贵州科学２９（４）：６１－６４，２０１１ Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｓｃｉｅｎｃｅ 氧化铝企业资源、能源、环境效率模型及分析 吴复忠金会心 （贵州大学材料科学与冶金学院贵阳５５０００３） 摘要：运用投入产出分析方法，建立了氧化铝企业的资源效率、能源效率和环境效率的数学模型。为研究和分析氧化铝 企业的资源、能源消耗和环境负荷状况，提高企业资源、能源和环境效率提供理论依据。 关键词：投入产出法，资源效率，能源效率，环境效率 中图分类号ＴＧ１４６．２＋１ 文献标识码Ａ 文章编号１１３０３－６５６３（２０１１）０４－００６１－０４ Ｍｏｄｅｌｓ＆Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ．Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ Ａｌｕ－ ｍｉｎａ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ＷＵ Ｆｕ－ｚｈｏｎｇ ＪＩＮ Ｈｕｉ－ｘｉｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，Ｇｕｉｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕｉｙａｎｇ，Ｇｕｉｚｈｏｕ ５５０００３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ—ｏｕｔｐｕｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃ ｍｏｄｅｌｓ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ｕｐ．Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｇｉｖｅ ｔｈｅ ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ，ｅｎｅｒｙｇ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ ａｌｕｍｉｎａ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｉｎｐｕｔ／ｏｕｔｐｕｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ，ｅｎｅｒｇｙ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ，ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｅｆｉｆｃｉｅｎｃｙ 氧化铝企业的能源消耗问题、环境负荷问题，以及能 １ 投入产出模型 耗与环保之间的相互关系。 １．１投入产出表 投入产出法，是研究国民经济中各地区、各部 为了便于分析企业内部能流、物流、污染流之 门、各企业内部及其相互之间投入产出平衡关系的 间的相互制约与影响，构思了一张能源、环境负荷投 一种方法（陆钟武１９９３）。这种方法的目的是建立 入产出表，见表１。表的纵向分为若干行，各代表投 企业内部的各生产工序所消耗的能源和非能源（投 向各道工序消耗物的种类、数量和去向。其中，填人 人）与该工序生产的产品数量和质量（产出）之间的 前ｎ行的能源和非能源是本企业生产的产品；填入 相互关系，这种关系在一定程度上反映了企业的技 后ｍ行的是企业外购的或企业回收的各种能源和 术水平和生产规模。借用该方法可以建立氧化铝企 非能源产品。表的横向分为若干列，各代表企业生 业生产过程和能量转换过程的数学模型，进而研究 产的产品和排放的污染物等。其中，前ｎ列产品是 企业自产的且作为原料消耗掉的那部分产品（统称 收稿日期：２０１１－０３．１７；修回日期：２０１１一Ｄ４・１１ 中间产品），其后的ｒ列产品是企业排放的各种污染 基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．５１０６４００５），贵州大学博士基金（贵大 物或废弃品（统称污染物），剩下的三列分别是：产 人基合字（２００８）０２７号），贵州省科技厅自然科学基金（黔科合Ｊ字 （２００９）２２２８号） 品能值或标准煤的折算系数，最终产品产量，产品总 作者简介：吴复忠（１９７０．），男，安徽枞阳人，副教授，博士。研究方向： 量或外购资源需求总量（统称总产品）。表１中，Ａ、 系统节能。Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｕｔｗｆｚ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ Ｄ、Ｃ和Ｈ分别为投入产出系数、投入产出排放系数 ６２ ¨¨ 贵 耐 科 学 能 能源 源 表１ 氧化铝企业能源一环境负荷投入产出表 １ｌ＾ ２９卷 和产品环境负荷系数矩阵。 各工序以实物量表示的单位产品的能耗和物料消 耗。如果某工序在生产主产品的同时，还回收能源 或非能源副产品，则回收量用“负消耗”表示，即： ｄ ＜０，ｉ＜ｆ，各工序对回收副产品的消耗量，仍 用正值表示。 １．３完全消耗系数 Ｔａｂ．１ Ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｏａｄ ｆｏｒ ａｌｕｍｉｎａ ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ａ Ｈ 在任何一种产品的生产过程中，对某种资源 ； （例如第ｉ种）除了直接消耗以外，还要通过消耗其 自 产 物 儿 ； 品 ； １．２直接消耗系数 在生产某种产品的工序中，直接消耗的能源和 非能源，叫做该工序的直接消耗。某工序生产单位 产品ｊ对物质ｉ的直接消耗，称作产品 对物质ｉ的 直接消耗系数，记为口 或ｄ ，将企业内部所有产品 的直接消耗系数组合起来，则构成直接消耗系数矩 阵，用Ａ表示；企业自产产品对其回收或外购产品 的直接消耗系数矩阵用Ｄ表示，并分为Ｄ２、Ｄ。两部 分： Ａ＝ … ０２ １ ． ．１ … ｏ ｄ１２ …ｄ１ …ｄ 。 …ｄｈ ｄｆ＋１２…ｄ ＋１．． ｄ柁 … ｄ 实际上，直接消耗系数ａｏ．ｄ 就是统计期内企业 它能源或非能源而对这种资源发生一次间接消耗、 二次间接消耗，…，直至无穷。产品的直接消耗与各 次间接消耗的总和，等于完全消耗（陆钟武等， １９９３），用矩阵表示为：Ｂ＝Ｄ＋ＢＤ或Ｂ＝Ｄ（， ）～， 式中，为单位矩阵，（ ） 为烈昂杰夫逆矩阵。 很明显，完全消耗概括了产品生产的全过程。 在氧化铝联合企业范畴内，产品对某种资源的完全 消耗是指企业在产品生产过程中对这种资源的消耗 总量。 １．４直接排放系数 定义：在消耗某种能源或非能源的工序中，由 消耗单位资源产生的各种污染物的数量，叫做这种 Ｃ ； 资源的直接排放系数，记为ｃ （ｉ＝１，２，…，ｍ； ＝１， ２，…，ｒ）。将所有ｃ 组合起来，则构成直接排放系数 矩阵，用Ｃ表示： Ｃ＝ １．５工序能耗 定义：工序能耗是指某工序生产１吨合格氧化 铝产品直接消耗的能源量再减去回收并外供的能量 （蔡九菊等，２００１）。ｎ个工序的能耗可写成： ｄ１１ ｄ２１ ｄ １、ｒｇ ｄ１２ ｄ２２ Ｅ＝ ｄ１ ｄ２ 或写成 Ｅ＝Ｄ Ｑ 式中，在向量Ｑ中非能源的标准煤折算系数为 零。 １．６工序环境负荷 定义：工序环境负荷，是指某工序生产１吨合 ４期 吴复忠，等：氧化铝企业资源、能源、环境效率模型及分析 ６３ 格氧化铝产品产生的各种污染物的排放量（蔡九菊 等，２００１）。设ｎ个工序的工序环境负荷为ｇ （ｉ＝ １，２，…，ｎ；＿『＝１，２，…，ｒ），则有： ｇ１１ ｇ１２ ● ● ●●● ● Ｇ＝ ｇ２１ ｇ２ｚ ｒ ｒ ｒ ｇ １ ｇ ● ● ●●● ● ｄｌ１ ｄ２２ …ｄ １ ● ● ● ｄｌ２ ｄ２２ … ｄｍ２ ； ｄ１ ｄ２ … ｄ 或写成Ｇ＝Ｄ 。Ｃ １．７产品环境负荷 定义：在氧化铝企业范围内，某产品的环境负 荷是指企业生产单位产品从地下矿石开始到生产出 这种产品为止，整个过程排放的污染物总量（蔡九 菊等，２００１）。设ｎ种产品的环境负荷为＾ｏ－（ｉ＝１， ２，…，ｎ；Ｊ＝ｌ，２，…，ｒ），则有： ｈｌ】ｈ１２ ａｌｌ ／／＇２１ …ｎｎ１ ｈ２１ ｈ２２ 口１２ ２２ …口ｎ２ ： ： ● － ｈ １ ｈ 、口１ｎ 口２ｎ … ０Ｍ ｈｌ１ ｈ１２ ｄ１１ ｄ２１ …ｄ １ ｈ２１ ｈ２２ ｄ１２ ｄ２２ … ｄ，，Ｉ２ ＋ ● ● ： ： ｈ １ ｈ以 ｄ１ ｄ２ … ｄ Ｃｌｌ Ｃ１２ Ｃ２１ Ｃ２２ Ｃｍ１ Ｃ 或写成日＝Ａ Ｈ＋Ｄ Ｃ， 整理后得到：Ｈ＝［Ｄ（Ｉ－Ａ） ］ Ｃ＝Ｂ Ｃ ２氧化铝综合能耗模型和吨氧化铝环境负 荷模型 ２．１ 氧化铝综合能耗模型 定义：氧化铝企业综合能耗，是指统计期内氧化 铝企业消耗的能源总量除以同期合格氧化铝产量， 即： ［综合能耗］＝ 合格氧化铝产量 氢丝缉全些鳇挂！ ｔ氧化铝 代入投入产出表中的有关数据，上式亦可写成：Ｅ。＝ ＱｒＤｘ／ｘ。或写成：Ｅ。＝∑ｅｉｐｉ，式中， 为统计期 ｉ＝１ 内的合格氧化铝产量，～ Ｐ 为各工序的折合比系数（各 ～ ； ～ 一 ～ ～ ～ ～ 工序实物产量与氧化铝产量之比），； ｅ 为各工序的工 劬 序能耗，Ｅ。为氧化铝综合能耗。 由式Ｅ。＝∑ｅｉ＝１ ｉｐ 可知，影响氧化铝综合能耗的 直接因素有两类：第１类，各工序的工序能耗（ｅ ）； 第２类，各工序的折合比系数（ｐ ）；在分析氧化铝工 业能耗时，同时分析折合比系数和工序能耗这两类 因素的方法，称作氧化铝生产综合能耗的ｅ 分析 法（陆钟武等，１９９４；刘丽孺，２００２）。用ｅ 分析方 法，可求出统计期内因ｅ 变化引起的氧化铝综合能 耗改变量（即直接节能量），因Ｐ 变化引起的氧化铝 综合能耗能耗改变量（即间接节能量）。计算公式 ｎ 为：ＡＥ＝∑ ｅ” —ｅ ）＋∑ｅ （ｐ” —ｐ ｉ），式中， ｅ ｅ ”分别为统计期始、末第ｉ工序的工序能耗，Ｐ 、 ｐ ”分别为统计期始、末第ｉ工序的折合比系数。式 中右端第一项称作直接节能量，第二项称作间接节 能量。 ２．２吨氧化铝环境负荷模型 氧化铝企业环境负荷的评价指标，有源头指标 和末端指标２种。前者称作吨氧化铝消耗负荷，后 者称作吨氧化铝排放负荷（杜涛等，２００３）。用投入 产出表中的有关数据表示，则有： ｄ１ Ｗ＝ ＝ＤＸ／ｘ。 善 ｄ２ ● ： ｄ 式中， 为吨氧化铝消耗负荷，由含铝资源、能源、 水等，ｎ个分量组成；（ｄ。，ｄ ，…，ｄ ）， 为第 工序的 工序消耗负荷。由此可知，影响吨氧化铝消耗负荷 的直接因素是各工序的折合比系数和各工序的消耗 负荷。 同理，吨氧化铝排放负荷的表达式为： ｇｌ Ｖ＝ ＝ＣｒＤＸ／ｘｇ２ 。＝ ： ∞Ｔ ＼ｇ Ｔ Ｊ 式中， 为吨氧化铝排放负荷，由污染物、废弃物和 有毒、有害物等ｒ个分量组成；（ｇ。，ｇ ，…， ）ｊ为第 贵 ＇Ｈｆ 斜 詈 ２９卷 工序的工序排放负荷。由此可知，影响吨氧化铝排 放负荷的直接因素是各工序的折合比系数和各工序 的排放负荷。 ３资源效率、能源效率和环境效率模型 ３．１资源效率模型 定义：资源效率是统计期内合格氧化铝产量与 铝索量总耗量之比，记为 。 氧化铝企业生产过程中所消耗的Ａ１元素主要 来源于铝土矿，设在统计期内合格氧化铝产量为 时，其耗量为＠，品位分别为 ，则有： ７１１＝ｘｏ／（＠‘ ） 由此可知，影响资源效率的直接因素是铝矿石总量 与其品位。 ３．２能源效率模型 定义：能源效率就是统计期内的合格氧化铝产 量与总能耗之比，记为 ：。由氧化铝综合能耗公式 Ｅｏ＝Ｑ ＤＸ／ｘ。知，总能耗为Ｅ＝Ｑ ＤＸ，则有： ｎ 一 ７１２＝ｘ，０／Ｅ＝Ｘｏ／（Ｑ ＤＸ）＝１／（Ｘ ，ｅ，ｐ ）由式可知，能源效率就是氧化铝综合能耗的倒数，影 响的直接因素是各工序的折合比系数和各工序的工 序能耗。 ３．３环境效率模型 定义：环境效率就是统计期内的合格氧化铝产 量与总的排放量之比，记为 。。由吨钢排放负荷： Ｖｏ＝Ｃ ＤＸ／ｘ。知，总排放负荷即环境负荷Ｖ ＝ Ｃ ＤＸ，则有： ７７３＝ ０／ ＝ ０／（ＣｒＤＸ）＝１／Ｖｏ＝１／（ Ｊ １ 显然，环境效率就是吨氧化铝环境负荷的倒数，影响 环境效率的直接因素就是各工序的折合比系数和各 工序的排放负荷。 ４结论 １）应用投入产出分析方法可以分析氧化铝企 业能源消耗及产生的环境负荷等问题，能直观地表 达一个氧化铝企业的生产流程情况及能源与非能源 消耗情况； ２）建立数学模型有利于量化分析和数据处理， 也有助于分析各种主要影响因素； ３）采用富矿可以提高资源效率，可以通过改进 选矿技术等措施来实现；能源效率与工序能耗和折 合比系数直接相关，可应用ｅ＿Ｐ分析方法进行分析； 环境效率与工序的折合比系数和排放负荷密切相 关，降低工序排放负荷和折合比系数，可以提高环境 效率。 ［ＲＥＦＥＲＥＮＣＥＳ］ Ｃａｉ ＪＪ，Ｄｕ Ｔ，２００１．Ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎ－ ｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ—ｏｕｔｐｕｔ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｅｎｔｅｒ－ ｐｒｉｓｅ［Ｊ］．Ｇ０ｆｄ Ｊｏｕｒｎａ１．３（４）：３０６－３１２（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． Ｄｕ Ｔ，Ｃａｉ ＪＪ，２００３．Ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｌｏａｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｅｎｅｒｙｇ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ，２（３）：２３２－２３６（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． Ｌｉｕ ＬＲ，Ｌｕ ＺＷ，Ｙｕ ＱＰ，２００２．Ｔｈｅ ｅ－Ｐ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎ— ｓｉｖｅ ｅｎｅｒｙｇ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ａｌｕｍｉｎａ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ，１２（６）：１２９４—１２９７（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． Ｌｕ ＺＷ，Ｃａｉ ＪＪ，１９９３．Ｂａｓｅｄ ＳｙｓｔｅｍｆｏｒＥｎｅｒｇｙ Ｓａｖｉｎｇ［Ｍ］．Ｓｃｉ－ ｅｎｃｅ Ｐｒｅｓｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． Ｌｕ ＺＷ，Ｘｉｅ ＡＧ，Ｚｈｏｕ ＤＧ，１９９４．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙｆｏｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｉｄｎｕｓ－ ｔｒｙ．１９９４，１３（６）：３－９（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）． ［附中文参考文献］ 蔡九菊，杜涛，２００１．钢铁企业投入产出模型及吨钢能耗和 环境负荷分析［Ｊ］．黄金学报，３（４）：３０６－３１２． 杜涛，蔡九菊，２００３．钢铁工业能源节约对环境负荷的影响 ［Ｊ］．材料与冶金学报，２（３）：２３２－２３６． 刘丽孺，陆钟武，于庆波，２００２．氧化铝生产综合能耗的ｅ－Ｐ 分析［Ｊ］．中国有色金属学报，１２（６）：１２９４．１２９７． 陆钟武，谢安国，周大刚，１９９４．我国钢铁工业节能研究的方 向［Ｊ］．冶金能源，１３（６）：３－９． 陆钟武，蔡九菊，１９９３．系统节能基础［Ｍ］．北京，科学出版 社．
