数据包络分析法对生物天然气工程运行效率评价的适用性研究

梁建鹏　董保成　李叶青　周红军

摘要：指出了生物天然气工程项目是农村能源转型升级以及农村沼气“十三五”规划中的重点建设项目。随着生物天然气工程项目的发展，迫切需要一套客观有效的评价方法对其运行效率进行评价，为工程的建设运行提供科学指导。针对2015年农村沼气转型升级建设的规模化生物天然气试点项目，随机抽取25个试点中的40%，采用数据包络分析法（DEA）对各个试点项目中的5个指标进行了评价，并根据评价结果提出了相应的优化建议。

关键词：生物天然气工程；数据包络分析法（DEA）；优化建议

中图分类号：TP391

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）8018003

1引言

“十二五”期间，我国沼气事业蓬勃发展，有效实现了农村有机废弃物无害化、资源化利用，为我国节能减排事业做出了突出贡献。但随着我国农业生产方式、用能方式的转变，我国的农村能源事业尤其沼气事业亟待转型升级。《全国农村沼气“十三五”规划》提出，为适应农业生产方式、农村居住方式和农民用能方式的新变化，鼓励各地稳步发展规模化生物天然气工程，计划到2020年，新增规模化生物天然气工程172处。按照2015年国家审批的农村沼气计算，25个规模化生物天然气工程项目与386个特大型沼气工程可日处理畜禽粪便14888.2 t、秸秆1411.1 t、餐厨垃圾40 t，可产沼气102.66万m3，提纯后生物天然气55.713万m3。可以预见，生物天然气工程必定迎来快速的发展，但沼气工程运行经济效益不佳，“盲目建设、缺乏管理”等现象仍然存在。因此，需要探究一套行之有效的评价方法，对生物天然气工程运行的效率进行客观、系统的评价，为生物天然气工程探索适宜的发展运行模式提供有效的指导作用。笔者选取2015年申报的25个规模化生物天然气工程试点中的11个工程作为研究目标，对各个项目的理论运行参数进行调查分析，并采用数据包络分析法对这些项目的相对运行效率进行分析评价。

2评价方法

2.1评价方法的选择

生物天然气项目是2015年农村沼气转型升级以来的试点项目，在投资、处理效果和运行效益等方面没有成型的适用评价方法。结合生物天然气工程运行效益特征，综合比较各类评价方法后选择数据包络分析法，并通过同类项目的横向比较得出各个工程间的相对运行效率。

数据包络分析法（Data Envelopment Analysis，DEA）1978年由美国运筹学家Cooper教授和Charnes等学者共同提出，是一种基于相对效率的投入产出分析方法[1]。它利用数学规划的方法，基于工程有效数据，来评价决策单元（DecisionMakingUnits，DMU）间的相对效率。

DEA的理论基础是利用数学模型，计算出各决策单元的相對效率指数。它与其他方法的不同之处在于DEA可以解决多个投入和多个输出的情况，在处理多个投入与多个产出数据方面具有良好的实用效果[2]。它将各DMU的数据进行逐个筛选、对比，减少了投入和产出指标值的无量纲化的过程，同时无需预先假设任何的权重，可避免非定量化的主观因素对模型的影响[3]。结合生物天然气工程运行效率特点，选择的DEA定量分析模型如下：

3实证研究

本文对所选生物天然气试点工程运行参数进行收集整理，包括新疆天朗生物天然气试点工程（简称新疆天朗，余同）等生物天然气试点工程，根据前文设计评价指标计算工程的5项指标数值。如表3所示。

其中工程规模为发酵罐建设规模，总投资为国家投资、地方投资与企业自筹投资等全部投资总和，运行费用为工程平均年运行成本（经营期平均），沼气收益包括出售生物天然气与发电等收益，沼渣沼液收益包括直接销售收益与生产有机肥等其他产品收益。

各工程单位规模的投资、单位规模运行费用以及单位规模总收益如图1所示。由图1可知，吉林桦甸与新疆天朗试点工程单位规模总投资显著高于其他工程；吉林桦甸、宁夏沼能与新疆天朗试点工程单位规模总收益处于较高水平；宁夏沼能与新疆天朗试点工程的单位规模运行费用相对较高。初步分析可知，吉林桦甸、宁夏沼能与新疆天朗试点工程投入产出较为合理；湘村高科单位规模运行费用高于单位规模年总收益，初步判断其运行效率相对较低。

将上述试点工程投入产出参数带入DEA模型，由DEA-SOLVER-LV计算得出各决策单元的效率指数以及松弛变量，如表4所示。

根据表4所示的计算结果可知，相对运行效率DEA有效的有宁夏沼能、吉林桦甸生物天然气试点工程，说明这两处工程投入产出为相对最佳组合。其他9处生物天然气试点工程的效率指数均小于1，可以判定为非DEA有效。其中，新疆天朗和澄迈神州效率指数分别为0.9851和0.9844，相对运行效率较高；湖南湘村高科为0.3546，相对最低。各个工程效率指数排序如图2所示。

把全部工程指标平均值作为一个DMU加入模型计算，得到效率指数为0.7507，排名第8，其他结果不变。

以内蒙古兴安盟生物天然气试点工程为例，其效率指数为0.6884，位于第9位，为非DEA有效，分析松弛变量（既在有效生产前沿面上的投影）发现，该工程主要问题是规模利用不够充分，有20312.27 m3未得到充分利用；运行费用过高，应减少758.25万元；并且沼渣沼液收益较少，应增加453.97万元。要使工程达到最优的运行效果，应从以上3个方面做出改进。同理，DEA模型计算结果给出了其他非DEA有效的工程的指标优化值，可对此进行相应优化。

由于试点工程前期建设均需要国家投资支持，假设各试点除去国家投资后其他指标亦能达到全部投资下的运行效果，探究其相对运行效率，计算后与全部投资下效率指数对比如图3所示。

由分析结果可知，宁夏沼能、吉林桦甸、巴林右旗元易、云南洱海以及海口神州效率指数为1，达相对最优；新疆天朗、岳阳枫树湾和湖南龙华农牧相对运行效率较高；相比包括国家投资，各工程相对效率均有所增加。