生物质能秸秆回收物流成本分析及测算

张茜，李洋，王磊明

（东北林业大学工程技术学院，哈尔滨150040）

　　摘要：为改变现今生物质发电厂收集秸秆燃料的回收物流成本居高不下的现状，探究降低秸秆回收物流成本的方法，本研究通过构建两种秸秆回收物流模式，对秸秆回收物流成本的结构组成进行了分析，并总结了秸秆回收物流涉及到的各种影响因素。基于微积分构建秸秆回收物流的成本测算模型，结合实例对模型的敏感性进行了分析。结果表明：半径因素是影响回收物流成本的最重要因素，适当减小收集半径可很大程度上降低运输费用；收集秸秆时，为使最终的回收物流成本最低，可将外包商的个数控制在10个左右；生物质发电厂在初期选址时要进行合理规划，政府严格准入，避免一定区域内密集建厂。

　　现代经济发展对地球的能源具有很强的依赖性，然而不可再生能源的日渐枯竭以及化石能源使用时产生的严重污染，使得可再生能源越来越受到世界各国的关注。合理利用生物质能源可有助于缓解资源与能源短缺的局面，缓解环境污染与经济发展的矛盾，更切实地实现资源的可持续发展^[1]。

　　大规模利用秸秆资源进行生物质发电可使产业化程度提高，目前来讲也是利用秸秆最为有效的途径。与化石能源不同的是，生物质能源分布较为分散，能量密度也没有化石能源高，因此限制生物质技术发展的突出环节便是收集运输^[2-3]。秸秆回收物流成本是收集成本的重要组成部分，因此分析研究秸秆的回收物流成本具有重要意义。Dyken等^[4]综合考虑贮存、运输与供给等方面并建立了相关模型，进而深度研究生物质能源的物流系统。魏巧云等^[5]则是主要探究影响秸秆供应链物流成本的最关键因素，其中运输成本的四大主要影响因素包括：车辆技术性能、车辆营运成本、秸秆特性以及收集模式与半径，并且分别构建了简单型和复杂收集模式下的运输成本模型。还有学者针对秸秆的供应环节构建了4种模式，分为人工收集主动运送模式、机械收集主动运送模式、人工收集等待收购模式和机械收集等待收购模式，并建立了相应的成本模型^[6]。赵浩亮等^[7]结合火电厂的成本研究方法，建立了以月为单位的生物质发电的动态成本分析模型，结果表明燃料费的变化对其成本影响最大，其次是折旧费和厂用电费。Cucek等^[8]从生物质能供应链中的几个重点环节入手，并且各环节模型均体现出对生态环境的影响，进而优化了系统。

　　另外，王燕[9]将博弈论方法引入生物质发电供应链合作关系中，对农户、中间收购商和发电厂三方进行了动态价格博弈，分析了电厂对中间收购商的价格激励效应，并探讨了在政府参与下对均衡结果的影响。

　　以上模型着重研究生物质发电燃料供应链的模式及其成本分析，分析制约生物质发电产业发展的原因，但其多侧重供应链模式的探究，且在数据的使用上较经验化，在分析对比各种模式时呈现出一定的局限性。本研究从回收物流的角度入手，分析秸秆从农户这一起点到生物质电厂仓库这一终点之间的收集过程，构建合理的秸秆回收物流计算方法，并结合实例应用模型，为降低秸秆的回收物流成本提出合理建议。

　　1秸秆回收物流模式

　　燃料秸秆的收集方式不尽相同，因此回收物流成本也相差颇大。然而，调研多家生物质发电厂企业后了解到，秸秆的回收因收集地与电厂距离不同而分为2种回收路径^[10]，距电厂较近区域内的秸秆由农户直接运至电厂，此外较远区域的秸秆一般由外包商在农户处购买后统一运送至电厂。本研究提出秸秆回收物流的2种模式，即农户-电厂模式和农户-外包商-电厂模式。

　　秸秆燃料的收集及运输过程较为复杂，且由于地形地貌的不同，影响因素之间的关系均会发生变化，因此为便于分析，作如下假设：

　　1）不考虑农作物的具体种类^[11]，且农作物在目标收集区域内呈均匀分布，品种单一且单位面积的产量相等；

　　2）秸秆种植面积广阔且其数量充足^[12-13]，可满足生物质电厂的用量；

　　3）忽略农作物的区域性、季节性^[14]；

　　4）收集和运输的能力足够^[15]，忽略其他客观因素（如交通、天气等）对秸秆收集的影响；

　　5）按最不利情况，未覆盖区域由生物质电厂直接进行购买入厂。

　　1.1秸秆回收物流模式分析

　　1）模式一：农户-电厂模式。如图1所示，距电厂较近区域内的秸秆由农户直接运至电厂。这种模式产生的费用包括农户将秸秆运输至电厂的运输费用、装卸费用^[16]以及电厂支付给农户的单位利润费用。

　　2）模式二：农户-外包商-电厂模式。如图2所示，距电厂较近区域的秸秆由农户直接送往电厂，此外较远区域的秸秆是外包商在农户处购买后统一运送至电厂。产生的费用包括外包商将秸秆运输至电厂过程中的运输费用、装卸费用、对秸秆的预处理和储存费用以及电厂支付给外包商的单位利润费用。秸秆回收物流模式如图3所示。

　　1.2秸秆回收物流成本结构分析

　　秸秆燃料的回收物流成本是指秸秆在回收物流过程中所耗费的各种劳动和物化劳动的货币表现^[17]。秸秆的回收物流成本主要包括运输成本、对秸秆的预处理成本、储存成本和其他成本，成本结构图见图4。

　　1）运输成本：指将已购买秸秆运输至电厂的费用。包括农户送往电厂和外包商送往电厂产生的运输费用。

　　2）对秸秆的预处理成本：外包商为输运方便，往往将秸秆压碎、压缩然后打包，包括加工成本和机器的折旧费用。

　　3）储存成本：指秸秆所占场地的租赁费用和人工费。

　　4）其他成本：除了以上3类成本外的其他费用，一般包括劳动力费用、装卸费用、电厂支付给农户和外包商的利润费用等。

　　2秸秆回收物流成本模型建立

　　假设秸秆在指定区域内均匀分布，且收集秸秆的范围是以电厂为中心的圆形区域[18]。秸秆的回收物流成本主要由秸秆的运输成本、预处理成本和仓储成本构成。

　　3实例分析

　　山东省某一生物质发电厂，规模为25MW，其正常发电所需的秸秆量约30万t，该地区能够利用的秸秆密度为95.9t/km²。调研得知其秸秆的收集半径为70km，距电厂半径为10km的范围内，农户选择自行运送秸秆至电厂。据相关统计年鉴及实地调研，外包商的数量为10人，将预处理点均选取在离电厂约40km的位置^[10]。图5为此生物质电厂所在区域地图。

　　3.1农户-电厂模式

　　当作物种植密集且分布在距电厂半径为10km的范围内时，秸秆由农户直接运输至电厂。以作物小麦为例，其种植密度较大，相关参数如表1[23]。现根据式（4）及式（16）代入数据计算，得到秸秆回收物流成本表（表2）。

　　由表2可知，当作物分布距离电厂较近且较密集时，农户-电厂模式的回收物流成本中运输成本高达74.13%，目标利润所占比重较低。因此秸秆由农户送往电厂时，控制好运输成本对降低回收物流成本更为有利。

　　3.2农户-外包商-电厂模式

　　当作物均匀分布在距电厂半径为70km的范围内时，半径10km范围内的秸秆由农户运送，半径10km范围以外且半径70km范围以内的秸秆由外包商处理。以作物水稻为例，相关参数如表3。此时依据式（4）、式（10）、式（14）及式（17）代入数据运算，得到秸秆回收物流的成本如表4。

　　秸秆的购买成本为1439.40万元，可得秸秆的总收集成本为7401.00万元，则单位收集成本为246.70元/t。由实际调研得到的收集成本约981260.00元/t，本研究计算的结果与实际成本相差不大，因此模型精度较高。秸秆的运输成本占回收物流成本60.09%，成为秸秆回收物流成本居高的主要因素。

　　4秸秆回收物流成本敏感性分析

　　实际秸秆分布广且密度低，仅靠农户运送的秸秆量根本不够，因此电厂所需的秸秆资源往往扩大范围进行收集，即在农户-外包商-电厂模式下分析影响秸秆回收物流成本的主要因素，使分析结果真实准确。

　　4.1分析影响秸秆回收物流成本的主要因素

　　据表4统计，比重最高的三部分为运输成本、目标利润和储存成本。收集半径决定运输成本，目标利润视本地的行情，储存时间决定储存成本。现将这3个因素均增大10%、20%、30%、40%、50%，计算后的总成本变动情况如图6。

　　图6为收集成本随3种因素增长率的变化而变化的趋势，很明显，收集半径因素对秸秆回收物流成本影响最大。因此为降低秸秆的回收物流成本，应适当减小收集半径。且生物质电厂在选址时要充分考虑其周围能够获取的秸秆量^[24-25]。

　　4.2成本变化分析

　　外包商利润也是回收物流成本的重要组成部分。据调查，当地外包商利润约60元/t，且一般外包商的收集半径约为20km时，能各自有效工作。现将外包商的人数设置在区间4~15内，测算外包商数量对运输成本、储存成本以及总回收物流成本的影响。

　　由图7可知，在外包商数量增加过程中，回收物流成本呈马蹄形变化，并且在外包商数量为10人时，得到最小回收物流成本。分析可得：当数量在4~10人之间时，随着人数的增加，竞争力也不断增大，使得外包商利润缩减，从而导致回收物流成本减少；当人数在10人以上时，随着人数的增多，外包商之间出现恶性竞争，使得秸秆的购买价格大幅上涨，回收物流成本随之增加。