侯明春，沈瑞灝

（1.中國(guó)石化銷售股份有限公司華南分公司，廣東 廣州 510180；2.中國(guó)石油大學(xué) （北京）／城市油氣輸配技術(shù)北京重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100000）

1 緒論

我國(guó)的油田與煉廠主要分布于西北和東北，而油品的消費(fèi)市場(chǎng)卻主要集中于華北、華南和西南等。不只是中國(guó)，各個(gè)國(guó)家都面臨石油資源產(chǎn)出地區(qū)與消費(fèi)地區(qū)相距較遠(yuǎn)等資源分布不均衡的問(wèn)題。發(fā)展完善的油品物流體系是解決該問(wèn)題的途徑之一，完善的成品油物流系統(tǒng)也是保障國(guó)家能源供應(yīng)的基礎(chǔ)。

多年來(lái)我國(guó)各成品油銷售企業(yè)主要通過(guò)提高產(chǎn)品銷量和市場(chǎng)占有率來(lái)增加企業(yè)利潤(rùn)［1］。隨著國(guó)內(nèi)成品油市場(chǎng)的開(kāi)放，以及國(guó)內(nèi)原油儲(chǔ)量和開(kāi)采能力的降低，進(jìn)口原油比例逐漸增加，來(lái)自國(guó)際石油公司的競(jìng)爭(zhēng)壓力逐步增加。近年我國(guó)的成品油物流程序運(yùn)輸規(guī)模逐年遞增、運(yùn)輸成本持續(xù)升高、運(yùn)輸和配送范圍廣、品種多等特點(diǎn)。然而與國(guó)際領(lǐng)先的石油公司相比，我國(guó)的成品油物流系統(tǒng)的水平仍存在較大差距［2］。我國(guó)一直以來(lái)所依賴的成品油傳統(tǒng)獲利空間不斷被擠壓。加上我國(guó)成品油資源配置結(jié)構(gòu)變化，部分地區(qū)出現(xiàn)成品油需求無(wú)法滿足的狀況?；谠撉闆r，通過(guò)新建管道、公路、鐵路等運(yùn)輸方式來(lái)提高運(yùn)力，針對(duì)成品油物流系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化可以為企業(yè)節(jié)約成本，降低能耗。

成品油物流系統(tǒng)的運(yùn)行需要消耗大量的能源，并產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的碳排放。2014年，全球二氧化碳排放總量約為355億噸，中國(guó)的排放量居世界首位，達(dá)到97.6億噸［3］。國(guó)際社會(huì)制定并通過(guò)了《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》和 《京都議定書(shū)》來(lái)應(yīng)對(duì)氣候變化。作為世界上主要的碳排放國(guó)，我國(guó)正面臨前所未有的減排壓力。在不久的將來(lái)，制定嚴(yán)格的碳排放相關(guān)法律法規(guī)將成為全世界的必然趨勢(shì)。因此，將碳排放與成品油物流系統(tǒng)優(yōu)化相結(jié)合具有為國(guó)家節(jié)能減排的環(huán)保工作做貢獻(xiàn)以及為企業(yè)創(chuàng)造利潤(rùn)的重要意義。

2 成品油物流系統(tǒng)

我國(guó)成品油物流業(yè)務(wù)體系分為一次物流和二次物流。一次物流主要包括成品油從煉廠通過(guò)管道、鐵路、公路和水運(yùn)各種運(yùn)輸方式到達(dá)各成品油銷售油庫(kù)的過(guò)程；二次物流包括將成品油從油庫(kù)配送至到加油站和市場(chǎng)用戶等節(jié)點(diǎn)的過(guò)程［4，5］。為了保證成品油物流成本最低，需要降低一次物流、二次物流及庫(kù)存等環(huán)節(jié)的成本，以及協(xié)同上游煉化企業(yè)，制定合理的項(xiàng)目投產(chǎn)與生產(chǎn)計(jì)劃，有必要分階段進(jìn)行優(yōu)化。

目前，我國(guó)成品油物流優(yōu)化總體處于起步階段［2，6］，缺乏統(tǒng)一的成品油物流調(diào)度指揮和實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，尚未實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)或自動(dòng)化控制［7］。

成品油物流優(yōu)化本質(zhì)上屬于能源供應(yīng)鏈管理優(yōu)化問(wèn)題，自19世紀(jì)80年代，供應(yīng)鏈管理及其優(yōu)化數(shù)學(xué)模型被應(yīng)用于石油石化企業(yè)各環(huán)節(jié)領(lǐng)域，包括設(shè)施選址、煉化生產(chǎn)、原油生產(chǎn)以及供銷計(jì)劃等［8-10］。根據(jù)優(yōu)化模型的變量類型、數(shù)學(xué)表達(dá)以及目標(biāo)函數(shù)等，可以將模型進(jìn)行如下幾種分類：1）連續(xù)變量和混合整數(shù)變量；2）線性模型和非線性模型；3）單目標(biāo)函數(shù)和多目標(biāo)函數(shù)；4）確定性模性和不確定性模型。

針對(duì)成品油物流優(yōu)化問(wèn)題，Donald等［11］提出將煉廠油庫(kù)路線、油品種類及運(yùn)輸方式的動(dòng)態(tài)選擇問(wèn)題利用0-1變量建立混合整數(shù)線性規(guī)劃模型。后來(lái)眾多學(xué)者對(duì)混合整數(shù)線性規(guī)劃模型加以改進(jìn)以解決煉廠化工產(chǎn)品生產(chǎn)供應(yīng)［12］和海上油田基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃［13］等問(wèn)題。

以上模型均為確定性模型。確定性優(yōu)化模型在成品油物流優(yōu)化的研究中主要集中在混合整數(shù)線性規(guī)劃模型方面。但是當(dāng)能源供應(yīng)鏈的規(guī)劃周期較長(zhǎng)時(shí)，如需求、價(jià)格等參數(shù)具有不確定性，會(huì)對(duì)目標(biāo)函數(shù)產(chǎn)生影響。

不確定性的優(yōu)化理論主要有期望值模型、相關(guān)機(jī)會(huì)規(guī)劃和機(jī)會(huì)約束規(guī)劃，而隨機(jī)規(guī)劃和模糊規(guī)劃是處理不確定問(wèn)題的數(shù)學(xué)工具，在水資源供需［14］、電力市場(chǎng)［15］以及系統(tǒng)工程［16］等諸多領(lǐng)域以及應(yīng)用比較成熟，但在成品油物流優(yōu)化方面不常見(jiàn)。

Cohen等［17］最早將不確定性優(yōu)化理論引入成品油物流優(yōu)化，其論述了石油供應(yīng)鏈建模的一般框架。提出采用概率密度函數(shù)對(duì)市場(chǎng)需求進(jìn)行描述。后來(lái)Escudero等［18］基于確定性模型建立了基于市場(chǎng)需求和價(jià)格不確定性的隨機(jī)規(guī)劃模型。該模型引入了懲罰補(bǔ)償函數(shù)項(xiàng)來(lái)彌補(bǔ)不確定性帶來(lái)的影響。Dempster等［19］在此基礎(chǔ)上建立了基于情景分析的隨機(jī)規(guī)劃模型。

相對(duì)隨機(jī)規(guī)劃，模糊規(guī)劃在成品油物流方面應(yīng)用很少，主要是因?yàn)槟：?guī)劃適用于不確定參數(shù)不能以概率形式表示或目標(biāo)函數(shù)不確定的情況。模糊規(guī)劃一般分為約束條件模糊和目標(biāo)函數(shù)模糊。如李紹軍等［20］將需求和價(jià)格波動(dòng)性用模糊變量表示。Selim等［21］建立了多模糊目標(biāo)的物流模型。

不確定物流模型在成品油物流優(yōu)化中主要集中于隨機(jī)規(guī)劃。該類模型考慮了參數(shù)的不確定性，可以在一定程度上規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

除了較為傳統(tǒng)的優(yōu)化模型之外，大量的智能算法也被用于成品油物流的優(yōu)化中。王岳等［22］采用多目標(biāo)加權(quán)法，以生命周期內(nèi)管道與罐區(qū)的投資與維護(hù)費(fèi)用現(xiàn)值、能耗費(fèi)用現(xiàn)值及混油處理費(fèi)用現(xiàn)值之和為目標(biāo)函數(shù)，管網(wǎng)布置情況為決策變量，建立了成品油樹(shù)狀管網(wǎng)優(yōu)化布置數(shù)學(xué)模型，采用遺傳算法求解。張博等［23］基于成品油長(zhǎng)距離方式的分析，以運(yùn)輸成本和運(yùn)輸風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)函數(shù)，建立了成品油運(yùn)輸方式選擇的多目標(biāo)規(guī)劃模型，并且使用粒子群算法對(duì)模型進(jìn)行了求解。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，將成品油物流系統(tǒng)的優(yōu)化同先進(jìn)技術(shù)結(jié)合的需求也越來(lái)越迫切。智能算法則是將先進(jìn)技術(shù)與物流優(yōu)化結(jié)合的關(guān)鍵。

3 碳排放研究

從國(guó)際上看，應(yīng)對(duì)全球氣候變化的主要政策工具有兩種：一種是基于價(jià)格控制的碳稅政策；另外則是基于總量控制的包括排放限額、額度交易以及清潔發(fā)展機(jī)制 （CDM）等在內(nèi)的諸多政策措施。

基于價(jià)格控制的碳稅政策主要是指按照消耗化石燃料的碳排放量來(lái)計(jì)征的一種調(diào)節(jié)稅。與總量控制和排放貿(mào)易等市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)為基礎(chǔ)的溫室氣體減排機(jī)制不同，征收碳稅只需要額外增加非常少的管理成本就可以實(shí)現(xiàn)。碳稅政策能夠有效減少碳排放、增加政府收入、拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，并且可以影響能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，促使企業(yè)節(jié)能降耗。但也存在著諸如對(duì)生存排放和發(fā)展排放占比較大的地區(qū)和國(guó)家減排效果不好、抑制經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)以及加大社會(huì)收入分配不公等一系列問(wèn)題。

基于總量控制的碳交易市場(chǎng)是指基于市場(chǎng)機(jī)制和清晰界定碳排放權(quán)的一種制度。碳排放交易計(jì)劃能夠有效緩解我國(guó)減排的壓力，同時(shí)它也被認(rèn)為是減少全球溫室氣體排放的有效措施［24］。目前，碳市場(chǎng)的運(yùn)行機(jī)制有如下兩種形式。根據(jù)交易形式的不同，可以分為兩種形態(tài)：配額型交易 （即強(qiáng)制交易市場(chǎng)）和項(xiàng)目型交易 （即自愿交易市場(chǎng)）。碳交易市場(chǎng)有減排目標(biāo)清晰可控、效果直接確定且便于在任何區(qū)域?qū)用骈_(kāi)展的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著造成發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家、市場(chǎng)先入者與后入者之間的不公平的缺點(diǎn)。

中國(guó)目前正在積極準(zhǔn)備出臺(tái)碳稅政策，專家們都已做了大量的調(diào)查和可行性分析，得出的結(jié)論和觀點(diǎn)各不相同。其中問(wèn)題的在于兩個(gè)方面，第一，有沒(méi)有必要。反對(duì)者認(rèn)為中國(guó)經(jīng)濟(jì)正處在高速發(fā)展時(shí)期，碳稅的出臺(tái)可能會(huì)減緩中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的速度；但支持者認(rèn)為應(yīng)該積極的看待，碳稅可能是會(huì)影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是只是暫時(shí)性的。第二，出臺(tái)碳稅的時(shí)間。有人認(rèn)為，現(xiàn)在還沒(méi)到必須出臺(tái)碳稅的時(shí)候，認(rèn)為應(yīng)該把碳稅作為我國(guó)參與全球氣候變化的護(hù)身符；但另一部分人認(rèn)為，氣候變化日益加劇，應(yīng)該積極實(shí)施碳稅，減少碳排放。

在碳市場(chǎng)建設(shè)方面，中國(guó)積極開(kāi)展碳排放權(quán)交易試點(diǎn)。2011年在北京、上海、天津、重慶、湖北、廣東、深圳等七個(gè)省市開(kāi)展碳排放權(quán)交易試點(diǎn)，并對(duì)應(yīng)成立了7家碳交易機(jī)構(gòu)。目前已獲正式備案的國(guó)家溫室氣體自愿減排交易機(jī)構(gòu)已經(jīng)達(dá)到九家。2017年中國(guó)國(guó)家發(fā)改委宣布全國(guó)性碳排放權(quán)交易體系已完成了總體設(shè)計(jì)并正式啟動(dòng)。

不同的碳監(jiān)管政策對(duì)于不同行業(yè)或者領(lǐng)域的影響的相關(guān)研究有很多。他們大多用到了一個(gè)可計(jì)算的一般均衡模型來(lái)模擬碳減排政策對(duì)于行業(yè)的影響。有少量研究者利用了場(chǎng)景分析的方法以及其他一些模型來(lái)分析碳政策和其所研究的問(wèn)題之間的相互影響。

Zhou［25］通過(guò)建立一個(gè)可計(jì)算一般均衡模型探討了交通碳稅對(duì)交通部門(mén)、宏觀經(jīng)濟(jì)和社會(huì)福利的影響。Tu and Mo［26］建立了部分均衡模型探討了碳定價(jià)和可再生電力補(bǔ)貼之間的相互作用。Bretschger and Zhang［27］建立了一個(gè)完全內(nèi)生增長(zhǎng)的可計(jì)算一般均衡模型驗(yàn)證了過(guò)大的碳減排強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致社會(huì)福利減少。Chan［28］采用了一個(gè)可計(jì)算的世界經(jīng)濟(jì)的一般均衡模型研究了氣候政策對(duì)于加拿大油砂行業(yè)的影響。Yu［29］制定了一種混合整數(shù)非線性規(guī)劃模型 （MINLP）研究了碳稅和碳交易體系下的貨架空間分配問(wèn)題 （SSAP）。Jin［30］針對(duì)最常見(jiàn)的三種碳排放政策：碳稅、碳排放上限和總量管制與排放交易提出了大型零售商在各種碳排放政策下供應(yīng)鏈設(shè)計(jì)的優(yōu)化模型。Pagoni［31］通過(guò)一種包括供需模型和碳排放估算成本的方法研究了航空運(yùn)輸業(yè)的碳定價(jià)政策，以確保經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)性。Tang［32］基于三種碳減排模式提出了優(yōu)化算法來(lái)研究運(yùn)輸和庫(kù)存管理中的碳排放控制。Chen and Wang［33］利用隨機(jī)客戶需求模型研究了不同碳減排政策下最優(yōu)的零售商的訂貨和運(yùn)輸方式選擇的問(wèn)題。Cao［34］考察了總量管制和交易政策 （CTP）和低碳補(bǔ)貼政策（LCSP）對(duì)制造商生產(chǎn)和碳減排水平的影響。Zhao［35］通過(guò)集成基于碳排放配額分配均衡策略下的碳排放權(quán)交易機(jī)制分析了建材行業(yè)的經(jīng)濟(jì)與碳排放的權(quán)衡決策。Laes［36］探討了不同的碳減排政策對(duì)住宅行業(yè)的影響。Barragán-Beaud［37］將碳稅與排放交易進(jìn)行了對(duì)比，對(duì)墨西哥電力行業(yè)的碳定價(jià)工具進(jìn)行了評(píng)估。他們認(rèn)為排放交易計(jì)劃是最適合墨西哥的方案。

4 碳排放在能源行業(yè)的研究

由于我國(guó)的碳政策不夠完善，大多數(shù)研究者對(duì)于成品油物流中的碳排放不夠關(guān)注。在世界范圍內(nèi)的研究也不多。但有不少關(guān)注能源行業(yè)的碳排放對(duì)于環(huán)境的影響的研究。Zhao［38］采用了一種改進(jìn)的可計(jì)算一般均衡模型，與場(chǎng)景分析法結(jié)合分析了碳稅政策以及碳排放交易機(jī)制對(duì)中國(guó)電力行業(yè)的影響。得到了碳稅和碳交易結(jié)合能夠大幅減少碳排放且有助于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的結(jié)論。Cheng［39］采用場(chǎng)景分析的方法研究了低碳政策對(duì)中國(guó)廣東省的能源和碳排放目標(biāo)的影響。Manupati［40］建立了一種基于非線性混合整數(shù)規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型，從碳稅、碳排放上限和碳排放限額與交易三個(gè)方面對(duì)多級(jí)供應(yīng)鏈中不同的生產(chǎn)分配和庫(kù)存問(wèn)題進(jìn)行了研究。

5 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)已經(jīng)制定了與碳排放相關(guān)的法律法規(guī)，但并不十分完善。間接導(dǎo)致了成品油物流優(yōu)化對(duì)于碳排放的關(guān)注不夠多。隨著全球節(jié)能減排大趨勢(shì)的到來(lái)，我國(guó)勢(shì)必要建立更加完善的排放管理制度。屆時(shí)各個(gè)石油企業(yè)勢(shì)必要更加關(guān)注成品油物流系統(tǒng)的排放以及環(huán)境問(wèn)題。