基于CRITIC-云模型的石化行業節能減排技術評價

摘 要：為了解決石化行業節能減排技術評估體系構建尚不完善的問題，聚焦石化行業節能減排技術，從技術性能、經濟效益和環境保護3方面構建評價指標體系，通過CRITIC（criteria importance though intercrieria correlation）-云模型進行評價。結果表明：石化行業75%的節能減排技術綜合評分在0.6以上，其中變頻器調速節能技術、蒸汽系統運行優化與節能技術、大型高參數板殼式換熱技術是標桿技術；石化行業節能減排技術在成熟度、適用性、減排成本以及減排潛力上的表現存在顯著差異，其中多能互補型直流微電網及抽油機節能群控系統技術與多孔表面高通量管高效換熱技術在經濟效益和環境效益方面亟待改進；云模型評價顯示，石化行業節能減排技術整體處于“可接受級”水平，并逐步向“可宣稱級”水平邁進。研究結果從技術評價視角為石化行業錨定發展節能減排技術提供了評價依據，有助于助推“雙碳”目標的達成。

關鍵詞：環境保護工程；技術評價；石化行業；節能減排；CRITIC法；云模型評價

中圖分類號：X322

文獻標識碼：A"" DOI：10.7535/hbkd.2025yx01012

收稿日期：2024-07-03；修回日期：2024-09-29；責任編輯：張士瑩

基金項目：

國家自然科學基金（52304195）；煤炭安全精準開采國家地方聯合工程研究中心項目（EC2023004）；安徽省高校優秀科研創新團隊項目（2022AH010054）

第一作者簡介：

李姍姍（1992—），女，河北保定人，副教授，博士，主要從事環境治理理論與方法、“雙碳”政策與技術評價、安全行為與心理等方面的研究。

E-mail：shanshanli0809@163.com

Evaluation of energy saving and emission reduction technologies in

petrochemical industry based on CRITIC-cloud modeling

LI Shanshan， ZHOU Hongyi

（School of Economics and Management， Anhui University of Science and Technology， Huainan， Anhui 23200" China）

Abstract：In order to solve the problem of incomplete construction of" energy-saving and emission-reduction technology evaluation system in the petrochemical industry， this study focused on energy-saving and emission-reduction technologies in the petrochemical industry， constructed an evaluation index system based on technical performance， economic benefits， and environmental protection using the CRITIC-cloud rating model. The research findings indicated that over 75% of energy-saving and emission-reduction technologies in the petrochemical industry score is above 0.6 in comprehensive evaluation. Benchmark technologies include variable frequency drive energy-saving technology， steam system operation optimization and energy-saving technology， and large-scale high-parameter plate-shell heat exchange technology. Significant differences are observed in the maturity， applicability， emission reduction costs， and reduction potential of energy-saving and emission-reduction technologies in the petrochemical industry. Technologies such as multi-energy complementary DC microgrid and pump energy-saving group control system technology， and high-efficiency heat exchange technology with porous surface high-flux tubes require should be improved in economic and environmental benefits; The cloud model evaluation shows that the whole energy-saving and emission-reduction technologies in the petrochemical industry reach an \"acceptable\" level and are gradually towards a

\"claimable\" level. The research results provide evaluation criteria for the development of energy-saving and emission-reduction technologies in the petrochemical industry from a technical assessment perspective， and aids in achieving the goals of carbon neutrality.

Keywords：environmental protection projects; technology evaluation; petrochemical industry; energy conservation and emission reduction; CRITIC method; cloud model evaluation

隨著溫室效應不斷加劇，從根本上減少溫室氣體的排放勢在必行。在第26屆聯合國氣候變化締約方大會上，近200個國家達成了到21世紀中葉全球凈零碳排放的目標，并將全球升溫幅度控制在1.5 ℃以下

^[1]。石化行業是中國國民經濟發展和能源供應的重要支柱，也是高耗能、高排放行業之一。2022年，中國石化行業碳排放量達到14億t，約占工業碳排放量的18%、全國碳排放總量的12%。因此，亟需針對石化行業碳排放進行有效控制，建立石化行業節能減排技術評價指標體系，助推“雙碳”目標的實現。

關于節能減排技術評價的研究主要集中在評價角度、評價領域、評價指標選取以及權重確定等方面。已有研究表明，有害大氣污染物調控、能源利用及企業碳減排策略是實現協同減排的關鍵，企業的源頭減排策略在于提高能源效率，而不是減少產出^[3]。在評價角度方面，研究人員通過建立分析模型^[4]、采用生命周期評價法^[5]、基于綠色低碳技術體系^[6]等方式，探討了如何在“碳達峰”和“碳中和”階段實現協同發展，促進碳減排技術的更好應用。在選取評價指標方面，HANAK等^[7]結合能源行業指標，構建了涵蓋低碳排放、能源供應、能源市場、消除家庭能源貧困4方面內容的指標體系；世界能源理事會建立了包含經濟型指標與技術型指標的評價體系^[8]。中國國內研究主要從減排成本、減排效益、多區域投入產出優化、碳審計視角、生命周期分析等構建評價指標，也有學者構建了經濟、環境與社會3個方面評價指標以及期望投入和期望產出指標^[9-16]；在構建評價體系方面，主要從企業碳績效、供應商評估碳管理以及低碳競爭力評價等方面構建評價體系^[17-18]；在評價領域方面，主要聚焦如物流業、水泥企業、煤炭企業以及電力行業等重污染、高排放的行業進行評價^[19-23]；在權重確定方面，主要采用德爾菲法、熵權法、層次分析法、模糊綜合評價法或者多種方法相結合進行分析^[24-30]，如將多準則決策技術中的層次分析法和多極光法相結合。但是，國內外學者針對石化行業節能減排技術評價的研究對象主要集中在關鍵低碳技術、減排效果和減排成本方面^[31-32]，缺乏科學性和綜合性，導致行業減排治理效果并不理想，尤其是針對石化行業節能減排技術評估體系的構建尚不完善。

本研究基于“雙碳”視角，運用CRITIC（criteria importance though intercrieria correlation）-云模型等級評價法，從技術性能、經濟效益以及環境保護等角度出發，梳理當前石化行業節能減排技術，進行全方位綜合評價，根據評價結果提出建議。

1 石化行業節能減排技術

當前石化行業節能減排技術主要包括源頭綠色開發、過程低碳利用和減污降碳協同3個方面^[33]。為貫徹落實《中華人民共和國節約能源法》，以及《國務院關于印發“十三五”節能減排綜合工作方案的通知》（國發［2016］74號）要求，加快節能減排技術進步，引導用能單位采用先進適用的節能減排新技術、新裝備、新工藝，國家發展和改革委員會陸續編制了2014年—2017年《國家重點節能低碳技術推廣目錄（節能部分）》以及第1批—第4批《國家重點推廣的低碳技術目錄》，涉及煤炭、電力、鋼鐵、石化、建材等13個行業，共260項重點節能減排技術。本研究以《國家重點節能低碳技術推廣目錄》、《國家重點推廣的低碳技術目錄》以及中國“碳中和”技術平臺作為數據來源^[34-36]，篩選出應用于石化行業的17種具有代表性的節能減排技術（包括企業能源管理類、煉油類及磷酸類）。各項技術的優缺點如表1所示。

2 評價方法與過程

2.1 評價方法

采用信息熵模型確定各指標權重具有客觀性、普適性，可適用于行業節能減排技術的篩選工作^[37]。CRITIC法是一種比熵權法和標準離差法更好的客觀賦權法，基于評價指標的對比強度和指標之間的沖突性，綜合衡量指標的客觀權重^[38-39]。其在考慮指標變異性大小的同時兼顧指標之間的相關性，并非數字越大越重要，而是利用數據自身的客觀屬性進行科學評價。

云模型是李德毅等^[40]在傳統模糊集理論和概率統計理論基礎上提出的一種專門研究復合不確定性的現代數學理論，可以較好地描述變量的隨機性、模糊性及關聯性，實現定性與定量之間不確定性的映射和轉換。云的數字特征通過期望Ex、熵En和超熵He 3個數值來表示，記為A=（Ex，En，He）。云的數字特征可以產生云滴，經過一定數量的累積匯聚為云，實現從定性到定量的映射，它反映了定性概念的定量特征。Ex為云滴在論域空間分布的期望；En為定性概念的不確定性度量，反映了云滴中可被期望概念接受的確定度大小和云滴的離散程度；He為熵的不確定性度量，超熵He越小，表示一個概念被普遍接受的程度越高，反之則越低。

石化行業節能減排技術評價具有多層次、多屬性和模糊性，并且各節能減排技術評價指標之間存在一定的關聯。基于此，結合原始數據收集的客觀性，為了使指標權重具備合理性和科學性，采用CRITIC法確定石化行業節能減排技術的評價指標權重，并利用云模型對石化行業節能減排技術進行等級評價。

2.2 評價過程

具體研究過程如圖1所示。

2.2.1 構建評價指標體系

石化行業節能減排技術在成熟度、經濟性、減排能力等方面要求較高，且不同減排技術表現有所差異。因此，對于現有節能減排技術需綜合考慮技術投資成本、技術適用性、減排成本、減排潛力與能力以及生態環境影響等方面的因素。基于清潔生產理念，根據獨立性、層次性、可比性、定量及定性結合^[41]等原則，將其他行業（如印染、銅冶煉、電鍍、化學纖維制造、煤炭、船舶運輸等）^[42-47]已建立的評估指標體系與石化行業的實際情況結合后，構建石化行業碳減排技術評價指標體系，如表2所示。

該體系分為3層：一是目標層，為石化行業碳減排技術評價；二是準則層，分為技術性能、經濟效益和環境保護；三是指標層，由成熟度、安全性、適用性、投資成本、單位減排成本、環境影響以及減排潛力7個指標組成。

2.2.2 指標權重確定

CRITIC權重以評價指標的變異性和評價指標間的沖突性作為標準進行計算，具體步驟如下。

假設有n個待評價樣本、p項評價指標，形成原始指標數據矩陣為

X=X11…X1p

Xn1…Xnp 。

（1）

式中：Xij 表示第i個樣本第j項評價指標的數值，i=" …，n，j=" …，p。

1）無量綱化處理

消除因量綱不同對評價結果造成的影響，一般使用正向化或逆向化處理。正向化處理：Xij=（Xj-Xmin）/

（Xmax-Xmin）；逆向化處理：Xij=（Xmax-Xj）/（Xmax-Xmin）。

2）指標變異性

j=1n∑ni=1

xij" ，（2）

Sj=∑ni=1

（xij-j）2n-1" 。

（3）

式中：Sj表示第j個評價指標的標準差。標準差越大表示該指標的數值差異越大，越能反映出更多的信息，該指標本身的評價強度也就越強，應該給該指標分配更多的權重。

3）指標沖突性

Rj=∑pi=1

（1-rij） 。（4）

式中：Rj表示指標沖突性；rij表示評價指標i和j之間的相關系數。使用相關系數來表示指標間的相關性，若與其他指標的相關性越強，則該指標就與其他指標的沖突性越小，反映出相同的信息越多，所能體現的評價內容就越有重復之處，一定程度上也就削弱了該指標的評價強度，應該減少對該指標分配的權重。

4）信息量

Cj=SjRj 。

5）

Cj越大，表明第j個評價指標在整個評價指標體系中的作用越大，應該給其分配更多的權重。

5）客觀權重

第j個指標的客觀權重Wj為

Wj=Cj∑Pj=1Cj" 。

（6）

根據上述步驟，依次計算出石化行業節能減排技術評價體系中各指標的變異性、沖突性以及信息量，最終得到各指標的權重，結果如表3所示。

2.2.3 CRITIC-云模型

本研究對石化行業節能減排技術指標數據進行處理，依據權重云評價模型，具體步驟如下。

1）建立指標權重因子集

采用CRITIC法運算，確定論域內各個指標的權重W={w w …，wn}。

2）確定指標集和指標評價集

最終確定7個二級指標（見表3），將各評價指標值按大小順序排列，并進行等級劃分。通過參閱相關資料文獻，并結合實際情況，將所有指標分為4個等級（警惕級、可改進級、可接受級、可宣稱級），用來評價石化行業碳減排技術的發展水平。具體指標等級劃分如下：警惕級區間為[0， 0.2），改進級區間為[0." 0.5），可接受級區間為[0." 0.8），可宣稱級區間為[0.8， 1）。

3）確定各指標各等級云參數

每個等級云的特征參數（Ex，En，He）是由各評價指標對應其等級的上下邊界值確定的，具體可通過相應的特征值參數求出，計算公式如下：

Ex=（Cmax+Cmin）/2 ，

（7）

En=（Cmax-Cmin）/6 ，

（8）

He=k 。（9）

式中：k為常數，可根據評語本身的不確定程度進行調整。對于單邊約束Cmax或Cmin的評語，首先確定期望值，再按照式（7）—（9）計算云參數，用半升半降云描述，選取相應對稱云熵值的1/2作為各自的熵值。根據本研究的實際情況，假定評語集所對應的論域為[0，1]，可以獲得各個定性評語相應的變動區間及對應的參數，如表4所示。

4）計算云模型隸屬度

根據計算得到的3個特征參數（Ex，En，He）和篩選后的實際評價指標數據，將算法程序輸入到Matlab 2021a軟件中，得到各個指標對應的每個等級的隸屬度，并構造隸屬度矩陣。

5）確定評價等級

將已獲取的權重向量W和各評價對象的隸屬度矩陣進行模糊運算，得到4個評價等級的隸屬度，選擇隸屬度最大的等級就是石化行業碳減排技術的綜合評價等級。

3 評價結果與討論

3.1 技術評價綜合得分

首先，基于建立的節能減排技術評價指標體系，采用等級賦值法，依據文獻調研、專家打分及中國“碳中和”技術平臺數據進行賦值，賦值結果為[0， 5]。其次，按照ui=xi/5計算相應得分（其中ui為各技術第i項指標經過等級賦值法后的取值；xi為第i項指標原始賦值），進而得到各項指標賦值的等級、數值及量化結果。再次，根據權重構造技術性能指標權重向量矩陣W1、經濟效益指標權重向量矩陣W2、環境保護指標權重向量矩陣W3、指標矩陣R2以及環境保護指標矩陣R 權重越大說明指標越重要。最后，根據Rij=Ri×Wi計算出各技術的綜合得分Rij（Rij為第j種技術指標層下第i項指標的量化值），得到石化行業節能減排技術綜合得分評價結果，如圖2所示。

由圖2評價綜合得分結果可知，評價總分位列前5的分別為大型高參數板殼式換熱技術（0.836 8分）、蒸汽系統運行優化與節能技術（0.830 8分）、變頻器調速節能技術（0.816 2分）、高效復合型蒸發式冷卻（凝）器技術（0.785 5分）以及螺桿膨脹動力驅動節能技術（0.740 8分），這些技術都具備能耗低、資源回收利用率高、技術發展成熟、減排潛力大等優點，因此得分較高，值得推廣和應用。而動態諧波抑制及無功補償綜合節能技術（0.552 0分）、磁懸浮離心式鼓風機技術（0.532 7分）和多能互補型直流微電網及抽油機節能群控系統技術（0.451 1分）綜合得分較低，特別是多能互補型直流微電網及抽油機節能群控系統技術在經濟效益和技術性能上得分都是最低的，其通過新能源多能互補控制構成直流微電網，為多個抽油機電控終端供電，造成投資成本和單位減排成本過高，普及率也較低。

3.2 各指標評價得分

為了更好地看出石化行業“碳減排”技術在技術性能、經濟效益以及環境保護這3個指標上的具體得分情況，利用origin軟件繪制邊際箱線圖，如圖3所示。

由圖3 a）可知：在“雙碳”目標下，螺桿膨脹動力驅動節能技術（0.301 8分）具有對做功熱介質適應性強、對負荷變化和進排氣參數變化適應性強并廣泛應用于各行業等優點；大型高參數板殼式換熱技術（0.301 8分）具有傳熱效率高、技術發展成熟等優點；高效復合型蒸發式冷卻（凝）器技術（0.280 6分）具有節電率高、節水率高、適用性強等優點。因此，這3項技術在技術性能指標上得分位列前3。此外，半數以上技術得分集中在0.15～0.25分，表明石化行業節能減排技術在技術性能上整體表現良好。

由圖3 b）可知：多孔表面高通量管高效換熱技術（0.360 5分）、新型吸收式熱變換器技術（0.319 6分）、大型高參數板殼式換熱技術（0.309 4分）具有減排成本低和投資成本低等優點，因此在經濟效益指標上得分較高。只有多能互補型直流微電網及抽油機節能群控系統因投資成本和單位減排成本較高，技術得分低于0.20分，在今后的發展中可考慮安裝光伏發電系統，采用綠電供應方式來減少運行成本。其他技術的經濟效益評價得分均在0.20分以上，說明石化行業碳減排技術在經濟效益上整體表現較為優秀。

由圖3 c）可計算得出：永磁渦流柔性傳動節能技術（0.317 1分）減排潛力高達528 t CO2/t，并且采用永磁材料產生的磁力作用來實現力或者力矩（功率）無接觸傳遞，幾乎無環境影響；變頻器調速節能技術（0.306 5分）減排潛力也達到475 t CO2/t；蒸汽系統運行優化與節能技術（0.290 7分）是基于數學模型聯立模塊法來表示熱電系統的運行狀況，無任何環境影響。因此，這3項技術在環境保護指標上得分較高。多孔表面高通量管高效換熱技術在環境保護上得分最低，為提高減排潛力，可考慮強化傳熱結構設計、優化多孔層金屬粉末配方以及優化多孔層和基層的燒結工藝。此外，石化行業碳減排技術在環境保護指標上的得分差異較小，表明其在環境保護方面的整體表現良好。

3.3 云模型評價結果

為了更好地觀察石化行業碳減排技術的評價等級，根據上述綜合評價得分結果，利用Matlab 2021a軟件繪制定性評語及綜合評價云圖，如圖4所示。

從圖4 b）可以看出，石化行業節能減排技術整體處于“可接受級”水平（Ex=0. 668 9），說明其節能減排技術在性能、經濟以及環境方面的總體表現良好。在“雙碳”背景下，節能減排技術大部分達到“可接受級”，并且有向“可宣稱級”過渡的趨勢。評價結果云的熵值En（0.048 4）大于評價云，說明評價結果范圍較大，反映出石化行業在節能減排技術上表現差異較大，評價結果云分布較為離散。云超熵值He較大（0.057 1），顯示為云的厚度大于評價云，說明評價結果存在一定的隨機性，石化行業節能減排技術還未能達到統一的狀態，部分技術仍有待提高。

從圖4 c）可以看出，石化行業節能減排技術在技術性能上處于由“可改進級”向“可接受級”過渡的評價水平（Ex=0.201 9）。評價結果云的熵值En（0.064 1）大于評價云，可得出此評價結果范圍較大、穩定性較差，反映出石化行業節能減排技術在技術性能上的評價結果差異顯著。云超熵值He較小（0.006 5），顯示為云的厚度大于評價云，說明評價結果存在一定的隨機性，石化行業節能減排技術在技術性能上還未達到統一的狀態。

從圖4 d）可以看出，石化行業節能減排技術在經濟效益上偏向處于“可接級受”的評價云（Ex=0.255 4）。評價結果云的熵值En（0.032 2）接近于評價云，表明評價結果的范圍較小、穩定性好，反映出石化行業節能減排技術在經濟效益上的評價結果差異較小。云超熵值He較小（0.003 7），顯示為云的厚度大于評價云，說明評價結果的接受程度較高，石化行業節能減排技術在經濟效益上整體達到統一的狀態。

從圖4 e）可以看出，石化行業節能減排技術在環境保護指標上處于“可接受級”的評價水平（Ex=0.211 6）。評價結果云的熵值En（0.054 7 ）大于評價云，可得出此評價結果范圍較大、穩定性較差，反映出石化行業節能減排技術在環境保護上的評價結果差異顯著。云超熵值He（0.003 7）較小，顯示為云的厚度大于評價云，說明評價結果存在一定的隨機性，石化行業節能減排技術在環境保護上還未達到統一的狀態。

通過云模型評語區間，可得出石化行業節能減排技術的具體評價等級，如表5所示。

由表5可以看出，石化行業多數節能減排技術處于“可接受級”水平，與上述云模型整體評價相符合。只有多能互補型直流微電網及抽油機節能群控系統技術處于“可改進級”水平，對該技術可考慮從分時優化協調群控以及利用新能源降低能耗方面增加研發投入，以滿足當下“雙碳”發展的需求。此外，變頻器調速節能技術、蒸汽系統運行優化與節能技術以及大型高參數板殼式換熱技術達到了“可宣稱級”水平，說明這3項技術在性能、經濟以及環境方面均已達到較完善的狀態，值得推廣應用。其余技術均處在“可接受級”或者過渡狀態，說明石化行業正在不斷改進和研發節能減排技術，向“可宣稱級”邁進。

4 結論與建議

4.1 結 論

1）技術評價綜合得分表明，石化行業節能減排技術75%以上評價得分都在0.60分以上。其中，變頻器調速節能技術、蒸汽系統運行優化與節能技術以及大型高參數板殼式換熱技術評價的綜合得分達到了0.80分以上，是石化行業節能減排技術里的標桿技術。多能互補型直流微電網及抽油機節能群控系統技術的綜合評價得分低于0.50分，需要增加研發投入，及時改進。

2）從各指標得分來看，石化行業節能減排技術在成熟度、適用性、減排成本以及減排潛力上表現優良且存在顯著差異，如變頻器調速節能技術，其單項得分在0.30分以上，表明該技術在成熟度、適用性、減排成本、投資成本以及減排潛力等方面表現較為優秀。而多能互補型直流微電網及抽油機節能群控系統技術在經濟效益指標得分方面只有0.07分，多孔表面高通量管高效換熱技術在環境保護指標得分方面只有0.09分，表明這2項技術在經濟效益和環境保護方面亟待改進。

3）通過云模型進行評價可知，石化行業節能減排技術評價整體處于“可接受級”水平，尚未達到“可宣稱級”，但有向“可宣稱級”轉化的趨勢。變頻器調速節能技術、蒸汽系統運行優化與節能技術以及大型高參數板殼式換熱技術達到了“可宣稱級”水平，螺桿膨脹動力驅動節能技術和高效復合型蒸發式冷卻（凝）器技術也正在由“可接受級”過渡到“可宣稱級”水平。石化行業節能減排技術整體還需不斷改進和完善。

4.2 建 議

1）在考慮技術性能的情況下，高效復合型蒸發式冷卻（凝）器技術、螺桿膨脹動力驅動節能技術以及大型高參數板殼式換熱技術在安全性、成熟度和適用性方面表現最好，并且這3項技術都具有較高的減排潛力，但高效復合型蒸發式冷卻（凝）器技術和螺桿膨脹動力驅動節能技術的投資成本較高。對于高效復合型蒸發式冷卻（凝）器技術而言，可考慮從高壓復合型換熱設備、高壓換熱管束柔性化技術等方面不斷加以改進，減少投資成本。對于螺桿膨脹動力驅動節能技術，可以在能源動力機的投入上減少投資成本。

2）在只考慮經濟效益的情況下，多孔表面高通量管高效換熱技術在減排成本和投資成本上最低，但減排潛力低，對其可從強化傳熱結構設計、優化多孔層金屬粉末配方以及優化多孔層和基層的燒結工藝等方面入手，增加研發投入，提高減排潛力。相反，多能互補型直流微電網及抽油機節能群控系統技術投資成本高昂，但減排潛力好，可考慮采用建立光伏發電、分時優化協調群控等方式降低減排成本。政府要引導石化行業借鑒已成熟技術的運行原理，采取相類似的能源利用方式，促進技術的全面均衡發展。

3）根據云模型的評價結果，大型高參數板殼式換熱技術與蒸汽系統運行優化與節能技術已達到“可宣稱級”水平，高效復合型蒸發式冷卻（凝）器技術正在向“可宣稱級”水平過渡。石化行業應大力推廣能耗低、資源回收利用率高、技術發展成熟、減排潛力大等技術的推廣和應用，同時通過綠色信貸、綠色證券、綠色投入稅收優惠等經濟政策引導行業持續性改進節能減排技術的關鍵環節，推動“碳達峰”與“碳中和”目標的實現。

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