基于多目标决策的节能减排绩效评估_饶清华.pdf
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1、第 33 卷第 2 期2013 年 2 月环境科学学报Acta Scientiae CircumstantiaeVol 33,No 2Feb,2013基金项目:福建省科协项目;福建省科技厅公益类科研院所专项项目(No2010R1003-1)Supported by the Project of Fujian Association for Science and Technology and the Project of Science and Technology Department of Fujian Province(No2010R1003-1)作者简介:饶清华(1981),男,E-m
2、ail:raoqinghua sina com;*通讯作者(责任作者),E-mail:JSZhang fjnu edu cnBiography:RAO Qinghua(1981),male,E-mail:raoqinghua sina com;*Corresponding author,E-mail:JSZhang fjnu edu cn饶清华,邱宇,许丽忠,等2013 基于多目标决策的节能减排绩效评估J 环境科学学报,33(2):617-625Rao Q H,Qiu Y,Xu L Z,et al 2013 Evaluation of energy saving and emission re
3、duction performance based on multi-object decision model J ActaScientiae Circumstantiae,33(2):617-625基于多目标决策的节能减排绩效评估饶清华1,邱宇2,许丽忠3,张江山3,*,蔡如钰2,赵扬21 福建师范大学福清分校生物与化学工程系,福清 3503002 福建省环境科学研究院,福州 3500133 福建师范大学环境科学研究所,福州 350007收稿日期:2012-03-27修回日期:2012-04-24录用日期:2012-05-29摘要:利用全排列多边形图示指标法构建评价模型,从资源能源消耗、污
4、染物排放、综合利用、环保治理及无害化等方面构建节能减排评价指标体系,并对福建省 20012010 年节能减排进行绩效评估 结果表明,福建省节能减排绩效的优劣顺序分别为:2010、2009、2003、2002、2008、2007、2004、2001、2006、2005 年 20052006 年福建省在废物综合利用、环保治理及无害化等方面取得了一定的成效,但与 20012004 年相比优势不明显,而在资源能源消耗与污染排放方面却出现了大幅度的下滑 2007 年以来,福建省正在逐步加大重点行业和重点企业的节能减排力度,因此,在节能减排方面取得了较明显的成效 评价结果较好地体现了福建省节能减排的现状与
5、不足,为推动节能减排绩效评估工作的发展提供了科学依据关键词:节能减排;指标体系;全排列多边形图示指标法;绩效评估;福建省文章编号:0253-2468(2013)02-617-09中图分类号:X196文献标识码:AEvaluation of energy saving and emission reduction performance based on multi-object decision modelRAO Qinghua1,QIU Yu2,XU Lizhong3,ZHANG Jiangshan3,*,CAI Ruyu2,ZHAO Yang21 Biology and Chemistry
6、 Engineering Department,Fuqing branch of Fujian Normal University,Fuqing 3503002 Fujian Research Academy of Environmental Science,Fuzhou 3500133 Institute of Environmental Science,Fujian Normal University,Fuzhou 350007Received 27 March 2012;received in revised form 24 April 2012;accepted 29 May 2012
7、Abstract:The indices system for energy saving and emission reduction assessment was built based on the resources and energy consumption,pollutantemissions,utilization,environment protection and harmless disposal Energy saving and emission reduction of Fujian Province in 20012010 wasevaluated by appl
8、ying the entire-array-polygon synthesis illustration method The results showed that the energy saving and emission reduction performancedeclined in the sequence of 2010,2009,2003,2002,2008,2007,2004,2001,2006 and 2005 Certain progress has been made in the area of wasteutilization,environment protect
9、ion and harmless disposal during 20052006 However,energy consumption and pollutant emissions deterioratedsignificantly as compared with 20012004 Since 2007,the energy saving and emission reduction in priority industry and enterprises were strengthenedgradually The results reflected the present statu
10、s and deficiencies of energy saving and emission reduction in Fujian Province and provided guidance infuture energy saving and emissions reduction performance evaluationKeywords:energy saving and emission reduction;indices system;entire-array-polygon synthesis illustration method;performance evaluat
11、ion;Fujian Province1引言(Introduction)社会经济的快速发展和人口增长,导致资源能源消耗量和污染物排放量急剧增加,使我国资源和环境问题日益突出 为了实现经济的可持续增长,缓解巨大的环境压力,必须以环境友好的方式推动环境科学学报33 卷经济增长 节能减排是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择 为此,我国政府在中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要中第一次提出了“节能减排”及其目标(中华人民共和国中央人民政府,2006)地方政府与企业是否将节能减排绩效纳入考核体系,对于减排目标能否实现有着决定性的作用(Wang et al,2006)由于我国不同地区
12、发展的不平衡,实现节能减排是一个长期而艰巨的任务 因此,建立节能减排绩效评估体系就显得十分必要 目前,关于节能减排绩效评估的研究多限于广泛的定性论述,定量研究成果尚不多见 定性描述方面,主要集中在如何构建节能减排评价指标体系及确定指标体系的权重(王林等,2009;杨华峰等,2008;李亮等,2009;吕安涛等,2009;李志春等,2009;郭英玲等,2009);定量评价方面,评价范围主要在微观领域,如企业、产品等(马明珠等,2008;陈建军等,2009;安金朝,2010);同时国内还开展了少量的宏观领域节能减排定量评价研究(但智钢等,2010;何伟等,2010;陈一萍,2010;饶清华等,20
13、11b),但存在的问题主要有:所选择的评价指标数量较少、评价年限不完整、在省域乃至国家层面的节能减排定量评价较少等节能减排绩效评价指标体系一般包含多个子系统,分为多个层次,因此,节能减排绩效评估问题是一个典型的多目标、多决策的复合系统问题 节能减排绩效评估的本质就是根据研究区域节能减排实际,建立区域节能减排指标体系和评价等级标准,将研究区域各评价指标转换成一维实数的节能减排绩效综合指数,进而对各区域节能减排绩效进行综合评价 如何合理地确定这些评价指标的权重是节能减排绩效评估最主要的难点之一 而传统的评价方法在确定指标权重时,由于不能充分考虑各指标提供的信息量,人为给出的权重往往缺乏客观的科学依
14、据,势必会导致由于对某一指标错误估计而使评价结果不能完全反映研究对象的客观实际情况 全排列图示指标法是多目标综合评价方法的一种,与传统简单加权法相比,不用专家主观评判权系数的大小,只要确定与决策相关的上限、下限和临界值即可,减少了主观随意性(吴琼等,2005)因此,构建科学、完整的指标体系,采用合理的评价方法,准确而又客观地反映节能减排成效,是推动节能减排绩效评估的关键 为此,本文从资源能源消耗、污染物排放、综合利用、环保治理及无害化等方面构建节能减排评价指标体系,尝试将全排列图示指标法引入节能减排绩效评估中,并对20012010 年福建省节能减排绩效进行综合评价,以期推动节能减排绩效评估工作
15、的开展,为福建省有关部门制定“十二五”总体目标和具体的指标提供参考2研究方法(Study approach)全排列多边形图示指标法具体定义为(吴琼等,2005;李锋等,2007a;2007b;王如松等,2005;饶清华等,2011a):设共有 n 个指标(标准化后的值),以这些指标的上限值为半径构成一个中心 n 边形,各指标值的连线构成一个不规则中心 n 边形,这个不规则中心 n 边形的顶点是 n 个指标的一个首尾相接的全排列,n 个指标总共可以构成(n 1)/2 个不同的不规则中心 n 边形;综合指数定义为所有这些不规则多边形面积的均值与中心多边形面积的比值指标值标准化采用双曲线标准化函数:
16、F(x)=abx+c(1)F(x)满足:F(x)x=L=1,F(x)x=T=0,F(x)x=U=+1;其中,U 为指标 x 的上限,L 为指标 x 的下限,T 为指标 x 的临界值 根据上面 3 个条件,可得:F(x)=(U L)(U T)(U+L 2T)x+UT+LT 2LU(2)由 F(x)性质可知,标准化函数 F(x)把位于区间 L,U 的指标值映射到 1,+1区间 标准化后的值改变了指标的增长速度,当指标值位于临界值以下时,标准化后的指标增长速度逐渐降低,当指标值位于临界值以上时,标准化后的指标增长速度逐渐增加,即指标由没有标准化以前的线性增长变为标准化后的快-慢-快的非线性增长,临界
17、值为指标增长速度的转折点 因此,对于第 i 个指标,标准化计算公式为:Si=(Ui Li)(Xi Ti)(Ui+Li 2Ti)xi+UiTi+LiTi 2UiLi(3)根据 n 个指标可以作出一个中心正 n 边形,正n 边形的 n 个顶点为 Si=1 时的值,中心点为 Si=1时的值,中心点到顶点的线段为各指标标准化值所在区间1,+1,而 Si=0 时构成的多边形为指标的临界区 临界区的内部区域表示各指标的标准8162 期饶清华等:基于多目标决策的节能减排绩效评估化值位于临界值以下,其值为负;外部区域表示各指标的标准化值位于临界值以上,其值为正,具体如图 1 所示图 1全排列多边形图示指标法示
18、意图Fig1Sketch of entire-array-polygon synthesis illustration method全排列多边形综合指数为:S=i,jij(Si+1)(Sj+1)2n(n 1)(4)式中,S 为综合指标值,Si为单项指标值根据评价模型的构建可知,其具有以下特点:首先,该评价模型是在对评价对象上限值、临界值及下限值关系的基础上推导出来的,因此,能够实现对评价对象相同指标间的纵向比较;其次,对于具有多层次、多目标的复杂评价系统,该模型能实现从高维空间到低维空间的映射,并且这种映射能够反映评价对象样本在原高维空间中的分类信息和排序信息;最后,在确定权重时,采用了客观赋
19、权法,减少了主观随意性,使评价指标的权重确定更科学、合理 因此,将该方法引入节能减排评价中,通过比较节能减排绩效指数的大小,实现评价对象的动态性综合评价,拓展了多目标决策模型的应用领域3福 建 省 节 能 减 排 综 合 评 价(Comprehensiveevaluation of energy saving and emission reductionin Fujian Province)3 1福建省节能减排概况由于福建省的自然环境相对独立,环境质量的好坏主要取决于自身的发展状况 同时,福建省资源匮乏,能源消费对外依存度高,因此,节能减排工作对于福建省的可持续发展具有更为重大和突出的意义(朱
20、鹏颐,2008)“十五”与“十一五”期间,福建省节能减排工作取得了一定的成效,但随着海峡西岸经济区建设、工业化、城镇化进程的加快及消费结构的持续升级,全省能源需求呈刚性增长,消化排污总量的压力加大,资源环境约束将日趋强化,节能减排形势仍不容乐观3 2评价指标体系节能减排是指在可持续发展理念指导下,通过技术创新、制度创新、产业转型等多种手段,提高资源能源的利用效率,尽可能地减少能源消耗和污染物排放,达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态 节能是实施可持续发展的能源政策的重要组成部分,而减排是实现节能的主要手段(张士杰,2008)按照指标体系的构建原则,即科学性、目的性、可操作性、完
21、整性、动态性与稳定性相结合的原则,结合节能减排的实际,从资源能源消耗、污染物排放、综合利用、环保治理及无害化等四方面构建节能减排评价指标体系,具体如表 1 所示 评价指标的上限值、临界值和下限值分别由其最高值、平均值及最低值确定 指标体系与节能减排绩效结果之间的关系及指标体系之间的相互关系如下:资源能源消耗,反映区域生产过程中资源能源的使用情况,指标通过万元地区生产总值能耗来体现整个区域对资源的利用效率,反映区域节能效果;污染物排放,生产过程不可避免地要产生废水、废气和固体废物,指标通过污染物的排放强度来反映区域的减排效果;综合利用,资源能源的综合利用是指在生产过程中产生的废水、废液、废气、废
22、渣及可再生资源进行回收和利用,提高综合利用能力,一方面可以节约资源能源的使用,另一方面可以减少污染物的排放,能够体现节能减排绩效;环保治理及无害化,无害化是区域节能减排的前提,贯穿于节能减排的整个过程之中 生产过程不可避免地要产生污染物,通过采取末端治理的方式来实现污染物削减及达标排放 因此,指标通过污染物的削减量及污染物达标排放情况来反映环保治理及无害化水平不同年份节能减排评价指标值见表 2,指标数据来源于福建省统计年鉴(20012010 年)及福建省环境状况公报(20012010 年),数据准确、规范,资料来源可靠916环境科学学报33 卷表 1节能减排评价指标体系Table1The as
23、sessment indices system of energy saving and emission reduction目标层二级指标三级指标单位指标类型节能减排(A)资源能源消耗(B1)煤炭消费总量(C1)104t(标煤)燃料油消费量(不含车船用)(C2)104t(标煤)天然气消费量(C3)104m3工业用水总量(C4)108t万元地区生产总值能耗(C5)t(标煤)万元1能源加工转换效率(C6)+污染物排放(B2)工业废水排放量(C7)108t化学需氧量排放量(C8)104t氨氮排放量(C9)104t工业废气排放总量(C10)108Nm3二氧化硫排放量(C11)104t烟尘排放量(C1
24、2)104t工业粉尘排放量(C13)104t工业固体废物产生量(C14)104t工业固体废物排放量(C15)104t废物综合利用(B3)“三废”综合利用产品产值(C16)108元+工业重复用水量(C17)108t+工业重复用水率(C18)+工业固体废物综合利用量(C19)104t+工业固体废物综合利用率(C20)+环保治理及无害化工业废水排放达标量(C21)108t+(B4)工业废水排放达标率(C22)+化学需氧量去除量(C23)104t+氨氮去除量(C24)104t+二氧化硫去除量(C25)104t+烟尘去除量(C26)104t+烟尘排放达标量(C27)104t+烟尘达标排放率(C28)+工
25、业粉尘排放达标量(C29)104t+工业粉尘达标排放率(C30)+工业固体废物处置量(C31)104t+环境污染治理投资总额(C32)108元工业污染治理投资(C33)108元注:“+”表示该指标是正向型指标;“”表示该指标是负向型指标;能源加工转换效率:指一定时期内能源经过加工、转换后,产出的各种能源产品的数量与同期内投入加工转换的各种能源数量的比率,它是观察能源加工转换装置和生产工艺先进与落后、管理水平高低等的重要指标,计算公式为:能源加工转换效率=(能源加工、转换产出量/能源加工、转换投入量)100%表 2福建省节能减排评价指标值Table 2Targets of energy savi
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