降低集中式生物質(zhì)發(fā)電廠燃料成本的方法

趙浩亮，張 旭，翟明嶺

（同濟大學，上海 201804）

0 引言

通過生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)可以高效利用生物質(zhì)資源生產(chǎn)各種清潔燃料，從而減少對礦物質(zhì)能源的依賴，減輕能源消費給環(huán)境造成的污染。我國生物質(zhì)能發(fā)展的重點是生物質(zhì)發(fā)電，目前該產(chǎn)業(yè)還處于起步階段，存在以下幾個問題：燃料成本高，包括原料購買成本、加工成本、儲運費用以及損耗成本等；單位發(fā)電量成本高；大多數(shù)地區(qū)秸稈利用率低，農(nóng)民不會主動將秸稈賣給生物質(zhì)電廠，而是在田間以就地焚燒的方式處理秸稈，造成污染。國家雖然出臺了一些優(yōu)惠政策，但是效果并不樂觀，生物質(zhì)能的集中規(guī)模不具備較強的市場競爭力。生物質(zhì)發(fā)電成本過高主要與燃料價格有關，由于出售秸稈的價格低導致農(nóng)民積極性不高，另外電價的限制也使得電廠收集燃料困難、價格過高。

鑒于此，本文提出了一種由生物質(zhì)電廠主動收購秸稈以降低生物質(zhì)發(fā)電成本的改進方法，即生物質(zhì)電廠購買收割機幫助農(nóng)民免費收割，其秸稈歸生物質(zhì)電廠所有的秸稈收集方式。

1 改進的秸稈收集方式

傳統(tǒng)的秸稈收集方式是由農(nóng)戶收集秸稈，經(jīng)紀人收購之后打包、運輸至生物質(zhì)電廠。該種方式可降低秸稈供應的隨意性及風險，保證秸稈收購的穩(wěn)定性。但由于時間周期長，再加上環(huán)節(jié)復雜，且農(nóng)民出售秸稈的積極性不高，導致電廠秸稈收購的成本提高，不能有效地減少秸稈焚燒的情況發(fā)生以及解決燃料成本過高的問題。

改進的秸稈收集方式是由生物質(zhì)電廠出資購買收割機幫助農(nóng)民免費收割，并就地打包運輸秸稈（見圖1）。該方式解決了農(nóng)民高額的收割費用，也可幫助農(nóng)民清理田間秸稈，不僅時間周期短、農(nóng)民積極性高，而且環(huán)節(jié)簡單可以成本降低，也可以有效避免秸稈就地焚燒的情況發(fā)生，減少了污染。

圖1 改進的秸稈收集方式

2 改進收集方式下的秸稈成本

改進秸稈收集方式下的秸稈成本包括收割機年成本、加工成本以及運輸成本。收割機年成本指采用收割機收割所需花費的成本，包括固定成本和變動成本。加工成本指打包成本。由于秸稈體積大、質(zhì)量輕，若在自然狀態(tài)下運輸，會使裝卸量下降。運輸成本是決定生物質(zhì)發(fā)電成本高低的重要因素，運輸成本和打包成本相聯(lián)系，自然狀態(tài)下秸稈運輸次數(shù)多，運輸成本就相應增加，若在運輸之前將秸稈打包雖增加相應的加工成本，但會降低運輸成本。

改進秸稈收集方式下的秸稈成本構(gòu)成如圖2所示。

圖2 改進秸稈收集方式下的秸稈成本構(gòu)成

3 收割機年成本

3.1 固定成本

在選擇收割機時要考慮土地規(guī)模、購機用途、經(jīng)濟實力、農(nóng)藝配套及服務質(zhì)量5個因素。由某公司生產(chǎn)的聯(lián)合收割機性能可靠、作業(yè)高效、作業(yè)適應性好，可收割小麥、水稻、油菜、玉米等農(nóng)作物。該收割機在國內(nèi)的銷售均價為9.4萬元／臺，正常使用時，作業(yè)生產(chǎn)率為0.3～0.8 hm2／h，折合平均生產(chǎn)率為0.53 hm2／h，平均每天收割6 h，年作業(yè)25天，年平均作業(yè)量為80 hm2，折合為1 200畝。在進行作業(yè)時，配2名機手輪換操作，1名裝袋工，2名秸稈收集工。按照以上基本條件進行核算。

1）年折舊費 由于使用年限不同，同等數(shù)額的資金其價值也會不同，即：資金的價值會隨使用年限發(fā)生變化。所以采用等額支付折算法來計算該收割機的年折舊費，表達式為：

式中：Ac為等額折舊費用，元；Ci為投資費用，收割購入價的10%），元；i為社會貼現(xiàn)率加通貨膨脹率，取10%；n為使用年限，以目前該收割機的使用年限為8年計。

根據(jù)計算得到年折舊費為17 619元。使用年限與年折舊費的關系如圖3所示，使用年限與年折舊費呈凹函數(shù)變化，使用年限越長，則年折舊費越少。

圖3 使用年限與折舊費關系圖

2）年維修費 據(jù)調(diào)查年維修費以機組購入價（9.4萬元）的5%計較為合理，年維修費為4 700元。

由以上分析可知，收割機年固定成本＝年折舊費＋年維修費＝17 619＋4 700＝22 319（元）

3.2 變動成本

變動費用由人員工資、柴油費用、潤滑油費3部分組成。

1）人員工資 人員工資隨工作人員數(shù)的增加而增加，機手越多其人員工資越高。正常作業(yè)時，配2名機手輪換操作，1名裝袋工，2名秸稈收集工。機手工資以每工日200元計，裝袋工、秸稈收集工工資以每日100元計，年人工費＝（200×2＋100×3）×25＝17 500（元）。

2）柴油費用 按該機柴油消耗量每公頃為30 L，以柴油每升7元計，年柴油費用＝30×7× 80＝16 800（元）。

3）潤滑油費 據(jù)調(diào)查發(fā)動機潤滑油及輸送部分潤滑油、行走部分潤滑油等消耗按每天8元計，年潤滑油費＝8×25＝200（元）。

由以上分析可知，如不計管理費用，則：

收割機年可變成本＝柴油消耗費＋潤滑油費＋人員工資＝34 500（元）

收割機年總成本＝年固定成本＋年可變成本＝74 819（元）

4 秸稈產(chǎn)量與燃料成本計算

4.1 秸稈產(chǎn)量的估算方法

我國秸稈資源分布不均勻，50%以上的秸稈資源集中在河南、河北、湖南、湖北、四川、浙江、山東、江蘇等省。稻草主要分布在長江以南，小麥和玉米秸稈主要集中在長江與黃河流域之間，以及吉林和黑龍江等省份［3］。

生物質(zhì)發(fā)電廠的生物質(zhì)秸稈燃料主要以小麥、玉米和水稻秸稈為主，而紅薯、花生秸稈多作為飼料利用，因此以小麥、玉米、水稻等谷物類秸稈為研究對象。

秸稈可獲得量的表達式為：

式中：Sn為秸稈獲得量，t；Mi為第i種農(nóng)作物的產(chǎn)量，t；Ni為第i種農(nóng)作物的谷草比。

我國每公頃的糧食產(chǎn)量［5］如表1所示，常見農(nóng)作物谷草比［5］如表2所示。

表1 我國糧食產(chǎn)量 kg／hm－2

表2 常見農(nóng)作物谷草比

從我國農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)及糧食產(chǎn)量來看，主要農(nóng)作物有小麥、水稻、玉米、薯類、豆類和棉花等。從秸稈的產(chǎn)量上來看，三大糧食作物秸稈所占的比例較大，占農(nóng)作物秸稈總量的80%以上。其中，玉米秸稈最多，占40%以上，其次是稻谷秸稈、小麥秸稈［3］。

以2011年的數(shù)據(jù)為例進行計算，一臺收割機平均一年作業(yè)80 hm2，其稻類秸稈產(chǎn)量為608.75 t，不考慮加工費用和運輸費用，每噸燃料成本是123元，330臺收割機年獲得秸稈量為20.09萬t，足夠一個25 MW的生物質(zhì)電廠一年所用燃料。

4.2 秸稈燃料的成本構(gòu)成分析

秸稈燃料的成本由收割機年成本、加工成本以及運輸成本構(gòu)成，可得其收割作業(yè)量經(jīng)濟關系圖如圖4所示，秸稈價格與臨界作業(yè)量的關系圖如圖5所示。

圖4 收割機作業(yè)量經(jīng)濟關系圖

圖5 秸稈價格與臨界作業(yè)量的關系

從圖5可知，作業(yè)量越少，燃料成本就越高，當直接購買秸稈的價格為150元／t時，相當于其年作業(yè)量31.13 hm2時的成本價格，年作業(yè)量多于31.13 hm2時，燃料成本將小于150元／t；當直接購買秸稈的價格為200元／t時，相當于其年作業(yè)量20.07 hm2時的成本價格，年作業(yè)量多于20.07 hm2時，燃料成本將小于200元／t；當直接購買秸稈的價格為250元／t時，相當于其年作業(yè)量15.07 hm2時的成本價格，年作業(yè)量多于15.07 hm2時，燃料成本將小于250元／t；目前收割機的年作業(yè)量遠遠超過上述臨界值。

按照目前秸稈收購價平均為200元／t計算，與上述方法計算所得123元／t，加上打包費用10元／t［6］、運費30元／t［6］，其每噸成本為163元，與市場價每噸相差37元。如果將該部分所得做收益計算，每年收益為2.26萬元，一臺收割機的投資回收期為2.3年。如果購入收割機時考慮農(nóng)機補貼，以及運輸生物質(zhì)燃料時運費補貼，其效果更佳可觀。

5 結(jié)論

本文提出的一種秸稈發(fā)電廠收集秸稈的改進方法，一方面可幫助農(nóng)民收割農(nóng)作物，節(jié)省農(nóng)民收割費用，切實減少秸稈焚燒而造成的污染；另一方面也解決了生物質(zhì)電廠原料收集困難的問題，節(jié)省燃料費用，降低發(fā)電成本。

1）改進方法后，秸稈燃料成本為163元／t，遠低于市場價200元／t。

2）計算可得，年作業(yè)量為31.13 hm2時，相當于秸稈市場價150元／t；年作業(yè)量為20.07 hm2時，相當于秸稈市場價200元／t；年作業(yè)量15.07 hm2時，相當于秸稈市場價250元／t。由此可知，收割機年作業(yè)量越多，其燃料成本就越低，反之亦然。

3）若將成本價與市場差價當做收益，當秸稈市場價為200元／t時，該種秸稈收集方式每年收益2.26萬元，投資回收期僅為2.3年。

［1］ 賈小黎，丁航，李曉真，等.中國生物質(zhì)發(fā)電產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、問題和建議［J］.太陽能，2007（3）：3-4.

［2］ 盛海.區(qū)域聯(lián)合收割機投入量的經(jīng)濟分析［J］.中國農(nóng)機化，2012（2）：1-5.

［3］ 王勝曼.秸稈發(fā)電工程技術(shù)經(jīng)濟分析［D］.河北農(nóng)業(yè)大學，2008：23-50.

［4］ Marcos Escudero，A′ngel Jime′nez.Quantitative analysis of potential power production and environmental benefits of Biomass Integrated Gasification Combined Cycles in the European Union［J］.Energy Policy53（2013）：63-75.

［5］ 黃錦濤，王新雷，徐彤.生物質(zhì)直燃發(fā)電經(jīng)濟性及影響因素分析［J］.可再生能源，2008，26（2）：97-98.

［6］ 顧曉山.秸稈焚燒發(fā)電項目的技術(shù)經(jīng)濟分析［J］.可再生能源，2007，25（4）：66-67.

［7］ 中華人民共和國國家統(tǒng)計局.2013中國統(tǒng)計年鑒［M］.北京：中國統(tǒng)計出版社，2013.

［8］ 陳麗歡.生物質(zhì)發(fā)電秸軒收集儲存運輸物流技術(shù)規(guī)范研究［D］.南京農(nóng)業(yè)大學，2009.