火电企业低碳转型效果关键影响因素研究

陆秋琴，魏 悦，黄光球

（西安建筑科技大学 管理学院，陕西 西安 710055）

一、引言

2020 年9 月22 日，我国政府向世界作出郑重承诺，力争于2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和，即“双碳”目标。目前，中国是世界上二氧化碳排放量最多的国家，其自身的可持续发展压力以及国际环境对我国的影响，使得我国的发展面临着严峻的挑战，碳排放问题亟待解决。然而，我国的能源需求仍在持续上涨，寻找一条兼顾不断扩张的能源需求的低碳转型之路，任重而道远。为了实现“碳中和”目标，亟须对那些高耗能高排放的重点行业予以特别关注。根据中国细分行业碳排放数据显示，2020 年全年中国共排放103.76 亿吨二氧化碳。其中，火电行业二氧化碳排放量高达35.39 亿吨，占比超过总量的1/3，为34.11%，火电行业注定是碳中和的重点行业和关键部门。随着“碳中和”目标的提出，火电行业将面临更加复杂严峻的困难与挑战。因此，本文在“碳中和”目标的背景下来讨论火电企业低碳转型效果的影响因素，揭示出影响低碳转型效果的关键因素，为火电企业低碳转型效果的提升提供一定的借鉴和参考，具有重要的现实与理论意义。

目前对于低碳转型的研究主要集中在低碳转型影响因素、低碳转型效果评价及低碳转型路径选择等方面。关于低碳转型影响因素的研究主要从内部因素和外部因素两方面展开，内部因素包括企业规模[1]、管理体制[2]、自主创新能力[3]、企业能源管理[4]等，外部因素包括环境规制[5]、技术水平[6]、产业政策[7]及企业利益相关者[8]等。国内外学者提出低碳转型主要通过加大技术研发投入、创新低碳技术，发挥碳汇潜力[9-12]，严控煤电规模、大力开发新能源、调整能源结构、不断完善市场化机制[13-15]等路径来实现。对于低碳转型效果的评价，学术界尚且没有统一的衡量标准。学者们运用熵权法[16]、数据包络分析法[17]、层次分析法[18]等不同方法，选取科学的指标构建了低碳转型效果评价指标体系，为企业低碳发展提供了有益的参考。

综上所述，近年来低碳转型这一话题成为学术界研究的热点，专家和学者们大多从低碳转型的影响因素、路径选择和对低碳转型效果的评价三个方面开展研究，已经取得了丰富的研究成果。但目前对于火电企业低碳转型的研究大多以理论性研究为主，多为现行政策下的对策分析，缺乏模型的构建。在当前“碳中和”背景下，火电企业作为重污染企业之首，亟需进行低碳转型。基于此，本文将结合火电企业自身特点，构建火电企业低碳转型效果评价指标体系，利用模糊Petri 网构建火电企业低碳转型效果评价模型，通过仿真模拟计算，揭示出火电企业低碳转型效果的关键影响因素，具有一定的科学性和严谨性。

二、火电企业低碳转型的内涵及效果评价指标体系构建

（一）火电企业低碳转型内涵

根据对已有文献的研究[19-24]，学者们对低碳转型内涵的表述由于研究对象和研究视角的不同而有所差异，但都将低碳转型看作成一个由传统的粗放型发展模式转变为新型内涵式发展模式的动态发展过程，其最终目标都是为了实现企业的低碳可持续发展。本文在综合国内外学者的研究基础上，对企业低碳转型作出了以下界定：企业低碳转型是指企业遵循低能耗、低污染、低排放的基本原则，在其生产、技术、管理等环节采取一系列节能减排措施，在追求企业经济效益的同时保护生态环境，实现企业与生态环境的协调发展。

火电企业能否实现可持续发展与其生产运营方式有着密切的关系，尽管采用传统的高能耗、重污染的经济发展方式，可以使企业在短期内取得较好的经济效益，但是，从长远来看，资源浪费、环境污染等问题的存在，会给社会资源、生态环境造成一定的负面影响，进而对企业带来一系列的环境治理成本、政府处罚成本及其他隐性成本，严重地损害了企业的形象和信誉。因此，企业的这种不可持续的发展模式亟须转变，既要与生态环境和谐共存，又要保证生产运营的效益，当下火电企业要将低碳转型作为其首要战略安排，通过提高节能减排技术，优化调整能源结构，加强企业低碳管理等措施，实现经济、生态和社会效益的协调发展。

综上所述，火电企业低碳转型是火电企业通过改善企业生产经营、技术创新、调整能源结构、改变管理模式等手段，摆脱“三高一低”即高投入、高消耗、高污染、低效益的传统粗放型发展模式，在追求经济效益的同时保护生态环境，实现可持续增长。火电企业低碳转型的内涵如图1 所示。

图1 火电企业低碳转型的内涵

（二）火电企业低碳转型效果的影响因素初选

根据上述火电企业低碳转型的内涵，火电企业低碳转型的目标为：高效益、低能耗及低排放、新技术、新结构、新文化，因此，本文将火电企业低碳转型效果的影响因素分为五个维度：低碳经济、低碳生产、低碳创新、低碳能源结构以及低碳文化，这5个维度对火电企业低碳转型效果的影响作用如图2所示。

图2 火电企业低碳转型效果的影响因素

1.低碳经济。低碳经济是火电企业低碳转型的前提保证。尽管低碳转型并不过分注重企业的经济效益，但经济基础是一个企业能否持续发展的重要保障，是企业能否进行低碳转型的基本前提。因此，在衡量火电企业低碳转型效果时，首先要考虑的就是企业的经济因素。经济因素包括：年营业收入、净资产收益率、资产负债率、总资产周转率。

2.低碳生产。低碳生产是火电企业实现低碳转型发展的第一动力，火电企业要实现低碳转型，首先要从生产环节着手实施节能减排，提高资源利用效率。本文重点选取企业在生产运营环节中的能源消耗和污染物排放相关因素进行研究，主要包括：单位发电量二氧化硫排放量、单位发电量氮氧化物排放量、单位发电量烟尘排放量、单位发电量废水排放量、单位发电量煤耗、单位发电量水耗、煤粉灰综合利用率、脱硫石膏综合利用率。

3.低碳创新。核心技术的研究与投入是制约火电企业低碳转型的关键，创新是火电企业实现低碳转型的力量源泉。目前，我国火电企业要结合自身的实际情况和生产经营特点，从火电机组改造、核心技术研发、高端人才引进等方面着手，促进企业的低碳转型发展。低碳创新影响因素包括：科技投入占比、设完成超低排放改造的机组比例、科技活动人员比例、企业年新增授权专利。

4.低碳能源结构。调整能源结构是火电企业低碳转型的根本途径。企业在生产、管理环节上采取再多的措施，也不能从根本上改变企业高消耗重污染的事实。火电企业要实现低碳转型必须着眼于源头，逐步减少对煤炭等高碳能源的依赖，以低碳清洁能源替代高碳能源，并在此基础上不断扩大低碳能源的使用规模。清洁能源装机占比、清洁能源发电量占比和新增清洁能源投产占比是最为重要、最为综合的衡量因素。

5.低碳文化。低碳文化是指企业的低碳管理理念及措施，低碳文化是企业低碳转型的内在要求。企业不仅要在生产环节采取措施，更要在管理环节下功夫，加强企业的低碳发展意识，营造低碳管理文化氛围，让企业内部从管理者到普通员工都能重视企业低碳转型，认真执行企业低碳转型政策，使低碳发展意识贯穿于企业生产运行的全环节。因此，需要考量的因素主要包括低碳管理制度的建设与完善、低碳管理相关政策的执行、企业参与碳市场交易情况、企业碳资产管理制度建设。

（三）火电企业低碳转型效果评价指标构建

为了科学而准确地评价火电企业低碳转型效果，从而揭示出影响火电企业低碳转型效果的关键影响因素，本文根据火电企业低碳转型的内涵，并结合相关学者的研究成果，综合考虑经济、生产、创新、能源结构及管理等方面的因素，遵循科学性、全面性、可行性、代表性的原则，从低碳经济、低碳生产、低碳创新、低碳能源结构和低碳文化五个维度选取影响火电企业低碳转型效果的具体指标，建立能够综合反映火电企业低碳转型效果的评价指标体系，构建步骤如图3 所示。本文构建出一个包括5 个二级指标和23 个三级指标的火电企业低碳转型效果评价指标体系如表1 所示。

图3 火电企业低碳转型评价指标体系构建步骤

表1 火电企业低碳转型效果评价指标体系

三、火电企业低碳转型效果评价的模糊Petri 网模型

（一）低碳转型效果评价的模糊Petri 网模型的定义

由传统Petri 网衍生而来的模糊Petri 网，引入了一种基于可信度的模糊推理方法，它能有效解决各种评价指标的不确定性和模糊性，从而使模糊知识得到更好的推理，因而在对于复杂的社会经济系统中的实际问题的仿真模拟中得到了广泛的应用。由于影响火电企业低碳转型效果的因素众多，且各个因素对低碳转型效果的影响具有一定的模糊性，也就是不能用一个准确的数字来表达其影响程度，模糊Petri 网络不但在并行运算和模型化、图像化方面具备强大的作用，而且还拥有强大的模糊数学推理能力，可以探索各因素对最终结果的影响程度。因此，本文采用模糊Petri 网方法来研究火电企业低碳转型效果的关键影响因素。

为了更明确地表达火电企业低碳转型效果评价的模糊Petri 网（TPLCFPN），将其定义为一个八元数组，TPLCFPN=（P，T，D，I，O，U，μ，M），其中，式中：P={p1，p2，…，pn}为火电企业低碳转型效果的影响因素集，称为库所集，一个库所对应一个低碳转型效果的影响因素；T={t1，t2，…，tm}为影响低碳转型效果的行为集，称为变迁集，一个变迁对应一个影响低碳转型效果的行为；D={d1，d2，…，dn}是库所对应的命题的有限集合，且|P|=|D|；I={αij}表示模糊库所pi到变迁tj的输入关联矩阵，若pi是tj的输入，则αij=1，否则，αij=0；O={λji}表示变迁tj到模糊库所pi的输出关联矩阵，若pi是tj的输出，则λji=1，否则，λji=0；U:T→[0，1]表示变迁的可信度函数，U（tj）=μj（j=1，2，…，m），μj表示变迁tj的模糊推理规则的置信度；λ为tj发生变迁时的阈值，λ:P→[0，1]是一个映射，当模糊库所pi的可信度大于阈值λ时，则变迁发生；M（0）为n×q阶的初始状态评估矩阵，其元素[0，1]表示模糊库所pi在第j等级的初始状态可信度值，n×q为n个模糊库所在q个评估等级中的状态，M（k）表示模糊变迁发生了q次后的状态评估矩阵。

（二）模糊推理算法

在火电企业低碳转型效果评价过程中，引入下列算法来准确表达推理矩阵运算。

假设A，B，C是n×m维矩阵，D是n维向量，在本文的模糊推理过程中使用以下算子:

①加法算子:

若A⊕B=C，则有cij=max（aij，bij），（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）

②乘法算子:

若D⊗B=C，则有cij=di×bij，（i=1，2，…，n；j=1，2，…，m）

（三）模糊推理规则

模糊产生式规则的一般形式为：

Type 1：IFd1（w1）or d2（w2）or…or dn（wn）THEN dg（wg1）

结论命题dg 的可信度如公式（1）所示：

其中，d1，d2，d3，…，dn表示一组前提，dg表示若干结论，w1，w2，w3，…，wn，wg是命题的可信度，μn∈[0，1]是变迁的置信度。

激发规则如图4 所示，其中，a 表示变迁前的状态图，b 表示变迁后的状态图。

图4 Type1 模糊变迁规则

Type2：IFd1（w1）andd2（w2）and…and dn（wn）THEN dg（wg）

结论命题di 的可信度如公式（2）所示，

激发规则如图5 所示：

图5 Type 2 模糊变迁规则

通过对火电企业低碳转型效果评价指标体系分析，认为火电企业低碳转型的影响因素中的某一个因素发生变化就可能会导致火电企业低碳转型的效果发生变化，因此本研究采用Type1 的模糊产生式规则。

（四）模糊推理步骤

首先将火电企业低碳转型效果评价体系转化为TPLCFPN 模型，按照本文对低碳转型效果评价模糊Petri 网的定义，可以得到低碳转型效果影响因素集P与转型行为集T，其中|P|=n，|T|=m，相对应的矩阵形式分别为I={αij}，O={γji}；置信度向量U={Ui}={μi}，模糊推理的具体运算步骤如下。

步骤一：初始化火电企业低碳转型效果评价输入矩阵I，火电企业低碳转型效果评价输出矩阵O，置信度U以及低碳转型效果等级评价矩阵Q。

步骤二：令k=0，根据火电企业历史数据和专家评估得到M（0），计算初始火电企业低碳转型效果影响因素的可信度ITM（0）。

步骤三:计算变迁触发后，低碳转型输出库所的可信度U⊗O。

步骤四:计算变迁触发生后的下一个状态，低碳转型影响因素行为变更的可信度（U⊗O）[ITM（k）]，此时，M（k+1）=M（k）⊕（U⊗O）［ITM（k）］。

步骤五：此时如果M（k+1）≠M（k），那么令k=k+1，再转到上述步骤三继续进行；如果M（k+1）=M（k），那么表示模糊推理运算完成。

步骤六：将M（k+1）=M（k）代入公式F=M（k）QT中计算得到火电企业低碳转型效果评价值，F矩阵的最后1 个元素所对应的等级标准代表火电企业低碳转型效果的综合评价等级。

（五）低碳转型效果等级评价标准

火电企业低碳转型效果评价需具有可参考价值，所以必须选取合理的评价标准来区分火电企业低碳转型的效果等级。低碳转型效果等级可分为高、较高、中、较低、低5 个等级，评价值越高，则说明这个火电企业低碳转型的效果越好。低碳转型效果等级评价标准如表2 所示，评价矩阵Q=（10，8，6，4，2）[25]。

表2 低碳转型效果等级评价标准表

四、火电企业低碳转型效果评价及关键因素揭示

为了验证上述模糊推理算法及模型的科学性和可行性，本文选取A 上市火电企业进行模拟仿真分析。A 上市火电企业成立于1994 年，注册资本185.07亿元，是一家以火电业务为主的大型电力公司。公司的业务遍布于全国19 个省市，截至2021 年底，公司总资产额达到2 959.68 亿元，总装机容量达68 770.03 兆瓦。在“碳中和”目标的背景下，公司秉承“绿色低碳、多能互补、高效协同、数字智慧”的发展愿景，以实现绿色低碳转型为根本方向，全面贯彻落实新发展理念和能源安全新战略，大力推动绿色低碳转型，稳步推进高质量发展。目前公司在推进低碳转型的过程中取得了丰硕的成果，在低碳转型方面具有一定的代表性。因此，本文以该企业为案例进行实例仿真研究，探究火电企业低碳转型效果的关键影响因素。

（一）构建FPN 模型

通过基本的模糊规则和逻辑关系将火电企业低碳转型效果评价指标体系（见表1）转换为如图6所示的火电企业低碳转型FPN 模型，其中，p1-p23对应三级指标，p25-p29 对应二级指标。

图6 火电企业低碳转型FPN 模型

（二）评估参数求解

本文数据通过搜集火电企业官方网站、企业年报以及社会责任报告获取，其中不能直接获取的数据通过计算获得，定性指标的确认是邀请火电企业及低碳转型领域的专家学者，根据火电企业提供的年报、社会责任报告以及相关报道进行客观的打分，取平均值作为定性指标的数值。根据火电企业低碳转型效果FPN模型中库所与变迁之间的关系得到输入矩阵I和输出矩阵O，由历史数据统计确定各影响因素在每个等级所占的比例得到初始评估向量M（0）。

（三）变迁的置信度确定

本文采用层次分析法来确定各变迁的置信度，根据火电企业低碳转型效果评价指标体系，以二级指标为例，从低碳经济（B1）、低碳生产（B2）、低碳技术（B3）、低碳能源结构（B4）、低碳文化（B5）5 个维度确定权重值。首先参考1～9 比例标度法依据指标重要程度构造出两两比较判断矩阵A-Bi，经归一化处理后的权重值如表3 所示。通过计算可得判断矩阵A-Bi 的最大特征根λmax=5.247696，一致性指标CI=0.061924，RI=1.12，进而求得一致性比例CR=0.055289<0.1，满足一致性检验。

表3 二级指标B 与一级指标A 的权重

同理可得其它各变迁的置信度，则置信度向量U={0.06，0.27，0.51，0.13，0.03，0.26，0.57，0.12，0.05，0.14，0.14，0.14，0.14，0.33，0.02，0.06，0.03，0.56，0.26，0.06，0.12，0.27，0.65，0.08，0.27，0.53，0.15，0.05}。

（四）模型运算

根据模糊推理规则及步骤，运用Matlab 软件对TPLCFPN 模型进行模糊推理运算，得到M（k）为：

由公式F=M（k）QT可得，F=M（2）[10 8 6 4 2]T=[5.80 5.60 4.40 4.20 7.20 7.00 8.00 6.60 7.60 5.60 6.40 5.20 7.20 5.80 6.60 6.80 7.00 7.00 6.40 6.20 6.40 7.60 6.40 4.65 9.18 3.46 5.79 7.35 6.14]T，最后一个元素是6.14，则火电企业低碳转型效果评价等级在[6，8），证明其低碳转型等级为较高。在二级指标的评价结果中，低碳经济为4.65，等级为中等；低碳生产为9.18，等级为高；低碳创新为3.46，等级为较低；低碳能源结构为5.79，等级为中等；低碳文化为7.35，等级为较高。同理，可得到三级指标等级，为火电企业低碳转型提出具有针对性的建议。

研究结果表明，火电企业低碳转型效果评价等级为较高，且影响火电企业低碳转型的关键影响因素为低碳经济、低碳创新和低碳能源结构。

五、结论及建议

（一）结论

本研究根据低碳转型的内涵，并结合相关学者的研究成果对火电企业低碳转型影响因素进行分析，构建出科学合理的火电企业低碳转型效果评价指标体系；利用模糊Petri 网构建火电企业低碳转型效果评价模型，对所构建的FPN 模型进行模拟仿真，验证其可行性，通过对火电企业低碳转型效果的评估，最终揭示出火电企业低碳转型效果的关键影响因素为低碳经济、低碳创新和低碳能源结构。

（二）建议

1.改善企业经营状况。良好的经营状况是火电企业能否顺利进行低碳转型的基本保障。企业的设备改造、技术研发、人才引进，每一项都需要大量资金的支撑。而当前火电企业面临着能源保供压力大、煤价高位运行、利润持续亏损等问题，如何走出经营困境应成为火电企业亟须解决的首要问题。一方面，政府应制定政策对煤价实施有效监管，稳定煤电上下游关系，助力火电企业走出盈利低谷；另一方面，火电企业自身可以寻求向煤炭开采方向延伸，或是积极与煤炭企业合作，探索煤电联营上下游产业效益均衡发展。

2.加大企业创新力度。创新是企业发展的内在驱动力，技术人才是火电企业提高资源利用效率、提高低碳转型效果的关键。随着国家政策的引领和电力产业的需求，我国火电企业必须持续不断地投入人力、财力和物力进行技术研发及改造，以提高企业在生产环节的节能降耗、资源循环利用等核心技术的应用性能；此外，火电企业要引进技术型人才，重视对人才的培养工作，通过与高校等机构协同合作，提高自主创新能力，持续推动公司的低碳转型。

3.优化调整能源结构。新能源行业在国内起步比较晚，无论是在产能上，还是在技术上，都无法适应我国国民经济低碳发展的需要，因此，政府要从政策上、资金上进一步加大对新能源产业的扶持力度，加快新能源产业的发展。火电企业应把握时代机遇，在稳住化石能源生产和保底供应能力，坚持煤炭清洁高效利用的基础上，大力发展新能源，规划建设大型风电光伏基地，逐步用新能源替代高碳能源，构建新型清洁电力能源系统。