□ 馮 炘 李 玲 解玉紅

一、研究背景

能源是一個(gè)城市或地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，天津市能源消費(fèi)總量呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，且年增長(zhǎng)率較大;能源消耗主要集中于高耗能、高污染的重工業(yè)和制造業(yè)。盡管天津市實(shí)施一系列措施促進(jìn)新能源的開(kāi)發(fā)和利用，以改善能源利用結(jié)構(gòu)，但能源消費(fèi)效率的提升仍舊有限。天津市能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)較為單一，能源生產(chǎn)以石油為主，平均占到每年生產(chǎn)總量的95%;天然氣占5%［1］。2010年后，天津市加大新能源的開(kāi)發(fā)和利用，盡管風(fēng)能、太陽(yáng)能等新能源的比例有所增加，但年生產(chǎn)量不足1%。從天津市的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)來(lái)看，天津市能源消費(fèi)主要為煤炭和石油，天然氣等清潔能源使用量不足5%。因此，研究纖維素乙醇替代傳統(tǒng)化石能源，探索纖維素乙醇的發(fā)展開(kāi)發(fā)利用具有重要意義。

二、研究方法

(一)彈性系數(shù)法。采用彈性系數(shù)法對(duì)天津市能源消費(fèi)量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

(二)費(fèi)用效益法。應(yīng)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，我國(guó)的所有項(xiàng)目均應(yīng)盡可能地符合可持續(xù)發(fā)展的要求，纖維素乙醇的開(kāi)發(fā)利用同樣如此。纖維素乙醇的開(kāi)發(fā)利用不僅僅是個(gè)環(huán)境問(wèn)題，同樣也是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，單純地只考慮某一方面，都不能客觀評(píng)價(jià)纖維素乙醇與傳統(tǒng)化石能源的優(yōu)劣。為了客觀全面地分析天津市農(nóng)業(yè)固體廢棄物秸稈合理的資源化開(kāi)發(fā)利用形式，從而對(duì)秸稈的開(kāi)發(fā)利用提出指導(dǎo)意見(jiàn)，本文以秸稈作為研究對(duì)象，通過(guò)費(fèi)用效益法對(duì)秸稈的三種能源化利用途徑進(jìn)行分析，對(duì)比分析后得到秸稈能源化利用的開(kāi)發(fā)方向，以此提出天津市秸稈資源化的開(kāi)發(fā)策略。

三、能源消費(fèi)量預(yù)測(cè)

對(duì)于一個(gè)地區(qū)而言，其能源消費(fèi)量和GDP之間必然存在相關(guān)性，可用一定的函數(shù)關(guān)系來(lái)描述它們。模型建立過(guò)程中采用的數(shù)據(jù)是從1986年至2009年為止的24年的生產(chǎn)總值和能源消費(fèi)量，數(shù)據(jù)來(lái)源于《2010年天津市統(tǒng)計(jì)年鑒》［1］。由年鑒可以看到1986年至2009年，可比價(jià)GDP呈穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，與之相應(yīng)的能源消費(fèi)量也在不斷增加。通過(guò)彈性系數(shù)法模型預(yù)測(cè)后，得到的2011年～2020年的可比價(jià)GDP和能源消費(fèi)量如表1所示。由表1可知，可比價(jià)GDP和能源消費(fèi)量都在逐年上升，并且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源消費(fèi)量增長(zhǎng)率逐年增加，但GDP增加的幅度比能源消費(fèi)量增加的幅度大很多，因此，能源強(qiáng)度逐年遞減，和天津市目前逐步加大對(duì)第三產(chǎn)業(yè)的投入、加大對(duì)新能源的研發(fā)力度以及即將到來(lái)的2018年從俄國(guó)引進(jìn)天然氣的政策相符合。

表1 2011年～2020年的可比價(jià)GDP和能源消費(fèi)量

四、纖維素乙醇替代傳統(tǒng)能源的費(fèi)用效益分析

在對(duì)化石能源進(jìn)行費(fèi)用效益分析時(shí)，除了要考慮熱值和硫分外，還要綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。因此選取了硫分、熱值、市場(chǎng)售價(jià)、開(kāi)發(fā)成本、運(yùn)輸成本、各環(huán)境污染物單位排放量以及各種能源相對(duì)煤炭的環(huán)境污染物削減率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)天津市各種能源消費(fèi)及纖維素乙醇進(jìn)行分析。其中，天津市煤炭主要來(lái)自于內(nèi)蒙古和山西，運(yùn)輸成本中距離以天津距內(nèi)蒙古和山西的平均距離為準(zhǔn);石油的運(yùn)輸距離以天津市南北最長(zhǎng)189公里為準(zhǔn)。根據(jù)調(diào)查可知，其中60%采用鐵路運(yùn)輸，運(yùn)費(fèi)為120元/噸;40%采用公路運(yùn)輸，運(yùn)費(fèi)每噸300元。計(jì)算可知，煤炭每噸運(yùn)輸成本為192元，石油每噸運(yùn)輸成本為80元，具體費(fèi)用效益分析情況見(jiàn)表2。

(一)環(huán)境污染排放物方面。從環(huán)境污染排放物來(lái)看，1噸煤炭燃燒產(chǎn)生 SO211．5kg［2］，SO2排放因子取 81．3%［3］，石油硫分取世界加權(quán)平均硫含量，約1．2%［4］，1t石油可產(chǎn)生CO23．524t，石油的單位 CO 排放為 0．167kg/t［5］，單位 NOx排放為7．24kg/t［6］;而纖維素乙醇全生命周期中的 SO2主要來(lái)自秸稈運(yùn)輸期間石油的使用，每生產(chǎn)1t秸稈大致產(chǎn)生0．04kg SO2，NOx 排放為 0．0825kg，CO 排放量為0．0321 kg，CO2排放量為0．6935t/t;1噸煤炭燃燒產(chǎn)生 CO 2．22 kg，CO2為2．532 t;天然氣的密度大致為0．68066 kg/m3，每立方米天然氣燃燒釋放的CO2約為3．46kg。

(二)環(huán)境排放物方面。從環(huán)境排放物來(lái)看，產(chǎn)生等量的能量時(shí)，以煤炭的排放量為基準(zhǔn)，對(duì)SO2排放量而言，石油削減47．8%，天然氣削減99．15%，纖維素乙醇削減約99．9%;碳?xì)浠衔锸捅让禾吭黾?．9%，天然氣和纖維素乙醇均削減99．9%;從氮氧化物來(lái)看，石油削減63．6%，天然氣削減88．57%，而纖維素乙醇削減99．6%;由于CO主要由不完全氧化造成，石油對(duì)CO削減率為96．2%，天然氣為89．75%，纖維素乙醇為99．4%;CO2排放量中，石油削減率為30．4%，天然氣為25．97%，而纖維素乙醇為89．3%;因此，可以從環(huán)境排放方面看出，纖維素乙醇優(yōu)于天津市目前使用的煤、石油、天然氣等現(xiàn)有能源。

(三)社會(huì)效益方面。從社會(huì)效益方面來(lái)看，煤、石油、天然氣都屬于不可再生資源，盡管天然氣為清潔能源，但同樣面臨著資源枯竭的危機(jī)。煤炭在開(kāi)發(fā)過(guò)程中還會(huì)造成地表沉降、水污染、煤矸石廢置、自燃引起的環(huán)境問(wèn)題，還會(huì)有瓦斯爆炸引起人員傷亡等隱患;石油的海上開(kāi)采也會(huì)因?yàn)槭蜕⒁菰斐珊Ｑ蟓h(huán)境污染，輸油管道也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響。另外，煉油過(guò)程中也會(huì)造成廢氣廢渣排放;天然氣雖然是清潔能源，但是管道輸送也會(huì)造成環(huán)境生態(tài)的影響，另外，天然氣的密度比空氣小，極易散逸到空氣中，引發(fā)安全隱患。與之相對(duì)，纖維素乙醇作為玉米、小麥等農(nóng)業(yè)廢棄物加工而成的清潔能源，不僅可以增加農(nóng)民收入，提高農(nóng)民環(huán)保意識(shí)和積極性，從而有效減少秸稈焚燒，減少環(huán)境污染物排放，而且有利于提高農(nóng)業(yè)的科學(xué)技術(shù)水平，提升在國(guó)民心目中的地位。

綜上所述，纖維素乙醇從環(huán)境和社會(huì)效益方面來(lái)看，均優(yōu)于天津市現(xiàn)有能源，因此具有開(kāi)發(fā)的必要性。

五、纖維素乙醇替代傳統(tǒng)能源的規(guī)模分析

對(duì)于一個(gè)工程或項(xiàng)目的評(píng)價(jià)，固定資產(chǎn)投資和投資回報(bào)期往往會(huì)成為政府或投資者考慮的重要因素，也會(huì)成為其考查項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的重要因素。本文通過(guò)類比國(guó)內(nèi)外各規(guī)模的纖維素乙醇生產(chǎn)工廠，以2020年為例，對(duì)比天津市各開(kāi)發(fā)規(guī)模的纖維素乙醇工廠的費(fèi)用效益，以指導(dǎo)天津市纖維素乙醇開(kāi)發(fā)策略。

由天津市能源消費(fèi)量預(yù)測(cè)模型和秸稈可收集量預(yù)測(cè)模型可知，天津市2020年能源消費(fèi)量為9，933萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，秸稈量為224萬(wàn)噸，根據(jù)纖維素乙醇微型工廠可知，每萬(wàn)噸秸稈可產(chǎn)生乙醇約0．2733萬(wàn)噸。由此，對(duì)纖維素乙醇不同規(guī)模工廠的費(fèi)用效益進(jìn)行分析。其中，各規(guī)模的固定成本投資分別參照目前同規(guī)模的纖維素乙醇規(guī)模的生產(chǎn)工廠，如500t參照我國(guó)中糧生化能源(肇東)有限公司，3，000t規(guī)模參照河南天冠集團(tuán)，年產(chǎn)7．5萬(wàn)噸則參照杜邦丹尼斯克纖維素乙醇公司(DDCE)進(jìn)行［7］，年產(chǎn)20萬(wàn)噸規(guī)模參照湖北宜昌遠(yuǎn)安縣政府規(guī)劃。根據(jù)目前國(guó)家政策，每噸乙醇補(bǔ)貼1，000元，售價(jià)以石油價(jià)格的0．9111倍計(jì)算。其中，替代比例的計(jì)算公式如下:

其中，A——替代比例;Q，q——纖維素乙醇產(chǎn)量及纖維素乙醇的熱值;E——為2020年天津市能源消費(fèi)量。

開(kāi)發(fā)比例的計(jì)算公式如下:

其中，B——秸稈開(kāi)發(fā)比例;Q——纖維素乙醇年產(chǎn)量;C——2020年秸稈可收集量。

投資回收期計(jì)算方法如下:

其中，N——投資回收期;T——固定資產(chǎn)投資;Q——纖維素乙醇年產(chǎn)量;p，c，m——分別為纖維素乙醇的噸銷售價(jià)、噸生產(chǎn)成本、噸補(bǔ)貼。

本文主要著重對(duì)經(jīng)濟(jì)方面的研究和分析，具體情況如表3所示。

表2 天津市現(xiàn)有能源及纖維素乙醇經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益分析

表3 不同規(guī)模纖維素乙醇生產(chǎn)工廠的費(fèi)用效益分析

2020年，天津市纖維素乙醇開(kāi)發(fā)規(guī)模分別達(dá)到500t、3，000t、7．5 萬(wàn) t、20 萬(wàn) t，秸稈開(kāi)發(fā)比例由 0．0817% 升到 32．67%，替代傳統(tǒng)能源的比例由0．00092%到0．368%，從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)看，開(kāi)發(fā)規(guī)模越大，由于技術(shù)更加成熟、先進(jìn)，生產(chǎn)模式可以更大程度地得到不斷優(yōu)化，成本呈不斷減小的趨勢(shì)，但是變化相對(duì)不大，由表3可以看到，盡管投資額大幅增長(zhǎng)到15億元，但投資回收期在大幅降低，說(shuō)明開(kāi)發(fā)規(guī)模越大，替代規(guī)模越大時(shí)，投資回收期越短，越早實(shí)現(xiàn)盈利，可行性越大。

(一)環(huán)境方面。從環(huán)境方面，單位產(chǎn)能污染物削減率來(lái)看，隨著開(kāi)發(fā)規(guī)模的增大，生產(chǎn)的廢水廢氣等污染物可以采用先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行處理，大型污染物處理設(shè)備可以得到充分利用，環(huán)境排放物隨著開(kāi)發(fā)規(guī)模的增大有所減小。

(二)社會(huì)效益方面。從社會(huì)效益方面來(lái)看，纖維素乙醇的規(guī)模越大，秸稈開(kāi)發(fā)比例越大，農(nóng)業(yè)廢棄物減少，農(nóng)民可以通過(guò)出售秸稈獲得效益，從側(cè)面減少了焚燒秸稈的量，減少了焚燒秸稈產(chǎn)生的環(huán)境污染物，改善了生活環(huán)境;另外，提高了農(nóng)民的環(huán)保意識(shí)和環(huán)保習(xí)慣，提高了農(nóng)民的種植積極性;纖維素乙醇工廠的建立，增加了就業(yè)崗位，提高了人們學(xué)習(xí)專業(yè)技能的機(jī)會(huì)，整體提高了工作人員的技術(shù)水平，農(nóng)民有可能參與纖維素乙醇的生產(chǎn)過(guò)程，提高了農(nóng)民當(dāng)家作主的自豪感。

六、結(jié)語(yǔ)

本文以天津市目前能源結(jié)構(gòu)和現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，對(duì)能源消費(fèi)量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，通過(guò)纖維素乙醇與天津市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比較大的煤炭、石油、天然氣等不可再生能源的比較可知，纖維素乙醇除了開(kāi)發(fā)成本較高，社會(huì)效益和環(huán)境效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他化石能源，是一種可再生的清潔能源;而后以2020年為研究時(shí)間點(diǎn)，根據(jù)能源消費(fèi)量和秸稈可收集量的預(yù)測(cè)，通過(guò)纖維素乙醇不同規(guī)模開(kāi)發(fā)以替代不同比例的化石能源的類比分析，根據(jù)費(fèi)用效益分析方法得到，纖維素乙醇的開(kāi)發(fā)規(guī)模越大，對(duì)化石能源的替代比例越大，從而環(huán)境效益越好;另一方面，開(kāi)發(fā)規(guī)模越大，雖然項(xiàng)目初期的固定投資大幅增大，但是投資回收期驟減。并且，纖維素乙醇的大規(guī)模開(kāi)發(fā)，更有利于秸稈利用過(guò)程中的技術(shù)方法以及體系的完善，從經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境三方面來(lái)看，規(guī)模越大綜合效益越好。因此，應(yīng)通過(guò)各方面努力，積極主動(dòng)地開(kāi)展對(duì)纖維素乙醇的研究和推廣，積極穩(wěn)步推進(jìn)纖維素乙醇開(kāi)發(fā)的發(fā)展，逐步形成規(guī)?；a(chǎn)，以應(yīng)對(duì)不斷衰竭的能源和不斷增加的能源需求。

［1］天津市統(tǒng)計(jì)年鑒 2010［Z］．

［2］王慶一．中國(guó)煤炭工業(yè):演變及前景(上)［J］．中國(guó)煤炭，2001，27(1):6 ～12

［3］王志軒．中國(guó)火電廠二氧化硫排放控制綜合對(duì)策建議［J］．中國(guó)電力，2002，35(1):60～63

［4］陳蕊．未來(lái)原油品質(zhì)變化趨勢(shì)及其對(duì)煉油行業(yè)的影響［J］．國(guó)際石油經(jīng)濟(jì)，2012，5:39 ～43

［5］Hougton JT，Meira FilhoLG，Lim B，et al．Revised 1996 IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories:Reference Manual(Volume3)［M］．Bracknell:UK Meteorological Office，1997

［6］KatoN，Akimoto H．Anthropogenic．Emissions of SO2and NOx in Asia:E －mission Inventories［J］．Atmospheric Environment，1992，26:2997 ～3017

［7］http://www．projectbidding．cn/xiangmu/dongtai/20111021/1304230626．html