降低集中式生物质发电厂燃料成本的方法

赵浩亮，张 旭，翟明岭

（同济大学，上海 201804）

0 引言

通过生物质能转换技术可以高效利用生物质资源生产各种清洁燃料，从而减少对矿物质能源的依赖，减轻能源消费给环境造成的污染。我国生物质能发展的重点是生物质发电，目前该产业还处于起步阶段，存在以下几个问题：燃料成本高，包括原料购买成本、加工成本、储运费用以及损耗成本等；单位发电量成本高；大多数地区秸秆利用率低，农民不会主动将秸秆卖给生物质电厂，而是在田间以就地焚烧的方式处理秸秆，造成污染。国家虽然出台了一些优惠政策，但是效果并不乐观，生物质能的集中规模不具备较强的市场竞争力。生物质发电成本过高主要与燃料价格有关，由于出售秸秆的价格低导致农民积极性不高，另外电价的限制也使得电厂收集燃料困难、价格过高。

鉴于此，本文提出了一种由生物质电厂主动收购秸秆以降低生物质发电成本的改进方法，即生物质电厂购买收割机帮助农民免费收割，其秸秆归生物质电厂所有的秸秆收集方式。

1 改进的秸秆收集方式

传统的秸秆收集方式是由农户收集秸秆，经纪人收购之后打包、运输至生物质电厂。该种方式可降低秸秆供应的随意性及风险，保证秸秆收购的稳定性。但由于时间周期长，再加上环节复杂，且农民出售秸秆的积极性不高，导致电厂秸秆收购的成本提高，不能有效地减少秸秆焚烧的情况发生以及解决燃料成本过高的问题。

改进的秸秆收集方式是由生物质电厂出资购买收割机帮助农民免费收割，并就地打包运输秸秆（见图1）。该方式解决了农民高额的收割费用，也可帮助农民清理田间秸秆，不仅时间周期短、农民积极性高，而且环节简单可以成本降低，也可以有效避免秸秆就地焚烧的情况发生，减少了污染。

图1 改进的秸秆收集方式

2 改进收集方式下的秸秆成本

改进秸秆收集方式下的秸秆成本包括收割机年成本、加工成本以及运输成本。收割机年成本指采用收割机收割所需花费的成本，包括固定成本和变动成本。加工成本指打包成本。由于秸秆体积大、质量轻，若在自然状态下运输，会使装卸量下降。运输成本是决定生物质发电成本高低的重要因素，运输成本和打包成本相联系，自然状态下秸秆运输次数多，运输成本就相应增加，若在运输之前将秸秆打包虽增加相应的加工成本，但会降低运输成本。

改进秸秆收集方式下的秸秆成本构成如图2所示。

图2 改进秸秆收集方式下的秸秆成本构成

3 收割机年成本

3.1 固定成本

在选择收割机时要考虑土地规模、购机用途、经济实力、农艺配套及服务质量5个因素。由某公司生产的联合收割机性能可靠、作业高效、作业适应性好，可收割小麦、水稻、油菜、玉米等农作物。该收割机在国内的销售均价为9.4万元／台，正常使用时，作业生产率为0.3～0.8 hm2／h，折合平均生产率为0.53 hm2／h，平均每天收割6 h，年作业25天，年平均作业量为80 hm2，折合为1 200亩。在进行作业时，配2名机手轮换操作，1名装袋工，2名秸秆收集工。按照以上基本条件进行核算。

1）年折旧费 由于使用年限不同，同等数额的资金其价值也会不同，即：资金的价值会随使用年限发生变化。所以采用等额支付折算法来计算该收割机的年折旧费，表达式为：

式中：Ac为等额折旧费用，元；Ci为投资费用，收割购入价的10%），元；i为社会贴现率加通货膨胀率，取10%；n为使用年限，以目前该收割机的使用年限为8年计。

根据计算得到年折旧费为17 619元。使用年限与年折旧费的关系如图3所示，使用年限与年折旧费呈凹函数变化，使用年限越长，则年折旧费越少。

图3 使用年限与折旧费关系图

2）年维修费 据调查年维修费以机组购入价（9.4万元）的5%计较为合理，年维修费为4 700元。

由以上分析可知，收割机年固定成本＝年折旧费＋年维修费＝17 619＋4 700＝22 319（元）

3.2 变动成本

变动费用由人员工资、柴油费用、润滑油费3部分组成。

1）人员工资 人员工资随工作人员数的增加而增加，机手越多其人员工资越高。正常作业时，配2名机手轮换操作，1名装袋工，2名秸秆收集工。机手工资以每工日200元计，装袋工、秸秆收集工工资以每日100元计，年人工费＝（200×2＋100×3）×25＝17 500（元）。

2）柴油费用 按该机柴油消耗量每公顷为30 L，以柴油每升7元计，年柴油费用＝30×7× 80＝16 800（元）。

3）润滑油费 据调查发动机润滑油及输送部分润滑油、行走部分润滑油等消耗按每天8元计，年润滑油费＝8×25＝200（元）。

由以上分析可知，如不计管理费用，则：

收割机年可变成本＝柴油消耗费＋润滑油费＋人员工资＝34 500（元）

收割机年总成本＝年固定成本＋年可变成本＝74 819（元）

4 秸秆产量与燃料成本计算

4.1 秸秆产量的估算方法

我国秸秆资源分布不均匀，50%以上的秸秆资源集中在河南、河北、湖南、湖北、四川、浙江、山东、江苏等省。稻草主要分布在长江以南，小麦和玉米秸秆主要集中在长江与黄河流域之间，以及吉林和黑龙江等省份［3］。

生物质发电厂的生物质秸秆燃料主要以小麦、玉米和水稻秸秆为主，而红薯、花生秸秆多作为饲料利用，因此以小麦、玉米、水稻等谷物类秸秆为研究对象。

秸秆可获得量的表达式为：

式中：Sn为秸秆获得量，t；Mi为第i种农作物的产量，t；Ni为第i种农作物的谷草比。

我国每公顷的粮食产量［5］如表1所示，常见农作物谷草比［5］如表2所示。

表1 我国粮食产量 kg／hm－2

表2 常见农作物谷草比

从我国农业种植结构及粮食产量来看，主要农作物有小麦、水稻、玉米、薯类、豆类和棉花等。从秸秆的产量上来看，三大粮食作物秸秆所占的比例较大，占农作物秸秆总量的80%以上。其中，玉米秸秆最多，占40%以上，其次是稻谷秸秆、小麦秸秆［3］。

以2011年的数据为例进行计算，一台收割机平均一年作业80 hm2，其稻类秸秆产量为608.75 t，不考虑加工费用和运输费用，每吨燃料成本是123元，330台收割机年获得秸秆量为20.09万t，足够一个25 MW的生物质电厂一年所用燃料。

4.2 秸秆燃料的成本构成分析

秸秆燃料的成本由收割机年成本、加工成本以及运输成本构成，可得其收割作业量经济关系图如图4所示，秸秆价格与临界作业量的关系图如图5所示。

图4 收割机作业量经济关系图

图5 秸秆价格与临界作业量的关系

从图5可知，作业量越少，燃料成本就越高，当直接购买秸秆的价格为150元／t时，相当于其年作业量31.13 hm2时的成本价格，年作业量多于31.13 hm2时，燃料成本将小于150元／t；当直接购买秸秆的价格为200元／t时，相当于其年作业量20.07 hm2时的成本价格，年作业量多于20.07 hm2时，燃料成本将小于200元／t；当直接购买秸秆的价格为250元／t时，相当于其年作业量15.07 hm2时的成本价格，年作业量多于15.07 hm2时，燃料成本将小于250元／t；目前收割机的年作业量远远超过上述临界值。

按照目前秸秆收购价平均为200元／t计算，与上述方法计算所得123元／t，加上打包费用10元／t［6］、运费30元／t［6］，其每吨成本为163元，与市场价每吨相差37元。如果将该部分所得做收益计算，每年收益为2.26万元，一台收割机的投资回收期为2.3年。如果购入收割机时考虑农机补贴，以及运输生物质燃料时运费补贴，其效果更佳可观。

5 结论

本文提出的一种秸秆发电厂收集秸秆的改进方法，一方面可帮助农民收割农作物，节省农民收割费用，切实减少秸秆焚烧而造成的污染；另一方面也解决了生物质电厂原料收集困难的问题，节省燃料费用，降低发电成本。

1）改进方法后，秸秆燃料成本为163元／t，远低于市场价200元／t。

2）计算可得，年作业量为31.13 hm2时，相当于秸秆市场价150元／t；年作业量为20.07 hm2时，相当于秸秆市场价200元／t；年作业量15.07 hm2时，相当于秸秆市场价250元／t。由此可知，收割机年作业量越多，其燃料成本就越低，反之亦然。

3）若将成本价与市场差价当做收益，当秸秆市场价为200元／t时，该种秸秆收集方式每年收益2.26万元，投资回收期仅为2.3年。

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