD[2]（2011）构建了物流系统的库存模型，而该模型是由决策规则、物理结构两部分组成，通过对变量以及参数的调整，进行不同情的对比仿真模拟，最终得出科学合理的库存管理模式；边晓雨[3]（2017）基于低碳经济的视角，结合系统动力学理论，运用VENSIM-PLE构建农村物流系统的仿真模型，通过变量、参数的设置，对农村物流系统进行不同情景模拟，比较分析给出农村物流低碳发展的相关建议；张修洋[4]（2016）将环境与生态因素考虑到物流产业运作中去，运用系统动力学构建低碳物流仿真模型，通过对比优化，从政策与技术两个角度给物流业低碳化发展提出合理建议；王倩倩[5]（2014）对吉林省历年的物流业进行基础分析，并统计收集了2005-2012年的基础数据，对其进行碳排放测算，并依据吉林省物流业发展情况构建吉林省物流业低碳化发展系统动力学仿真模型，通过情景模拟为吉林省物流业低碳化发展提供科学合理的建议；庞丽[6]（2013）、；侯剑[7]（2010）、韩笑[8]（2014）均运用系统动力学构建环境友好型物流产业系统仿真模型，通过改变不同变量逻辑与参数赋值进行不同情景的对比模拟，比较分析得出有效控制物流系统碳排放的相关政策建议。通过上述低碳物流研究现状分析可以看出，低碳物流领域俨然成为一个研究热点与重点。众多国内外学者均对物流产业的碳排放测算及影响因素做了大量分析研究，或是结合经济发展现状、物流产业发展特点，找出能够有效降低物流业碳排放的措施。

3 浙江省低碳物流系统模型构建

本文以浙江省物流业、能源、经济、环境这四者为模型构建的基本结构，其中，社会经济与物流业之间是相互促进的关系，而随着物流业规模扩大，能源消耗量也随之增长，最终导致生态环境的破坏，由此，需要进行大量投资来拯救被破坏的生态环境，从而构成了统一封闭的循环图。运用系统动力学模型，根据上述对系统结构的分析，确定系统边界及要素确定，建立因果循环图和存量流程图。深入剖析各变量之间的关系，对浙江省物流碳排放进行情景模拟分析，在宏观层面为相关部门制定合理、科学的政策。

3.1 模型基本假设

浙江省物流碳排放系统动力学模型是一个复杂非线性的大系统，考虑因素众多，这就必然很难将所有的相关因素均考虑在内。本次系统仿真模型中的时间范围2001-2020年，其中2001-2015年为模型仿真的检验年限，2016-2020年为模型的预测年限，模型模拟步长为1年。由此，本文抓住影响浙江省物流碳排放的主干因素，而那些对模型结果影响不大以及细节因素，均不予考虑。由此，构建浙江省物流碳排放系统动力学模型并做出以下假设：

（1）模型只考虑社会经济发展与物流业之间的联系，至于其他相关产业，本模型不予考虑。

（2）模型只考虑由物流业发展而带来的能源消耗对生态环境的污染，至于其他形式的污染，本模型不予考虑。

（3）假设浙江省经济持续稳定增长,而与物流业相关的货运周转量均与经济发展维系稳定关系。

（4）模型只考虑物流业能源消耗而引起的碳排放量，至于电力使用量（二次能源）不予考虑。

3.2 因果循环图

结合上述的分析与假设，本文将浙江省物流碳排放系统分为经济-物流产业系统模型、物流业-货运运输系统、环保投资-减排系统。

（1）经济-物流产业系统。从图2可以看出，经济与物流子系统呈现出正向循环影响，浙江省社会经济的发展会增加物流业投资额，而投资额的增加追加对物流设施的发展，以保障物流产业的持续发展。随着浙江省物流业的不断发展、规模不断扩大扩大，会进一步推动浙江省物流业的增加值，会增加对浙江省经济的贡献率，最终推动浙江省社会经济的发展。

（2）物流业-货运运输系统。图3可以看出，浙江省社会经济发展带动物流产业发展的同时，其货运周转量的需求也呈现出增长的趋势。一方面为物流整体系统创造利润，也相应加大运输设施建设，提高浙江省物流系统的货运能力，为物流业发展提供保障；另一方面也加大了铁路、公路、水运的货物周转量，使得浙江省物流系统整体的碳排放量增加；由此，治理污染的环境成本也会大幅度提高，这就在一定程度上减少了整体系统的利润额度。

（3）环保投资-减排系统。从图4中可以看出，浙江省政府可加大对当地环保投资额度，加大物流业运输系统的治理费用，提高技术水平、普及低碳政策意识，从而能够减少浙江省物流业的碳排放量，减轻由污染气体的排放而造成的环境压力。即浙江省物流的碳排放量受到来自正负两个相关变量影响，最终出现环境污染损失，将不利于浙江省经济的持续增长。

图2 经济-物流业系统反馈图

3.3 存量流量图

结合上述分析，本节运用系统动力学VENSIMPLE软件，构建出浙江省物流产业碳排放系统动力学模型，具体如图5所示。

3.4 主要模型参数

物流产业碳排放系统模型中，其碳排放量主要是由于能源消耗而产生的，而本次模型中能源消耗主要是由运输系统造成。其中，不同运输的能耗情况各不相同，且不同能源的碳排放因子也不相同，所以造成的碳排放量也不尽相同。由此，关于不同运输方式货运量可通过历年的货运量历史数据，进行回归分析，整理出期间的函数关系；不同运输方式的单位能耗情况可通过查阅我国交通统计年鉴获得大致数据；而不同能源的碳排放系数，参考我国现有数值，这里就不做描述；此外，系统模型中的已有参数，如常数系数、转换系数以及表函数等，可通过查阅相关资料，或在模型运行中不断检验，假设出合理并且可调整的系数值，便于做不同程度的情景模拟。下面将分别从初始值的确定、常量的确定、增长系数表函数的确定以及浙江省物流产业需求表达式的确定分别阐述：

图3 物流业-货运运输系统反馈图

图4 环保投资-减排系统反馈图

图5 浙江省物流碳排放系统动力学模型

（1）初始值的确定。本模型的时间年限为2001-2020年，其中2001-2015年为检验年限，且将2001年的区域生产总值作为初始值，根据《浙江省统计年鉴》上的数据，将生产总值设定为6 898亿元。

（2）常量的确定。以浙江省物流投资为例，物流产业每年都会在年收入的总数下定量投入一部分作为下一年的行业投资。根据浙江省历年物流产业管理费用、财务费用等情况参考，并假设当年物流产业的利润额均用于下一年发展物流产业供给能力。由此，假设物流自投资系数为0.15。至于其他常量，诸如各运输方式的排放因子、各增长或减少系数等，均可通过查阅相关资料，通过模型检验，得出符合实际情况的参数值。

（3）增长系数表函数的确定。表函数是VENSIM-PLE软件中表示自变量与因变量关系的函数，而在浙江省物流产业碳排放模型中，GDP增长系数是由表函数表示。根据研究期内浙江省GDP发展数据，其自变量是当地区域生产总值，而因变量是增长系数，即浙江省当年生产总值增加值与上一年生产总值的比值。如图6所示。

图6 浙江省GDP增长系数表函数参数设置页面

（4）浙江省物流需求表达式。本模型将对历年研究浙江省的生产总值与区域物流总额、浙江省物流业总费用与浙江省物流业货运周转量等进行线性拟合，找出变量之间的发展关系，由于篇幅有限，本文就不做详细描述。

4 系统仿真模拟

结合上述浙江省物流碳排放系统的系统动力学模型，本文将会从环境治理投资、降低货运单位能耗、降低各能源排放因子、优化物流运输方式这几方面进行情景模拟。

4.1 增加环保投资模拟

为了实现我国既定的减排目标，到2020年我国碳排放强度较2005年下降40%-45%，首先从增加浙江省环保投资角度出发，从不同程度上追加物流产业环保投资，其模拟结果见表1和图7所示。从表1可以看出，伴随浙江省环保投资额的增加，其浙江省物流的碳排放量也随之减少。直到浙江省环保投资额增加到预期投资额的45%，2020年浙江省物流产业碳排放量才能够减少到预期排放量的30%，实现我国“十三五”规定的减排目标。这也反映出当下区域关于环保投资额远远不足的弊端，需当地政府的足够重视，在“十三五”期间，加大环保投资额，从资金角度上保障我国节能减排的目标。从图7可以看出，不论环保投资额增加多少，浙江省物流产业碳排放量在2016年之前均呈现出增加的趋势，而2016年之后环保投资效果呈现碳排放量下降的趋势，且环保投资比例增加45%，可在后期2019-2020年依然呈现碳排放量下降的趋势，由此，增加环保投资额是十分必要的举措之一。

4.2 降低单位能耗模拟

从上节可得出，要实现我国“十三五”期间节能减排的目标，需要不断加大环保投资额比例，然而通过单一增加环保投资只是治标的手段，由此需要从治本的角度出发，从根源上减少物流产业系统的碳排放量是研究节能减排的关键。结合本文第四章的研究内容可知，以化石能源为主的能源消耗是物流产业碳排放的直接来源，而浙江省物流产业货运周转量主要以公路、水路、铁路三种运输方式为主。本节主要考虑按不同比例统一降低三种运输方式的单位能耗进行碳排放对比模拟，其模拟结果见表1和图8所示。从表1中可以看出，当单位能耗降低到30%时，2020年浙江省物流产业碳排放量才能够减少到预期排放量的30%，实现我国“十三五”规定的减排目标。可通过改进汽车、船舶以及火车的发动机，提高其燃油效率，亦可通过规划运输路线、改变司机驾驶习惯以及提高车厢货物满载率等方式方法来有效降低交通运输的单位能耗。从图8可以看出，依次在前者基础上降低单位能耗，其能源消耗总量以此降低，物流系统的碳排放量也随之不断降低，最终可在源头上减少污染气体的排放量。

4.3 降低排放因子模拟

当前，能源的获取主要是通过燃烧原煤、石油为主的化石燃料，在燃烧的过程中由于原料品质的差异会导致不同程度的排放因子，而原料品质的差异化主要是由于生产工艺、技术的高低水平造成的，这也就形成不同区域国家的不同排放因子的国际标准。燃料的排放因子是是影响整个运输系统的重要因素，从分析可知，我国燃料的排放因子是高于西方的发达国家的。由此通过不同比例降低燃料的排放因子来综合比较分析物流系统的碳排放量变化是可行的，可以通过改进我国燃料的生产工艺、技术水平等方法提高燃油品质，具体模拟结果见表1和图9所示。从表1可以看出，当燃料的排放因子降低到26%时，2020年浙江省物流产业碳排放量才能够减少到预期排放量的30%，实现我国“十三五”规定的减排目标。从图9中也可以看出，每当燃料的排放因子按不同比例依次降低时，其浙江省物流产业碳排放总量也会依次减少。由此可见，燃料的碳排放因子对区域物流碳排放影响比较大，有关部门需加强对该领域的重视，通过技术水平的提高来降低燃料的排放因子。

4.4 转变运输方式模拟

通过观察发现浙江省货运周转量自进入21世纪以来呈现出快速发展的趋势，铁路、公路、水路货运周转量均呈现出增长的态势。其中，水路与铁路属于大宗货物运输系统，货物周转量理应基数大，可通过观察发现公路货运周转量却大于铁路货运周转量。而在铁路、公路以及水路这三种运输方式中，公路属于高耗能运输方式，其能源消耗远远超过铁路。与此同时，在国家扩大内需、电商经济快速发展，公路货运周转量在2008年后呈现出爆发式发展，使得由物流需求量增加而引起的庞量运输造成了极大的生态压力。由此，本节将会按照不同程度的比例将公路货运周转量向铁路运输方式转移，具体的仿真模拟见表1和图10所示。从表1中可以看出，货物周转量转移的比例达到20%时，2020年浙江省物流产业碳排放量才能够减少到预期排放量的30%，实现我国“十三五”规定的减排目标。从图10也可以看出，伴随着货运周转量转移比例的加大，浙江省物流产业碳排放总量也随之不断的减少，但在2019年后并没有呈现出稳健的降低态势，而是呈现出缓慢的上升趋势，由此，通过单纯的转移货运周转量，合理安排运输方式间的货运比例并不能有效地降低货运周转量，还需通过其他的节能减排措施加以配合。

表1 增加不同环保投资比例仿真情况

图7 增加不同比例环保投资的仿真对比图

图8 降低不同比例单位能耗仿真对比图

图9 降低不同比例排放因子仿真对比图

图10 转移不同比例货运周转量仿真对比图

5 结论分析

应用VENSIM-PLE软件构建浙江省物流业系统动力学模型，针对国家“十三五”规划制定的减排目标，分别从增加环保投资、降低单位能耗、降低能源排放因子以及转变运输方式结构等方面进行不同程度对比仿真模拟。结果表明浙江省需进一步加大物流业的环保投资比例，单位能耗需降低原来30%左右，能源碳排放因子需降低原来26%，完善物流业运输结构才可实现减排目标。

由此，基于上述分析，本文针对浙江省物流业低碳化发展提出以下几点对策：

（1）提高能源使用效率，进一步降低物流产业单位产值的能耗。在当下物流产业发展迅速，能耗总量也逐渐增加的情况下，提高物流产业的能源使用率能够有效抑制碳排放量的增加。

（2）提高燃油品质，增加绿色能源的使用份额。浙江省物流产业是以石油为主的能源结构，这就需要政府加以引导物流企业使用高品质的燃油，提高燃油的燃烧率，通过降低排放因子减少碳排放量；鼓励引导清洁能源在物流产业中的应用，走可持续发展道路。

（3）优化浙江省物流运输方式，有效规避高耗能。资料显示，2015年浙江省公路、铁路、水运货运周转量比例为7：1：38，且同等货运量铁路运输的碳排放量是公路运输的1/12。由此，提高铁路、降低公路运输周转量的比例能够有效降低整个浙江省物流产业的碳排放量。所以，优化浙江省物流产业运输方式，能够有效降低由物流产业而产生的碳排放量。

（4）助推浙江省物流产业转型升级，努力提高运输信息化、自动化水平。加大浙江省物流产业信息平台的建设、信息技术的研发应用，提高物流产业自动化、信息化水平，能有效规避由物流系统在重复操作过程中出现的频繁运输、无功运输、迂回运输、空载运输等调度不当问题。