趙浩亮，張 旭，翟明嶺

（同濟(jì)大學(xué)，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(fèi)給環(huán)境造成的污染。我國生物質(zhì)能發(fā)展的重點(diǎn)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(gè)問題：燃料成本高，包括原料購買成本、加工成本、儲(chǔ)運(yùn)費(fèi)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(huì)主動(dòng)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(tái)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(qiáng)的市場競爭力。生物質(zhì)發(fā)電成本過高主要與燃料價(jià)格有關(guān)，由于出售秸稈的價(jià)格低導(dǎo)致農(nóng)民積極性不高，另外電價(jià)的限制也使得電廠收集燃料困難、價(jià)格過高。

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

1 改進(jìn)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(jì)人收購之后打包、運(yùn)輸至生物質(zhì)電廠。該種方式可降低秸稈供應(yīng)的隨意性及風(fēng)險(xiǎn)，保證秸稈收購的穩(wěn)定性。但由于時(shí)間周期長，再加上環(huán)節(jié)復(fù)雜，且農(nóng)民出售秸稈的積極性不高，導(dǎo)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(jìn)的秸稈收集方式是由生物質(zhì)電廠出資購買收割機(jī)幫助農(nóng)民免費(fèi)收割，并就地打包運(yùn)輸秸稈（見圖1）。該方式解決了農(nóng)民高額的收割費(fèi)用，也可幫助農(nóng)民清理田間秸稈，不僅時(shí)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(jìn)的秸稈收集方式

2 改進(jìn)收集方式下的秸稈成本

改進(jìn)秸稈收集方式下的秸稈成本包括收割機(jī)年成本、加工成本以及運(yùn)輸成本。收割機(jī)年成本指采用收割機(jī)收割所需花費(fèi)的成本，包括固定成本和變動(dòng)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(yùn)輸，會(huì)使裝卸量下降。運(yùn)輸成本是決定生物質(zhì)發(fā)電成本高低的重要因素，運(yùn)輸成本和打包成本相聯(lián)系，自然狀態(tài)下秸稈運(yùn)輸次數(shù)多，運(yùn)輸成本就相應(yīng)增加，若在運(yùn)輸之前將秸稈打包雖增加相應(yīng)的加工成本，但會(huì)降低運(yùn)輸成本。

改進(jìn)秸稈收集方式下的秸稈成本構(gòu)成如圖2所示。

圖2 改進(jìn)秸稈收集方式下的秸稈成本構(gòu)成

3 收割機(jī)年成本

3.1 固定成本

在選擇收割機(jī)時(shí)要考慮土地規(guī)模、購機(jī)用途、經(jīng)濟(jì)實(shí)力、農(nóng)藝配套及服務(wù)質(zhì)量5個(gè)因素。由某公司生產(chǎn)的聯(lián)合收割機(jī)性能可靠、作業(yè)高效、作業(yè)適應(yīng)性好，可收割小麥、水稻、油菜、玉米等農(nóng)作物。該收割機(jī)在國內(nèi)的銷售均價(jià)為9.4萬元／臺(tái)，正常使用時(shí)，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(jìn)行作業(yè)時(shí)，配2名機(jī)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(jìn)行核算。

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

式中：Ac為等額折舊費(fèi)用，元；Ci為投資費(fèi)用，收割購入價(jià)的10%），元；i為社會(huì)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(jī)的使用年限為8年計(jì)。

根據(jù)計(jì)算得到年折舊費(fèi)為17 619元。使用年限與年折舊費(fèi)的關(guān)系如圖3所示，使用年限與年折舊費(fèi)呈凹函數(shù)變化，使用年限越長，則年折舊費(fèi)越少。

圖3 使用年限與折舊費(fèi)關(guān)系圖

2）年維修費(fèi) 據(jù)調(diào)查年維修費(fèi)以機(jī)組購入價(jià)（9.4萬元）的5%計(jì)較為合理，年維修費(fèi)為4 700元。

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

3.2 變動(dòng)成本

變動(dòng)費(fèi)用由人員工資、柴油費(fèi)用、潤滑油費(fèi)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(jī)手越多其人員工資越高。正常作業(yè)時(shí)，配2名機(jī)手輪換操作，1名裝袋工，2名秸稈收集工。機(jī)手工資以每工日200元計(jì)，裝袋工、秸稈收集工工資以每日100元計(jì)，年人工費(fèi)＝（200×2＋100×3）×25＝17 500（元）。

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

3）潤滑油費(fèi) 據(jù)調(diào)查發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)，年潤滑油費(fèi)＝8×25＝200（元）。

由以上分析可知，如不計(jì)管理費(fèi)用，則：

收割機(jī)年可變成本＝柴油消耗費(fèi)＋潤滑油費(fèi)＋人員工資＝34 500（元）

收割機(jī)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(jì)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(dá)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(jìn)行計(jì)算，一臺(tái)收割機(jī)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(fèi)用和運(yùn)輸費(fèi)用，每噸燃料成本是123元，330臺(tái)收割機(jī)年獲得秸稈量為20.09萬t，足夠一個(gè)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(jī)年成本、加工成本以及運(yùn)輸成本構(gòu)成，可得其收割作業(yè)量經(jīng)濟(jì)關(guān)系圖如圖4所示，秸稈價(jià)格與臨界作業(yè)量的關(guān)系圖如圖5所示。

圖4 收割機(jī)作業(yè)量經(jīng)濟(jì)關(guān)系圖

圖5 秸稈價(jià)格與臨界作業(yè)量的關(guān)系

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

按照目前秸稈收購價(jià)平均為200元／t計(jì)算，與上述方法計(jì)算所得123元／t，加上打包費(fèi)用10元／t［6］、運(yùn)費(fèi)30元／t［6］，其每噸成本為163元，與市場價(jià)每噸相差37元。如果將該部分所得做收益計(jì)算，每年收益為2.26萬元，一臺(tái)收割機(jī)的投資回收期為2.3年。如果購入收割機(jī)時(shí)考慮農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼，以及運(yùn)輸生物質(zhì)燃料時(shí)運(yùn)費(fèi)補(bǔ)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(jìn)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(fèi)用，切實(shí)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(fèi)用，降低發(fā)電成本。

1）改進(jìn)方法后，秸稈燃料成本為163元／t，遠(yuǎn)低于市場價(jià)200元／t。

2）計(jì)算可得，年作業(yè)量為31.13 hm2時(shí)，相當(dāng)于秸稈市場價(jià)150元／t；年作業(yè)量為20.07 hm2時(shí)，相當(dāng)于秸稈市場價(jià)200元／t；年作業(yè)量15.07 hm2時(shí)，相當(dāng)于秸稈市場價(jià)250元／t。由此可知，收割機(jī)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(jià)與市場差價(jià)當(dāng)做收益，當(dāng)秸稈市場價(jià)為200元／t時(shí)，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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