降低集中式生物質發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

通過生物質能轉換技術可以高效利用生物質資源生產各種清潔燃料，從而減少對礦物質能源的依賴，減輕能源消費給環境造成的污染。我國生物質能發展的重點是生物質發電，目前該產業還處于起步階段，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；單位發電量成本高；大多數地區秸稈利用率低，農民不會主動將秸稈賣給生物質電廠，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惠政策，但是效果并不樂觀，生物質能的集中規模不具備較強的市場競爭力。生物質發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電廠主動收購秸稈以降低生物質發電成本的改進方法，即生物質電廠購買收割機幫助農民免費收割，其秸稈歸生物質電廠所有的秸稈收集方式。

1 改進的秸稈收集方式

傳統的秸稈收集方式是由農戶收集秸稈，經紀人收購之后打包、運輸至生物質電廠。該種方式可降低秸稈供應的隨意性及風險，保證秸稈收購的穩定性。但由于時間周期長，再加上環節復雜，且農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電廠出資購買收割機幫助農民免費收割，并就地打包運輸秸稈（見圖1）。該方式解決了農民高額的收割費用，也可幫助農民清理田間秸稈，不僅時間周期短、農民積極性高，而且環節簡單可以成本降低，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、質量輕，若在自然狀態下運輸，會使裝卸量下降。運輸成本是決定生物質發電成本高低的重要因素，運輸成本和打包成本相聯系，自然狀態下秸稈運輸次數多，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成如圖2所示。

圖2 改進秸稈收集方式下的秸稈成本構成

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模、購機用途、經濟實力、農藝配套及服務質量5個因素。由某公司生產的聯合收割機性能可靠、作業高效、作業適應性好，可收割小麥、水稻、油菜、玉米等農作物。該收割機在國內的銷售均價為9.4萬元／臺，正常使用時，作業生產率為0.3～0.8 hm2／h，折合平均生產率為0.53 hm2／h，平均每天收割6 h，年作業25天，年平均作業量為80 hm2，折合為1 200畝。在進行作業時，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，同等數額的資金其價值也會不同，即：資金的價值會隨使用年限發生變化。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 據調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的增加而增加，機手越多其人員工資越高。正常作業時，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 據調查發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 秸稈產量與燃料成本計算

4.1 秸稈產量的估算方法

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］。

生物質發電廠的生物質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種農作物的產量，t；Ni為第i種農作物的谷草比。

我國每公頃的糧食產量［5］如表1所示，常見農作物谷草比［5］如表2所示。

表1 我國糧食產量 kg／hm－2

表2 常見農作物谷草比

從我國農業種植結構及糧食產量來看，主要農作物有小麥、水稻、玉米、薯類、豆類和棉花等。從秸稈的產量上來看，三大糧食作物秸稈所占的比例較大，占農作物秸稈總量的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年的數據為例進行計算，一臺收割機平均一年作業80 hm2，其稻類秸稈產量為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的生物質電廠一年所用燃料。

4.2 秸稈燃料的成本構成分析

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成，可得其收割作業量經濟關系圖如圖4所示，秸稈價格與臨界作業量的關系圖如圖5所示。

圖4 收割機作業量經濟關系圖

圖5 秸稈價格與臨界作業量的關系

從圖5可知，作業量越少，燃料成本就越高，當直接購買秸稈的價格為150元／t時，相當于其年作業量31.13 hm2時的成本價格，年作業量多于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，相當于其年作業量20.07 hm2時的成本價格，年作業量多于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，相當于其年作業量15.07 hm2時的成本價格，年作業量多于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機補貼，以及運輸生物質燃料時運費補貼，其效果更佳可觀。

5 結論

本文提出的一種秸稈發電廠收集秸稈的改進方法，一方面可幫助農民收割農作物，節省農民收割費用，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電廠原料收集困難的問題，節省燃料費用，降低發電成本。

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，年作業量為31.13 hm2時，相當于秸稈市場價150元／t；年作業量為20.07 hm2時，相當于秸稈市場價200元／t；年作業量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。

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