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檀勤良，楊海平，張興平，鄧艷明，魏詠梅
(1.華北電力大學經濟與管理學院，北京102206；2.北京能源發展研究基地，北京102206)
摘要：生物質發電成本過高是制約生物質發電企業發展的重要因素，而秸稈燃料的收集成本是生物質發電燃料成本的主要構成部分。應用微積分法建立秸稈燃料收集成本模型，以25MW生物質電廠為例測算秸稈收集成本，并分析了秸稈收集成本的構成。實證研究表明，運輸成本是秸稈收集成本的關鍵組成部分。敏感性分析表明，秸稈收集半徑是影響秸稈收集成本的最敏感的因素。同時模擬分析表明秸稈收集成本、秸稈運輸成本與經紀人數量呈u型關系，因此科學合理地確定經紀人數量有利于降低秸稈收集成本。根據研究結論，提出了促進生物質發電產業發展的相關政策建議。
許多學者對生物質秸稈的收集成本進行了研究。作為農業大國，我國有著豐富的生物質能資源。促進生物質能的健康發展，不僅有助于緩解日益突出的能源短缺與環境問題，也可以有效增加農民收入，推進社會主義新農村建設。為此，我國政府出臺了相應的優惠政策促進生物質發電產業的發展。但生物質發電行業仍然出現持續大面積的虧損，究其原因，主要是我國秸稈資源分布散，生物質發電秸稈收集運輸成本過高。
Sokhansanj等搭建了動態綜合生物質供應分析和物流模型框架，模擬生物質燃料的收集、儲存和運輸。Dyken等在考慮供應、運輸、儲存和不同生物質用戶的基礎上建立了線性混合整數模型，分析生物質能源的物流系統。俞宏德等建立了一套生物質燃料從儲料場到電廠之間的運輸及處理相關過程的物流模型，用以模擬、觀察并分析各種不同的物流方案。
Caputo等對生物質發電廠經濟性分析結果表明，車輛運輸價格增加、車容量下降、資源密度降低、生物質購買價格提高將增加運行成本，將導致經濟效益降低。劉崗等認為生物質企業成本主要受生物質秸稈收集成本的影響，并通過定積分微元分析法，對給定環境下生物質秸稈的收集成本進行測算。曹溢等H伽以江蘇地區某電廠為例，對秸稈收集成本進行測算并進行了敏感性分析。
楊樹華等提出了秸稈收集的經濟半徑、平均運輸半徑及滿載和空載等效模型，建立了綜合反映顆粒燃料生產廠投資、運輸條件、耗油價格關系的顆粒燃料生產廠原料收集最佳半徑的數學模型經實例計算對模型進行了初步的驗證，得出農作物的秸稈收集最佳半徑隨運輸耗油量、油價的升高而降低。邢愛華等建立了描述秸稈收集過程成本、能耗和污染物排放的數學模型。針對單資源島秸稈收集過程，討論了壓縮對秸稈收集成本、能耗及環境的影響，建立了計算秸稈收集過程的臨界收集量和臨界運輸距離的數學表達式，并對收集成本和能耗進行了參數敏感性分析。LidijCu等在生物質能供應鏈中，針對生物質燃料收集、預處理、運輸和能量轉化四個關鍵環節，建立了不同的“環境足跡”模型來反映不同環節對生態環境的影響，并建立了多目標規劃模型對區域生物質能供應鏈進行優化。文獻建立大規模混合整數規劃模型對生物質能供應鏈進行優化。
生物質秸稈收集模式的不同將會對收集成本產生顯著的影響。絕大部分文獻是假設在經紀人統一收集模式下進行核算。本文在對多個生物質發電廠進行深度實地調研后發現：生物質發電廠秸稈供應主要有兩種模式，即來自于經紀人和農戶，并且發現在距離電廠一定距離內，農戶更傾向于自己把秸稈送到電廠而不是由經紀人統一收購后送往電廠。所以在電廠一定半徑內秸稈是直接送往電廠的，而在這個半徑外秸稈的收集基本上是由經紀人完成的。由此，本文充分考慮到以上兩種隋形，從多樣性交易成本出發，分析秸稈原料從田間到進入生物質電廠的收集過程，構建秸稈發電燃料成本的計算方法并對影響成本的因素進行敏感性分析，為生物質發電上網電價的制定提供理論依據。
1模型建立
由于秸稈資源分布的不確定性，假設秸稈資源的收集范圍是以電廠為中心的圓形區域，并且是均勻分布在收集范圍之內的。秸稈的收集成本主要由秸稈購買成本、運輸成本、預加工成本和倉儲成本構成。
1.1秸稈的購買成本
1.2秸稈的運輸成本
1.3秸稈預處理與倉儲費用
1.4秸稈收集成本
本文的收集成本是指秸稈到廠成本，并非生物質電廠的入爐成本。農戶和經紀人的目標利潤可以表示為：
2實證分析
選取河北省一個25MW的生物質發電廠為例，該生物質電廠正常生產需要秸稈量大約28萬噸。該地區的秸稈量為337.5萬噸，面積為1.2萬平方公里，所以秸稈密度為337.5t／km2。但實際可用于秸稈發電的秸稈只占到20％左右，即可利用密度為67.5t／km2。這樣，理論收集半徑達到36.33km，但在實際的調研中發現該電廠收集半徑最遠能達到100km。本文在做了大量的實際調查研究之后以實際情況進行秸稈收集成本的預測。本文選取半徑70km收集區域為研究對象，通過調研得知，如果在電廠10km以內，農戶還是會選擇自己把秸稈送往電廠的。經紀人的數量為12人，收購點距離電廠的距離統一選取為40km。相關的數據如表1所示(根據統計年鑒和調研數據整理)。
項目所在地作物為一年一季，即只有一種作物，設備燃油消耗根據文獻Ⅲ所得。按照本文所建的模型得到的秸稈收集成本，結果見表2。
計算得到秸稈的單位收集成本為277.6元／t左右，根據實際調研的數據了解到電廠的收集成本在290元／t左右，比較接近實際情況，說明模型的設定比較合理。以一個25MW的生物質電廠為例，年秸稈消耗量在28萬噸左右，按年運行6500小時，發電量為1.625億度，可以計算出每度電秸稈收集成本為0.48元。根據對該電廠的實際調研數據可知，其每度電發電成本為0.75元左右，度電收集成本占到發電成本的64％。因此，秸稈收集成本是決定生物質發電廠能否盈利的關鍵因素。
表2說明，運輸成本占秸稈收集成本的比例高達43.88％，高昂的運輸成本在使秸稈收集困難的同時也增加了秸稈的收集成本。經紀人和農戶的目標利潤占到17.72％。在調研過程中發現，經紀人的利潤率是比較高的。倉儲成本占到10.81％，也是收集成本的重要組成部分。由于秸稈的低密度性，秸稈的存儲需要占用較大的空間。秸稈在進行打捆、堆垛前要進行預加工處理來降低秸稈的占用空間，進而節省運輸與存儲成本。該電廠預處理成本占到2.39％，占收集成本比例較小。所以，通過秸稈的粉碎、壓縮等預處理可以降低秸稈的收集成本。
通過實地調研了解到，目前大多數生物質電廠處于虧損邊緣，發電成本過高嚴重制約著生物質發電廠的發展。對于一個年發電量在1.6億度電的生物質電廠，其秸稈消耗量在28萬噸左右，每年可以減排CO2約15.3萬噸，如果按照清潔發展機制下的CERs補貼價為每噸60元，可以給生物質電廠補貼收入918萬，生物質電廠就能達到盈利的狀態。
3敏感性分析
為了更加直觀地反映出秸稈收集成本的變化情況，對影響秸稈收集成本的主要因素進行敏感性分析。把收集半徑、購買單價和經紀人利潤率分別增大10％、20％、30％、40％、50％后，計算秸稈收集成本的變化情況，結果如圖1。
從圖1可以明顯地看出，收集半徑對秸稈成本的影響明顯地比其他因素顯著。因此合理確定秸稈的收集半徑對于降低秸稈收集成本具有關鍵的作用，電廠在選址時要充分考慮到周圍秸稈量。這就要求在項目規劃時，國家要出臺嚴厲的限制性準入政策，在一定范圍內，不允許存在多家利用秸稈作為原料的企業，保證生物質電廠有足夠的秸稈來源。
其次，經紀人的目標利潤占秸稈收集成本的比重也比較高。通過調研數據得到，被調研地區經紀人的利潤一般在60元／t左右。一些地方由于經紀人過少，經紀人無論是對農戶，還是電廠在秸稈的供應方面具有很大的話語權，一方面降低了農戶的積極性，另一方面增大了電廠的收集成本。所以要適當引入競爭機制，避免經紀人壟斷秸稈的現象存在。本文對項目所在地的電廠周圍的經紀人調查可知，每個經紀人的秸稈收集半徑在20kn左右時既有利于秸稈的收集，又不會造成因經紀人互相爭搶秸稈而帶來購買單價增加。假設經紀人的數量在7到16人之間，分別研究對收集成本、購買成本、運輸成本的影響，計算結果如圖2所示。
由圖2可以看出隨著經紀人數量的增加，收集成本呈U型變化趨勢，先減小后增大，在達到l2人左右時，收集成本最小。究其原因，經紀人數量在8～12人時，由于經紀人之間存在一定的競爭，因而經紀人對秸稈供應的壟斷力下降，經紀人降低各自的目標利潤，同時由于收集半徑變小使得運輸成本減小。如果經紀人太多，就會抬高秸稈收購價格，同時由于收購點比較分散從而增加運輸成本。本例中，當經紀人數量在12人以后時，由于秸稈太分散從而增加了運輸量，同時由于過度競爭購買成本轉為增大，所以導致收集成本增加。
4結論及政策建議
本文在已有成果的基礎上，將農戶個人收集和經紀人收集兩個過程分開考慮，建立了秸稈收集成本測算模型，并對收集成本進行敏感性分析，得到如下一些結論：
(1)秸稈收集成本占生物質發電成本比例很高，是影響生物質發電產業健康發展的關鍵。根據本文的測算，秸稈的收集成本為277.55元／t。其中，對于25Mw的生物質發電廠，如果年運行6500小時，單位千瓦的秸稈收集成本高達0.48元，這僅僅是秸稈的到廠成本，還沒有考慮生物質電廠對秸稈的預處理費用、存儲費用等。
(2)運輸成本占到收集成本的43.88％，運輸成本高是導致生物質發電收集成本高的主要原因。因此合理的運輸規劃是非常重要的。
(3)收集半徑對秸稈成本的影響明顯地比其他因素顯著。
(4)經紀人數量對秸稈收集成本有明顯的影響。由于經紀人的數量既影響運輸距離，同時也影響秸稈的購買價格，因此對經紀人數量進行了模擬分析。對于一個25MW的生物質發電廠，秸稈收集成本與經紀人數量呈u型關系，經紀人的數量為12人左右是比較經濟的。
生物質發電不僅具有良好的節能減排效果，同時對于我們這個農業大國而言，也是建設社會主義新農村、提高農民收入的有效措施，因此國家應該出臺更有效的措施大力支持生物質發電產業的發展。從實際調研和分析結構來看，應該重點從以下幾個方面促進生物質發電產業的持續發展。
(1)合理組織獲得相關補貼。生物質發電項目滿足清潔發展機制規定的條件，同時也符合我國清潔可持續發展的要求，我國政府鼓勵開展CDM項目。但CDM項目在生物質電廠項目中并未取得好的效果。一個裝機25WM的生物質電廠，年發電量為1.625億度，可替代5.85萬噸標準燃煤，減排15.3萬噸二氧化碳。按照清潔發展機制下的CERs補貼價為每噸60元，可以給生物質電廠補貼收入918萬，相當于每度電降低成本0.056元。發展CDM項目不僅降低環境負荷，同時使生物質發電項目更具有競爭力。
(2)適當提高上網電價，設計合理的成本分攤機制。我國政府雖然鼓勵生物質發電產業的發展，但生物質電廠除了享受國家給予的0.75KW.h的上網電價外，在電廠規劃、占用土地、稅收，還有秸稈的收購、運輸、存儲等方面并無優惠政策。由于秸稈收集成本非常高，因此國家應該繼續適當提高生物質發電的上網電價。電網是電廠的唯一買家，提高上網電價又會增加電網企業的成本，這些成本也不應該由電網企業獨自承擔。由于生物質發電具有良好的節能減排效果，本著誰受益誰承擔的原則，成本應該在全社會進行合理的分攤。
(3)盡快建立碳排放交易市場。一些國家已經建立起碳排放交易制度，而且從國際上看，這也是未來發展的趨勢。我國應加快碳排放交易制度的建設，這樣生物質電廠可以通過出賣碳排放權而獲得一些補償，提升生物質發電廠的持續發展能力。
(4)做好生物質電廠選址規劃。由于秸稈供應量直接影響生物質電廠是否能正常運行，所以電廠在選址時要充分考慮到周圍秸稈量。這就要求在進行項目規劃時，國家要出臺限制性的準入政策，在電廠秸稈收集范圍內，不允許有多家利用秸稈作為原料的企業存在，確保生物質電廠有足夠的秸稈來源。
(5)改變分散種植模式，走集約化種植模式。目前我國的種植模式比較分散，導致秸稈資源分散，收集難度大，運輸成本高。因此，采取合理的引導措施，引導農戶進行集約化種植，這樣有利于秸稈的收集和運輸。 |
